學(xué)科教育論文-“現(xiàn)代通信網(wǎng)”中引入ＯＰＮＥＴ教學(xué)探討.doc

學(xué)科教育論文-“現(xiàn)代通信網(wǎng)”中引入教學(xué)探討【摘要】“現(xiàn)代通信網(wǎng)”是通信工程專業(yè)一門重要的專業(yè)課程,為了在學(xué)生多、經(jīng)費少的情況下提高教學(xué)效果,根據(jù)現(xiàn)有條件和課程特點,提出在該課程教學(xué)中引入OPNET軟件的方案,使用OPNET軟件實現(xiàn)電話網(wǎng)、移動通信網(wǎng)、計算機(jī)網(wǎng)等較大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)級計算機(jī)仿真。實踐證明,這種方法費用低、效果好,具有推廣價值?！娟P(guān)鍵詞】現(xiàn)代通信網(wǎng)；OPNET；網(wǎng)絡(luò)仿真“現(xiàn)代通信網(wǎng)”是通信工程專業(yè)的一門重要專業(yè)課。但是由于該課程實驗設(shè)備投資巨大,教學(xué)內(nèi)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(xué)生人數(shù)多,實驗設(shè)備少,教學(xué)效果也不夠理想。隨著網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)的不斷成熟與普及,在“現(xiàn)代通信網(wǎng)”課程教學(xué)中引入計算機(jī)仿真來進(jìn)行較大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)級仿真已成為可能。本文對這種方法進(jìn)行了探討和評估。1網(wǎng)絡(luò)仿真工具的選擇網(wǎng)絡(luò)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(qiáng),能夠?qū)潭?、移動、衛(wèi)星以及混合等多種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真。OPNET提供三層建模機(jī)制,以離散事件驅(qū)動為模擬機(jī)理,提供比較齊全的基本模型庫,具有豐富的統(tǒng)計量收集和分析功能,還提供了和網(wǎng)管系統(tǒng)、流量監(jiān)測系統(tǒng)的接口,方便利用現(xiàn)有拓?fù)浜土髁繑?shù)據(jù)建立仿真模型,也可以對仿真結(jié)果進(jìn)行驗證；NS的設(shè)計使用了兩種程序設(shè)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(jìn)行編譯和仿真,輸出仿真結(jié)果,根據(jù)仿真結(jié)果記錄,可進(jìn)一步進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容分析,生成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D或得到數(shù)據(jù)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(fù)雜的網(wǎng)絡(luò),并且是市場上仿真速度最快、可擴(kuò)展性最好的網(wǎng)絡(luò)仿真工具,其具有的大型模型庫和強(qiáng)大的開發(fā)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(wǎng)絡(luò)的仿真；MATLAB作為國際學(xué)術(shù)界確認(rèn)的準(zhǔn)確可靠的科學(xué)計算標(biāo)準(zhǔn)軟件,是一個集數(shù)值計算、圖形管理、程序開發(fā)為一體的強(qiáng)大系統(tǒng),最適合于點到點系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計和算法設(shè)計?？紤]到“現(xiàn)代通信網(wǎng)”主要講授各種類型的通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、編址方式、路由算法、服務(wù)質(zhì)量等內(nèi)容,網(wǎng)絡(luò)仿真需要形象直觀,參數(shù)便于設(shè)置和修改,又考慮到OPNET的大學(xué)計劃可以提供免費教學(xué)版本,雖然部分模塊不全,但完全可以滿足教學(xué)需要,因此我們選用該公司教學(xué)版的OPNET。2教學(xué)實例“現(xiàn)代通信網(wǎng)”主要介紹通信網(wǎng)的基本概念、組成,通信網(wǎng)要解決的基本問題；各類業(yè)務(wù)網(wǎng)的設(shè)計目標(biāo)和工作原理；各類業(yè)務(wù)網(wǎng)之間的共性和個性差異；導(dǎo)致各類業(yè)務(wù)網(wǎng)之間產(chǎn)生技術(shù)差異的原因；現(xiàn)代通信網(wǎng)為何被設(shè)計成今天的樣子；什么因素促使了通信網(wǎng)的發(fā)展變化；未來的通信網(wǎng)可能怎樣發(fā)展和變化。下面以電話網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量為例,闡述指導(dǎo)學(xué)生使用OPNET軟件進(jìn)行課程實驗的基本步驟。2.1總體設(shè)計:電話通信網(wǎng)采用電路交換技術(shù),由于通信雙方獨占信道帶寬,一旦交換節(jié)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(jī)處理能力、通信鏈路帶寬等諸多因素的影響,還是會產(chǎn)生呼叫失敗的可能。對于電話通信網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量主要分為傳輸質(zhì)量和接續(xù)質(zhì)量。傳輸質(zhì)量主要有響度、清晰度、逼真度等指標(biāo)衡量,這些指標(biāo)基本有主觀評定；接續(xù)質(zhì)量主要有接續(xù)呼損和接續(xù)時延,我們這里以接續(xù)呼損為例來進(jìn)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(wǎng),PBX1、PBX2均可以模擬若干部話機(jī)產(chǎn)生話音業(yè)務(wù),如圖1所示。圖1兩交換局本地電話網(wǎng)2.2模塊設(shè)計:根據(jù)PBX和電路交換機(jī)的功能,通過逐步細(xì)化,按“自底向上”的順序依次完成各模塊的設(shè)計,設(shè)計好各個模塊后,再根據(jù)圖1所示的總體結(jié)構(gòu),將各模塊組合在一起,可以完成整個網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計。下面說明各模塊的設(shè)計過程。(1)PBX的設(shè)計:電話網(wǎng)中,每個交換端局都會接入為數(shù)眾多的終端話機(jī),模擬話機(jī)產(chǎn)生電話業(yè)務(wù)是評價呼損的前提。這里用PBX(用戶交換機(jī))處理分機(jī)之間的通話,同時再通過主干線與公共交換電話網(wǎng)連接。假設(shè)普通用戶呼叫的到達(dá)時間服從指數(shù)分布,每個用戶呼叫的持續(xù)時間服從正態(tài)分布,每個呼叫獲得的帶寬是64kbps,進(jìn)入的各種呼叫不區(qū)分優(yōu)先級,對于話音業(yè)務(wù)不進(jìn)行壓縮處理,PBX允許接入的最大呼叫數(shù)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(guān)參數(shù)設(shè)置(2)SSP的設(shè)計:電話網(wǎng)中,最基礎(chǔ)的電話交換中心就是端局,主要負(fù)責(zé)終端用戶的接入和局內(nèi)呼叫。因為目前電話網(wǎng)的信令系統(tǒng)絕大多數(shù)都以采用七號信令系統(tǒng),而SSP(業(yè)務(wù)交換節(jié)點)就是最先響應(yīng)電話呼叫的電路交換機(jī)。實際運行中,電話交換機(jī)都包含七號信令的相關(guān)功能。假設(shè)電路交換機(jī)的交換能力是100Mbps,最大并發(fā)呼叫數(shù)為1000個,支持SS7信令,連接時延、通話時延都服從常數(shù)分布。正是因為有最大并發(fā)呼叫的上限,因而隨著呼叫數(shù)量的增加,必然會導(dǎo)致呼叫損失。具體參數(shù)如圖3所示。圖3交換節(jié)點參數(shù)設(shè)置(3)用戶線和中繼線的設(shè)置:這里,假設(shè)PBX與SSP之間、SSP與SSP之間均采用T1線路,即1.544Mbps,因而可以預(yù)期,一旦用戶發(fā)起的呼叫請求超過鏈路的承載能力,則將會出現(xiàn)呼叫損失。(4)統(tǒng)計量的收集:因為本試驗是為了測試在一定的呼叫強(qiáng)度下,電話交換系統(tǒng)的接續(xù)質(zhì)量,我們主要收集以下參數(shù):交換機(jī)之間干路利用率、呼叫建立時間、呼叫阻塞數(shù)、呼叫實際連接數(shù)、呼叫生成數(shù)、交換機(jī)的帶寬預(yù)留等,如圖4所示。圖4統(tǒng)計量收集2.3結(jié)果分析:因為PBX1有10個用戶,每個用戶產(chǎn)生呼叫的間隔時間服從指數(shù)分布,而呼叫持續(xù)時間服從正態(tài)分布,隨著時間的推移,PBX1產(chǎn)生的呼叫數(shù)將超過SSP能夠并發(fā)處理呼叫數(shù)的上限,因而呼損隨之產(chǎn)生。圖5顯示出PBX平均呼叫產(chǎn)生數(shù)與呼叫阻塞數(shù),以及鏈路所達(dá)到的服務(wù)質(zhì)量。隨著呼叫數(shù)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(xiàn)代通信網(wǎng)”課程教學(xué)中引入網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù),有以下好處:3.1使學(xué)生加深了對課程內(nèi)容的理解:因為對于通信網(wǎng)而言,現(xiàn)網(wǎng)的環(huán)境非常復(fù)雜,實際運行的系統(tǒng)不允許學(xué)生在其上進(jìn)行修改配置,而且用戶產(chǎn)生的呼叫需要經(jīng)歷相當(dāng)長一段時間才能獲得。每當(dāng)講到服務(wù)質(zhì)量這部分內(nèi)容時學(xué)生都反映理解起來比較困難。通過OPNET軟件,學(xué)生能親自上手配置,對于評價服務(wù)質(zhì)量的各項指標(biāo)有了更深刻的理解。3.2提高學(xué)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(xué)生的實踐能力訓(xùn)練不同程度有所減弱,畢業(yè)應(yīng)聘時往往達(dá)不到用人單位的要求。在“現(xiàn)代通信網(wǎng)”專業(yè)課程教學(xué)中引入網(wǎng)絡(luò)仿真可以使學(xué)生熟悉各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其工作原理,提高了他們分析