虛擬仿真技術在移動通信智慧課堂中的應用
來源:用戶上傳
作者:張戀 陳坤定 范祖良 袁秀云
摘 要：文章針對移動通信技術的發展特點及人才培養方案和課程教學內容的需要，以為學生為中心，探索虛擬仿真技術在移動通信智慧課堂中的有效應用。課程涉及大量工程實踐知識點，結合IUV仿真教學軟件，在“現網”條件下，實現準確、形象、生動的實踐融合智慧教學，明顯提高教學質量和教學效果。
關鍵詞：虛擬仿真;虛擬仿真在線平臺IUV;移動通信;智慧課堂
隨著“互聯網+”“智慧城市”“行業信息化”的快速發展，萬物互聯的腳步加快，在中國制造2025戰略規劃的背景下，移動互聯網正迎來井噴式發展，大數據、大流量、大連接成為移動網絡的主要特點。2019年6月6日，我國工信部正式發放5G牌照，標志著我國5G元年的悄然到來，致使電信運營商在“數字洪水”的挑戰下，為構建高效網絡，開始在全國范圍內緊鑼密鼓地全面部署移動通信網絡。
通信網絡人才缺口急劇撕開，優秀的人才作為稀缺資源將受到行業的追捧。各類新興技術和應用層出不窮，設備高速演進、更新換代快，這對學校移動通信技術人才培養方案及課程教學內容的時效性也提出了更高的要求。由于現代移動通信網絡結構復雜、造價昂貴，高職院校在有關課程理實一體化方面，難以憑借自身力量去建立移動通信實驗實訓網絡環境，另外，移動通信網絡作為基礎設施，運營商通常不允許直接向學校課程教學提供有關通信網絡方面的實踐機會。因此，“知行合一、產教融合”，以學生為中心借助虛擬仿真技術平臺建設、構建智慧課堂，是解決目前信息和通信技術（Information and Communication Technology，ICT）產業人才培養方案受桎梏的有效手段。學校應積極引入行業的技術資源，更新當前人才培養知識體系結構，引入全新的基于虛擬仿真技術的信息化教育教學實訓平臺，使產教真正聯動，培養出適崗、易用、可發展的人才。
1 “以學生為中心”的智慧課堂教學理念
傳統教學“以教師為中心”，使教師成為課堂的焦點，引領全體學生將所有知識抓重點、分難點，采用一對多的教學模式，廣泛又集中地向學生傳授知識點。這種教學理念在本科院校對基礎較好的學生能取得較好效果，但在高職院校，這些學生基礎薄弱，學習及接受能力不高，具有一定的局限性。在智能化與信息化的進程中，高職教育環境發生了變化，“以學生為中心”的智慧課堂教學理念成為解決當前高職教育信息化難題的熱門方法。與時代接軌，充分運用新一代移動通信技術（5G），進行高職教育人才培養的內涵建設，閩西職業技術學院提出“以學生為中心”的智慧課堂教學理念，著力培養一批“一技在手”的現代“陽光工匠”。堅持“以學生為中心”的智慧課堂，因材施教，可以為不同層次學生提供智能化的教學服務，允許學生按需學習，在任何時間、任何平臺，以任何形式進行學習時，都可以獲得優質、高效的學習服務[1]。
2 移動通信智慧課堂設計內容
4G網絡在向未來網絡演進的過程中，高速率、高帶寬的業務需5G網絡承載，而部分低成本、低速率、廣覆蓋的物聯網業務則可由NB-IoT網絡承載分流?，F階段國內運營商已基本完成非獨立組網方案的試點，即在原有4G的核心網絡上接入5G新空口。同時，5G獨立組網也已全面鋪開，Pre5G作為與4G并存的網絡，完美助力4G網絡向5G網絡的平滑演進。4G&Pre5G網絡的普遍試用以及NB-IoT，5G的大規模建設急需大量移動通信高技能人才，針對移動通信目前的發展狀況，閩西職業技術學院引入虛擬仿真在線平臺IUV仿真軟件。
IUV-Pre5G與IUV-NB-IoT仿真軟件的運行均采用客戶機/服務（Client/Server，C/S）模式，高性能的服務器由IUV負責。在使用時，只需要在使用終端上下載并運行相應客戶端，登錄服務器即可參加相應的實驗實訓。IUV-Pre5G軟件目前設有實訓、測評和競技3種模式;實驗模式和工程模式兩套環境;LTE，EPC和承載3大產品;無線接入網、IP承載網、光傳輸網和核心網4張網絡;網絡拓撲規劃、容量規劃、設備配置、數據配置和業務調試5個模塊;告警、PING，TRACE、撥測、光路檢測業務觀察和切換/漫游模式7種工具[2]。該軟件的設計參照電信運營商現網工程項目規劃部署過程及實際運行維護情形，涵蓋手機終端、基站（BBU+RRU/AAU）、光傳輸產品（Optical Transmission Products，OTN）、數據通信產品及核心網產品（HSS+MME+PGW+SGW）8類單元，覆蓋3個城市中的17個實景機房，從無到有訓練學生的全網規劃部署能力，使學生全面掌握LTE&Pre5G全網拓撲規劃、容量規劃、設備部署、對接配置、全網聯調等專業技能。而NB-IoT全網規劃部署與應用仿真系統把握物聯網最新發展趨勢，以當前最新的NB-IoT網絡為知識體系，從無線、核心網、IP承載網、光傳輸網等多個維度分層次設計課程內容，分6大模塊，契合網絡建設的不同階段，幫助教師、學生全面了解及熟練掌握NB-IoT理論及實際網絡應用知識。
3 虛擬仿真技術在智慧課堂中的應用
IUV虛擬仿真教學軟件滿足管理員、老師、學生的多方面使用要求，大大改善專業教學、實訓的效果，具體應用如下。
?。?）促使移動通信專業知識對學生而言變得可及、可控。移動通信系統內部信號的傳送是抽象、看不見、摸不著且隨機的，但通過應用虛擬仿真技術，將信號和流程開放出來，變得直觀?，F網中，移動通信網絡建設至少要上億元的投入，這對學校實訓基地建設而言顯然不現實，但借助虛擬仿真實訓平臺，既可解決場地和時間問題，又可供學生開發、使用，真正支撐起“以學生為中心”的學習需求[3]。因此，虛擬仿真技術的應用使得通信中抽象的知識學習過程變得生動、可控、直觀，增加學生學習的興趣，達到良好的實訓學習效果。 ?。?）改變學生的學習方式，隨時、隨地地高效學習，滿足智慧課程教學需要。利用虛擬仿真實訓平臺，可以使學生從以往固定時間做固定實驗的情形，轉換為利用網絡平臺隨時、隨地自主開展多種多樣的實驗項目;可以以學生個人或團隊合作的方式開展設計及競賽，自主選擇學習周期，按不同學習進度完成學習內容，還可以反復學習，靈活度高，實現高效率學習。平臺將學生的不同學習情況實時記錄，供教師對學生的學習效果作出評價，滿足智慧課程教學需要。同時，在各個課程網站及終端，教師提前發放教學相關材料供學生熟悉與了解，IUV在線開放平臺也實時更新相關教學視頻及材料，使學生可以在任何時間進入平臺學習及提問，解決各種問題。另外，通過采用虛擬仿真實訓的模式，開設獨立的實訓課程或操作環節，使遠程如“二元制”的學生，直接通過網絡就可以在虛擬仿真平臺上進行實驗操作練習，提升了實踐教學的重要性，有力地提高了學生的實踐操作能力。
?。?）應用于課程實習實踐，為課程教學保駕護航。IUV虛擬仿真軟件涵蓋的專業課程是我國通信產業中發展較快、較活躍的，其知識更新速度也非?？?。高職院校的移動通信人才培養方案與課程設置也要與時俱進，跟隨技術的發展進行動態調整。利用IUV虛擬仿真軟件技術，可以開設下述相關的移動通信類課程。
“移動通信技術與基站工程”課程，包括移動通信的基本原理，基站的安裝、設備接線與調測，勘測工具的使用等內容。
“計算機通信與網絡”課程，包括網絡接口協議，同步數字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH），OTN，分組傳送網（Packet Transport Network，PTN），RT原理及配置，通信網絡規劃與設計、工程硬件部署、工程軟件部署、業務調試、網絡維護等。
“移動通信故障分析與處理實訓”課程，包括無線接入網、核心網及承載網各站點的配置，全網撥測、切換、漫游，無線接入網、核心網及承載網故障的排查、分析與處理等。
“移動網絡測試優化”課程，包括網絡Attach測試、Ping測試、小區重選測試、網絡優化方法及調試、故障排查等。
進行畢業設計時使用該軟件完成一項具體的全網建設工程項目，包括完成網絡規劃、容量規劃、工程概預算、設備選型、設備連線、設備配置及調測和優化[4]。
（4）緩解移動通信系統大型實體設備更新壓力。隨著移動通信的發展，5G開始商用，由于ICT更新速度非?？?，移動通信系統大型實體設備價格高昂。對高校而言，虛擬仿真實驗平臺采用軟件版本更新的方式進行免費升級，不需要額外投入資金就可將課程無縫切換到未來網絡的規劃和設計中，因此，在建設成本、更新周期、實現手段以及新技術的快速引入等方面都具有顯著的優勢[4]。
4 結語
移動通信課程的教學及實訓涉及移動通信多種網元設備、接口、協議、網絡構架、移動性管理等內容，教學方式越來越注重理實一體化，但由于諸多條件限制，高職院校難以憑借自身力量為有關課程的教學建立真實的移動通信網絡環境。針對該問題，本文以學生為中心，針對移動通信課程中所涉及的移動通信網絡工程內容，探討了可采用 IUV全網虛擬仿真教學軟件，在“現網”條件下，采用準確、形象、生動的實踐融合智慧教學方式，從而促使課程教學效果達到理論與工程實踐完美結合的目的，提高教學質量和效果。
[參考文獻]
[1]王興偉，包瑩瑩.以學習者為中心探索智慧課堂環境下課堂教學改革[J].中小學信息技術教育，2019（5）：43-45.
[2]陳佳瑩，張溪，林磊.IUV-4G移動通信技術[M].北京：北京郵電大學出版社，2016.
[3]趙興龍，許林，李雅瑄.5G之教育應用：內涵探解與場景創新—兼論新興信息技術優化育人生態的新思考[J].電化教育研究，2019（4）：5-9.
[4]孫金霞，陳俊賢.深入分析中興 IUV 4G仿真軟件[J].價值工程，2018（28）：240-242.
轉載注明來源:http://www.hailuomaifang.com/8/view-15016669.htm
