IUV-4G通信全網(wǎng)仿真在通信技術專業(yè)建設中的應用研究

摘要：實驗教學是高職院校培養(yǎng)高素質合格人才的重要實踐性環(huán)節(jié)，通過信息化手段結合學科特色，打造虛擬仿真實訓平臺成為當下實驗教學的熱點。IUV通過計算機3D多媒體技術，虛擬現(xiàn)實VR技術，互聯(lián)網(wǎng)云計算與大數(shù)據(jù)技術的深度融合，依托虛擬仿真教學實訓平臺，為通信技術專業(yè)建設提供一套實訓教學解決方案，有效培養(yǎng)符合行業(yè)、市場需要的應用型、技能型的通信技術人才。

關鍵詞：IUV-4G;虛擬仿真;通信技術

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）29-0062-03

1 移動寬帶技術的發(fā)展

近年來，通信技術突飛猛進，通信行業(yè)已經(jīng)成為增長最快的行業(yè)之一。工信部運行監(jiān)測協(xié)調局統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截至2020年6月，我國4G用戶數(shù)已至128271.6萬戶，2019年底我國的移動通信基站這一數(shù)字已達到841萬個，其中4G移動基站數(shù)目占比達到70%。2019年9月20日，中國工信部部長表示：中國4G基站數(shù)量占全球一半以上。

伴隨著國家推進移動互聯(lián)網(wǎng)，傳統(tǒng)行業(yè)不斷向“互聯(lián)網(wǎng)+”進行轉型升級，移動寬帶技術的大力發(fā)展，4G移動通信的規(guī)?；?，5G移動通信試運營，通信產業(yè)將迎來前所未有的發(fā)展。目前，中國已經(jīng)建成了世界上規(guī)模最大的光纖寬帶網(wǎng)絡和4G網(wǎng)絡，光纖用戶占寬帶用戶比例超過了93%，4G用戶也達到了80%。為疫情期間上千萬家的企事業(yè)單位、家庭線上辦公、涉及上億學生的“停課不停學”順利進行提供了保障。未來十年，4G與5G二者互為補充并將長期共存，為用戶提供服務。

產業(yè)規(guī)模的急劇擴大，基站建設、通信網(wǎng)絡工程和維護行業(yè)中工程設計施工、網(wǎng)絡規(guī)劃優(yōu)化和維護崗位[1]需求量很大，必然帶來高素質技能型人才的強勢需求。這既對通信技術專業(yè)學生提供了良好的發(fā)展前景和就業(yè)環(huán)境，同時也對通信技術專業(yè)的建設提出了挑戰(zhàn)。

2 虛擬仿真實驗室

教育信息化的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的實驗方式已經(jīng)不能滿足當下的教學需求，虛擬仿真實驗室的出現(xiàn)，順應了時代的要求。尤其對于STEM學科（S是科學（Science），T是技術（Technology），E是丁程（Engineering），M是數(shù)學（Mathematics））而言尤為必要。

2.1 虛擬仿真實驗室概念

虛擬仿真實驗室是一種基于Web、VR虛擬現(xiàn)實等前沿技術構建的開放式網(wǎng)絡化的虛擬實驗教學系統(tǒng).是現(xiàn)有教學實驗室的數(shù)字化和虛擬化[2]。在這個平臺上，學生對實驗教學的各個環(huán)節(jié)既可進行真實的模擬仿真，還可自主設計探索，利用虛擬的網(wǎng)元自由搭建任意合理的實驗。相對傳統(tǒng)的實驗室實訓模式，虛擬仿真實驗室還有安全陛高、更新便捷等優(yōu)點，不需要任何的裝修、安裝、上電調測等過程，有一些實驗比較危險、極具破壞性，但通過虛擬平臺可完成傳統(tǒng)實驗室無法實現(xiàn)的操作和練習。

2.2 虛擬仿真實驗室優(yōu)勢

從2G到3G、4G到5G，通信技術升級換代快，通信專業(yè)的傳統(tǒng)實驗設備往往較為昂貴，每一次更新?lián)Q代就意味著換購新的設備，資金壓力大，投入收益低。虛擬仿真軟件初次購置看似投入大，但可伴隨技術的更新進行軟件的升級。搭建這樣的仿真平臺，讓同學們以教學任務書的形式在實驗仿真平臺完成相應的任務，在與工程實際相結合，充分體驗虛擬仿真軟件的交互性、真實性、直觀性，提高學生學習興趣，促進學生實踐操作能力，是一種物美價廉的實訓方式。

2.3 虛擬仿真實驗室支持在線遠程實驗

除此，虛擬仿真實驗室還支持遠程實驗，可以通過網(wǎng)絡不受時空限制地利用通信網(wǎng)元設備進行實驗和設計，教師通過直播平臺提供在線幫助和學習指導，學生之間共享資源、合作實驗、直播實驗過程等激發(fā)學習熱情，為實驗教學環(huán)節(jié)提供強有利地支持。

3 IUV-4G通信全網(wǎng)仿真軟件

海南政法職業(yè)學院通信技術專業(yè)采購的軟件是深圳市艾優(yōu)威科技有限公司（以下簡稱IUV）開發(fā)的這套4G通信全網(wǎng)軟件[3]。IUV與中興通訊學院戰(zhàn)略合作，是一家聚焦互聯(lián)網(wǎng)在線教育的科技公司，IUV通過計算機3D多媒體技術，虛擬現(xiàn)實VR技術，互聯(lián)網(wǎng)云計算與大數(shù)據(jù)技術的深度融合，秉承易學、尚學、樂學的教學服務理念，依托虛擬仿真教學實訓平臺，為通信專業(yè)提供一整套教學實訓系統(tǒng)方案。該軟件采用的是大家熟知的客戶機和服務器結構（c/s模式），由IUV負責建設大型數(shù)據(jù)庫和提供高性能服務器，用戶從官網(wǎng)下載安裝客戶端，通過IUV提供的網(wǎng)絡賬號即可登錄操作[3]。

3.1 軟件介紹

該軟件的設計參照電信運營商現(xiàn)網(wǎng)工程項目規(guī)劃部署過程及實際運行維護情形，支持實驗環(huán)境和工程環(huán)境2種模式，提供ITE、EPC、承載3大產品，由無線接入網(wǎng)、IP承載網(wǎng)、光傳輸網(wǎng)、核心網(wǎng)4張網(wǎng)絡組成，可實現(xiàn)TDD和FDD兩種制式的網(wǎng)絡拓撲規(guī)劃、容量規(guī)劃、設備配置、數(shù)據(jù)配置、業(yè)務調試5個模塊[4]，業(yè)務調試具有告警、PING、TRACE、業(yè)務驗證（撥測）、業(yè)務觀察、切換漫游、路由表模式7種工具，涵蓋手機終端、基站（BBU+R RU/AAU）、光傳輸產品（RT+ PTN +OTN）、數(shù)據(jù)通信產品及核心網(wǎng)產品（HSS+MME+PGW+SGW）8類單元[5]，還有3個城市中的17個實景機房：站點機房、核心網(wǎng)機房、承載匯聚機房、中心機房、骨干網(wǎng)機房。

3.2 三種教學模式

IUVBOX支持三種教學模式，一是實訓模式下的日常教學，無論是實訓環(huán)境、參數(shù)選取、連線配置、網(wǎng)絡架構均可自行選取設計，能滿足多層次、多級別的教學需要。二是競技模式，通過系統(tǒng)管理平臺可以白定義試題和任務書組織競技比賽;三是測評模式，教師將對應授課內容的實訓練習題推送給學生，教師可通過管理平臺監(jiān)控并查看學生實訓任務的進展。

3.3 組網(wǎng)規(guī)劃

規(guī)劃是組建通信網(wǎng)絡的第一步，也是關鍵的一步。IUV-4G全網(wǎng)規(guī)劃部署以3座城市為代表組建，根據(jù)城市的規(guī)模、人口數(shù)量、經(jīng)濟發(fā)達程度和地形地勢綜合考慮。萬綠市，國內一線大型城市，移動用戶數(shù)1250萬，平原地區(qū)，經(jīng)濟發(fā)達;千湖市，國內二線中大型城市，移動用戶數(shù)900萬，湖泊地區(qū)，經(jīng)濟中等;百山市，國內三線中小型城市，移動用戶數(shù)500萬，丘陵地區(qū)，經(jīng)濟一般[6]。

4G移動通信系統(tǒng)由無線接入網(wǎng)、核心網(wǎng)、承載網(wǎng)和光傳輸網(wǎng)組成，其中無線及核心網(wǎng)的規(guī)劃包括了：網(wǎng)絡拓撲結構設計、覆蓋規(guī)劃、容量規(guī)劃、無線參數(shù)規(guī)劃等，并保證網(wǎng)絡的暢通。

4G無線網(wǎng)絡：采用TDD與FDD雙管齊下，隨機應變，針對不同容量的業(yè)務需求，綜合考慮覆蓋方案。

4G核心網(wǎng)絡：核心網(wǎng)應控制建網(wǎng)成本，避免盲目投入，只需在用戶密集的萬綠、千湖兩市部署LTE核心設備，百山市可就近接人千湖市。

IP承載網(wǎng)絡：承載網(wǎng)使用高性能路由器和PTN連接核心網(wǎng)和無線基站。

光傳輸網(wǎng)：遠距離光傳輸由大容量的OTN設備負責。

網(wǎng)絡拓撲結構：根據(jù)規(guī)劃設計整體三城市網(wǎng)絡拓撲架構;

容量規(guī)劃：根據(jù)三市用戶數(shù)目及特征，規(guī)劃網(wǎng)路與設備容量。

設備配置：根據(jù)容量規(guī)劃結果，完成設備工程安裝和對接;

數(shù)據(jù)配置：按照設備部署安裝的情況，配置對應的業(yè)務數(shù)據(jù);

業(yè)務調試：通過多種預設工具和調測方法，排查故障，保證網(wǎng)路正常運行。

3.4 業(yè)務綜合調試

網(wǎng)絡建設部署完成后，當設備安裝、數(shù)據(jù)配置過程中存在故障導致用戶無法接人時，可利用系統(tǒng)提供業(yè)務調試的七種工具進行快速有效的故障定位和排查，保證網(wǎng)絡的暢通。

告警工具是用來檢測所有機房現(xiàn)有的設備中，是否存在相關的連線故障、接口通信故障、鏈路故障等物理故障。其檢測信息來源于目前的“設備配置”的物理檢測，以及和該設備相關的“數(shù)據(jù)配置”中接口類、鏈路類配置檢測。從圖3可看出，三市的物理連接沒有出現(xiàn)紅色告警信息。如果出現(xiàn)紅色告警則需進行故障的定位和排查。

告警信息是業(yè)務驗證的基礎，如果業(yè)務驗證小區(qū)相關的設備存在告警作息，將不能通過業(yè)務驗證。從圖4可看出，網(wǎng)絡建設部署完成后，因設備安裝、數(shù)據(jù)配置無誤，業(yè)務驗證中數(shù)據(jù)的上行和下行良好，意味著網(wǎng)絡暢通。

4 IUV-4G仿真管理平臺

IUV仿真平臺的另一優(yōu)勢是為用戶搭建多功能平臺管理，既提供多樣化的教學資源又提供完備的實驗管理與維護，可滿足不同層次使用者的要求，幫助教師安排課程，完成優(yōu)質教學，實現(xiàn)自我能力的提升。校園的平臺管理主要功能有：用戶管理和教學管理。

用戶管理有：①賬戶管理可支持添加刪除賬戶、批量導入導出賬戶;②群組管理可實現(xiàn)用戶賬號按組（班級）分配功能;③群組授權可支持設置群組使用權限三大功能。

教學管理有：①賽事向導可指導新用戶操作實現(xiàn)添加賽事、組建戰(zhàn)隊、下發(fā)試題的流程，幫助和簡化了新用戶熟悉教學管理操作應用;②賽事管理可支持編輯賽事任務書添加賽事;③戰(zhàn)隊管理可實現(xiàn)批量導入戰(zhàn)隊、添加戰(zhàn)隊、編輯功能，同一戰(zhàn)隊多人共享一份數(shù)據(jù)，協(xié)同作戰(zhàn);④試題管理可實現(xiàn)試題下發(fā)、排錯答案錄入、編輯功能;⑤賽事監(jiān)控支持監(jiān)控賽事情況，顯示業(yè)務配置結果五大功能。

5 結束語

為促進我國高等學校信息通信相關專業(yè)建設、提高學生對信息通信網(wǎng)絡設計部署及優(yōu)化方面的綜合能力，教育部高等學校電子信息類專業(yè)教學指導委員會聯(lián)合中國通信學會共同組織開展全國大學生電子信息類專業(yè)大賽一通信工程應用競賽，其中2015、2016、2019舉辦的4G全網(wǎng)建設技術賽項采用的是IUV-4G作為專用平臺，真正做到了以賽促學、以賽促教，為社會培養(yǎng)高素質技能型通信專業(yè)人才。

參考文獻：

[1]周燕，蘇品剛，范海建，等.高職類通信技術專業(yè)建設探討與實踐——以蘇州市職業(yè)大學為例[J].蘇州市職業(yè)大學學報，2013。24（1）：70-73.

[2]時愛菊，張坤，牟少敏.無機化學虛擬仿真實驗室的應用與探索[J].山東化工，2020，49（8）：217-218.

[3]李強.基于虛擬仿真技術的通信實訓室的構建[J].科技經(jīng)濟市場，2016（10）：26-27.

[4]蔡盛勇.基于移動通信背景下的IUV-4G全網(wǎng)仿真教學軟件設計[J].無線互聯(lián)科技，2020（5）：113-114.

[5]張戀，陳坤定，范祖良，等.虛擬仿真技術在移動通信智慧課堂中的應用[J].無線互聯(lián)科技，2019（14）：134-135.

[6]陳佳瑩，張溪，林磊.IUV-4G移動通信技術[M].北京：人民郵電出版社，2016.

【通聯(lián)編輯：梁書】

作者簡介：桑峻（1976-），男，安徽鳳陽人，講師，碩士，主要研究方向：通信技術、計算機應用。