學科教育論文-“現代通信網”中引入教學探討【摘要】“現代通信網”是通信工程專業一門重要的專業課程,為了在學生多、經費少的情況下提高教學效果,根據現有條件和課程特點,提出在該課程教學中引入OPNET軟件的方案,使用OPNET軟件實現電話網、移動通信網、計算機網等較大規模的網絡級計算機仿真。實踐證明,這種方法費用低、效果好,具有推廣價值。【關鍵詞】現代通信網；OPNET；網絡仿真“現代通信網”是通信工程專業的一門重要專業課。但是由于該課程實驗設備投資巨大,教學內容更新很快,所以該課程的實驗在許多高校一直沒有很好地解決。由于學生人數多,實驗設備少,教學效果也不夠理想。隨著網絡仿真技術的不斷成熟與普及,在“現代通信網”課程教學中引入計算機仿真來進行較大規模的網絡級仿真已成為可能。本文對這種方法進行了探討和評估。1網絡仿真工具的選擇網絡仿真軟件種類很多,目前較為流行的四種,具體如表1所示。表中前3種軟件功能很強,能夠對固定、移動、衛星以及混合等多種網絡進行仿真。OPNET提供三層建模機制,以離散事件驅動為模擬機理,提供比較齊全的基本模型庫,具有豐富的統計量收集和分析功能,還提供了和網管系統、流量監測系統的接口,方便利用現有拓撲和流量數據建立仿真模型,也可以對仿真結果進行驗證；NS的設計使用了兩種程序設計語言:c+和Otcl,NS代碼使用Otcl語言編寫,通過Otcl語言解釋器解釋,使用NS仿真庫進行編譯和仿真,輸出仿真結果,根據仿真結果記錄,可進一步進行相關內容分析,生成網絡拓撲圖或得到數據的可視化圖表。NS仿真最適合于TCP層以上的仿真；QualNet能夠模擬最復雜的網絡,并且是市場上仿真速度最快、可擴展性最好的網絡仿真工具,其具有的大型模型庫和強大的開發工具幫助用戶最大限度減少編寫源碼的時間。適用于無線、移動網絡的仿真；MATLAB作為國際學術界確認的準確可靠的科學計算標準軟件,是一個集數值計算、圖形管理、程序開發為一體的強大系統,最適合于點到點系統的系統設計和算法設計。考慮到“現代通信網”主要講授各種類型的通信網的網絡結構、編址方式、路由算法、服務質量等內容,網絡仿真需要形象直觀,參數便于設置和修改,又考慮到OPNET的大學計劃可以提供免費教學版本,雖然部分模塊不全,但完全可以滿足教學需要,因此我們選用該公司教學版的OPNET。2教學實例“現代通信網”主要介紹通信網的基本概念、組成,通信網要解決的基本問題；各類業務網的設計目標和工作原理；各類業務網之間的共性和個性差異；導致各類業務網之間產生技術差異的原因；現代通信網為何被設計成今天的樣子；什么因素促使了通信網的發展變化；未來的通信網可能怎樣發展和變化。下面以電話網的服務質量為例,闡述指導學生使用OPNET軟件進行課程實驗的基本步驟。2.1總體設計:電話通信網采用電路交換技術,由于通信雙方獨占信道帶寬,一旦交換節點接納此次呼叫,則為該呼叫提供固定的帶寬資源。但因為受到交換機處理能力、通信鏈路帶寬等諸多因素的影響,還是會產生呼叫失敗的可能。對于電話通信網的服務質量主要分為傳輸質量和接續質量。傳輸質量主要有響度、清晰度、逼真度等指標衡量,這些指標基本有主觀評定；接續質量主要有接續呼損和接續時延,我們這里以接續呼損為例來進行試驗。為簡單起見,我們建立一個由兩交換局所組成的本地電話網,PBX1、PBX2均可以模擬若干部話機產生話音業務,如圖1所示。圖1兩交換局本地電話網2.2模塊設計:根據PBX和電路交換機的功能,通過逐步細化,按“自底向上”的順序依次完成各模塊的設計,設計好各個模塊后,再根據圖1所示的總體結構,將各模塊組合在一起,可以完成整個網絡的設計。下面說明各模塊的設計過程。(1)PBX的設計:電話網中,每個交換端局都會接入為數眾多的終端話機,模擬話機產生電話業務是評價呼損的前提。這里用PBX(用戶交換機)處理分機之間的通話,同時再通過主干線與公共交換電話網連接。假設普通用戶呼叫的到達時間服從指數分布,每個用戶呼叫的持續時間服從正態分布,每個呼叫獲得的帶寬是64kbps,進入的各種呼叫不區分優先級,對于話音業務不進行壓縮處理,PBX允許接入的最大呼叫數為100。PBX1模擬10個電話用戶,PBX2模擬一個電話用戶。如圖2所示。圖2呼叫相關參數設置(2)SSP的設計:電話網中,最基礎的電話交換中心就是端局,主要負責終端用戶的接入和局內呼叫。因為目前電話網的信令系統絕大多數都以采用七號信令系統,而SSP(業務交換節點)就是最先響應電話呼叫的電路交換機。實際運行中,電話交換機都包含七號信令的相關功能。假設電路交換機的交換能力是100Mbps,最大并發呼叫數為1000個,支持SS7信令,連接時延、通話時延都服從常數分布。正是因為有最大并發呼叫的上限,因而隨著呼叫數量的增加,必然會導致呼叫損失。具體參數如圖3所示。圖3交換節點參數設置(3)用戶線和中繼線的設置:這里,假設PBX與SSP之間、SSP與SSP之間均采用T1線路,即1.544Mbps,因而可以預期,一旦用戶發起的呼叫請求超過鏈路的承載能力,則將會出現呼叫損失。(4)統計量的收集:因為本試驗是為了測試在一定的呼叫強度下,電話交換系統的接續質量,我們主要收集以下參數:交換機之間干路利用率、呼叫建立時間、呼叫阻塞數、呼叫實際連接數、呼叫生成數、交換機的帶寬預留等,如圖4所示。圖4統計量收集2.3結果分析:因為PBX1有10個用戶,每個用戶產生呼叫的間隔時間服從指數分布,而呼叫持續時間服從正態分布,隨著時間的推移,PBX1產生的呼叫數將超過SSP能夠并發處理呼叫數的上限,因而呼損隨之產生。圖5顯示出PBX平均呼叫產生數與呼叫阻塞數,以及鏈路所達到的服務質量。隨著呼叫數的增加,SSP之間鏈路的利用率也趨近于100%,如圖6所示。3實踐效果通過實踐我們體會到,在“現代通信網”課程教學中引入網絡仿真技術,有以下好處:3.1使學生加深了對課程內容的理解:因為對于通信網而言,現網的環境非常復雜,實際運行的系統不允許學生在其上進行修改配置,而且用戶產生的呼叫需要經歷相當長一段時間才能獲得。每當講到服務質量這部分內容時學生都反映理解起來比較困難。通過OPNET軟件,學生能親自上手配置,對于評價服務質量的各項指標有了更深刻的理解。3.2提高學生分析問題解決問題能力:眾所周知,由于種種原因,近幾年來學生的實踐能力訓練不同程度有所減弱,畢業應聘時往往達不到用人單位的要求。在“現代通信網”專業課程教學中引入網絡仿真可以使學生熟悉各種網絡結構及其工作原理,提高了他們分析