虚拟仿真在宽带通信网教学中的应用

    摘 要：论文首先概述了虚拟仿真在研究生宽带通信网教学中应用的意义，然后阐述了虚拟仿真在宽带通信网教学中具体实施内容，其中包括在宽带光传输网、4G宽带移动通信网、宽带数据通信网以及VOIP电话网的操作内容。最后说明通过该实践教学环节，能够使抽象理论与实际应用有机的结合起来，对学生工程能力的培养具有积极意义。

    关键词：虚拟仿真 MSTP IP数据网 VOIP

    一、虚拟仿真在宽带通信网教学中应用意义

    目前虚拟仿真技术在高校实践教学环节中越来越被广泛关注和使用，虚拟仿真技术可以模拟实际环境完成系统设计。尤其在实际条件不具备的情况下，虚拟仿真可以让学习者或研究人员在更多的、更复杂的情况下学习研究掌握更多的相关内容。

    宽带通信网是我院研究生通信与信息系统专业、电子与信息工程专业的一门知识面广、综合性强、技术含量高、实践性强的课程。因此要上好这门课，除了完整、系统地讲授通信基础理论，如宽带交换原理、宽带数据通信协议、宽带传输技术、宽带移动通信技术外，还需强化实践环节。实践环节可以结合虚拟仿真软件，让学生在仿真环境下进行宽带网络设计。从而使学生能更好地理解理论知识，提高实践能力。

    二、虚拟仿真在宽带通信网教学中实施内容

    1.虚拟仿真在宽带传输网中实施内容

    ZXONM-E300是中兴光网络MSTP（多业务传送平台）设备虚拟仿真平台，支持中兴ZXMP S360、ZXMP S385、ZXMP S380/S390、ZXMPWM-32（V1）等多种型号的光网络MSTP设备及WDM波分复用设备的设计管理，可以联机使用，也可以脱机使用。其中ZXMP385、ZXMP380/390是中兴MSTP系列产品较高型号的设备，可以设计实现10Gb/s的光网络传输，适合大容量信息传输系统。ZXMPWM-32（V1）可以实现32波的波分复用系统。所以利用ZXONM-E300虚拟仿真软件可以实现高速率，大容量的光网络设计。

    具体实施内容有：光网络节点的建立。根据网络拓扑需要，根据IP地址的不同，选择节点设备型号，可以灵活设置多个光网络节点。

    光传输设备单板的安装。根据网络传输环或传输链速率的要求，选择安装设备单板。如ZXMP390设备，OL64单板可提供10Gb/s的光接口，OL16可提供2.5Gb/s的光接口。

    光网络系统时钟的建立。将中心局设成主时钟源，其他局所设置成从时钟源，主时钟源的时钟设置有外时钟和内时钟，从时钟源可设置线路提取时钟和内时钟，从时钟源跟踪主时钟源。

    光网络各节点勤务电话的实现。选择中心局为勤务电话控制点，每个光节点配以不同的电话号码，方便工程师进行网络开通和调试时通信使用。

    光网络各节点间业务连接实现。根据节点到节点业务量需求，配置节点间业务，实现端到端的电路连接。

    光网络自愈环网的建立。可设置通道保护环，实现节点间业务保护。也可设置复用段保护环，实现路径及线路保护。

    2.虚拟仿真在宽带移动网中实施内容

    深圳市艾优威科技有限公司（IUV）开发的IUV-4G 全网规划仿真软件内容覆盖无线接入、PTN网络承载、OTN网传送、核心网设计四个知识模块，是研究生学习宽带移动通信网很好的移动网络仿真平台。学生通过模拟实际的用户容量需求，无线接入环境背景，计算信号传输功率衰减情况，设计基站资源。再根据基站容量设计PTN分组传送网、OTN网及核心网设计，最终完成全4G移动通信网络设计。

    具体项目实施内容有：网络拓扑规划，容量规划，设备配置，数据配置，业务调试。

    网络拓扑规划根据4G网络分层结构将整个网络分为接入层、汇聚层、和核心层部分。无线基站通过接入层PTN网络设备连接到汇聚层，汇聚层主要通过PTN和OTN连接至核心层，核心层由省骨干网和核心层移动交换设备组成。

    容量规划分为无线接入网容量规划，核心网容量规划和IP承载网容量规划。

    无线接入网容量规划：根据本地话务模型的选择，分别计算出单用户移动上网业务忙时平均流量（kbps），本地4G总移动用户数，本地规划区域总吞吐量（Mbps），单基站点吞吐量（Mbps），最后根据容量估算需要部署的站点数。同时要兼顾覆盖估算，根据覆盖区域特点选择站型，获得相应小区覆盖半径，从而计算单站最大覆盖面积，根据规划区域面积除以单站最大覆盖面积，得到满足覆盖的站点数。最后从两种站点数中选择最大值为规划的基站站点数量。

    核心网容量规划：包括建立核心网的话务模型，MME设备容量估算，SGW容量估算，PGW容量估算。核心网话务模型参数有线用户比、附着激活比、SI-MME接口每用户忙时平均信令流量（kbps）、S11接口每用户忙时平均信令流量（kbps）、S6a接口每用户忙时平均信令流量（kbps）、本地单用户忙时业务平均吞吐量（kbps）、本地4G总用户数。MME容量估算：与MME连接主要有三种接口SI-MME、S11、S6a接口。MME容量等于三个接口忙时信令流量之和。每一接口忙时容量等于该接口每用户忙时平均信令流量×SAU用户数。SAU附着用户数等于本地总用户数×在线用户比。SGW容量估算主要由SGW支持的EPS上下报文数、系统业务处理能力以及系统吞吐量决定。EPS承载的上下报文数=SAU数/附着激活比;SGW系统处理能力即SGW系统处理的所有流量=单用户忙时业务平均吞吐量×SAU数;SGW系统进/出吞吐量=1/2（S1-U接口流量+S5接口流量），两个接口流量=该接口单用户忙时业务平均吞吐量×SAU数。同理PGW容量估算主要由SGW支持的EPS上下报文数、系统业务处理能力以及系统吞吐量决定。

    IP承载网容量规划：包括参数规划，接入层容量计算，汇聚层容量计算和核心层容量计算。参数规划有：单站平均吞吐量，MIMO单站三扇区吞吐量，基站数，基站带宽预留比，链路工作带宽占比。核心、接入带宽收敛比，汇聚、接入层带宽收敛比，汇聚环上汇聚设备数，接入环上接入设备数。大型、中型、中小型网络单汇聚设备所带基站数。接入层容量计算：基站预留带宽=单站平均吞吐量/基站带宽预留比;接入设备数量=基站数;选择接入层网络拓扑结构（一般星形）;接入设备上行链路带宽=MIMO单站三扇区吞吐量/链路工作带宽。汇聚层容量计算：汇聚层设备数量=基站数/单汇聚设备带基站数;选择汇聚层网络结构（一般环形）;汇聚链路工作带宽=单汇聚设备带基站数×汇聚环上汇聚设备数×基站预留带宽×汇聚、接入层带宽收敛比;汇聚链路带宽=汇聚链路工作带宽/鏈路工作带宽比;汇聚环数量=汇聚层设备数量/汇聚环上汇聚设备数。核心层容量计算：核心层设备吞吐量=基站数×基站预留带宽×核心、接入层带宽收敛比。

    根据4G网络各层容量规划进行设备配置和数据配置，最后用虚拟仿真软件进行系统联调。这样有效的锻炼了学生的工程实践能力，将学到的理论知识与工程实践做到了有机结合。

    3.虚拟仿真在宽带数据网实施内容

    基于中兴数据通信设备ZXR10路由器，S3228、S3298三层交换机等实现静态路由配置，VLAN配置，PVLAN网络配置。基于中兴软交换IBX1000和VOIP IAD I508C 综合接入网关设备网管，实现VOIP电话网络通信。

    具体项目实施内容有：

    虚拟仿真在宽带数据通信网实施内容：常用IP网络设备基础操作，组建小型局域网，VLAN的建立，路由网络的路由配置，访问控制列表管理操作，网络交换和路由设计。学生通过数据通信路由器的使用，路由配置，可以实现虚拟局域网和专用虚拟局域网的建立。

    虚拟仿真在宽带VOIP交换中实施内容：软交换及VoIP网络电话实现技术分析。通过实际的硬件设备组成，软交换网管参数配置，使同学掌握软交换技术实质，VoIP网络电话实现原理，为设计开发打下良好基础。语音网关基本应用。配置语音网关，掌握IP电话SIP协议。端到端的VoIP网络电话实现。进行拨号策略配置，路由设定，信令配置，实现端到端的VoIP网络电话通信。学生通过电信级设备网管软件的操作和使用，可以掌握软交换工作原理，掌握VOIP网络电话的设计及实现过程，为成为卓越工程师夯实了基础。

    结语

    虚拟仿真在研究生宽带通信网课程教学中，用电信网虚拟仿真软件代替昂贵的通信设备，即节省了设备投资、损耗，又能够方便灵活、功能齐全地实现现代网络设计。即符合通信生产的需要，又能很好的跟踪前沿技术，且易操作性强，每人可独立进行，随时随地学习。一方面可以强化学生的理论基础知识，另一方面可以有效提高学生科学实践应用能力，同时也能够激发学生学习兴趣及潜在的科技开发能力。所以在研究生宽带通信网课程教学中，通过虚拟仿真实践教学环节，有助于提高教学效果。对通信与信息系统、电子与通信工程领域人才的培养具有的积极意义。

参考文献

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