虛擬仿真技術(shù)在移動(dòng)通信智慧課堂中的應(yīng)用

張戀 陳坤定 范祖良 袁秀云

摘? ?要：文章針對(duì)移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展特點(diǎn)及人才培養(yǎng)方案和課程教學(xué)內(nèi)容的需要，以為學(xué)生為中心，探索虛擬仿真技術(shù)在移動(dòng)通信智慧課堂中的有效應(yīng)用。課程涉及大量工程實(shí)踐知識(shí)點(diǎn)，結(jié)合IUV仿真教學(xué)軟件，在“現(xiàn)網(wǎng)”條件下，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、形象、生動(dòng)的實(shí)踐融合智慧教學(xué)，明顯提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真;虛擬仿真在線平臺(tái)IUV;移動(dòng)通信;智慧課堂

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”“智慧城市”“行業(yè)信息化”的快速發(fā)展，萬(wàn)物互聯(lián)的腳步加快，在中國(guó)制造2025戰(zhàn)略規(guī)劃的背景下，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)正迎來(lái)井噴式發(fā)展，大數(shù)據(jù)、大流量、大連接成為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)。2019年6月6日，我國(guó)工信部正式發(fā)放5G牌照，標(biāo)志著我國(guó)5G元年的悄然到來(lái)，致使電信運(yùn)營(yíng)商在“數(shù)字洪水”的挑戰(zhàn)下，為構(gòu)建高效網(wǎng)絡(luò)，開(kāi)始在全國(guó)范圍內(nèi)緊鑼密鼓地全面部署移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。

通信網(wǎng)絡(luò)人才缺口急劇撕開(kāi)，優(yōu)秀的人才作為稀缺資源將受到行業(yè)的追捧。各類新興技術(shù)和應(yīng)用層出不窮，設(shè)備高速演進(jìn)、更新?lián)Q代快，這對(duì)學(xué)校移動(dòng)通信技術(shù)人才培養(yǎng)方案及課程教學(xué)內(nèi)容的時(shí)效性也提出了更高的要求。由于現(xiàn)代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)昂貴，高職院校在有關(guān)課程理實(shí)一體化方面，難以憑借自身力量去建立移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，另外，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)設(shè)施，運(yùn)營(yíng)商通常不允許直接向?qū)W校課程教學(xué)提供有關(guān)通信網(wǎng)絡(luò)方面的實(shí)踐機(jī)會(huì)。因此，“知行合一、產(chǎn)教融合”，以學(xué)生為中心借助虛擬仿真技術(shù)平臺(tái)建設(shè)、構(gòu)建智慧課堂，是解決目前信息和通信技術(shù)（Information and Communication Technology，ICT）產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)方案受桎梏的有效手段。學(xué)校應(yīng)積極引入行業(yè)的技術(shù)資源，更新當(dāng)前人才培養(yǎng)知識(shí)體系結(jié)構(gòu)，引入全新的基于虛擬仿真技術(shù)的信息化教育教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，使產(chǎn)教真正聯(lián)動(dòng)，培養(yǎng)出適崗、易用、可發(fā)展的人才。

1? ? “以學(xué)生為中心”的智慧課堂教學(xué)理念

傳統(tǒng)教學(xué)“以教師為中心”，使教師成為課堂的焦點(diǎn)，引領(lǐng)全體學(xué)生將所有知識(shí)抓重點(diǎn)、分難點(diǎn)，采用一對(duì)多的教學(xué)模式，廣泛又集中地向?qū)W生傳授知識(shí)點(diǎn)。這種教學(xué)理念在本科院校對(duì)基礎(chǔ)較好的學(xué)生能取得較好效果，但在高職院校，這些學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，學(xué)習(xí)及接受能力不高，具有一定的局限性。在智能化與信息化的進(jìn)程中，高職教育環(huán)境發(fā)生了變化，“以學(xué)生為中心”的智慧課堂教學(xué)理念成為解決當(dāng)前高職教育信息化難題的熱門方法。與時(shí)代接軌，充分運(yùn)用新一代移動(dòng)通信技術(shù)（5G），進(jìn)行高職教育人才培養(yǎng)的內(nèi)涵建設(shè)，閩西職業(yè)技術(shù)學(xué)院提出“以學(xué)生為中心”的智慧課堂教學(xué)理念，著力培養(yǎng)一批“一技在手”的現(xiàn)代“陽(yáng)光工匠”。堅(jiān)持“以學(xué)生為中心”的智慧課堂，因材施教，可以為不同層次學(xué)生提供智能化的教學(xué)服務(wù)，允許學(xué)生按需學(xué)習(xí)，在任何時(shí)間、任何平臺(tái)，以任何形式進(jìn)行學(xué)習(xí)時(shí)，都可以獲得優(yōu)質(zhì)、高效的學(xué)習(xí)服務(wù)[1]。

2? ? 移動(dòng)通信智慧課堂設(shè)計(jì)內(nèi)容

4G網(wǎng)絡(luò)在向未來(lái)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的過(guò)程中，高速率、高帶寬的業(yè)務(wù)需5G網(wǎng)絡(luò)承載，而部分低成本、低速率、廣覆蓋的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)則可由NB-IoT網(wǎng)絡(luò)承載分流?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商已基本完成非獨(dú)立組網(wǎng)方案的試點(diǎn)，即在原有4G的核心網(wǎng)絡(luò)上接入5G新空口。同時(shí)，5G獨(dú)立組網(wǎng)也已全面鋪開(kāi)，Pre5G作為與4G并存的網(wǎng)絡(luò)，完美助力4G網(wǎng)絡(luò)向5G網(wǎng)絡(luò)的平滑演進(jìn)。4G&Pre5G網(wǎng)絡(luò)的普遍試用以及NB-IoT，5G的大規(guī)模建設(shè)急需大量移動(dòng)通信高技能人才，針對(duì)移動(dòng)通信目前的發(fā)展?fàn)顩r，閩西職業(yè)技術(shù)學(xué)院引入虛擬仿真在線平臺(tái)IUV仿真軟件。

IUV-Pre5G與IUV-NB-IoT仿真軟件的運(yùn)行均采用客戶機(jī)/服務(wù)（Client/Server，C/S）模式，高性能的服務(wù)器由IUV負(fù)責(zé)。在使用時(shí)，只需要在使用終端上下載并運(yùn)行相應(yīng)客戶端，登錄服務(wù)器即可參加相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)。IUV-Pre5G軟件目前設(shè)有實(shí)訓(xùn)、測(cè)評(píng)和競(jìng)技3種模式;實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ胶凸こ棠Ｊ絻商篆h(huán)境;LTE，EPC和承載3大產(chǎn)品;無(wú)線接入網(wǎng)、IP承載網(wǎng)、光傳輸網(wǎng)和核心網(wǎng)4張網(wǎng)絡(luò);網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟?guī)劃、容量規(guī)劃、設(shè)備配置、數(shù)據(jù)配置和業(yè)務(wù)調(diào)試5個(gè)模塊;告警、PING，TRACE、撥測(cè)、光路檢測(cè)業(yè)務(wù)觀察和切換/漫游模式7種工具[2]。該軟件的設(shè)計(jì)參照電信運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)網(wǎng)工程項(xiàng)目規(guī)劃部署過(guò)程及實(shí)際運(yùn)行維護(hù)情形，涵蓋手機(jī)終端、基站（BBU+RRU/AAU）、光傳輸產(chǎn)品（Optical Transmission Products，OTN）、數(shù)據(jù)通信產(chǎn)品及核心網(wǎng)產(chǎn)品（HSS+MME+PGW+SGW）8類單元，覆蓋3個(gè)城市中的17個(gè)實(shí)景機(jī)房，從無(wú)到有訓(xùn)練學(xué)生的全網(wǎng)規(guī)劃部署能力，使學(xué)生全面掌握LTE&Pre5G全網(wǎng)拓?fù)湟?guī)劃、容量規(guī)劃、設(shè)備部署、對(duì)接配置、全網(wǎng)聯(lián)調(diào)等專業(yè)技能。而NB-IoT全網(wǎng)規(guī)劃部署與應(yīng)用仿真系統(tǒng)把握物聯(lián)網(wǎng)最新發(fā)展趨勢(shì)，以當(dāng)前最新的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)為知識(shí)體系，從無(wú)線、核心網(wǎng)、IP承載網(wǎng)、光傳輸網(wǎng)等多個(gè)維度分層次設(shè)計(jì)課程內(nèi)容，分6大模塊，契合網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的不同階段，幫助教師、學(xué)生全面了解及熟練掌握NB-IoT理論及實(shí)際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用知識(shí)。

3? ? 虛擬仿真技術(shù)在智慧課堂中的應(yīng)用

IUV虛擬仿真教學(xué)軟件滿足管理員、老師、學(xué)生的多方面使用要求，大大改善專業(yè)教學(xué)、實(shí)訓(xùn)的效果，具體應(yīng)用如下。

（1）促使移動(dòng)通信專業(yè)知識(shí)對(duì)學(xué)生而言變得可及、可控。移動(dòng)通信系統(tǒng)內(nèi)部信號(hào)的傳送是抽象、看不見(jiàn)、摸不著且隨機(jī)的，但通過(guò)應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，將信號(hào)和流程開(kāi)放出來(lái)，變得直觀。現(xiàn)網(wǎng)中，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)至少要上億元的投入，這對(duì)學(xué)校實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)而言顯然不現(xiàn)實(shí)，但借助虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，既可解決場(chǎng)地和時(shí)間問(wèn)題，又可供學(xué)生開(kāi)發(fā)、使用，真正支撐起“以學(xué)生為中心”的學(xué)習(xí)需求[3]。因此，虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用使得通信中抽象的知識(shí)學(xué)習(xí)過(guò)程變得生動(dòng)、可控、直觀，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，達(dá)到良好的實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)效果。

（2）改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，隨時(shí)、隨地地高效學(xué)習(xí)，滿足智慧課程教學(xué)需要。利用虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，可以使學(xué)生從以往固定時(shí)間做固定實(shí)驗(yàn)的情形，轉(zhuǎn)換為利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)隨時(shí)、隨地自主開(kāi)展多種多樣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目;可以以學(xué)生個(gè)人或團(tuán)隊(duì)合作的方式開(kāi)展設(shè)計(jì)及競(jìng)賽，自主選擇學(xué)習(xí)周期，按不同學(xué)習(xí)進(jìn)度完成學(xué)習(xí)內(nèi)容，還可以反復(fù)學(xué)習(xí)，靈活度高，實(shí)現(xiàn)高效率學(xué)習(xí)。平臺(tái)將學(xué)生的不同學(xué)習(xí)情況實(shí)時(shí)記錄，供教師對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果作出評(píng)價(jià)，滿足智慧課程教學(xué)需要。同時(shí)，在各個(gè)課程網(wǎng)站及終端，教師提前發(fā)放教學(xué)相關(guān)材料供學(xué)生熟悉與了解，IUV在線開(kāi)放平臺(tái)也實(shí)時(shí)更新相關(guān)教學(xué)視頻及材料，使學(xué)生可以在任何時(shí)間進(jìn)入平臺(tái)學(xué)習(xí)及提問(wèn)，解決各種問(wèn)題。另外，通過(guò)采用虛擬仿真實(shí)訓(xùn)的模式，開(kāi)設(shè)獨(dú)立的實(shí)訓(xùn)課程或操作環(huán)節(jié)，使遠(yuǎn)程如“二元制”的學(xué)生，直接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)就可以在虛擬仿真平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作練習(xí)，提升了實(shí)踐教學(xué)的重要性，有力地提高了學(xué)生的實(shí)踐操作能力。

（3）應(yīng)用于課程實(shí)習(xí)實(shí)踐，為課程教學(xué)保駕護(hù)航。IUV虛擬仿真軟件涵蓋的專業(yè)課程是我國(guó)通信產(chǎn)業(yè)中發(fā)展較快、較活躍的，其知識(shí)更新速度也非常快。高職院校的移動(dòng)通信人才培養(yǎng)方案與課程設(shè)置也要與時(shí)俱進(jìn)，跟隨技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。利用IUV虛擬仿真軟件技術(shù)，可以開(kāi)設(shè)下述相關(guān)的移動(dòng)通信類課程。

“移動(dòng)通信技術(shù)與基站工程”課程，包括移動(dòng)通信的基本原理，基站的安裝、設(shè)備接線與調(diào)測(cè)，勘測(cè)工具的使用等內(nèi)容。

“計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)”課程，包括網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議，同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH），OTN，分組傳送網(wǎng)（Packet Transport Network，PTN），RT原理及配置，通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)、工程硬件部署、工程軟件部署、業(yè)務(wù)調(diào)試、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)等。

“移動(dòng)通信故障分析與處理實(shí)訓(xùn)”課程，包括無(wú)線接入網(wǎng)、核心網(wǎng)及承載網(wǎng)各站點(diǎn)的配置，全網(wǎng)撥測(cè)、切換、漫游，無(wú)線接入網(wǎng)、核心網(wǎng)及承載網(wǎng)故障的排查、分析與處理等。

“移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試優(yōu)化”課程，包括網(wǎng)絡(luò)Attach測(cè)試、Ping測(cè)試、小區(qū)重選測(cè)試、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法及調(diào)試、故障排查等。

進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)使用該軟件完成一項(xiàng)具體的全網(wǎng)建設(shè)工程項(xiàng)目，包括完成網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、容量規(guī)劃、工程概預(yù)算、設(shè)備選型、設(shè)備連線、設(shè)備配置及調(diào)測(cè)和優(yōu)化[4]。

（4）緩解移動(dòng)通信系統(tǒng)大型實(shí)體設(shè)備更新壓力。隨著移動(dòng)通信的發(fā)展，5G開(kāi)始商用，由于ICT更新速度非?？?，移動(dòng)通信系統(tǒng)大型實(shí)體設(shè)備價(jià)格高昂。對(duì)高校而言，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用軟件版本更新的方式進(jìn)行免費(fèi)升級(jí)，不需要額外投入資金就可將課程無(wú)縫切換到未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)中，因此，在建設(shè)成本、更新周期、實(shí)現(xiàn)手段以及新技術(shù)的快速引入等方面都具有顯著的優(yōu)勢(shì)[4]。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

移動(dòng)通信課程的教學(xué)及實(shí)訓(xùn)涉及移動(dòng)通信多種網(wǎng)元設(shè)備、接口、協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架、移動(dòng)性管理等內(nèi)容，教學(xué)方式越來(lái)越注重理實(shí)一體化，但由于諸多條件限制，高職院校難以憑借自身力量為有關(guān)課程的教學(xué)建立真實(shí)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。針對(duì)該問(wèn)題，本文以學(xué)生為中心，針對(duì)移動(dòng)通信課程中所涉及的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)工程內(nèi)容，探討了可采用 IUV全網(wǎng)虛擬仿真教學(xué)軟件，在“現(xiàn)網(wǎng)”條件下，采用準(zhǔn)確、形象、生動(dòng)的實(shí)踐融合智慧教學(xué)方式，從而促使課程教學(xué)效果達(dá)到理論與工程實(shí)踐完美結(jié)合的目的，提高教學(xué)質(zhì)量和效果。

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