虚拟仿真技术在现代通信网实验教学中的应用

陈丽霞,范士勇,刘 鑫

(1.河北大学电子信息工程学院,河北保定 071002;2.河北省数字医疗工程重点实验室,河北保定 071002;3.河北大学计算中心,河北保定 071002)

虚拟仿真技术在现代通信网实验教学中的应用

陈丽霞1,2,范士勇3,刘 鑫1,2

(1.河北大学电子信息工程学院,河北保定 071002;2.河北省数字医疗工程重点实验室,河北保定 071002;3.河北大学计算中心,河北保定 071002)

改变传统的实验箱教学模式,引进了中兴公司的程控交换设备、TD-SCDMA移动通信等现网设备,将虚拟仿真技术应用到实验教学中。通过程控交换虚拟仿真软件、TD-SCDMA虚拟仿真软件的使用,使学生能够更加直观地掌握主流通信设备的具体结构,提高工科学生的动手能力和工程实践能力。

虚拟仿真技术;程控交换软件;TD-SCDMA软件

高校电子与通信类专业的实验教学需要理论与实际密切结合,但是目前传统的实验教学大多采用实验箱做实验,且验证性实验占多数,学生往往对实际通信网络及设备的认识不够全面[1],在做实验过程中也缺少一定的积极性和创造性。为了改变这个现状,依托校企合作的优势,河北大学引进了中兴通讯股份有限公司的现网通信设备,构建了大型现代通信网综合实验室,并且将虚拟仿真技术引入实验教学中,使学生在实验中能够更加直观、形象地了解现网通信设备的通信原理,加深学生对理论知识的理解和掌握,培养学生的实践工程应用能力和创新思维能力[2]。

1 程控交换虚拟仿真实验

在程控交换实验中,采用了中兴公司提供的ZXJ10虚拟仿真教学软件。这套软件包括“虚拟机房”和“虚拟后台”两个教学软件,虚拟机房、单板连线的仿真实验界面见图1和图2。学生对程控交换设备的了解主要来自于课本,该软件模拟了程控交换设备的硬件和后台服务器界面,改变了传统实验教学以验证性实验为主的教学模式,加深了学生对程控交换理论知识的理解,提高了实践能力[3]。

在现网设备中,尽管各厂家生产的程控交换设备外形上各有不同,但是在功能上是一样的。学生通过在虚拟机房中的“硬件观察”,可以观察到设备的运行情况,掌握程控交换设备的细节结构,对设备有更加直观的感受和认识[4]。

图1 程控交换原理仿真实验虚拟机房

图2 单板连线仿真示意图

学生使用“虚拟后台”软件,能进行配置业务和信令跟踪等实验。通过进行虚拟仿真实验,学生能够完全复现通信设备网管的配置过程,掌握通信网数据配置、程控交换系统的设计等知识和技能。学生通过“虚拟电话”仿真实验(仿真界面见图3)能够体验业务实现过程,在虚拟电话中体验拨打电话的过程,验证实验操作的结果,能够对电信业务有更加真实的体验[5]。学生通过使用该仿真软件,能够更好地检查实验过程中存在的问题;通过对故障点的定位和排除,加深学生对课本知识的理解,并且增加工程处理经验。

2 TD-SCDMA虚拟仿真实验

TD-SCDMA RNS实验仿真教学软件通过与工程现场高度一致的虚拟三维场景和流程,构成了完整的操作平台,加深学生对TD-SCDMA通信流程的了解,掌握TD-SCDMA无线侧开局调测的流程,完成数据配置—调试—移动电话测试的完整过程[6]。模拟室外RRU和虚拟机房仿真结果见图4和图5。

图3 程控虚拟电话仿真示意图

图4 模拟室外RRU示意图

图5 TD-SCDMA虚拟机房示意图

虚拟机房能够真实再现移动通信机房的设备构成,学生可以在用软件搭建的虚拟机房中观察机房的环境以及设备RNS和NODEB的硬件结构、指示灯的不同状态和状态说明、RNC和B328的主要连线、室外RRU硬件结构、RRU和BBU连线、RRU与天线连线等[7]。学生在使用该软件的过程中,可以深入了解现网设备中机房的布置及硬件构成,遵循工程项目开发流程进行实验,培养工程实践能力。虚实互补的实验模式促进了学生的学习积极性,提高了学习效果和效率,使学生能快速掌握主流通信设备的安装及开通,并积累一定的工程实践经验[8]。

“虚拟后台”软件能够完成数据配置、虚拟电话、信令跟踪[9]。图6和图7分别是虚拟仿真实验中的数据配置图和信令跟踪测试图。

图6 数据配置图

图7 信令跟踪测试图

学生能够通过数据配置模块体验与真实现代通信网设备中数据配置完全一致的过程。在实验过程中能完成对RNC和NODEB数据配置,学生能够对配置好的数据库进行调试。学生在完成数据配置以后,可以通过动态数据观察工具查看跟踪数据的显示,从而发现配置过程中存在的问题,然后再结合虚拟电话和信令跟踪工具,完成数据配置—调试—打通电话的完整过程[10]。

“虚拟电话”可以帮助学生体验业务实现过程,全面理解手机的整个呼叫流程。学生能够打开虚拟电话,拨打电话、发送短信[11],通过该虚拟仿真软件的反馈信息,提高学习的主动性和实验效果,对TD-SCDMA通信平台有更加全面的认识和实际操作能力[12]。

“信令跟踪”能够帮助学生掌握呼叫信令流程,加深学生对信令流程的理解。学生可以打开虚拟信令跟踪工具,查看里面的信令跟踪消息,进而分析信令故障的原因,判断和解决数据配置过程中出现的问题。另外,学生通过“信令跟踪”软件能够查看、更新信令信息和正常CS域呼叫流程等信令消息[13]。

3 结束语

河北大学与中兴通讯股份有限公司合作建立的现代通信网综合实验室,包括光传输、程控交换、TD-SCDMA综合实验系统。这些现网设备代表了当前主流通信技术,在实验室还原了现网设备的真实运行环境。将虚拟仿真技术应用到实验教学中,不但弥补了传统实验的不足,也加深了学生对通信主流实验设备的了解,从而提高学生对常用的通信系统进行分析、设计的能力。虚拟仿真技术为培养具有工程应用能力的专业人才提供了有力的支撑。

References)

[1]韩建明,张耀武.高等院校实验教学实践探讨[J].中国教育技术装备,2010(24):138-139.

[2]程思宁,耿强,姜文波,等.虚拟仿真技术在电类实验教学中的应用与实践[J].实验技术与管理,2013,30(7):94-97.

[3]万志平.仿真软件在电类课程教学中的应用[J].实验技术与管理, 2009,26(4):76-79.

[4]北京华晟经世信息技术有限公司.ZXJ10程控交换实验仿真教学软件[EB/OL].(2012-06-03)[2014-09-01].http://www.huatec.com/chanpjjjfa/sysfzzxj10.asp.

[5]杨宏宇,谢丽霞,王兴隆.网络仿真软件的应用与实践[J].计算机工程与应用,2005,41(10):118-121.

[6]朱振宇,国中华.高校TD-SCDMA实验室设计[J].长沙通信职业技术学院学报,2012,11(2):5-9.

[7]北京华晟经世信息技术有限公司.TD-SCDMA实验仿真教学软件[EB/OL].(2013-07-04][2014-09-01].http://www.huatec.com/ chanpjjjfa/sysfztdscdma.asp.

[8]张敬南,张镠钟.实验教学中虚拟仿真技术应用的研究[J].实验技术与管理,2013,30(12):101-104.

[9]中兴通讯股份有限公司.ZXTR OMC TD-SCDMA RNC配置管理分册[EB/OL].(2010-08-04)[2014-09-01].http://support.zte.com.cn/support.

[10]中兴通讯NC教育管理中心.TD-SCDMA移动通信技术原理与应用:原理/设备/仿真实践[M].北京:人民邮电出版社,2010: 172-245.

[11]中兴通讯股份有限公司.ZXTR OMC TD-SCDMA Node B数据配置手册[EB/OL].(2011-09-04)[2014-09-01].http://support.zte.com.cn/support.

[12]张宝昌,刘海峰.构建综合实践教学体系,加强实践能力培养[J].实验技术与管理,2012,29(4):248-250,253.

[13]张毅,鲜继清.TD-SCDMA信令测试软件设计方案[J].重庆邮电学院学报:自然科学版,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

国家自然科学基金项目(61204079);河北省自然科学基金项目(F2013201170);河北省自然科学基金项目(F2013201196);河北省教育厅项目(QN2014222)

陈丽霞(1982—),女,河北廊坊,硕士,实验师,主要研究方向为电子与通信.

E-mail:chenlixia02＠163.com