虛擬仿真技術在現代通信網實驗教學中的應用

陳麗霞,范士勇,劉 鑫

(1.河北大學電子信息工程學院,河北保定 071002;2.河北省數字醫療工程重點實驗室,河北保定 071002;3.河北大學計算中心,河北保定 071002)

虛擬仿真技術在現代通信網實驗教學中的應用

陳麗霞1,2,范士勇3,劉 鑫1,2

(1.河北大學電子信息工程學院,河北保定 071002;2.河北省數字醫療工程重點實驗室,河北保定 071002;3.河北大學計算中心,河北保定 071002)

改變傳統的實驗箱教學模式,引進了中興公司的程控交換設備、TD-SCDMA移動通信等現網設備,將虛擬仿真技術應用到實驗教學中。通過程控交換虛擬仿真軟件、TD-SCDMA虛擬仿真軟件的使用,使學生能夠更加直觀地掌握主流通信設備的具體結構,提高工科學生的動手能力和工程實踐能力。

虛擬仿真技術;程控交換軟件;TD-SCDMA軟件

高校電子與通信類專業的實驗教學需要理論與實際密切結合,但是目前傳統的實驗教學大多采用實驗箱做實驗,且驗證性實驗占多數,學生往往對實際通信網絡及設備的認識不夠全面[1],在做實驗過程中也缺少一定的積極性和創造性。為了改變這個現狀,依托校企合作的優勢,河北大學引進了中興通訊股份有限公司的現網通信設備,構建了大型現代通信網綜合實驗室,并且將虛擬仿真技術引入實驗教學中,使學生在實驗中能夠更加直觀、形象地了解現網通信設備的通信原理,加深學生對理論知識的理解和掌握,培養學生的實踐工程應用能力和創新思維能力[2]。

1 程控交換虛擬仿真實驗

在程控交換實驗中,采用了中興公司提供的ZXJ10虛擬仿真教學軟件。這套軟件包括“虛擬機房”和“虛擬后臺”兩個教學軟件,虛擬機房、單板連線的仿真實驗界面見圖1和圖2。學生對程控交換設備的了解主要來自于課本,該軟件模擬了程控交換設備的硬件和后臺服務器界面,改變了傳統實驗教學以驗證性實驗為主的教學模式,加深了學生對程控交換理論知識的理解,提高了實踐能力[3]。

在現網設備中,盡管各廠家生產的程控交換設備外形上各有不同,但是在功能上是一樣的。學生通過在虛擬機房中的“硬件觀察”,可以觀察到設備的運行情況,掌握程控交換設備的細節結構,對設備有更加直觀的感受和認識[4]。

圖1 程控交換原理仿真實驗虛擬機房

圖2 單板連線仿真示意圖

學生使用“虛擬后臺”軟件,能進行配置業務和信令跟蹤等實驗。通過進行虛擬仿真實驗,學生能夠完全復現通信設備網管的配置過程,掌握通信網數據配置、程控交換系統的設計等知識和技能。學生通過“虛擬電話”仿真實驗(仿真界面見圖3)能夠體驗業務實現過程,在虛擬電話中體驗撥打電話的過程,驗證實驗操作的結果,能夠對電信業務有更加真實的體驗[5]。學生通過使用該仿真軟件,能夠更好地檢查實驗過程中存在的問題;通過對故障點的定位和排除,加深學生對課本知識的理解,并且增加工程處理經驗。

2 TD-SCDMA虛擬仿真實驗

TD-SCDMA RNS實驗仿真教學軟件通過與工程現場高度一致的虛擬三維場景和流程,構成了完整的操作平臺,加深學生對TD-SCDMA通信流程的了解,掌握TD-SCDMA無線側開局調測的流程,完成數據配置—調試—移動電話測試的完整過程[6]。模擬室外RRU和虛擬機房仿真結果見圖4和圖5。

圖3 程控虛擬電話仿真示意圖

圖4 模擬室外RRU示意圖

圖5 TD-SCDMA虛擬機房示意圖

虛擬機房能夠真實再現移動通信機房的設備構成,學生可以在用軟件搭建的虛擬機房中觀察機房的環境以及設備RNS和NODEB的硬件結構、指示燈的不同狀態和狀態說明、RNC和B328的主要連線、室外RRU硬件結構、RRU和BBU連線、RRU與天線連線等[7]。學生在使用該軟件的過程中,可以深入了解現網設備中機房的布置及硬件構成,遵循工程項目開發流程進行實驗,培養工程實踐能力。虛實互補的實驗模式促進了學生的學習積極性,提高了學習效果和效率,使學生能快速掌握主流通信設備的安裝及開通,并積累一定的工程實踐經驗[8]。

“虛擬后臺”軟件能夠完成數據配置、虛擬電話、信令跟蹤[9]。圖6和圖7分別是虛擬仿真實驗中的數據配置圖和信令跟蹤測試圖。

圖6 數據配置圖

圖7 信令跟蹤測試圖

學生能夠通過數據配置模塊體驗與真實現代通信網設備中數據配置完全一致的過程。在實驗過程中能完成對RNC和NODEB數據配置,學生能夠對配置好的數據庫進行調試。學生在完成數據配置以后,可以通過動態數據觀察工具查看跟蹤數據的顯示,從而發現配置過程中存在的問題,然后再結合虛擬電話和信令跟蹤工具,完成數據配置—調試—打通電話的完整過程[10]。

“虛擬電話”可以幫助學生體驗業務實現過程,全面理解手機的整個呼叫流程。學生能夠打開虛擬電話,撥打電話、發送短信[11],通過該虛擬仿真軟件的反饋信息,提高學習的主動性和實驗效果,對TD-SCDMA通信平臺有更加全面的認識和實際操作能力[12]。

“信令跟蹤”能夠幫助學生掌握呼叫信令流程,加深學生對信令流程的理解。學生可以打開虛擬信令跟蹤工具,查看里面的信令跟蹤消息,進而分析信令故障的原因,判斷和解決數據配置過程中出現的問題。另外,學生通過“信令跟蹤”軟件能夠查看、更新信令信息和正常CS域呼叫流程等信令消息[13]。

3 結束語

河北大學與中興通訊股份有限公司合作建立的現代通信網綜合實驗室,包括光傳輸、程控交換、TD-SCDMA綜合實驗系統。這些現網設備代表了當前主流通信技術,在實驗室還原了現網設備的真實運行環境。將虛擬仿真技術應用到實驗教學中,不但彌補了傳統實驗的不足,也加深了學生對通信主流實驗設備的了解,從而提高學生對常用的通信系統進行分析、設計的能力。虛擬仿真技術為培養具有工程應用能力的專業人才提供了有力的支撐。

References)

[1]韓建明,張耀武.高等院校實驗教學實踐探討[J].中國教育技術裝備,2010(24):138-139.

[2]程思寧,耿強,姜文波,等.虛擬仿真技術在電類實驗教學中的應用與實踐[J].實驗技術與管理,2013,30(7):94-97.

[3]萬志平.仿真軟件在電類課程教學中的應用[J].實驗技術與管理, 2009,26(4):76-79.

[4]北京華晟經世信息技術有限公司.ZXJ10程控交換實驗仿真教學軟件[EB/OL].(2012-06-03)[2014-09-01].http://www.huatec.com/chanpjjjfa/sysfzzxj10.asp.

[5]楊宏宇,謝麗霞,王興隆.網絡仿真軟件的應用與實踐[J].計算機工程與應用,2005,41(10):118-121.

[6]朱振宇,國中華.高校TD-SCDMA實驗室設計[J].長沙通信職業技術學院學報,2012,11(2):5-9.

[7]北京華晟經世信息技術有限公司.TD-SCDMA實驗仿真教學軟件[EB/OL].(2013-07-04][2014-09-01].http://www.huatec.com/ chanpjjjfa/sysfztdscdma.asp.

[8]張敬南,張镠鐘.實驗教學中虛擬仿真技術應用的研究[J].實驗技術與管理,2013,30(12):101-104.

[9]中興通訊股份有限公司.ZXTR OMC TD-SCDMA RNC配置管理分冊[EB/OL].(2010-08-04)[2014-09-01].http://support.zte.com.cn/support.

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[11]中興通訊股份有限公司.ZXTR OMC TD-SCDMA Node B數據配置手冊[EB/OL].(2011-09-04)[2014-09-01].http://support.zte.com.cn/support.

[12]張寶昌,劉海峰.構建綜合實踐教學體系,加強實踐能力培養[J].實驗技術與管理,2012,29(4):248-250,253.

[13]張毅,鮮繼清.TD-SCDMA信令測試軟件設計方案[J].重慶郵電學院學報:自然科學版,2003(1):12-14.

Application of virtual simulation technology in experimental teaching of Modern Communication Network courses

Chen Lixia1,2,Fan Shiyong3,Liu Xin1,2
(1.College of Electronic and Information Engineering,Hebei University,Baoding 071002,China; 2.Key Laboratory of Digital Medical Engineering of Hebei Province,Baoding 071002,China; 3.Computer Center,Hebei University,Baoding 071002,China)

In order to change the traditional teaching mode of experiment boxes,this article introduces the ZTE equipment which contains program-controlled switching equipment,TD-SCDMA mobile communication network equipment,and virtual simulation technology,which are applied in the experimental teaching.By using the virtual simulation software,the students can master the structure of visual details of mainstream communication equipment,and improve the engineering practical ability.

virtual simulation technology;program-controlled switching software;TD-SCDMA software

TP391.9

A

1002-4956(2015)4-0133-03

2014-10-29修改日期：2014-11-03

國家自然科學基金項目(61204079);河北省自然科學基金項目(F2013201170);河北省自然科學基金項目(F2013201196);河北省教育廳項目(QN2014222)

陳麗霞(1982—),女,河北廊坊,碩士,實驗師,主要研究方向為電子與通信.

E-mail:chenlixia02＠163.com