新建本科院校通信工程实验室建设的研究

刘光灿，张刚林，黄飞江，陈威兵

(长沙学院 电子与通信工程系，湖南 长沙 410022)

随着互联网和电信业务通信网的高速发展，市场亟需网络技术人才和通信网设备安装、调试、维护和运营管理的技术人才[1]。这给新建本科院校通信工程专业的发展提供了绝好的机会。为培养合格的通信工程专业人才，需要加强通信工程实验室的建设，加强实践教学和工程教育，培养学生的实践动手能力、综合能力和创新能力[2-3]。

1 实验室建设方案设计原则

通信工程实验室总体建设目标是建设一个能培养学生工程能力和综合创新能力的实用型通信实验平台，使学生能较好地掌握通信技术原理，达到对整体专业技术的综合理解，并具备一般通信系统的上岗工作能力[4]。为达此目标，设计实验室建设方案时应考虑如下设计原则[5]。

(1) 先进性、可靠性和标准化原则。大学作为学科和技术前沿研究场所，要求通信工程实验室配备最先进的网络设备，能够满足师生开展最新技术的科研、教学和实践活动。网络设备的稳定可靠是系统正常运行的关键，在方案设计中要选用高可靠性网络产品，且网络接口全部采用标准协议接口。

(2) 灵活性及可扩展性原则。根据通信技术的发展和新增业务的需求，通信网络可以平滑地扩充和升级，最大程度地减少对网络架构和现有设备的调整。

(3) 模块化和系统化原则。通信工程实验室采用整体规划、模块化设计的构建思想。每个模块单独成网，不同的网络通过相关接口进行互联互通。模块化还要体现在软件的设计上，网管软件要全部采用模块化设计和分层的结构。

(4) 便于管理、维护和安全使用原则。实验室要能够对网络实行集中监测、分权管理、统一分配网络资源；有统一的网管软件，当出现混乱时，系统有恢复能力，可实施对网管误操作和软件死循环等重大故障的数据恢复；对于合法的用户通过认证能进行设备的操作，而非法用户没有权限对设备进行操作；网络软件符合人们的操作习惯，操作界面清晰。

(5) 经济性、规模性和层次性原则。从设备的选型上尽量做到花最少的钱建符合学校要求的最好的实验室；实验室至少要满足20组学生同时实验的需求。实验室可以满足不同层次专业教学的需求，可完成实验、实习、课程设计和综合实训任务。

2 数据通信实验室方案

数据通信实验室是长沙学院与思科公司共建的实验室。思科网络技术学院是思科公司在全球推广的网络技术教育项目[6]。与思科公司合作就是引进该项目，包括教材、E-learning的教学方式、E-Learning实验室和支撑理论教学的思科数据通信实验室方案等。思科公司对于网络技术教育开展得好的学校一般会给予部分软硬件设备捐赠或优惠。2006年5月，长沙学院思科网络技术学院正式成立，2007年我校成为Cisco网络通信设备在湖南地区的首家获赠高校[7]，并着手建设数据通信实验室。

2.1 实验室设备构成方案

将实验室分成4个分实验室建设。从学生的数量、实验效果和资金3个方面考虑，每次实验人数为半个班(16～20人)，实验设备每套为4～5人使用，所以每种设备都需要4套。4个实验分室的设备构成情况是[8]：

(1) 路由和二层交换实验室主要由4台路由器、4台二层交换机组成；

(2) 语音和三层交换实验室主要设备包括：语音交换机8台、语音路由器8台、三层交换机8台、VOIP电话系统1套、语音编码器2个，语音视频管理软件和硬件1组、IP电话8个、模拟电话12个、视频套件1套、语音转换卡5块；

(3) 安全实验室主要由8个安全路由器、4个防火墙、4个安全自适应设备、4个入侵检测器组成；

(4) 无线实验室主要设备包括：路由器4个、无线路由器4个、无线AP4个、无线局域网控制器1台，无线管理软件与硬件1套，室内和室外天线各2个，PC内置无线网卡24个，无线网桥2个。

2.2 实验室可开出的实验

数据通信实验室可开出以下实验[8]：

(1) 数据通信课程实验6个：IOS基本操作实验、IP地址配置实验、数据路由实验、无线网桥的配置实验、无线路由通信实验和数据安全通信实验；

(2) 现代交换原理课程实验3个：基于OSI协议的VOIP系统的设计与实现实验、MPLS交换实验、FR分组交换数据报方式实验；

(3) 多媒体通信实验5个：自动带宽选择的编码器-译码器实验(内含G.711 mu-law、a-law，G.723.1，G.729A/B，GSM-EFR、FR宽带音频——专用16位分辨率、16 kHz采样音频实验)、IP电话路由设定实验、自动接听和语音提示实验、IP电话与模拟电话互通测试、视频通信实验；

(4) 无线网络通信实验6个：无线用户接入认证实验、无线用户的漫游实验、无线网络Qos研究实验、无线IP语音通信实验、无线网络管理实验、Cisco无线兼容实验；

(5) Cisco通信安全实验6个：防火墙冗余备份及故障切换实验、防火墙其他安全功能测试实验、入侵检测与防御设备安全性测试实验、入侵检测与防御攻击应对策略测试实验、点对点IPSEC VPN实验、多点动态VPN实验；

(6) 远程实验：为提高实验室利用率和加强课程教学的效果，支持实验室24小时开放，购置了远程实验设备1套，主要包括CISCO2801路由器1台、NM-16A 16端口的异步通信模块1块、CAB-OCTAL-ASYNC转换线2根。

2.3 实验室的其他教学服务功能

实验室除可开出上述实验外，还可进行以下几个方面的工作：

(1) 课程设计、毕业设计和综合实训：如校园网络设计与实现、企业网络设计与实践、小型IP电话网络实现和服务器安全环境设计等；

(2) 认知实习：由于实验室的设备与电信企业的在网运行设备相同，所以实验室在满足本专业实验教学的同时，还可以为全校师生提供IT技术实验环境，可承担全校理工科学生的认知实习，使学生能够了解数据通信网的最新技术，增加对现有实际运行网络的感性认识；

(3) 职业资格认证教育：在教学计划中引入职业认证模块，教学中直接采用思科公司的认证课程，鼓励学生参加思科公司职业资格认证考试，还可以面向社会招生，为社会培养更多的网络技术人才[7,9]。

3 光传输实验室

3.1 实验室的构成

光传输实验室是长沙学院与中兴通讯股份有限公司共建的实验室。2006年6月，中兴通讯学院成立了近30人的NC教育项目组，开展了促进高校通信工程专业改革的NC教育研究探索，专门面向高校通信专业的学生进行“中兴通讯NC工程教育”[10]。中兴推出的在局运行通信网实验平台选择了大规模的程控交换机和GSM、3G移动通信设备，SDH光网络传输设备，智能网系统等。根据实验室建设方案，我们先期构建了光传输和程控交换实验室，获得中兴通讯NC联合教育授权[7]。

光传输实验平台由下列硬件设备和软件组成[11]：ZXMP330 SDH光传输系统设备1套、ZXMP320 SDH光传输系统设备2套、ZXMP200 SDH光传输系统设备2套、通信电源ZXDU150组合电源系统1套、E300(EMS)应用软件1套、NC实验管理和资源自动分配系统1套。

3.2 光传输实验室实验目的

传输实验室实验目的是：

(1) 通过对在线实际光传输设备的操作，更透彻地了解光通信、SDH等概念；

(2) 对在线光传输通信设备及其原理和实用技术有较系统的认识；

(3) 熟练使用光传输技术原理配置光传输设备，满足运营商网络典型应用需求。

3.3 光传输实验室支撑的实验项目

(1) 基础配置实验：SDH光传输点对点组网实验，SDH链型、环网组网实验，SDH相切环相交环的组网实验；

(2) 业务配置实验：E1信号、以太网信号双向传输实验，命令行配置、光传输平台网管实验；

(3) 业务性能测试实验：SDH 开销验证实验；

(4) 业务保护配置实验：二纤单向通道保护环实验、二纤双向复用段保护环实验、1+1/1:1/1:N复用段保护环实验；

(5) 子网连接保护实验：共享光纤虚拟路径保护实验、子网双节点互联保护实验。

为了给高年级学生及教师提供科研平台，实验室开放一定的设备接口和后台数据库(例如网管软件、路由协议等)，提供二次开发环境。

4 程控交换实验室

4.1 实验室的组成

程控交换实验室也是长沙学院与中兴通讯股份有限公司共建的实验室。程控交换实验室由1套数字程控交换设备ZXJ10组成，交换容量为8K*8K。具体硬件包括控制模块、交换网及接口、时钟模块、数字中继、资源模块、用户模块、电源模块等部分。系统软件配置有系统基本软件、信令软件、业务功能软件和维护管理软件等[12]。

4.2 实验目的

程控交换室的实验目的是：

(1) 通过对在线实际程控交换设备的操作，更透彻了解通信、电路交换等概念；

(2) 对在线通信设备程控交换机及其原理和实用技术有较系统的认识；

(3) 熟练使用通信技术原理配置程控交换设备，满足运营商网络典型应用需求。

4.3 程控交换实验室开出的实验项目

(1) 验证性实验：信号音观察实验、交换机硬件配置模块实验、时分数字交换和用户电路实验、中继电路测试实验、消息跟踪实验、状态查询及监控实验、本局通话调测、网管计费信息查询、网管告警信息查询、网管性能数据查询、模拟用户内外线及单板测试实验；

(2) 系统性实验：电话拨测辅助分析实验、NO.7的自环实验、程控交换机商务群实验、程控交换机测试系统实验、鉴权系统实验、广域群实验、终端系统操作与维护实验、数据备份与恢复实验、告警系统分析实验；

(3) 综合性实验：电话拨测分析实验、话务统计实验、中继路由数据设定和查询实验、本局用户基本呼叫联机实验、程控交换机新业务设定及演示实验、故障处理实验。

为了给高年级学生及教师提供科研平台，开放一定的设备接口和后台数据库(例如网管软件、话单结构)，提供二次开发环境。

5 结束语

目前我校与中兴通讯股份有限公司合作，建立了光传输和程控交换等综合实验系统，与思科公司合作，建立了思科网络实验室。这些设备充分结合了当前主流通信技术及典型工程应用，模拟了真实的在局运行环境，能够真正实现以就业为导向的通信专业工程教育。几年来的教学实践证明：通过以上实验室的建立，可以在硬件开发、软件开发和通信设备实际维护等几个方面培养学生的动手能力，大幅度提高了学生对就业岗位的适应能力。通过在局运行通信网络实验平台的实习，学生综合运用所学习的知识，实践能力逐步提高，最终达到了对整体专业技术的综合理解，并具备了通信类系统的上岗工作能力。长沙学院将进一步建设智能网实验平台和移动通信实验平台，以提高实验室的实验技术水平。

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[3] 李志军，张智勇，陈丽娟.通信工程专业实训基地建设与实践[J].实验室研究与探索，2009,28(6)：146-149.

[4] 吴建伟，张瑞芹，桑林.全程全网通信专业实验的开发与建设[J].实验技术与管理，2005,22(10):124-126.

[5] 赵利，田克纯，符杰林，等.工科院校通信网络实验室规划与建设[J].高教论坛，2005,6:122-125.

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[7] 刘光灿，张刚林，黄飞江，等.新建本科院校通信工程专业校企合作模式的研究与实践[J].中国大学教学，2011(4):38-40.

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[10] 李俊杰.从中兴通讯的人力资源战略谈IT通信专业人才培养模式[J].计算机教育，2009(9)：50-54.

[11] 许圳彬，王田甜，胡佳，等.SDH光传输技术与应用[M].北京：人民邮电出版社，2012.

[12] 中兴通讯NC教育管理中心.现代程控交换技术原理与应用：原理、设备、仿真实践[M].北京：人民邮电出版社，2009.