IUV-4G通信全网仿真在通信技术专业建设中的应用研究

摘要：实验教学是高职院校培养高素质合格人才的重要实践性环节，通过信息化手段结合学科特色，打造虚拟仿真实训平台成为当下实验教学的热点。IUV通过计算机3D多媒体技术，虚拟现实VR技术，互联网云计算与大数据技术的深度融合，依托虚拟仿真教学实训平台，为通信技术专业建设提供一套实训教学解决方案，有效培养符合行业、市场需要的应用型、技能型的通信技术人才。

关键词：IUV-4G;虚拟仿真;通信技术

中图分类号：TP39 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）29-0062-03

1 移动宽带技术的发展

近年来，通信技术突飞猛进，通信行业已经成为增长最快的行业之一。工信部运行监测协调局统计数据显示，截至2020年6月，我国4G用户数已至128271.6万户，2019年底我国的移动通信基站这一数字已达到841万个，其中4G移动基站数目占比达到70%。2019年9月20日，中国工信部部长表示：中国4G基站数量占全球一半以上。

伴随着国家推进移动互联网，传统行业不断向“互联网+”进行转型升级，移动宽带技术的大力发展，4G移动通信的规模化，5G移动通信试运营，通信产业将迎来前所未有的发展。目前，中国已经建成了世界上规模最大的光纤宽带网络和4G网络，光纤用户占宽带用户比例超过了93%，4G用户也达到了80%。为疫情期间上千万家的企事业单位、家庭线上办公、涉及上亿学生的“停课不停学”顺利进行提供了保障。未来十年，4G与5G二者互为补充并将长期共存，为用户提供服务。

产业规模的急剧扩大，基站建设、通信网络工程和维护行业中工程设计施工、网络规划优化和维护岗位[1]需求量很大，必然带来高素质技能型人才的强势需求。这既对通信技术专业学生提供了良好的发展前景和就业环境，同时也对通信技术专业的建设提出了挑战。

2 虚拟仿真实验室

教育信息化的飞速发展，传统的实验方式已经不能满足当下的教学需求，虚拟仿真实验室的出现，顺应了时代的要求。尤其对于STEM学科（S是科学（Science），T是技术（Technology），E是丁程（Engineering），M是数学（Mathematics））而言尤为必要。

2.1 虚拟仿真实验室概念

虚拟仿真实验室是一种基于Web、VR虚拟现实等前沿技术构建的开放式网络化的虚拟实验教学系统.是现有教学实验室的数字化和虚拟化[2]。在这个平台上，学生对实验教学的各个环节既可进行真实的模拟仿真，还可自主设计探索，利用虚拟的网元自由搭建任意合理的实验。相对传统的实验室实训模式，虚拟仿真实验室还有安全陛高、更新便捷等优点，不需要任何的装修、安装、上电调测等过程，有一些实验比较危险、极具破坏性，但通过虚拟平台可完成传统实验室无法实现的操作和练习。

2.2 虚拟仿真实验室优势

从2G到3G、4G到5G，通信技术升级换代快，通信专业的传统实验设备往往较为昂贵，每一次更新换代就意味着换购新的设备，资金压力大，投入收益低。虚拟仿真软件初次购置看似投入大，但可伴随技术的更新进行软件的升级。搭建这样的仿真平台，让同学们以教学任务书的形式在实验仿真平台完成相应的任务，在与工程实际相结合，充分体验虚拟仿真软件的交互性、真实性、直观性，提高学生学习兴趣，促进学生实践操作能力，是一种物美价廉的实训方式。

2.3 虚拟仿真实验室支持在线远程实验

除此，虚拟仿真实验室还支持远程实验，可以通过网络不受时空限制地利用通信网元设备进行实验和设计，教师通过直播平台提供在线帮助和学习指导，学生之间共享资源、合作实验、直播实验过程等激发学习热情，为实验教学环节提供强有利地支持。

3 IUV-4G通信全网仿真软件

海南政法职业学院通信技术专业采购的软件是深圳市艾优威科技有限公司（以下简称IUV）开发的这套4G通信全网软件[3]。IUV与中兴通讯学院战略合作，是一家聚焦互联网在线教育的科技公司，IUV通过计算机3D多媒体技术，虚拟现实VR技术，互联网云计算与大数据技术的深度融合，秉承易学、尚学、乐学的教学服务理念，依托虚拟仿真教学实训平台，为通信专业提供一整套教学实训系统方案。该软件采用的是大家熟知的客户机和服务器结构（c/s模式），由IUV负责建设大型数据库和提供高性能服务器，用户从官网下载安装客户端，通过IUV提供的网络账号即可登录操作[3]。

3.1 软件介绍

该软件的设计参照电信运营商现网工程项目规划部署过程及实际运行维护情形，支持实验环境和工程环境2种模式，提供ITE、EPC、承载3大产品，由无线接入网、IP承载网、光传输网、核心网4张网络组成，可实现TDD和FDD两种制式的网络拓扑规划、容量规划、设备配置、数据配置、业务调试5个模块[4]，业务调试具有告警、PING、TRACE、业务验证（拨测）、业务观察、切换漫游、路由表模式7种工具，涵盖手机终端、基站（BBU+R RU/AAU）、光传输产品（RT+ PTN +OTN）、数据通信产品及核心网产品（HSS+MME+PGW+SGW）8类单元[5]，还有3个城市中的17个实景机房：站点机房、核心网机房、承载汇聚机房、中心机房、骨干网机房。

3.2 三种教学模式

IUVBOX支持三种教学模式，一是实训模式下的日常教學，无论是实训环境、参数选取、连线配置、网络架构均可自行选取设计，能满足多层次、多级别的教学需要。二是竞技模式，通过系统管理平台可以白定义试题和任务书组织竞技比赛;三是测评模式，教师将对应授课内容的实训练习题推送给学生，教师可通过管理平台监控并查看学生实训任务的进展。

3.3 组网规划

规划是组建通信网络的第一步，也是关键的一步。IUV-4G全网规划部署以3座城市为代表组建，根据城市的规模、人口数量、经济发达程度和地形地势综合考虑。万绿市，国内一线大型城市，移动用户数1250万，平原地区，经济发达;千湖市，国内二线中大型城市，移动用户数900万，湖泊地区，经济中等;百山市，国内三线中小型城市，移动用户数500万，丘陵地区，经济一般[6]。

4G移动通信系统由无线接入网、核心网、承载网和光传输网组成，其中无线及核心网的规划包括了：网络拓扑结构设计、覆盖规划、容量规划、无线参数规划等，并保证网络的畅通。

4G无线网络：采用TDD与FDD双管齐下，随机应变，针对不同容量的业务需求，綜合考虑覆盖方案。

4G核心网络：核心网应控制建网成本，避免盲目投入，只需在用户密集的万绿、千湖两市部署LTE核心设备，百山市可就近接人千湖市。

IP承载网络：承载网使用高性能路由器和PTN连接核心网和无线基站。

光传输网：远距离光传输由大容量的OTN设备负责。

网络拓扑结构：根据规划设计整体三城市网络拓扑架构;

容量规划：根据三市用户数目及特征，规划网路与设备容量。

设备配置：根据容量规划结果，完成设备工程安装和对接;

数据配置：按照设备部署安装的情况，配置对应的业务数据;

业务调试：通过多种预设工具和调测方法，排查故障，保证网路正常运行。

3.4 业务综合调试

网络建设部署完成后，当设备安装、数据配置过程中存在故障导致用户无法接人时，可利用系统提供业务调试的七种工具进行快速有效的故障定位和排查，保证网络的畅通。

告警工具是用来检测所有机房现有的设备中，是否存在相关的连线故障、接口通信故障、链路故障等物理故障。其检测信息来源于目前的“设备配置”的物理检测，以及和该设备相关的“数据配置”中接口类、链路类配置检测。从图3可看出，三市的物理连接没有出现红色告警信息。如果出现红色告警则需进行故障的定位和排查。

告警信息是业务验证的基础，如果业务验证小区相关的设备存在告警作息，将不能通过业务验证。从图4可看出，网络建设部署完成后，因设备安装、数据配置无误，业务验证中数据的上行和下行良好，意味着网络畅通。

4 IUV-4G仿真管理平台

IUV仿真平台的另一优势是为用户搭建多功能平台管理，既提供多样化的教学资源又提供完备的实验管理与维护，可满足不同层次使用者的要求，帮助教师安排课程，完成优质教学，实现自我能力的提升。校园的平台管理主要功能有：用户管理和教学管理。

用户管理有：①账户管理可支持添加删除账户、批量导入导出账户;②群组管理可实现用户账号按组（班级）分配功能;③群组授权可支持设置群组使用权限三大功能。

教学管理有：①赛事向导可指导新用户操作实现添加赛事、组建战队、下发试题的流程，帮助和简化了新用户熟悉教学管理操作应用;②赛事管理可支持编辑赛事任务书添加赛事;③战队管理可实现批量导入战队、添加战队、编辑功能，同一战队多人共享一份数据，协同作战;④试题管理可实现试题下发、排错答案录入、编辑功能;⑤赛事监控支持监控赛事情况，显示业务配置结果五大功能。

5 结束语

为促进我国高等学校信息通信相关专业建设、提高学生对信息通信网络设计部署及优化方面的综合能力，教育部高等学校电子信息类专业教学指导委员会联合中国通信学会共同组织开展全国大学生电子信息类专业大赛一通信工程应用竞赛，其中2015、2016、2019举办的4G全网建设技术赛项采用的是IUV-4G作为专用平台，真正做到了以赛促学、以赛促教，为社会培养高素质技能型通信专业人才。

参考文献：

[1]周燕，苏品刚，范海建，等.高职类通信技术专业建设探讨与实践——以苏州市职业大学为例[J].苏州市职业大学学报，2013。24（1）：70-73.

[2]时爱菊，张坤，牟少敏.无机化学虚拟仿真实验室的应用与探索[J].山东化工，2020，49（8）：217-218.

[3]李强.基于虚拟仿真技术的通信实训室的构建[J].科技经济市场，2016（10）：26-27.

[4]蔡盛勇.基于移动通信背景下的IUV-4G全网仿真教学软件设计[J].无线互联科技，2020（5）：113-114.

[5]张恋，陈坤定，范祖良，等.虚拟仿真技术在移动通信智慧课堂中的应用[J].无线互联科技，2019（14）：134-135.

[6]陈佳莹，张溪，林磊.IUV-4G移动通信技术[M].北京：人民邮电出版社，2016.

【通联编辑：梁书】

作者简介：桑峻（1976-），男，安徽凤阳人，讲师，硕士，主要研究方向：通信技术、计算机应用。