胡記偉,趙志強(qiáng),張 磊,薛建軍,趙 平,李振國(guó),廖遠(yuǎn)志
(武漢烽火技術(shù)服務(wù)有限公司,武漢 430205)
目前,我國(guó)信息通信人才培養(yǎng)主要面臨以下兩個(gè)問(wèn)題。
目前,我國(guó)信息通信專業(yè)高等教育仍偏重理論,大學(xué)生實(shí)踐水平較低。雖然高校設(shè)置了實(shí)習(xí)實(shí)踐課程,但受限于較高的實(shí)習(xí)成本和有限的實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi),學(xué)生實(shí)習(xí)實(shí)踐效果很難保證,實(shí)踐水平也難以得到有效提高。我國(guó)高校和中職院校信息通信專業(yè)學(xué)生實(shí)訓(xùn)以線下為主,實(shí)習(xí)成本較高,其中包括交通費(fèi)、安全費(fèi)、資料費(fèi)、餐飲費(fèi)、場(chǎng)地費(fèi)等,嚴(yán)重影響了高質(zhì)量實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)體驗(yàn)?zāi)J降囊?guī)?;茝V。各個(gè)學(xué)校實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)參差不齊,相差很大,重點(diǎn)院校實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)相對(duì)充足,非重點(diǎn)院校實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)不足,學(xué)生實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)效果難以保證。以湖北省武漢市高校為例,信息工程專業(yè)實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)分為3 個(gè)檔次,第一檔:兩所985 高校——武漢大學(xué)和華中科技大學(xué),每年每人800 元左右。第二檔:211高校,包括華中師范大學(xué)、武漢理工大學(xué)等,每年每人400 元左右。第三檔:省屬高校,包括湖北工業(yè)大學(xué)、武漢工程大學(xué)等,每年每人120 元左右(實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)自高校教務(wù)處)。實(shí)訓(xùn)經(jīng)費(fèi)充足,學(xué)生可以獲得很好的實(shí)操體驗(yàn);實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)不足,甚至學(xué)生需要出部分費(fèi)用才能湊齊實(shí)訓(xùn)費(fèi)用,那么實(shí)操體驗(yàn)也難以保證。
信息通信技術(shù)人才資源緊缺有深層次的原因:一方面,這些年信息通信行業(yè)存在無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象,行業(yè)利潤(rùn)急速減少,很多企業(yè)沒(méi)有做好人才儲(chǔ)備和培訓(xùn)工作;另一方面,高校通信專業(yè)人才培養(yǎng)偏重于學(xué)術(shù)理論,導(dǎo)致培養(yǎng)出的通信人才存在理論知識(shí)扎實(shí)、網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足的問(wèn)題,與企業(yè)需求脫節(jié),這些應(yīng)屆大學(xué)畢業(yè)生進(jìn)入企業(yè)后短時(shí)間內(nèi)不能勝任崗位工作的要求,還需企業(yè)投入資源加以培養(yǎng)才能“真正上崗”。
當(dāng)前,意識(shí)領(lǐng)先的教育信息化企業(yè)和學(xué)校已經(jīng)開(kāi)始探索5G 教育應(yīng)用場(chǎng)景,初步形成了5G+智慧校園、5G+智慧教室、5G+直播教學(xué)、5G+全息教學(xué)、5G+VR 教學(xué)以及5G+仿真實(shí)驗(yàn)等新型教育應(yīng)用場(chǎng)景[1]。在此背景下,武漢烽火技術(shù)服務(wù)有限公司聯(lián)合武漢大學(xué)、華中科技大學(xué)、武漢理工大學(xué)和華中師范大學(xué)等高校以及相關(guān)企業(yè)成功建成5G+信息通信技術(shù)人才培訓(xùn)平臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱“本平臺(tái)”)。本平臺(tái)始終聚焦我國(guó)信息通信技術(shù)人才培養(yǎng)工作的三大痛點(diǎn),立足已有的核心優(yōu)勢(shì)和培訓(xùn)資源,成功建成“互聯(lián)網(wǎng)+”數(shù)字化培訓(xùn)設(shè)施,與高校和企業(yè)開(kāi)展深度合作,將理論學(xué)習(xí)和網(wǎng)絡(luò)實(shí)操有機(jī)結(jié)合,不斷豐富我國(guó)5G+智慧教育應(yīng)用場(chǎng)景,共同打造優(yōu)質(zhì)培訓(xùn)資源共享、實(shí)習(xí)成本合適的信息通信技術(shù)人才培養(yǎng)生態(tài),促進(jìn)我國(guó)信息通信專業(yè)優(yōu)質(zhì)教育資源向中西部地區(qū)投送,成功實(shí)現(xiàn)信息通信技術(shù)人才規(guī)?;⒏哔|(zhì)量培養(yǎng),為加快建設(shè)世界重要人才中心和創(chuàng)新高地以及發(fā)展我國(guó)5G產(chǎn)業(yè)提供強(qiáng)有力的智力支撐。本平臺(tái)主要建設(shè)內(nèi)容如下。
通過(guò)與微課堂合作,本平臺(tái)已建成華中地區(qū)最大的信息通信技術(shù)人才直播學(xué)習(xí)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)視頻互動(dòng)技術(shù),以大數(shù)據(jù)+人工智能(Artificial Intelligence,AI)技術(shù)為依托,學(xué)員可以通過(guò)計(jì)算機(jī)、手機(jī)、微信App、瀏覽器等多種方式參加培訓(xùn)。該系統(tǒng)自帶簽到、白板、聊天、互動(dòng)、答疑、嘉賓連麥、調(diào)查問(wèn)卷、考核、無(wú)痕督課等互動(dòng)功能(見(jiàn)圖1),不僅可以保證學(xué)員的“出席率”,還為培訓(xùn)內(nèi)容的創(chuàng)新提供了技術(shù)支撐。
圖1 5G 直播學(xué)習(xí)系統(tǒng)截圖
該系統(tǒng)具備千人規(guī)模級(jí)實(shí)時(shí)在線直播教學(xué)、百人規(guī)模級(jí)在線互動(dòng)+在線實(shí)操型點(diǎn)對(duì)點(diǎn)互動(dòng)教學(xué)功能,具有良好的信息通信技術(shù)人才培訓(xùn)“互聯(lián)網(wǎng)+”體驗(yàn)環(huán)境,顯著降低了信息通信技術(shù)人才培養(yǎng)成本,提高了信息通信技術(shù)人才培養(yǎng)質(zhì)量和速度,為我國(guó)乃至全球5G 網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模化部署提供了堅(jiān)實(shí)的人才保障。
為了滿足學(xué)員遠(yuǎn)程實(shí)操的需求,平臺(tái)依托5G實(shí)驗(yàn)室近百端烽火5G 切片分組網(wǎng)(Slicing Packet Network,SPN)/ 智能傳送網(wǎng)(Smart Transport Network,STN)設(shè)備組成5G SPN/STN 現(xiàn)網(wǎng),建成了E-Lab 云實(shí)驗(yàn)室(見(jiàn)圖2),采用數(shù)百臺(tái)高可用服務(wù)器及存儲(chǔ)器組成虛擬桌面池,通過(guò)萬(wàn)兆交換網(wǎng)絡(luò)接入5G 實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和瘦終端個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer,PC),通過(guò)虛擬機(jī)與教室資源的靈活分配,使用互聯(lián)網(wǎng)隨時(shí)隨地接入5G 實(shí)驗(yàn)室中300 多端設(shè)備資源進(jìn)行遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)實(shí)操,可同時(shí)滿足50 多個(gè)班超過(guò)1000 名學(xué)員的實(shí)操需求。
圖2 E-Lab 云實(shí)驗(yàn)室截圖
E-Lab 云實(shí)驗(yàn)室采用了許多先進(jìn)的技術(shù),如虛擬機(jī)(Kernel-based Virtual Machine,KVM)技術(shù)、Xen技術(shù)以及VMware 技術(shù)等。其開(kāi)發(fā)平臺(tái)為ovirt 開(kāi)源平臺(tái),同時(shí)采用了超融合人機(jī)交互(Human-Computer Interaction,HCI)底層管理基礎(chǔ)架構(gòu),該架構(gòu)可以構(gòu)建一個(gè)虛擬機(jī),這個(gè)虛擬機(jī)能夠完成鏡像操作。
E-Lab 云實(shí)驗(yàn)室是一種新型培訓(xùn)服務(wù)模式,其中搭建了包括承載網(wǎng)、傳輸網(wǎng)和接入網(wǎng)等5G 網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的端到端組網(wǎng)環(huán)境,通過(guò)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和“互聯(lián)網(wǎng)+”等數(shù)字技術(shù)為學(xué)員提供單站開(kāi)通、站點(diǎn)測(cè)試、設(shè)備連纖、設(shè)備聯(lián)調(diào)、業(yè)務(wù)開(kāi)通、業(yè)務(wù)驗(yàn)證、業(yè)務(wù)查詢、日常維護(hù)、站點(diǎn)巡檢、故障處理、網(wǎng)絡(luò)評(píng)估以及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等信息通信網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程實(shí)操服務(wù)。有了E-Lab 云實(shí)驗(yàn)室,學(xué)員可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上的任何工作站來(lái)參與培訓(xùn)活動(dòng),且不受時(shí)間、地點(diǎn)的限制,也可以遠(yuǎn)程進(jìn)行方案演示、方案驗(yàn)證等。這種方式不但成本低、覆蓋面廣,而且能有效提升學(xué)員網(wǎng)絡(luò)實(shí)操技能,得到了學(xué)員的廣泛認(rèn)可。
本平臺(tái)成功開(kāi)發(fā)出教學(xué)仿真軟件系統(tǒng),主要具有以下功能。
(1)能夠?yàn)橛脩籼峁┠M5G 網(wǎng)絡(luò)組建與設(shè)計(jì)功能,如設(shè)計(jì)一個(gè)5G 核心網(wǎng)絡(luò),也可以設(shè)計(jì)一個(gè)演進(jìn)的通用陸基無(wú)線接入網(wǎng)。(2)支持網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟?guī)劃功能,可根據(jù)任務(wù)描述,通過(guò)網(wǎng)元部署及連線完成5G 承載網(wǎng)3 種網(wǎng)元功能及承載網(wǎng)規(guī)劃拓?fù)湓O(shè)計(jì)。(3)支持硬件配置功能,可根據(jù)任務(wù)描述,完成設(shè)備的型號(hào)選擇、布放以及線纜連接等任務(wù)。(4)可以完成5G 承載網(wǎng)機(jī)房硬件配置,比如實(shí)現(xiàn)網(wǎng)際互聯(lián)協(xié)議(Internet Protocol,IP)地址配置,完成設(shè)備之間、設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)光纖配線架之間的數(shù)據(jù)連接。(5)可以完成5G 承載網(wǎng)業(yè)務(wù)開(kāi)通操作,支持IP 地址、路由等規(guī)劃配置,也可以完成FlexE 切片/聚合/交叉配置以及前傳網(wǎng)絡(luò)配置。(6)支持業(yè)務(wù)調(diào)試功能,可根據(jù)任務(wù)需求,在虛擬項(xiàng)目上完成IP 鏈路調(diào)試及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化,以保證網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行。
本平臺(tái)總體技術(shù)方案和技術(shù)路線就是采用自研的新型5G 組網(wǎng)方案搭建5G SPN/STN 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)(見(jiàn)圖3),采用以5G SPN/STN 為代表的新一代骨干和城域范圍內(nèi)5G 承載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,支持FlexE 切片及軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software-defined Networking,SDN)技術(shù)。對(duì)一般的城域SPN/STN 網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō),其結(jié)構(gòu)分為核心層、匯聚層、接入層3 層,包含核心SPN/STN、骨干匯聚SPN/STN、普通匯聚SPN/STN 及接入SPN/STN 節(jié)點(diǎn)。業(yè)務(wù)由接入節(jié)點(diǎn)接入,匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行流量匯聚,核心節(jié)點(diǎn)作為城域流量出口與骨干網(wǎng)對(duì)接。SDN 管控平臺(tái)與所有節(jié)點(diǎn)建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接,實(shí)現(xiàn)端到端FlexE 切片,且為網(wǎng)絡(luò)切片提供集中管理和控制服務(wù)。學(xué)員可使用瘦終端連接云桌面平臺(tái),且云桌面可提供各類瘦終端組建業(yè)務(wù)驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)及管控網(wǎng)絡(luò)。
圖3 5G SPN/STN 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)組網(wǎng)拓?fù)?/p>
“5G+智慧教育”不僅是對(duì)傳統(tǒng)線上教育的速度提升,還是5G 技術(shù)與教育理念的深度融合和全面創(chuàng)新[2]。本平臺(tái)創(chuàng)新性主要體現(xiàn)在以下4 個(gè)方面。
本平臺(tái)成功與高校和中職學(xué)校合作開(kāi)展了信息通信技術(shù)人才定制化培養(yǎng)工作,聯(lián)合開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)培訓(xùn)課程,委托武漢烽火技術(shù)服務(wù)有限公司一批技術(shù)骨干擔(dān)任高校合作培養(yǎng)導(dǎo)師,突破了我國(guó)信息通信人才傳統(tǒng)培養(yǎng)方式,促進(jìn)信息通信專業(yè)理論和信息通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐有機(jī)結(jié)合,促使學(xué)生實(shí)訓(xùn)工作高質(zhì)量完成,顯著提高了學(xué)生的實(shí)操水平,推動(dòng)我國(guó)信息通信產(chǎn)業(yè)和信息通信專業(yè)教育在更廣范圍、更深程度、更高水平融合發(fā)展。
本平臺(tái)采用虛擬現(xiàn)實(shí)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等數(shù)字技術(shù),結(jié)合烽火690/650E 系列5G SPN 設(shè)備和端到端的組網(wǎng)模式搭建5G SPN 現(xiàn)網(wǎng),接入和傳輸承載帶寬與容量提升10 倍以上,接入速率超過(guò)20 G/秒。結(jié)合自研的公有云內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)(Content Delivery Network,CDN)加速和遠(yuǎn)程控制軟件,學(xué)員可以遠(yuǎn)程模擬5G 網(wǎng)絡(luò)智能開(kāi)通、智能交付及智能運(yùn)維等應(yīng)用場(chǎng)景。本平臺(tái)還支持個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer,PC)、手機(jī)等終端進(jìn)行直播、學(xué)習(xí)、考核、認(rèn)證等操作。
本平臺(tái)成功建成我國(guó)信息通信技術(shù)領(lǐng)域虛擬現(xiàn)實(shí)-遠(yuǎn)程教學(xué)、在線學(xué)習(xí)和互動(dòng)課堂3 種5G+智慧教育應(yīng)用場(chǎng)景,并在超過(guò)30 所高校和中職學(xué)校以及超過(guò)100 家企業(yè)信息通信人才培養(yǎng)項(xiàng)目中得到應(yīng)用,成功培養(yǎng)超過(guò)10 000 名信息通信技術(shù)人才,豐富了我國(guó)5G+智慧教育應(yīng)用場(chǎng)景,推動(dòng)我國(guó)5G+智慧教育應(yīng)用不斷創(chuàng)新。
本平臺(tái)構(gòu)建了設(shè)備軟硬件智能體系,有效建立了“5G+智慧教育”教學(xué)模式[3],開(kāi)展了5G 直播學(xué)習(xí)、遠(yuǎn)程實(shí)操、遠(yuǎn)程考核、遠(yuǎn)程認(rèn)證等在線教育工作,注重培訓(xùn)體驗(yàn)、課堂互動(dòng)和個(gè)性化學(xué)習(xí),持續(xù)提高培訓(xùn)體驗(yàn)感和效率。本平臺(tái)突破傳統(tǒng)的集中面授模式,采用云培訓(xùn)新模式,在保證培訓(xùn)效果的同時(shí)避免了學(xué)員面對(duì)面接觸,成功推動(dòng)我國(guó)專業(yè)技術(shù)人才培訓(xùn)向“在線培訓(xùn)+體驗(yàn)教育”轉(zhuǎn)型。
智慧教育不僅是智能技術(shù)在教育中的應(yīng)用,更是智能時(shí)代教育的全面轉(zhuǎn)型與變革[4]。本平臺(tái)服務(wù)對(duì)象主要包括高校、中職學(xué)校和企業(yè),成功建成虛擬現(xiàn)實(shí)-遠(yuǎn)程教學(xué)、在線學(xué)習(xí)和互動(dòng)課堂3 種5G+智慧教育應(yīng)用場(chǎng)景,面向?qū)W員開(kāi)展了信息通信技術(shù)遠(yuǎn)程教學(xué)和信息通信網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程實(shí)操,取得以下應(yīng)用效果。
本平臺(tái)采用5G、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和人工智能等數(shù)字技術(shù),通過(guò)5G 直播學(xué)習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行沉浸互動(dòng)式教學(xué),激發(fā)了學(xué)員學(xué)習(xí)興趣,提升了其學(xué)習(xí)能力;通過(guò)5G空中課堂,成功打破空間限制,使不同地區(qū)的學(xué)員加入課堂聽(tīng)課、參與答疑,實(shí)現(xiàn)便捷的課堂實(shí)時(shí)交互,重塑在線教育數(shù)字化體驗(yàn),學(xué)員足不出戶便可做各種各樣的實(shí)驗(yàn),獲得與真實(shí)實(shí)驗(yàn)一樣的體會(huì),從而豐富感性認(rèn)識(shí),加深對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解,使培訓(xùn)模式從傳統(tǒng)的“被動(dòng)接受式”轉(zhuǎn)為“自主探索式”。
本平臺(tái)建成在線學(xué)習(xí)平臺(tái),擁有多種信息通信技術(shù)課程(中英文課程均有),包括PPT 講義和錄播視頻。該平臺(tái)面向全球?qū)W員24 小時(shí)全天候免費(fèi)開(kāi)放,為學(xué)員自學(xué)開(kāi)辟了“互聯(lián)網(wǎng)+”教育通道,推動(dòng)優(yōu)質(zhì)教育資源共享。
本平臺(tái)建成E-Lab 云實(shí)驗(yàn)室和教學(xué)仿真軟件系統(tǒng),實(shí)時(shí)承載量超過(guò)1 000 人,可以開(kāi)展規(guī)?;h(yuǎn)程實(shí)訓(xùn)。學(xué)員通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可以模擬設(shè)備安裝、測(cè)試、維護(hù)、故障處理等網(wǎng)絡(luò)操作,節(jié)省了交通費(fèi)、安全費(fèi)、場(chǎng)地費(fèi)、資料費(fèi)等實(shí)訓(xùn)成本,節(jié)約了75%的實(shí)訓(xùn)成本,推動(dòng)我國(guó)信息通信專業(yè)教育成本下降,促進(jìn)我國(guó)教育高質(zhì)量發(fā)展。
另外,我國(guó)非重點(diǎn)院校教育經(jīng)費(fèi)普遍緊張,單個(gè)學(xué)生每年實(shí)訓(xùn)費(fèi)用很低,很難獲得體驗(yàn)感較強(qiáng)的實(shí)訓(xùn)環(huán)境。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(Network Functions Virtualization,NFV)技術(shù),本平臺(tái)實(shí)操承載量大幅提高,使得單次實(shí)操成本顯著降低,學(xué)員可以獲得較高體驗(yàn)感的5G 承載網(wǎng)實(shí)操,推進(jìn)高質(zhì)量教育資源共享,促進(jìn)我國(guó)高等教育均衡發(fā)展。
本平臺(tái)引入了5G 和白板技術(shù),建成5G 直播學(xué)習(xí)系統(tǒng),采用新型直播教學(xué)模式,提高教師和學(xué)員間的互動(dòng)效率,滿足學(xué)員個(gè)性化的培訓(xùn)需求,提升了培訓(xùn)效率。該系統(tǒng)具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性和即時(shí)性,實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)端和PC 端之間的互通,突破時(shí)空限制,推動(dòng)我國(guó)信息通信技術(shù)人才培訓(xùn)向“在線培訓(xùn)+體驗(yàn)教育”轉(zhuǎn)型,實(shí)現(xiàn)我國(guó)信息通信技術(shù)人才規(guī)?;哔|(zhì)量培訓(xùn),滿足我國(guó)信息通信產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的需求。
在5G 直播學(xué)習(xí)系統(tǒng)中可以構(gòu)建多重學(xué)習(xí)場(chǎng)景,加強(qiáng)了師生之間的互動(dòng),拓展了在線教育培訓(xùn)功能,具有極佳的體驗(yàn)感,提高了學(xué)員的黏性,累計(jì)培訓(xùn)超過(guò)10 000 名信息通信技術(shù)人才,成功搭建我國(guó)信息通信高素質(zhì)人才儲(chǔ)備庫(kù)和信息通信技術(shù)人才供需平臺(tái),推動(dòng)解決我國(guó)信息通信產(chǎn)業(yè)專業(yè)技術(shù)人才緊缺的問(wèn)題,促進(jìn)我國(guó)信息通信產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
目前,本平臺(tái)成功入選工信部和教育部“5G+智慧教育”應(yīng)用試點(diǎn)項(xiàng)目,已與武漢大學(xué)、華中科技大學(xué)、武漢理工大學(xué)、武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院、武漢盈信通科技有限公司等院校和企業(yè)開(kāi)展深度合作,服務(wù)企業(yè)超過(guò)100 家,累計(jì)培訓(xùn)規(guī)模超過(guò)10 000 人,成功打造一種優(yōu)質(zhì)培訓(xùn)資源共享、實(shí)習(xí)成本合適的信息通信技術(shù)人才培養(yǎng)生態(tài),探索出一種滿足大規(guī)模與個(gè)性化需求的新型人才培養(yǎng)模式[5],實(shí)現(xiàn)了我國(guó)信息通信技術(shù)人才規(guī)?;哔|(zhì)量培養(yǎng),為加快建設(shè)世界重要人才中心和創(chuàng)新高地,以及發(fā)展我國(guó)5G 產(chǎn)業(yè)提供了強(qiáng)有力的智力支撐。