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移动通信虚拟仿真实验室建设措施

期刊目录网通信论文发表2019-09-28 10:02关注(1)

  通信实验室是通信工程专业建设的重要组成部分。文章针对移动通信设备成本高、大型封闭性、高能耗的特点,提出建立移动通信虚拟仿真实验室。该文探讨了移动通信虚拟仿真实验室建设的意义,总体构成、建设措施和管理办法等,指出了该类实验室的优势,为相关专业实验室建设与实践教学改革提供参考和借鉴,从而推动高校的实验教学改革与创新。

移动通信虚拟仿真实验室建设措施

  关键词:虚拟仿真;实验室建设;移动通信;通信工程

  虚拟仿真实验室建设是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容,是学科专业与信息技术深度融合的产物[1]。众所周知,通信工程专业是实践性很强的工科专业,移动通信的相关课程理论非常抽象,理解难度较大,其实验设备较大,且具有封闭性、成本高等特点。而虚拟仿真实验室依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术,构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象,能够实现真实实验不具备或难以完成的教学效果,其教学环境、教学模式和方法都能更好地帮助通信工程专业应用型人才的培养走出困境[2]。因此,探索移动通信虚拟仿真实验室的建设,对通信工程专业的应用型人才培养具有十分重要的意义。

  1移动通信虚拟仿真实验室的构成

  1.1虚拟仿真实验室的硬件设备配置

  移动通信实验室主要构建的是TD-LTE移动通信网络,包括无线基站、核心网和操作维护两部分。我校的移动通信虚拟仿真实验室配置了中国移动采用的第四代移动通信—TD-LTE商用设备,一方面能够让学生全面了解和掌握TD-LTE移动通信技术、组网方式、网络配置及网络优化,实现4G移动设备的设计、测试、应用程序开发等不同层次的实践教学;另一方面改变了以往采用现成实验箱来验证理论环节中各种技术的基本原理的实验教学方式,也改变了传统实验内容简单、实验方法单一、不够灵活的缺点,让学生能面向真正的商用设备进行操作,使得理论和实践教学更具有真实性,学生所掌握的知识更具有全局性和工程应用性。移动通信虚拟仿真实验室的基站设备是EMB5116TD-LTE,它是大唐移动通信设备有限公司开发的一种基带拉远型基站,单机柜标准容量最小配置10M带宽,最大可支持120M带宽,通过基带拉远技术,既可以支持本地覆盖,也支持远端覆盖,从而解决了站址问题[3]。无线网络的核心网EPC含有MME、SGW、PGW、HSS、VOLTE、IMS主要网元,可实现用户管理、设备管理、移动台语音呼叫、数据传输以及VOLTE语音业务等。操作维护部分由40台学生机、2台交换机、1台OMC-R服务器、以及基站本地维护客户端和核心网本地维护客户端组成,可以实现对网络设备进行观测、数据配置、设备开通和设备调测等。

  1.2虚拟仿真实验室的教学平台

  移动通信虚拟仿真实验室虽配备了近端的操作维护系统,但是由于LTE通信设备昂贵且复杂,电信级商业设备一般不支持学生的多用户操作,而且设备的使用成本和维护成本都较高,因而必须使用LTE虚拟仿真实验教学平台。该虚拟仿真实验教学平台采用了大唐移动通信设备有限公司开发的V-LAB虚拟仿真软件,即通过虚拟仿真的纯软件方式解决了实际LTE设备不支持实际教学班级规模的多用户同时操作带来的教学问题,使得学生能够更好掌握通信的基本原理,熟悉通信设备的内部结构,熟练掌握通信传输设备的数据配置和通信操作。同时,考虑到网络和信息安全等问题,实验室设备内部采用了防火墙设置,学生和教师使用本地操作维护客户端和V-LAB虚拟仿真软件时,均需要通过用户验证才可以使用。为充分保证用户使用的合法性和安全性,无线网络优化客户端的OUTUM软件还需要配置加密狗。图1所示为V-LAB虚拟仿真软件界面。

  2移动通信虚拟实验室的建设措施

  2.1培养结构合理相对稳定的虚拟仿真实验室教师队伍

  培养一支年龄职称结构合理、核心骨干稳定、专兼职结合的双能型实验教师队伍是移动通信虚拟仿真实验室建设的重要任务。学校采用多种方式引进和培养实验教师队伍,第一,学校制定了一系列的规章制度,明确规定了实验室管理人员及实验教师的职责和承担的任务,鼓励高学历、高职称、具有丰富实践经验的教师积极参与移动通信虚拟仿真实验室的建设和项目的开发;第二,加强对在职教师的培养,根据每位教师的具体情况采取不同的培养方式,一是外出进修,二是以老带新,鼓励实验教师在职学习,攻读硕士、博士学位;第三,结合学科专业建设开展多种形式的学术活动、教研活动、讲座活动,提高实验教师的学术水平、拓展教师的知识面,不断接受新事物、更新知识;第四,提高实验教师的待遇,特别是对实验教学做出突出贡献的教师给予一定的奖励;第五,打破理论教师队伍与实验教师队伍的界限,培养双师型教师队伍,即理论教师能上实验实训课程,实验实训教师能上理论课程,从而使得实验实训教学不脱离理论指导,理论教师讲课有的放矢,理论与实践有机结合。

  2.2虚拟实验教学模式与方法

  移动通信虚拟仿真实验室主要相关的课程有《移动通信》《LTE网络》《无线网络基站设备安装》《无线网络优化》《无线网络高层信令》等,课程体系完整,体现了移动通信理论→设备→系统→网络的多层次培养需求。以移动通信虚拟仿真实验室为依托,积极开展虚拟仿真实验项目。在原传统实验技术基础上,结合仿真教学,逐渐减少验证性实验内容,提高综合性设计性实验的比例,引入新的实验方法,不断丰富教学内容,提高学生的学习热情;充分挖掘移动通信虚拟仿真实验室功能潜力,利用现有的实验设备和仪器,进行二次开发;此外,逐步实现实验室对学生全面开放,鼓励学生自拟实验内容,为学生自主创新,提高实践动手能力创造机会,提供软硬件环境。在移动通信虚拟仿真实验室进行实验教学时,主要采用边讲、边实训操作的方法,V-LAB虚拟仿真软件和实体的商用设备相结合的教学方式,突破了空间和时间的限制,让学生可以在虚拟仿真的环境下进行操作和业务的调测,真正做到理论联系实际、学以致用。

  2.3虚拟仿真实验室教学资源共享效果

  学校鼓励实验设备、仪器等资源共享,提高资源的使用效率,为使移动通信虚拟仿真实验室的教学资源能够充分、有效利用,实验室除正常的实验教学开放外,也作为学生创新实践、教师开展教科研以及校企合作项目的场地,还为课程设计、毕业设计以及各种科技创新活动如“大唐杯”全国大学生移动通信技术大赛、全国大学生电子设计大赛、挑战杯竞赛等提供实验设备和场地。此外,还积极探索与外校以及企业的合作,利用虚拟仿真实验室先进的设备进行学术交流,引进企业项目,做到“产学研”有机结合,从而大大提高了实验设备的利用率和使用效益。教师和学生在实验室开展实验实训、科技创新等活动,使用相应的设备与仪器时,需在使用过程中做好审批和记录工作。教学资源的共享和实验室的对外开放,提高了学生自主学习、合作学习的积极性,学生的实践能力和创新能力也得到大幅度的提升。

  2.4寻求校企合作新模式,建立校企合作新体系

  引进企业先进的设备,以移动通信虚拟仿真实验室建设为契机,与企业共建通信工程专业,共同制定人才培养方案,建立校企合作新体系。结合移动通信等课程教学的要求,邀请企业工程师为教师提供现场培训、集中培训等多种培训方式来提高专业师资的实践技能。此外,每年安排教师去企业锻炼,开展双师培训,教师在企业实习,开阔了眼界,个人能力也得到了锻炼和提高。目前,依托移动通信虚拟仿真实验室,我校通信工程专业与大唐移动通信设备有限公司、深圳讯方通信技术有限公司等十多家单位建立了长期合作关系,学生可以去企业实习。同时学校多次邀请大唐移动通信设备有限公司工程师为通信工程专业学生做专题报告,受到了学生的热烈欢迎,通信工程专业与大唐移动共建卓越工程师培养计划培养80余名学生,输送到通信相关的企业实习。移动通信虚拟仿真实验室建成以后,有23名同学取得了通信行业认可的大唐移动认证,获得TD-LTE无线设备初级工程师资质,并输送到大唐移动通信设备有限公司及其关联公司从事移动通信4G网络硬件安装督导、测试等工作。学院还连续承办了四届“大唐杯”大学生移动通信技术大赛安徽赛区决赛,指导十多名学生参加“大唐杯”全国大学生移动通信技术大赛,并于2016年、2017年连续两年获得全国总决赛二等奖的好成绩。

  3虚拟仿真实验室的管理运行体制

  3.1管理模式

  移动通信虚拟仿真实验室实行院、系分级管理,在学院分管院长统一领导下,由教务处、系分级对实验室的仪器、设备、账目、财务以及教学的开展、资源的利用等实行统一管理[2]。该实验室的建设以培养学生的实践能力和综合素质为宗旨,以提高实验效率和仪器使用效率、充分发挥仪器的效能为核心,以实现示范实验教学为目标,采取两级责任管理体制,实行专人管理、专人负责、权责明确的实验室管理模式。实验室管理人员负责制定实验教学的发展规划,建立并完善各项规章制度,指导实验实训等工作;实验教师团队负责虚拟仿真实验平台的实验教学、校内外基地建设以及制定相关课程的实验教学大纲、确定实验教学内容和开发实验项目,并交由学院审定。

  3.2管理制度

  为保证移动通信虚拟仿真实验教学更加规范化和现代化,学校建立了完善的实验室规章制度体系,使实验室的安全、实验准备、仪器购置等各项日常工作都有章可循。具体包括:虚拟仿真实验室工作规范、实验室设备仪器使用规定、实验室各级人员职责、实验室卫生制度、学生实验守则、实验室工作制度、实验室管理条例等。对实验设备、实验室仪器、物资管理文件也要有统一的管理办法,制定了大型设备管理办法、精密仪器使用暂行办法、低值易耗品管理办法;针对安全问题,学校也出台了一系列文件,如实验室安全管理规定、实验室消防安全制度、实验室消防设施管理办法。以文件制度的形式对设施设备、实验耗材、环境卫生、软件维护、硬件借用等方面进行了全面严格的管理,从制度上保证了移动通信虚拟仿真实验室的正常、安全以及高效地运转。

  3.3考评办法

  学校教务处每学期组织学生对实验教学效果进行评价,并及时将评价结果反馈给相关教师,教师也会定期与学生沟通交流,掌握实践教学情况,改进实验教学方式,促进移动通信虚拟仿真实验教学质量的稳步提升。学校制定了实验教师工作综合考评办法,鼓励实验教师努力提高授课水平,积极进行教学科研和实践教学改革,提升业务能力;鼓励实验教师发表论文、申请项目、指导学生竞赛等活动,不断提高教师的理论水平和实验教学的质量。

  3.4质量保证体系

  为保证实验实训教学质量,规范教学秩序,学校建立了教学督导、院领导、教研室听课以及教师互听课、学生评教等全方位的教学质量监督体系。由专家组指导实践教学工作,使虚拟仿真实践教学和理论教学有机结合,从而确保虚拟仿真实验室开展实验实训的教学质量。

  4结束语

  虚拟实验室建设作为通信工程专业实验教学的一个发展方向,采用虚拟软件与硬件设备相结合的方式,学生可以通过配置参数创建清晰明确、一目了然的可视化平台,解决了通过通信设备多人同时实验发生通信冲突的问题。此外,虚拟软件平台扩展性好,利用效率高,大大降低了成本。在虚拟仿真实验室的建设过程中,充分体现了虚实结合、相互补充、能实不虚的原则,有效培养学生实践应用能力和创新能力。

  参考文献:

  [1]屈成亮,杨壮,杨志伟,等.“虚实结合”实验教学模式的设计与实践[J].内蒙古石油化工.2017,(Z1):78-80.

  [2]田婧,罗通,罗华锋,邹太和.新建本科院校虚拟仿真实验室的建设及教学[J].实验科学与技术.2015,13(6):219-222.

  [3]刘婉妮,王欢.TDLTE系统eNodeB基站故障分析与研究[J].电子设计工程.2015,24(9):144-146.

  作者:王恩亮 姚玲 彭霞 单位:安徽新华学院电子通信工程学院

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