CN111292570B - 基于项目式教学的云端5gc通信实验教学系统及教学方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于项目式教学的云端5GC通信实验教学系统及教学方法,教学系统包括实验教学平台;所述的实验教学平台包括教师模块、学生模块及系统管理模块;接入端;所述的接入端用于用户登录教学平台;5GC;所述的5GC利用NFV及SLICE功能,自动生成若干个学员实验环境资源组,通过连接接入端,为实验教学平台提供5GC通信的实验教学资源。该基于项目式教学的云端5GC通信实验教学系统及教学方法通过实验教学平台的构建,充分发挥5GC的NFV及5G SLICE功能,将教学课程资源与5GC实验资源相结合,打通理论与实验教学,构建完整的项目式教学的模式,降低5GC通信实验室构建的成本。
Description
技术领域
本发明涉及教学实验技术领域,特别涉及一种基于项目式教学的云端5GC通信实验教学系统及教学方法。
背景技术
现阶段5G正处于技术向商业化转变的关键期,未来将从高速发展向高质量发展进阶,而支撑这些转变与发展的关键因素在于创新型人才的培养。在创新型人才培养的过程中一种项目式的教学模式被教育界提出,在这种教学模式中,教师通过项目的方式引导学生掌握基础知识,并建立学习新知识的支点,运用知识迁移、协作等方式完成对知识的应用构建,培养学生解决实际问题的能力,这种教学模式有利于克服传统教学模式的弊端,学生能够把理论和实践机会结合起来,让学生从被动的知识接收者成为知识学习的参与者。
因此基于项目式的教学模式被广泛的应用于教学实践当中,亦有很多开发商推出了针对专业课程教学的服务平台。但是普遍的教学平台通过不断的在平台上增加新的教学课件资源为学员提供在线学习的服务,项目式的教学资源也仅限于极少数5G以外的专业课程,且不能为学生提供5G核心网(以下简称:5GC)通信的实验环境,只能通过线下完成实验的学习,且线下构建5GC通信实验环境成本非常高昂,不利于学生整体项目式的学习与使用。
目前公开的网络学习平台,大部分都是基于传统教学模式的深入,针对不同的专业学习,能够为学生提供理理论教学的学习资源,但是在新的5GC通信方面仅仅有少部分平台能够提供传统模式的在线课程资源,不具备在线5GC实验环境展开实验学习,限制了人才培养学习的空间。
如:“CN107341745A一种基于云计算的高校实验设施智能云化管理系统”描述了通过虚拟化的方式提供在线的实验教学,应用于云计算、大数据方面的教学,没有结合先进的教学模式,没有对学员的实验过程进行监控与评分,没有说明5GC实验的支持。“CN109918169A一种基于OBE模式的云实验实训系统”描述了通过虚拟化的方式提供在线的实验教学,教学模式采用的是OBE模式,描述了教师对学生实验的评分,平台应用于云计算领域教学。没有说明项目式教学模式支持,没有说明项目实验过程的监控及系统自动评分,没有说明5GC实验的支持。
在当前的5GC通信人才培养方面,采用传统的教学模式及实验教学方法具有以下方面的不足:
1)在5G新技术的发展下,人才培养机构的5GC通信课程体系缺乏系统性,传统的教学模式,不利于学员建立学习新知识的支点,运用知识迁移、协作等方式完成对知识的应用构建,不利于创新型人才培养。
2)5GC通信实验室的构建投入成本巨大,尤其是5GC。机构无法为所有的学员提供5GC通信实验教学环境。实验教学难以展开。实验资源的利用率非常低下。
3)人才培养过程中课程教学与实验教学不能很好的进行融合,好的课程资源及实验资源不能进行共享。
4)实验教学的过程及实验学习的成果检测评定以及教学情况的分析需要花费大量的精力,导致在师资资源不足的情况下难以提升教学效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于项目式教学的云端5GC通信实验教学系统及教学方法。
为此,本发明技术方案如下:
一种基于项目式教学的云端5GC通信实验教学系统,包括
实验教学平台;所述的实验教学平台包括教师模块、学生模块及系统管理模块;所述教师模块用于教师发布项目实验课程资源;所述学生模块用于学生进行5GC通信实验学习;所述的系统管理模块用于管理员对使用实验平台的用户及对接的实验资源进行参数配置。
接入端;所述的接入端用于用户登录教学平台,为用户提供可视化的界面交互;
5GC;所述的5GC利用NFV及SLICE功能,自动生成若干个学员实验环境资源组,通过连接接入端,为实验教学平台提供5GC通信的实验教学资源。
进一步的,所述的教师发布项目实验课程资源时,根据项目实验课程资源配置实验资源模板,并将实验资源模板的要求通过平台接口指令收发模块发送到5GC。
进一步的,所述的5GC自动生成学员实验环境资源组时,包括如下步骤:
a)根据不同实验教学模板要求,通过NSSF切片功能生产不同的网络切片集;
b)资源切片完成后,系统根据项目课程场景的资源要求完成项目场景下切片网元的实验资源组合,生成学员实验环境资源组。
进一步的,所述的实验资源组组数的计算方法为:
实验资源组组数=S/G+1
其中,S代表学员总数,G代表单组人数。
进一步的,所述的学生模块还包括自动评分模块,所述自动评分模块根据前期课程结构编排时引入的实验关键节点标准,对实验过程进行监控和检验。
进一步的,所述的实验平台在每个项目组实验结束后,将该项目组使用的5GC资源进行回收,释放5GC实验资源。
一种基于5GC通信实验教学系统的教学方法,包括如下步骤:
1)教师在实验教学平台上发布项目实验课程资源,并配置项目实验任务所需5GC实验资源;
2)学员通过接入端进行平台的登陆,进入系统分配的项目课程资源及实验资源展开课程学习和实验操作学习,在实验操作过程中,系统自动对学生的操作进行监控和检验;
3)实验操作结束后,实验教学平台自动生成学员实验学习过程的关键点以及实验学习成果,由系统给出相应的学习评分;
4)教师通过实验教学平台对学员的实验学习过程的关键点以及实验学习成果进行查看,确认系统给出的学习评分的准确性,同时通过实验教学平台的学情分析功能,查看所有学员参与学习的情况。
进一步的,所述的步骤1)中教师发布项目实验课程资源时,根据项目实验课程资源配置实验资源模板,并将实验资源模板的要求通过平台接口指令收发模块发送到5GC。
进一步的,所述的系统分配的项目课程资源是5GC通过如下方式自动生成的:
a)根据不同实验教学模板要求,通过NSSF切片功能生产不同的网络切片集;
b)资源切片完成后,系统根据项目课程场景的资源要求完成项目场景下切片网元的实验资源组合,生成学员实验环境资源组。
进一步的,所述的步骤3)中实验结束后,实验教学平台将该项目组使用的5GC资源进行回收,释放5GC实验资源。
与现有技术相比,该基于项目式教学的云端5GC通信实验教学系统及教学方法通过实验教学平台的构建,充分发挥5GC的NFV及5G SLICE功能,将教学课程资源与5GC实验资源相结合,打通理论与实验教学,构建完整的项目式教学的模式。通过平台共享教学课程资源、实验资源,降低5GC通信实验室构建的成本。平台提供学员的实验学习过程和成果的自动检测机制,结合教师的学情分析,有助于提升创新型人才的培养。
附图说明
图1为本发明提供的5GC通信实验教学系统的整体框架图。
图2为本发明提供的5GC通信实验教学系统功能架构图。
图3为项目式教学课程资源结构图。
图4为5GC的实验资源组切片生成网络图。
图5为分组实验资源组合示意图。
图6为学生实验过程自动监测流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明,但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
一种基于项目式教学的云端5GC通信实验教学系统,如图1~2所示,包括实验教学平台、接入端和5GC;教师通过实验教学平台部署5G通信的教学应用项目场景的课程资源、实验资源要求;同时,利用5GC的NFV及5G SLICE功能,自动生成学员实验环境资源组,通过连接接入的基站及移动终端设备,为实验教学平台提供5GC通信的实验教学资源。实施例中通过实验教学平台将项目场景的课程资源有效的与实验资源融合为一个5GC通信项目教学整体。
所述的实验教学平台包括教师模块、学生模块及系统管理模块;所述教师模块包括学生管理、课程管理、资源管理、学情分析等功能,主要用于教师发布项目实验课程资源,并根据项目实验课程资源配置实验资源模板,生成后平台通过接口从5GC获取实验资源,为学生提供实验课程资源、实验资源等在线的教学服务,通过学情分析查看教学状况。所述学生模块包括课程学习、实验学习、课程评价、学习成果等功能,主要用于学生进行5GC通信实验学习。所述的系统管理模块包括机构管理、角色管理、用户管理、菜单管理、授权管理、课程管理、实验资源管理、模板管理、资源监控、日志管理等功能,用于管理员对使用实验平台的用户及对接的实验资源进行参数配置。
所述的接入端用于用户登录教学平台,为用户提供可视化的界面交互;
所述的5GC利用NFV及SLICE功能,自动生成若干个学员实验环境资源组,通过连接接入端,为实验教学平台提供5GC通信的实验教学资源。
教师在发布项目实验课程资源时,根据项目实验课程资源配置实验资源模板,并将实验资源模板的要求通过平台接口指令收发模块发送到5GC,5GC通过虚拟化技术及切片功能完成实验资源组的自动生成;5GC自动生成学员实验环境资源组时,包括如下步骤:
a)根据不同实验教学模板要求,通过NSSF切片功能生产不同的网络切片集;图4为5GC的实验资源组切片生成网络图,在图例中,教师通过实验教学平台定义不同项目的实验教学模板,如:配置实验项目一SY_PR1所需资源要求如下:
“项目实验总人数:Sy_total=“”
实验分组:Sy_groups=“”
实验计算资源:Sy_count=“”
存储资源:Sy_store=“”
网络资源:Sy_Network=“”
……“
实验平台将教师定义的实验要求模板(KCMB-1,KCMB-2…),通过接口指令收发模块,将实验要求发送到5GC,由NSSF网络切片完成实验所需资源的自动生成,(以AMF网元需求为例:AMF网元的实验资源,通过NSSF切片功能后生成了AMF1,…,AMFn)。5GC根据不同实验教学模板要求,生产不同的网络切片集(如:SY-NSSP1(AMF),SY-NSSP1(UDM)…)。资源切片完成后,系统根据项目课程场景的资源要求、完成项目场景下切片网元的实验资源组合,以eMBB高带宽的项目场景为例,
定义:项目场景实例:S
场景类型:scene=“”
场景要求1:Req1=“”
场景要求2:Req2=“”
S((AMFX)(SMFX)(UDMX)(UPFX)…)
={select SY-NSSP1(AMF)3&scene“”&Req1=“”&Req2=“”…;select SY-NSSP1(SMF)&scene“”&Req1=“”&Req2=“”…;select SY-NSSP1(UMD)&scene“”&Req1=“”&Req2=“”…}
描述说明:
AMFX:在项目场景中用于用户移动性和接入管理,主要包含连接管理、可达性管理、移动性管理、接入鉴权、接入授权等
SMFX:在项目场景中用于会话管理功能,UE IP地址分配和管理,选择可控制UPF,配置UPF的流量定向,转发至合适的目的网络。策略控制和QoS等
UDMX:在项目场景中用户数据标识、管理,签约数据管理、用户服务NF注册管理,产生3GPP AKA鉴权参数,保证业务/会话连续性等
UPFx:在项目场景中用户面的路由和转发,包括数据面锚点、连接数据网络的PDU会话点、报文解析和策略执行,合法监听等。
b)资源切片完成后,系统根据项目课程场景的资源要求完成项目场景下切片网元的实验资源组合,生成学员实验环境资源组。在图5中,在5GC网络切片的资源池中,根据实验任务要求进行选择,组合成实验资源组(如:SY-Group1、SY-Group2,…,SY-GroupN)平台选择组合算法:SY-Group“N”={S((AMF)(SMF)(UDM)…)&Sy_count=“”&Sy_store=“”&Sy_Network=“”&…};
实验资源组生成后,对应项目实验课程中的学生分组,学生通过平台即可使用资源展开实验学习。所述的实验资源组组数的计算方法为:
实验资源组组数=S/G+1
其中,S代表学员总数,G代表单组人数。
所述的学生模块还包括自动评分模块,所述自动评分模块根据前期课程结构编排时引入的实验关键节点标准,根据图6所示的流程对实验过程进行监控和检验。
进一步的,所述的实验平台在每个项目组实验结束后,将该项目组使用的5GC资源进行回收,释放5GC实验资源。
一种基于5GC通信实验教学系统的教学方法,包括如下步骤:
1)教师在实验教学平台上发布项目实验课程资源,并配置项目实验任务所需5GC实验资源;如图3所示,项目课程资源包括:项目描述、场景分类、项目分析、相关知识点、项目实验任务背景、项目实验任务分析,项目实验任务操作、项目实验关键节点、项目任务成果标准等。
教师配置项目实验任务所需5GC实验资源包含计算资源要求、存储资源要求、网络资源要求、分组情况、所需用到的核心网网元,接入的网段等,根据项目任务需求配置项目组成员以及所需实验学习的实验资源要求模板。生成好实验资源要求模板后,平台通过接口发送指令到5GC。
接下来,5GC的MANO/NFV平台构建虚拟核心网实验资源,其中包括存储、网络、计算资源等,通过5G SLICE功能按照实验要求提供的信息,自动完成实验资源的切片分类及资源组提供,其方法已在上述内容中介绍,在此不再赘述。
需要注意的是,不同的项目教学场景,对应不同的核心网切片集,例如:在5GC的应用场景中包括增强移动带宽eMBB、海量机器通信mMTC、超高可靠低延时通信uRLLC场景。在不同场景中对网络的带宽要求、时延要求、连接规模等都是有较大差异,5GC根据不同场景的实验资源要求进行网络切片区分。
2)学员通过接入端进行平台的登陆,进入系统分配的项目课程资源及实验资源展开课程学习和实验操作学习,在实验操作过程中,系统自动对学生的操作进行监控和检验;学员通过接入端进行平台的登陆,并展开项目课程学习、实验学习。学生进行平台登录的方式包括浏览器、APP、小程序,用户通过浏览器、APP、小程序登陆实验平台,然后进入系统分配的项目课程资源及实验资源展开课程学习和实验操作学习。由于基于项目的实验环境都是平台根据教师提供的实验资源要求自动生成,因此学生用户不用针对不同的实验项目在本地配置不同的实验环境。提升了用户的学习使用便捷性。
3)实验操作结束后,实验教学平台自动生成学员实验学习过程的关键点以及实验学习成果,由系统给出相应的学习评分;同时通过接口发送指令到5GC,将本项目组使用的5GC资源进行回收,释放核心网实验资源,使得5GC虚拟资源能够得到最大化的利用。
4)教师通过实验教学平台对学员的实验学习过程的关键点以及实验学习成果进行查看,确认系统给出的学习评分的准确性,同时通过实验教学平台的学情分析功能,查看所有学员参与学习的情况。
Claims (6)
1.一种基于项目式教学的云端5GC通信实验教学系统,其特征在于,包括
实验教学平台;所述的实验教学平台包括教师模块、学生模块及系统管理模块;所述教师模块用于教师发布项目实验课程资源;所述学生模块用于学生进行5GC通信实验学习;所述的系统管理模块用于管理员对使用实验平台的用户及对接的实验资源进行参数配置;
接入端;所述的接入端用于用户登录教学平台,为用户提供可视化的界面交互;
5GC;所述的5GC利用NFV及SLICE功能,自动生成若干个学员实验环境资源组,通过连接接入端,为实验教学平台提供5GC通信的实验教学资源;
其中,所述的教师发布项目实验课程资源时,根据项目实验课程资源配置实验资源模板,并将实验资源模板的要求通过平台接口指令收发模块发送到5GC;
所述的5GC自动生成学员实验环境资源组时,包括如下步骤:
a)根据不同实验教学模板要求,通过NSSF切片功能生产不同的网络切片集;
b)资源切片完成后,系统根据项目课程场景的资源要求完成项目场景下切片网元的实验资源组合,生成学员实验环境资源组。
2.根据权利要求1所述的基于项目式教学的云端5GC通信实验教学系统,其特征在于,所述的实验资源组组数的计算方法为:
实验资源组组数=S/G+1
其中,S代表学员总数,G代表单组人数。
3.根据权利要求1所述的基于项目式教学的云端5GC通信实验教学系统,其特征在于,所述的学生模块还包括自动评分模块,所述自动评分模块根据前期课程结构编排时引入的实验关键节点标准,对实验过程进行监控和检验。
4.根据权利要求1所述的基于项目式教学的云端5GC通信实验教学系统,其特征在于,所述的实验平台在每个项目组实验结束后,将该项目组使用的5GC 资源进行回收,释放5GC实验资源。
5.一种基于权利要求1所述的5GC通信实验教学系统的教学方法,包括如下步骤:
1)教师在实验教学平台上发布项目实验课程资源,并配置项目实验任务所需5GC实验资源;
2)学员通过接入端进行平台的登陆,进入系统分配的项目课程资源及实验资源展开课程学习和实验操作学习,在实验操作过程中,系统自动对学生的操作进行监控和检验;
3)实验操作结束后,实验教学平台自动生成学员实验学习过程的关键点以及实验学习成果,由系统给出相应的学习评分;
4)教师通过实验教学平台对学员的实验学习过程的关键点以及实验学习成果进行查看,确认系统给出的学习评分的准确性,同时通过实验教学平台的学情分析功能,查看所有学员参与学习的情况;
其中,所述的步骤1)中教师发布项目实验课程资源时,根据项目实验课程资源配置实验资源模板,并将实验资源模板的要求通过平台接口指令收发模块发送到5GC;
所述的系统分配的项目课程资源是5GC通过如下方式自动生成的:
a)根据不同实验教学模板要求,通过NSSF切片功能生产不同的网络切片集;
b)资源切片完成后,系统根据项目课程场景的资源要求完成项目场景下切片网元的实验资源组合,生成学员实验环境资源组。
6.基于权利要求5所述的教学方法,其特征在于,所述的步骤3)中实验结束后,实验教学平台将项目组使用的5GC资源进行回收,释放5GC实验资源。
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