光纖接入網(wǎng)實訓平臺建設(shè)與項目式教學改革

黃艷華， 曹 艷

(武漢職業(yè)技術(shù)學院 電信學院，湖北 武漢 430073)

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光纖接入網(wǎng)實訓平臺建設(shè)與項目式教學改革

黃艷華， 曹 艷

(武漢職業(yè)技術(shù)學院 電信學院，湖北 武漢 430073)

傳統(tǒng)的基于學科體系的課程教學模式以及以實驗箱為主的實驗平臺，已不能滿足當今通信市場對技能型人才的需求。構(gòu)建全真式實訓平臺，模擬真實的通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，并基于此開展項目式教學，對培養(yǎng)高職學生工程實踐能力，有著十分重要的作用。論文以光纖接入網(wǎng)課程為例，介紹了光纖接入網(wǎng)實訓平臺建設(shè)，基于該平臺的實訓內(nèi)容以及實驗教學改革情況。論文著重介紹了如何以實際的光接入網(wǎng)器件和商用接入設(shè)備搭建全真式光接入網(wǎng)實訓平臺，并輔以項目式實驗教學，以學生為主導，讓學生在項目實施過程中獨立分析問題并解決問題，從而有效提高了學生的職業(yè)技能和工程應(yīng)用能力。

光纖接入網(wǎng)； 實訓平臺； 項目式教學

0 引 言

受三網(wǎng)融合、移動互聯(lián)網(wǎng)等新型應(yīng)用對于帶寬需求的推動，在國家“寬帶中國”政策推動和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本降低的有利條件下，各大運營商都在加速推進光纖接入網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)?；跓o源光網(wǎng)絡(luò)的光纖接入是當前主流的接入方式，原來基于銅纜的DSL接入逐步被替代。光纖接入網(wǎng)采用無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)技術(shù)，PON網(wǎng)絡(luò)由光線路終端(OLT)、光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)和光分配網(wǎng)絡(luò)(ODN)組成，其本質(zhì)特征為ODN全部由無源器件組成，無源的特性使得網(wǎng)絡(luò)布放更加靈活，共享光纖的特性可以節(jié)省大量的光纖資源；而且PON技術(shù)可以提供足夠的帶寬以滿足未來各種寬帶業(yè)務(wù)的需求[1-3]。

光纖接入網(wǎng)市場的開發(fā)和競爭，需要大量從事網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、建設(shè)和維護的專業(yè)人才，針對社會對接入網(wǎng)技術(shù)人才的需求，很多高校開設(shè)了“光纖接入網(wǎng)”課程。這是一門注重實踐操作和培養(yǎng)實際應(yīng)用能力的特色專業(yè)課程，需要通過實訓教學，讓學生在理解和掌握PON網(wǎng)絡(luò)知識的基礎(chǔ)上，對光接入網(wǎng)進行規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)開通、業(yè)務(wù)配置；具有一定的業(yè)務(wù)故障分析、排除能力。本文將針對光纖接入網(wǎng)課程在實訓平臺搭建、實訓項目開設(shè)、實訓教學改革等方面進行研究與探討。

1 課程設(shè)計的思路和實訓內(nèi)容安排

改變傳統(tǒng)的學科體系“就教學而教學，理論和實踐割裂”的做法，采用“項目制”及“任務(wù)驅(qū)動”模式構(gòu)建課程體系，按照電信企業(yè)的真實工作過程來制定教學內(nèi)容，劃分實訓項目，把知識點的學習與專業(yè)技能的訓練有機結(jié)合[4]。

根據(jù)接入網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和企業(yè)的應(yīng)用情況來看，現(xiàn)在及未來的一段時間內(nèi)，PON接入是主要的接入方式。因此在教學內(nèi)容選擇上，主要以PON無源光接入為主。光纖接入網(wǎng)課程內(nèi)容主要包括：光纖接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光接入網(wǎng)用光纖和器件、無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要類型和工作原理、無源光接入設(shè)備配置和業(yè)務(wù)開通、光接入網(wǎng)設(shè)備性能測試、光纖接入網(wǎng)的若干新技術(shù)等等。

從光纖接入網(wǎng)課程內(nèi)容來看，既有理論教學部分，又有設(shè)備配置維護的實踐，也有光纖器件工程應(yīng)用和工程測量的內(nèi)容，實踐操作的內(nèi)容占有很大比重。實訓項目按照電信業(yè)務(wù)開通、運行維護的工作過程來劃分，可分為接入網(wǎng)工程建設(shè)、接入網(wǎng)設(shè)備維護、接入設(shè)備組網(wǎng)及應(yīng)用三大類型。教學內(nèi)容以項目形式展開，通過項目的完成達到教學目標。

實訓平臺的建設(shè)要與課程內(nèi)容相協(xié)調(diào)，光纖接入網(wǎng)的實訓體系應(yīng)包含兩大部分：①光接入工程實訓子系統(tǒng)，供學生進行接入網(wǎng)工程施工、業(yè)務(wù)開通和測試的訓練。②光接入設(shè)備實訓子系統(tǒng)，學生可進行光接入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組網(wǎng)、配置和故障處理的訓練。

2 實訓平臺的構(gòu)建

2.1 總體拓撲結(jié)構(gòu)

由于資金投入和師資技能的限制，很多高職院校的實驗實訓條件還是以實驗箱為主，開設(shè)的實驗主要是驗證性實驗。有些學校以軟件仿真網(wǎng)絡(luò)實驗，但是仿真實驗與真實的通信設(shè)備實驗仍然存在差距，過多依賴仿真實驗會使學生缺乏對真實硬件的客觀感受，會減弱學生對突發(fā)故障處理的能力[5]。

實驗箱或者仿真實訓已經(jīng)不能滿足當今通信市場對技能型人才的需求，全真式現(xiàn)代通信綜合實訓平臺將是通信專業(yè)實驗室建設(shè)的趨勢。實訓平臺模擬真實的職業(yè)環(huán)境，以項目或任務(wù)形式，讓學生運用通信相關(guān)的知識去規(guī)劃和配置網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，調(diào)測網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，處理網(wǎng)絡(luò)故障，在做中學，在學中做，在工作任務(wù)完成中獲得技能，領(lǐng)會知識[6-7]。

整個通信網(wǎng)絡(luò)實訓平臺主要由數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、EPON光接入設(shè)備、軟交換、光傳輸、光接入工程實訓5個子系統(tǒng)組成，完成了固網(wǎng)通信系統(tǒng)的全真模擬，主體設(shè)備采用中興通信的產(chǎn)品。具體拓撲圖如圖1所示。其中，EPON光接入設(shè)備實訓子系統(tǒng)和光接入工程實訓子系統(tǒng)皆屬于光接入網(wǎng)實訓體系。

2.2 光接入工程實訓子系統(tǒng)

PON是一種采用點到多點結(jié)構(gòu)的單纖雙向光接入網(wǎng)絡(luò)，PON系統(tǒng)由局端的光線路終端(OLT)、光分配網(wǎng)絡(luò)(ODN)和用戶側(cè)的光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示[8]。

OLT位于網(wǎng)絡(luò)側(cè)，相當于一個二層交換機或三層路由器，提供網(wǎng)絡(luò)集中和接入，完成光/電轉(zhuǎn)換，帶寬分配和控制各信道的連接，并有實時監(jiān)控、管理及維護功能)。ONU位于用戶側(cè)，實現(xiàn)各種電信號的處理與維護管理，為終端用戶提供話音、數(shù)據(jù)或視頻接口[9]。ODN的作用是為OLT與ONU之間提供光傳輸通道。組成ODN的無源器件有：OLT和ONU之間的所有光纜、連接器、光分路器、光纜接頭、光交接設(shè)備。

在整個PON系統(tǒng)中，ODN光分配網(wǎng)是最為關(guān)鍵的組成部分，是運營商為用戶提供語音/數(shù)據(jù)/視頻綜合業(yè)務(wù)，實現(xiàn)國家三網(wǎng)融合戰(zhàn)略的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。光接入工程子系統(tǒng)模擬運營商光分配網(wǎng)建設(shè)，從主設(shè)備機柜至終端用戶配線柜以橋架走線布放光纜，實現(xiàn)了光信號“機房→主干光纜→配線光纜→光接入點”的接入過程，并再現(xiàn)了三種典型的光接入網(wǎng)工程場景：①FTTH光纖到戶：光纖到用戶終端，用戶獨享ONU端口帶寬；②FTTB光纖到大樓：采用光纖到樓，再通過局域網(wǎng)LAN網(wǎng)線到戶，樓棟用戶共享ONU端口帶寬的接入方式；③WIFI無線接入，通過ONU下接無線接入點AP實現(xiàn)。

光接入工程子系統(tǒng)能提供的實訓：①接入網(wǎng)光纜配線實訓；②光鏈路逐段測試；③光鏈路全程測試；④ONU相關(guān)接口檢查；⑤業(yè)務(wù)驗證測試。

2.3 光接入設(shè)備實訓子系統(tǒng)

目前已經(jīng)成熟并且規(guī)模商用的PON技術(shù)主要有EPON和GPON。EPON采用以太網(wǎng)協(xié)議，上下行速率對稱，最高速率可達1.25 Gb/s，最高光分路比為1∶64。

圖1 現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)實訓平臺拓撲圖

圖2 PON系統(tǒng)參考結(jié)構(gòu)

GPON采用通用成幀協(xié)議，可支持上下行速率對稱或不對稱，下行最高速率為2.5 Gb/s，上行最高速率1.25 Gb/s或2.5 Gb/s，最高光分路比為1∶128。GPON較EPON開發(fā)較晚，標準較復雜，成本更高，兩種技術(shù)目前是競爭模式?，F(xiàn)網(wǎng)完工的接入網(wǎng)項目中，多數(shù)是使用EPON設(shè)備，綜合考慮成本和運維，我們實訓室采用的是EPON。

光接入設(shè)備實訓室采用一臺中興OLT光線路終端設(shè)備ZXA10 C220作為局端，配置4路EPON光接口，通過4臺光分路器，以星型結(jié)構(gòu)下掛ONU設(shè)備ZXA10 F460。一共配置23臺ONU，4臺8路分光器，電話和PC機各40臺，滿足至少40組學生同時進行現(xiàn)場組網(wǎng)實驗的要求。ONU終端F460具有以太網(wǎng)接口、語音POTS接口以及WiFi接口，可滿足多業(yè)務(wù)接入的需要。

F460下連用戶，eth_0/1以太網(wǎng)端口直接連接用戶PC終端，eth_0/2連接機頂盒，支持IPTV業(yè)務(wù)，兩個POTS端口直接接電話。F460通過EPON光口上連，接入C220設(shè)備1號槽位(EPFC單板)的一個端口，寬帶上網(wǎng)和VoIP業(yè)務(wù)通過9號槽位的EIGM單板的3號端口上行，設(shè)備的具體連接關(guān)系如圖3所示。為完成上網(wǎng)業(yè)務(wù)以及IPTV業(yè)務(wù)開通實驗，配置了Web服務(wù)器和組播服務(wù)器。

圖3 光接入設(shè)備組網(wǎng)拓撲

在實際工作中，維護人員在用網(wǎng)管或命令行對設(shè)備進行操作時，一般是專人負責，不會出現(xiàn)多人同時操作的情況，而且一旦設(shè)備上已經(jīng)配置好業(yè)務(wù)，在維護工作中應(yīng)盡可能避免對其進行頻繁的操作以免引起業(yè)務(wù)的中斷。而實驗室里的實驗設(shè)備則需要反復的讓學生操作練習[10]，且實驗室設(shè)備臺數(shù)有限，往往出現(xiàn)多個學生同時操作一臺設(shè)備的狀況。實驗平臺中的CCS2000教學管理系統(tǒng)用來實現(xiàn)對學生操作的排隊和緩沖，目的是讓多個學生能對同一臺主設(shè)備進行并發(fā)操作。

光接入設(shè)備實訓子系統(tǒng)能提供的實訓：①網(wǎng)絡(luò)認知性類： EPON設(shè)備硬件總體介紹、EPON基本配置實驗；②網(wǎng)絡(luò)管理類：NetNum綜合接入網(wǎng)管實訓、Telnet方式調(diào)試EPON設(shè)備實訓、ACL配置、VLAN配置；③網(wǎng)絡(luò)綜合應(yīng)用類：VLAN間路由、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)開通、語音業(yè)務(wù)開通、組播業(yè)務(wù)開通、網(wǎng)絡(luò)故障分析及處理。

3 依托實訓平臺進行項目式教學改革

依托光接入網(wǎng)實訓平臺，既能完成光接入配線網(wǎng)施工、測試等工程實踐，也能進行網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置、業(yè)務(wù)開通等網(wǎng)絡(luò)管理及綜合應(yīng)用類實訓，還可以開展一些開放性實驗，如由教師提出一種接入場景，學生設(shè)計綜合解決方案，完成網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)備選型及配置，最終達到項目建設(shè)要求。那么如何組織這些實驗?zāi)?？根?jù)高職學生理論基礎(chǔ)薄弱但形象思維較強，喜歡動手操作的特點，項目式教學法是一種比較好的方法，既符合高職學生認知規(guī)律，也體現(xiàn)了高職教育的職業(yè)崗位工作特征[11-12]。

項目教學法是一種以學生為本的教學方法，師生通過共同實施一個完整的或設(shè)計的項目工作而進行的教學活動[13]。項目式實驗教學法已經(jīng)成為實驗教學研究的熱點，其核心是將實驗內(nèi)容視為一個項目。該方法的特點：①具有系統(tǒng)性、整體性和相互關(guān)聯(lián)的特點。②與現(xiàn)實生活或工程實際緊密相關(guān)。③融合了問題教學法和探究教學法，老師設(shè)計項目，學生在完成項目的過程中，發(fā)現(xiàn)問題、探索問題并最終解決問題[13-14]。

項目式實驗教學通常包括項目提出、項目分析、項目方案制定、項目實施和項目評價等環(huán)節(jié)，下面以“組播業(yè)務(wù)開通”為例，逐一介紹。

3.1 項目提出

實訓項目不能太小也不能過于龐大。若太小則知識點單一，知識點間的關(guān)聯(lián)性小; 若太大，學生沒法在有限的時間內(nèi)完成。另外，項目本身要緊密結(jié)合工程中的實際問題[14]。

教師充當“客戶”角色，向?qū)W生提出項目需求，學生被分成若干個項目組，以項目組為單位進行學習與實踐。在本例中，客戶需求是ONU下掛的用戶PC需要接收組播服務(wù)器上的視頻節(jié)目，即模擬互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議電視IPTV，在基于IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)上向用戶提供組播方式的視頻業(yè)務(wù)。要求學生畫出網(wǎng)絡(luò)拓撲圖，做好IP地址和VLAN規(guī)劃，搭建組播服務(wù)器，開通OLT和ONU上的組播業(yè)務(wù)等等。從該項目可以看出，其規(guī)模不大不小，項目融合了VLAN劃分、VLAN間路由、IGMP組播協(xié)議、IPTV、OLT/ONU上組播業(yè)務(wù)配置等諸多內(nèi)容。

項目組根據(jù)項目需求，了解網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備類型、互聯(lián)接口等，確定工作目標和工作任務(wù)，制定“需求分析報告”。

3.2 制定項目方案

項目組成員根據(jù)需求分析報告，按事先分工，查閱相關(guān)工程資料和技術(shù)手冊，對方案進行討論修改并完善，確定網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和設(shè)備端口連接，制定項目實施方案，包括實訓目標、設(shè)備連接、端口分配、網(wǎng)絡(luò)拓撲圖、業(yè)務(wù)規(guī)劃數(shù)據(jù)(IP地址規(guī)劃、VLAN規(guī)劃)、項目實施步驟及要求等。根據(jù)項目實施方案，小組成員間進行工作任務(wù)分工，各成員根據(jù)工作要求，完成各自負責的工作內(nèi)容。

在學生制定項目方案的過程中，教師作為一個監(jiān)督者，并不指定使用某種方案，在必要時給予意見和指導，以確保項目方案順利完成。

3.3 項目實施

項目實施以學生為主體，教師只起輔導、幫助作用，以培養(yǎng)學生獨立分析問題和解決問題的能力。但教師應(yīng)準確把握項目涉及的知識點以及重難點，在關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行知識講授或操作演示。特別在項目初期應(yīng)為學生提供必要的知識幫助，可幫助學生理清思路，抓住基本內(nèi)容，避免學生因無法下手而完不成項目。

項目組長負責分配任務(wù)、監(jiān)督實施項目。項目組成員根據(jù)各自分工，按照制訂的項目方案，運用已有知識和技能，在規(guī)定時間內(nèi)完成各階段的任務(wù)，并提供項目實施記錄。本項目實施步驟為：①網(wǎng)絡(luò)硬件連接；②搭建組播服務(wù)器；③OLT命令行配置，認證注冊O(shè)NU；④OLT命令行配置，創(chuàng)建組播業(yè)務(wù)VLAN，并啟用組播相關(guān)參數(shù)；⑤設(shè)置ONU組播端口；⑥業(yè)務(wù)測試。

3.4 項目評價

對項目的評價一般有三種形式：項目組自評、組間互評、教師評價[15]。

各項目組在完成項目后，向全班展示本組的最終成果，從需求分析、方案設(shè)計、實驗步驟、實驗結(jié)果等所有環(huán)節(jié)進行項目組自評和組間互評，這樣可以調(diào)動學生的積極性，取長補短，拓展思維。

教師根據(jù)每個學生在項目組中所起作用、完成質(zhì)量、積極程度以及團隊協(xié)作等進行綜合評價。最終項目組組長根據(jù)項目組自評、組間互評、教師評價，填寫項目活動評價表，并對本組完成的情況做最終總結(jié)。

4 結(jié) 語

實驗教學水平的提高，建立在對實驗實訓條件的改革完善和教學方式的不斷探索革新基礎(chǔ)上。本文著重以實際的光接入網(wǎng)器件和商用接入設(shè)備搭建微型全真式光接入網(wǎng)實訓平臺，并以項目式教學為核心，以學生為主，讓學生在項目實施過程中，發(fā)揮主動性和創(chuàng)造性，獨立分析問題和解決問題，從而提高了他們適應(yīng)崗位的能力。

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Construction of Practical Platform and Project-oriented Teaching Reform on Optical Access Network

HUANGYan-hua，CAOYan

(School of telecommunication Engineering， Wuhan Institute of Technology College， Wuhan 430073， China)

The traditional course teaching mode based on subject system and experimental platform based on experiment box, have been unable to meet the current communication market demand for skilled talents. To cultivate students’ engineering practice ability of higher vocational education, project-oriented experimental teaching, which is based on the construction of the simulation training platform, plays a very important role．Taking the optical fiber access network experiment as an example, this paper introduces the construction of optical access network training platform, the content of training based on the platform and the experimental teaching reform. This paper mainly introduces how to use the actual access network devices and commercial access equipment to build the whole type optical access network training platform, supplemented by project-oriented experiments and student-centered strategies. In the project implementation process, students analyze and solve problems independently, thus, it effectively improves the students’ vocational skills and the engineering application ability.

optical fiber access network； training platform； project-oriented teaching

2014-08-18

湖北省教育廳科學研究項目(B2014219)，2011年中央財政支持高等職業(yè)學校專業(yè)建設(shè)項目資助

黃艷華(1974-)，女，湖南邵陽人，碩士，副教授，主要從事光纖通信、接入網(wǎng)技術(shù)等課程的教學和科研工作。

Tel．:13407100868；E-mail:1109669841@qq.com

G 642.423

A

1006-7167(2015)08-0209-04