學科教育論文-“現(xiàn)代通信網(wǎng)”中引入ＯＰＮＥＴ教學探討.docVIP

學科教育論文-“現(xiàn)代通信網(wǎng)”中引入教學探討【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,為了在學生多、經(jīng)費少的情況下提高教學效果,根據(jù)現(xiàn)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(xiàn)電話網(wǎng)、移動通信網(wǎng)、計算機網(wǎng)等較大規(guī)模的網(wǎng)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?！娟P鍵詞】現(xiàn)代通信網(wǎng)；OPNET；網(wǎng)絡仿真“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備投資巨大,教學內(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。由于學生人數(shù)多,實驗設備少,教學效果也不夠理想。隨著網(wǎng)絡仿真技術的不斷成熟與普及,在“現(xiàn)代通信網(wǎng)”課程教學中引入計算機仿真來進行較大規(guī)模的網(wǎng)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(wǎng)絡仿真工具的選擇網(wǎng)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?qū)潭?、移動、衛(wèi)星以及混合等多種網(wǎng)絡進行仿真。OPNET提供三層建模機制,以離散事件驅(qū)動為模擬機理,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)有拓撲和流量數(shù)據(jù)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(jù)仿真結果記錄,可進一步進行相關內(nèi)容分析,生成網(wǎng)絡拓撲圖或得到數(shù)據(jù)的可視化圖表。NS仿真最適合于TCP層以上的仿真；QualNet能夠模擬最復雜的網(wǎng)絡,并且是市場上仿真速度最快、可擴展性最好的網(wǎng)絡仿真工具,其具有的大型模型庫和強大的開發(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(shù)值計算、圖形管理、程序開發(fā)為一體的強大系統(tǒng),最適合于點到點系統(tǒng)的系統(tǒng)設計和算法設計?？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)絡結構、編址方式、路由算法、服務質(zhì)量等內(nèi)容,網(wǎng)絡仿真需要形象直觀,參數(shù)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(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)務網(wǎng)的設計目標和工作原理；各類業(yè)務網(wǎng)之間的共性和個性差異；導致各類業(yè)務網(wǎng)之間產(chǎn)生技術差異的原因；現(xiàn)代通信網(wǎng)為何被設計成今天的樣子；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)的服務質(zhì)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(wǎng)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(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、逼真度等指標衡量,這些指標基本有主觀評定；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產(chǎn)生話音業(yè)務,如圖1所示。圖1兩交換局本地電話網(wǎng)2.2模塊設計:根據(jù)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(jù)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(wǎng)絡的設計。下面說明各模塊的設計過程。(1)PBX的設計: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,模擬話機產(chǎn)生電話業(yè)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(wǎng)連接。假設普通用戶呼叫的到達時間服從指數(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,進入的各種呼叫不區(qū)分優(yōu)先級,對于話音業(yè)務不進行壓縮處理,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呼叫相關參數(shù)設置(2)SSP的設計:電話網(wǎng)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(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)務交換節(jié)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(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(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)、交換機的帶寬預留等,如圖4所示。圖4統(tǒng)計量收集2.3結果分析: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),以及鏈路所達到的服務質(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)”課程教學中引入網(wǎng)絡仿真技術,有以下好處:3.1使學生加深了對課程內(nèi)容的理解:因為對于通信網(wǎng)而言,現(xiàn)網(wǎng)的環(huán)境非常復雜,實際運行的系統(tǒng)不允許學生在其上進行修改配置,而且用戶產(chǎn)生的呼叫需要經(jīng)歷相當長一段時間才能獲得。每當講到服務質(zhì)量這部分內(nèi)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(zhì)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(yè)應聘時往往達不到用人單位的要求。在“現(xiàn)代通信網(wǎng)”專業(yè)課程教學中引入網(wǎng)絡仿真可以使學生熟悉各種網(wǎng)絡結構及其工作原理,提高了他們分析