新建本科院校通信工程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的研究

劉光燦，張剛林，黃飛江，陳威兵

(長(zhǎng)沙學(xué)院 電子與通信工程系，湖南 長(zhǎng)沙 410022)

隨著互聯(lián)網(wǎng)和電信業(yè)務(wù)通信網(wǎng)的高速發(fā)展，市場(chǎng)亟需網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人才和通信網(wǎng)設(shè)備安裝、調(diào)試、維護(hù)和運(yùn)營(yíng)管理的技術(shù)人才[1]。這給新建本科院校通信工程專業(yè)的發(fā)展提供了絕好的機(jī)會(huì)。為培養(yǎng)合格的通信工程專業(yè)人才，需要加強(qiáng)通信工程實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)和工程教育，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、綜合能力和創(chuàng)新能力[2-3]。

1 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案設(shè)計(jì)原則

通信工程實(shí)驗(yàn)室總體建設(shè)目標(biāo)是建設(shè)一個(gè)能培養(yǎng)學(xué)生工程能力和綜合創(chuàng)新能力的實(shí)用型通信實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使學(xué)生能較好地掌握通信技術(shù)原理，達(dá)到對(duì)整體專業(yè)技術(shù)的綜合理解，并具備一般通信系統(tǒng)的上崗工作能力[4]。為達(dá)此目標(biāo)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案時(shí)應(yīng)考慮如下設(shè)計(jì)原則[5]。

(1) 先進(jìn)性、可靠性和標(biāo)準(zhǔn)化原則。大學(xué)作為學(xué)科和技術(shù)前沿研究場(chǎng)所，要求通信工程實(shí)驗(yàn)室配備最先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，能夠滿足師生開展最新技術(shù)的科研、教學(xué)和實(shí)踐活動(dòng)。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的穩(wěn)定可靠是系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵，在方案設(shè)計(jì)中要選用高可靠性網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，且網(wǎng)絡(luò)接口全部采用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接口。

(2) 靈活性及可擴(kuò)展性原則。根據(jù)通信技術(shù)的發(fā)展和新增業(yè)務(wù)的需求，通信網(wǎng)絡(luò)可以平滑地?cái)U(kuò)充和升級(jí)，最大程度地減少對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和現(xiàn)有設(shè)備的調(diào)整。

(3) 模塊化和系統(tǒng)化原則。通信工程實(shí)驗(yàn)室采用整體規(guī)劃、模塊化設(shè)計(jì)的構(gòu)建思想。每個(gè)模塊單獨(dú)成網(wǎng)，不同的網(wǎng)絡(luò)通過(guò)相關(guān)接口進(jìn)行互聯(lián)互通。模塊化還要體現(xiàn)在軟件的設(shè)計(jì)上，網(wǎng)管軟件要全部采用模塊化設(shè)計(jì)和分層的結(jié)構(gòu)。

(4) 便于管理、維護(hù)和安全使用原則。實(shí)驗(yàn)室要能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)實(shí)行集中監(jiān)測(cè)、分權(quán)管理、統(tǒng)一分配網(wǎng)絡(luò)資源；有統(tǒng)一的網(wǎng)管軟件，當(dāng)出現(xiàn)混亂時(shí)，系統(tǒng)有恢復(fù)能力，可實(shí)施對(duì)網(wǎng)管誤操作和軟件死循環(huán)等重大故障的數(shù)據(jù)恢復(fù)；對(duì)于合法的用戶通過(guò)認(rèn)證能進(jìn)行設(shè)備的操作，而非法用戶沒(méi)有權(quán)限對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作；網(wǎng)絡(luò)軟件符合人們的操作習(xí)慣，操作界面清晰。

(5) 經(jīng)濟(jì)性、規(guī)模性和層次性原則。從設(shè)備的選型上盡量做到花最少的錢建符合學(xué)校要求的最好的實(shí)驗(yàn)室；實(shí)驗(yàn)室至少要滿足20組學(xué)生同時(shí)實(shí)驗(yàn)的需求。實(shí)驗(yàn)室可以滿足不同層次專業(yè)教學(xué)的需求，可完成實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)和綜合實(shí)訓(xùn)任務(wù)。

2 數(shù)據(jù)通信實(shí)驗(yàn)室方案

數(shù)據(jù)通信實(shí)驗(yàn)室是長(zhǎng)沙學(xué)院與思科公司共建的實(shí)驗(yàn)室。思科網(wǎng)絡(luò)技術(shù)學(xué)院是思科公司在全球推廣的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教育項(xiàng)目[6]。與思科公司合作就是引進(jìn)該項(xiàng)目，包括教材、E-learning的教學(xué)方式、E-Learning實(shí)驗(yàn)室和支撐理論教學(xué)的思科數(shù)據(jù)通信實(shí)驗(yàn)室方案等。思科公司對(duì)于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教育開展得好的學(xué)校一般會(huì)給予部分軟硬件設(shè)備捐贈(zèng)或優(yōu)惠。2006年5月，長(zhǎng)沙學(xué)院思科網(wǎng)絡(luò)技術(shù)學(xué)院正式成立，2007年我校成為Cisco網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備在湖南地區(qū)的首家獲贈(zèng)高校[7]，并著手建設(shè)數(shù)據(jù)通信實(shí)驗(yàn)室。

2.1 實(shí)驗(yàn)室設(shè)備構(gòu)成方案

將實(shí)驗(yàn)室分成4個(gè)分實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。從學(xué)生的數(shù)量、實(shí)驗(yàn)效果和資金3個(gè)方面考慮，每次實(shí)驗(yàn)人數(shù)為半個(gè)班(16～20人)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備每套為4～5人使用，所以每種設(shè)備都需要4套。4個(gè)實(shí)驗(yàn)分室的設(shè)備構(gòu)成情況是[8]：

(1) 路由和二層交換實(shí)驗(yàn)室主要由4臺(tái)路由器、4臺(tái)二層交換機(jī)組成；

(2) 語(yǔ)音和三層交換實(shí)驗(yàn)室主要設(shè)備包括：語(yǔ)音交換機(jī)8臺(tái)、語(yǔ)音路由器8臺(tái)、三層交換機(jī)8臺(tái)、VOIP電話系統(tǒng)1套、語(yǔ)音編碼器2個(gè)，語(yǔ)音視頻管理軟件和硬件1組、IP電話8個(gè)、模擬電話12個(gè)、視頻套件1套、語(yǔ)音轉(zhuǎn)換卡5塊；

(3) 安全實(shí)驗(yàn)室主要由8個(gè)安全路由器、4個(gè)防火墻、4個(gè)安全自適應(yīng)設(shè)備、4個(gè)入侵檢測(cè)器組成；

(4) 無(wú)線實(shí)驗(yàn)室主要設(shè)備包括：路由器4個(gè)、無(wú)線路由器4個(gè)、無(wú)線AP4個(gè)、無(wú)線局域網(wǎng)控制器1臺(tái)，無(wú)線管理軟件與硬件1套，室內(nèi)和室外天線各2個(gè)，PC內(nèi)置無(wú)線網(wǎng)卡24個(gè)，無(wú)線網(wǎng)橋2個(gè)。

2.2 實(shí)驗(yàn)室可開出的實(shí)驗(yàn)

數(shù)據(jù)通信實(shí)驗(yàn)室可開出以下實(shí)驗(yàn)[8]：

(1) 數(shù)據(jù)通信課程實(shí)驗(yàn)6個(gè)：IOS基本操作實(shí)驗(yàn)、IP地址配置實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)路由實(shí)驗(yàn)、無(wú)線網(wǎng)橋的配置實(shí)驗(yàn)、無(wú)線路由通信實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)安全通信實(shí)驗(yàn)；

(2) 現(xiàn)代交換原理課程實(shí)驗(yàn)3個(gè)：基于OSI協(xié)議的VOIP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)、MPLS交換實(shí)驗(yàn)、FR分組交換數(shù)據(jù)報(bào)方式實(shí)驗(yàn)；

(3) 多媒體通信實(shí)驗(yàn)5個(gè)：自動(dòng)帶寬選擇的編碼器-譯碼器實(shí)驗(yàn)(內(nèi)含G.711 mu-law、a-law，G.723.1，G.729A/B，GSM-EFR、FR寬帶音頻——專用16位分辨率、16 kHz采樣音頻實(shí)驗(yàn))、IP電話路由設(shè)定實(shí)驗(yàn)、自動(dòng)接聽和語(yǔ)音提示實(shí)驗(yàn)、IP電話與模擬電話互通測(cè)試、視頻通信實(shí)驗(yàn)；

(4) 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)驗(yàn)6個(gè)：無(wú)線用戶接入認(rèn)證實(shí)驗(yàn)、無(wú)線用戶的漫游實(shí)驗(yàn)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)Qos研究實(shí)驗(yàn)、無(wú)線IP語(yǔ)音通信實(shí)驗(yàn)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)管理實(shí)驗(yàn)、Cisco無(wú)線兼容實(shí)驗(yàn)；

(5) Cisco通信安全實(shí)驗(yàn)6個(gè)：防火墻冗余備份及故障切換實(shí)驗(yàn)、防火墻其他安全功能測(cè)試實(shí)驗(yàn)、入侵檢測(cè)與防御設(shè)備安全性測(cè)試實(shí)驗(yàn)、入侵檢測(cè)與防御攻擊應(yīng)對(duì)策略測(cè)試實(shí)驗(yàn)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)IPSEC VPN實(shí)驗(yàn)、多點(diǎn)動(dòng)態(tài)VPN實(shí)驗(yàn)；

(6) 遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)：為提高實(shí)驗(yàn)室利用率和加強(qiáng)課程教學(xué)的效果，支持實(shí)驗(yàn)室24小時(shí)開放，購(gòu)置了遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)設(shè)備1套，主要包括CISCO2801路由器1臺(tái)、NM-16A 16端口的異步通信模塊1塊、CAB-OCTAL-ASYNC轉(zhuǎn)換線2根。

2.3 實(shí)驗(yàn)室的其他教學(xué)服務(wù)功能

實(shí)驗(yàn)室除可開出上述實(shí)驗(yàn)外，還可進(jìn)行以下幾個(gè)方面的工作：

(1) 課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和綜合實(shí)訓(xùn)：如校園網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與實(shí)踐、小型IP電話網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)和服務(wù)器安全環(huán)境設(shè)計(jì)等；

(2) 認(rèn)知實(shí)習(xí)：由于實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備與電信企業(yè)的在網(wǎng)運(yùn)行設(shè)備相同，所以實(shí)驗(yàn)室在滿足本專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的同時(shí)，還可以為全校師生提供IT技術(shù)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，可承擔(dān)全校理工科學(xué)生的認(rèn)知實(shí)習(xí)，使學(xué)生能夠了解數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的最新技術(shù)，增加對(duì)現(xiàn)有實(shí)際運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)的感性認(rèn)識(shí)；

(3) 職業(yè)資格認(rèn)證教育：在教學(xué)計(jì)劃中引入職業(yè)認(rèn)證模塊，教學(xué)中直接采用思科公司的認(rèn)證課程，鼓勵(lì)學(xué)生參加思科公司職業(yè)資格認(rèn)證考試，還可以面向社會(huì)招生，為社會(huì)培養(yǎng)更多的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人才[7,9]。

3 光傳輸實(shí)驗(yàn)室

3.1 實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)成

光傳輸實(shí)驗(yàn)室是長(zhǎng)沙學(xué)院與中興通訊股份有限公司共建的實(shí)驗(yàn)室。2006年6月，中興通訊學(xué)院成立了近30人的NC教育項(xiàng)目組，開展了促進(jìn)高校通信工程專業(yè)改革的NC教育研究探索，專門面向高校通信專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行“中興通訊NC工程教育”[10]。中興推出的在局運(yùn)行通信網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)選擇了大規(guī)模的程控交換機(jī)和GSM、3G移動(dòng)通信設(shè)備，SDH光網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備，智能網(wǎng)系統(tǒng)等。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案，我們先期構(gòu)建了光傳輸和程控交換實(shí)驗(yàn)室，獲得中興通訊NC聯(lián)合教育授權(quán)[7]。

光傳輸實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由下列硬件設(shè)備和軟件組成[11]：ZXMP330 SDH光傳輸系統(tǒng)設(shè)備1套、ZXMP320 SDH光傳輸系統(tǒng)設(shè)備2套、ZXMP200 SDH光傳輸系統(tǒng)設(shè)備2套、通信電源ZXDU150組合電源系統(tǒng)1套、E300(EMS)應(yīng)用軟件1套、NC實(shí)驗(yàn)管理和資源自動(dòng)分配系統(tǒng)1套。

3.2 光傳輸實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

傳輸實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖牵?/p>

(1) 通過(guò)對(duì)在線實(shí)際光傳輸設(shè)備的操作，更透徹地了解光通信、SDH等概念；

(2) 對(duì)在線光傳輸通信設(shè)備及其原理和實(shí)用技術(shù)有較系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)；

(3) 熟練使用光傳輸技術(shù)原理配置光傳輸設(shè)備，滿足運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)典型應(yīng)用需求。

3.3 光傳輸實(shí)驗(yàn)室支撐的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

(1) 基礎(chǔ)配置實(shí)驗(yàn)：SDH光傳輸點(diǎn)對(duì)點(diǎn)組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，SDH鏈型、環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，SDH相切環(huán)相交環(huán)的組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)；

(2) 業(yè)務(wù)配置實(shí)驗(yàn)：E1信號(hào)、以太網(wǎng)信號(hào)雙向傳輸實(shí)驗(yàn)，命令行配置、光傳輸平臺(tái)網(wǎng)管實(shí)驗(yàn)；

(3) 業(yè)務(wù)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)：SDH 開銷驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)；

(4) 業(yè)務(wù)保護(hù)配置實(shí)驗(yàn)：二纖單向通道保護(hù)環(huán)實(shí)驗(yàn)、二纖雙向復(fù)用段保護(hù)環(huán)實(shí)驗(yàn)、1+1/1:1/1:N復(fù)用段保護(hù)環(huán)實(shí)驗(yàn)；

(5) 子網(wǎng)連接保護(hù)實(shí)驗(yàn)：共享光纖虛擬路徑保護(hù)實(shí)驗(yàn)、子網(wǎng)雙節(jié)點(diǎn)互聯(lián)保護(hù)實(shí)驗(yàn)。

為了給高年級(jí)學(xué)生及教師提供科研平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)室開放一定的設(shè)備接口和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)(例如網(wǎng)管軟件、路由協(xié)議等)，提供二次開發(fā)環(huán)境。

4 程控交換實(shí)驗(yàn)室

4.1 實(shí)驗(yàn)室的組成

程控交換實(shí)驗(yàn)室也是長(zhǎng)沙學(xué)院與中興通訊股份有限公司共建的實(shí)驗(yàn)室。程控交換實(shí)驗(yàn)室由1套數(shù)字程控交換設(shè)備ZXJ10組成，交換容量為8K*8K。具體硬件包括控制模塊、交換網(wǎng)及接口、時(shí)鐘模塊、數(shù)字中繼、資源模塊、用戶模塊、電源模塊等部分。系統(tǒng)軟件配置有系統(tǒng)基本軟件、信令軟件、業(yè)務(wù)功能軟件和維護(hù)管理軟件等[12]。

4.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

程控交換室的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖牵?/p>

(1) 通過(guò)對(duì)在線實(shí)際程控交換設(shè)備的操作，更透徹了解通信、電路交換等概念；

(2) 對(duì)在線通信設(shè)備程控交換機(jī)及其原理和實(shí)用技術(shù)有較系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)；

(3) 熟練使用通信技術(shù)原理配置程控交換設(shè)備，滿足運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)典型應(yīng)用需求。

4.3 程控交換實(shí)驗(yàn)室開出的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

(1) 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)：信號(hào)音觀察實(shí)驗(yàn)、交換機(jī)硬件配置模塊實(shí)驗(yàn)、時(shí)分?jǐn)?shù)字交換和用戶電路實(shí)驗(yàn)、中繼電路測(cè)試實(shí)驗(yàn)、消息跟蹤實(shí)驗(yàn)、狀態(tài)查詢及監(jiān)控實(shí)驗(yàn)、本局通話調(diào)測(cè)、網(wǎng)管計(jì)費(fèi)信息查詢、網(wǎng)管告警信息查詢、網(wǎng)管性能數(shù)據(jù)查詢、模擬用戶內(nèi)外線及單板測(cè)試實(shí)驗(yàn)；

(2) 系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)：電話撥測(cè)輔助分析實(shí)驗(yàn)、NO.7的自環(huán)實(shí)驗(yàn)、程控交換機(jī)商務(wù)群實(shí)驗(yàn)、程控交換機(jī)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、鑒權(quán)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、廣域群實(shí)驗(yàn)、終端系統(tǒng)操作與維護(hù)實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)實(shí)驗(yàn)、告警系統(tǒng)分析實(shí)驗(yàn)；

(3) 綜合性實(shí)驗(yàn)：電話撥測(cè)分析實(shí)驗(yàn)、話務(wù)統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)、中繼路由數(shù)據(jù)設(shè)定和查詢實(shí)驗(yàn)、本局用戶基本呼叫聯(lián)機(jī)實(shí)驗(yàn)、程控交換機(jī)新業(yè)務(wù)設(shè)定及演示實(shí)驗(yàn)、故障處理實(shí)驗(yàn)。

為了給高年級(jí)學(xué)生及教師提供科研平臺(tái)，開放一定的設(shè)備接口和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)(例如網(wǎng)管軟件、話單結(jié)構(gòu))，提供二次開發(fā)環(huán)境。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前我校與中興通訊股份有限公司合作，建立了光傳輸和程控交換等綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，與思科公司合作，建立了思科網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室。這些設(shè)備充分結(jié)合了當(dāng)前主流通信技術(shù)及典型工程應(yīng)用，模擬了真實(shí)的在局運(yùn)行環(huán)境，能夠真正實(shí)現(xiàn)以就業(yè)為導(dǎo)向的通信專業(yè)工程教育。幾年來(lái)的教學(xué)實(shí)踐證明：通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)室的建立，可以在硬件開發(fā)、軟件開發(fā)和通信設(shè)備實(shí)際維護(hù)等幾個(gè)方面培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，大幅度提高了學(xué)生對(duì)就業(yè)崗位的適應(yīng)能力。通過(guò)在局運(yùn)行通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)習(xí)，學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)習(xí)的知識(shí)，實(shí)踐能力逐步提高，最終達(dá)到了對(duì)整體專業(yè)技術(shù)的綜合理解，并具備了通信類系統(tǒng)的上崗工作能力。長(zhǎng)沙學(xué)院將進(jìn)一步建設(shè)智能網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以提高實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)技術(shù)水平。

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[2] 章曙光，郭樂(lè)深，孫巧云.引進(jìn)現(xiàn)網(wǎng)通信設(shè)備構(gòu)建通信實(shí)驗(yàn)室[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2012,29(6)：109-111.

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