一種基于計(jì)算機(jī)軟件虛擬技術(shù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺的制作方法
【專利摘要】一種基于計(jì)算機(jī)軟件虛擬技術(shù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺，包括仿真接入網(wǎng)和仿真核心網(wǎng)；仿真接入網(wǎng)包括MS仿真功能實(shí)體和BS仿真功能實(shí)體；MS仿真功能實(shí)體與BS仿真功能實(shí)體之間進(jìn)行信息交互；仿真核心網(wǎng)包括MSC/VLR仿真功能實(shí)體、SMC/SMG仿真功能實(shí)體和HLR/AuC仿真功能實(shí)體；仿真核心網(wǎng)的各個(gè)仿真功能實(shí)體之間彼此進(jìn)行信息交互；BS仿真功能實(shí)體與MSC/VLR仿真實(shí)體之間進(jìn)行信息交互。實(shí)驗(yàn)平臺的各個(gè)仿真功能實(shí)體均使用PC機(jī)進(jìn)行虛擬；且各個(gè)仿真功能實(shí)體之間的仿真接口采用局域網(wǎng)傳輸作為承載。本發(fā)明降低了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的建設(shè)成本，減少了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的更新成本，提高了穩(wěn)定性和可靠性，降低了實(shí)驗(yàn)平臺的維護(hù)工作量。
【專利說明】一種基于計(jì)算機(jī)軟件虛擬技術(shù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用計(jì)算機(jī)軟件虛擬仿真通信系統(tǒng)的方法，尤其涉及高校通信及相關(guān)專業(yè)的教學(xué)仿真的一種基于計(jì)算機(jī)軟件虛擬技術(shù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺，屬于現(xiàn)代通信學(xué)科教學(xué)仿真實(shí)踐領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近二三十年來，通信技術(shù)和通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展非常迅速，高校通信教育也得到大力發(fā)展。信息與通信學(xué)科屬于工科類學(xué)科，其教學(xué)中的實(shí)踐環(huán)節(jié)對于幫助學(xué)生快速理解吸收學(xué)科知識以及豐富教師教學(xué)手段等尤為重要，加上在教育部的大力引導(dǎo)以及當(dāng)前的就業(yè)形勢之下，各高校對實(shí)踐環(huán)節(jié)越來越重視，實(shí)驗(yàn)則是實(shí)踐環(huán)節(jié)的非常重要的組成部分。
[0003]當(dāng)前高校針對移動(dòng)通信教學(xué)采用的現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)手段和方式主要有兩種:一、實(shí)驗(yàn)箱設(shè)備——一種小型化的電子通信仿真試驗(yàn)箱設(shè)備；二、大型商用設(shè)備——一種通信設(shè)備商生產(chǎn)的可用于商業(yè)化的大型實(shí)體通信設(shè)備。方式一對學(xué)生理解局部知識點(diǎn)有較好的作用。但試驗(yàn)箱往往每次只能對某一獨(dú)立的、局部的通信點(diǎn)知識進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，對通信系統(tǒng)整體體系結(jié)構(gòu)和運(yùn)作方式的理解幫助不大，缺乏系統(tǒng)性和整體性，造成現(xiàn)在多數(shù)學(xué)生做完試驗(yàn)后對通信知識的理解處于只見樹木不見林的狀況。方式二對專業(yè)技術(shù)課程之間的整體系統(tǒng)性關(guān)聯(lián)較好。但由于商用設(shè)備的技術(shù)封閉性，多數(shù)實(shí)驗(yàn)只能是做一些系統(tǒng)參數(shù)配置、系統(tǒng)演示性的初級實(shí)驗(yàn)，學(xué)生難以深入到具體的技術(shù)原理層面，有一些可深入到信令層面的實(shí)驗(yàn)，又因?yàn)閷?shí)際通信網(wǎng)絡(luò)過分涉及操作細(xì)節(jié)、過于復(fù)雜也不便于開設(shè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，不利于學(xué)生對通信原理的理解和吸收；各廠家商用設(shè)備的具體設(shè)置又不同，一些與技術(shù)原理無關(guān)的冗余細(xì)節(jié)給學(xué)生實(shí)驗(yàn)帶來太多的困難，阻礙實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。且上述兩種方式都存在著實(shí)驗(yàn)設(shè)備維護(hù)工作量大、跟不上現(xiàn)代通信發(fā)展的節(jié)奏、設(shè)備更新?lián)Q代成本非常高等缺陷。
[0004]現(xiàn)階段的已有的一些虛擬化實(shí)驗(yàn)平臺模式大多沒有對現(xiàn)代通信教學(xué)領(lǐng)域形成完整的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，且操作界面及操作方式往往抽象復(fù)雜，尤其缺乏針對移動(dòng)通信中對各功能實(shí)體(如移動(dòng)臺/MS、基站/BS、移動(dòng)交換中心/MSC、訪問位置寄存器/VLR、歸屬位置寄存器/HLR等)的仿真，缺乏詳細(xì)的對虛擬信令和業(yè)務(wù)鏈路接口等具體細(xì)節(jié)的仿真。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種基于計(jì)算機(jī)軟件虛擬技術(shù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺。運(yùn)用計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)仿真實(shí)際移動(dòng)通信系統(tǒng)的典型功能和信令流程，幫助學(xué)生把握通信系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，深入理解通信系統(tǒng)的內(nèi)部工作流程和信令流程。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種基于計(jì)算機(jī)軟件虛擬技術(shù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺，在局域網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，將每一臺PC利用軟件虛擬仿真為移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的各功能實(shí)體，其中每臺單獨(dú)的PC被虛擬化為一個(gè)或多個(gè)功能實(shí)體，各功能實(shí)體間的信息交互通過PC機(jī)上軟件編程實(shí)現(xiàn)，虛擬信令和數(shù)據(jù)包通過局域網(wǎng)傳送和接收。
[0007]具體的，所述實(shí)驗(yàn)平臺包括仿真接入網(wǎng)和仿真核心網(wǎng)兩部分；所述核心網(wǎng)部分包括MSC/VLR仿真功能實(shí)體、HLR/AuC仿真功能實(shí)體和SMC/SMG仿真功能實(shí)體；其中，MSC/VLR仿真功能實(shí)體仿真移動(dòng)通信系統(tǒng)中的交換機(jī)和拜訪位置寄存器，HLR/AuC仿真功能實(shí)體仿真移動(dòng)通信系統(tǒng)中的歸屬位置寄存器和鑒權(quán)認(rèn)證中心；SMC/SMG仿真功能實(shí)體仿真移動(dòng)通信系統(tǒng)中的短信中心和短信網(wǎng)關(guān)；所述MSC/VLR仿真功能實(shí)體、所述SMC/SMG仿真功能實(shí)體和所述HLR/AuC仿真功能實(shí)體之間彼此進(jìn)行信息交互。
[0008]所述仿真接入網(wǎng)包括MS仿真功能實(shí)體和BS兩類仿真功能實(shí)體，其中MS仿真功能實(shí)體仿真移動(dòng)通信系統(tǒng)中的手機(jī)的信令和業(yè)務(wù)功能，BS仿真功能實(shí)體仿真移動(dòng)通信系統(tǒng)中的基站的信令和業(yè)務(wù)功能。所述MS仿真功能實(shí)體與所述BS仿真功能實(shí)體之間進(jìn)行信息交互。
[0009]所述BS仿真功能實(shí)體與所述MSC/VLR仿真實(shí)體之間進(jìn)行信息交互。
[0010]各功能實(shí)體之間的仿真接口采用局域網(wǎng)傳輸作為承載，仿真接口的協(xié)議棧從頂層開始依次包括自定義協(xié)議、UDP, IP、MAC、PHY。
[0011]優(yōu)選的，所述仿真接入網(wǎng)采用UDP協(xié)議的“局域網(wǎng)廣播”技術(shù)仿真真實(shí)移動(dòng)通信系統(tǒng)中電磁波的廣播特性。
[0012]優(yōu)選的，所述仿真核心網(wǎng)采用UDP點(diǎn)對點(diǎn)傳輸技術(shù)仿真真實(shí)系統(tǒng)中信令鏈路和業(yè)務(wù)鏈路。
[0013]優(yōu)選的，所述MS仿真功能實(shí)體、所述BS仿真功能實(shí)體、所述MSC/VLR仿真功能實(shí)體、所述SMC/SMG仿真功能實(shí)體或所述HLR/AuC仿真功能實(shí)體之間相互交互的信令信息實(shí)時(shí)顯示在PC機(jī)的屏幕上。
[0014]優(yōu)選的，所述MS仿真功能實(shí)體的數(shù)量至少是兩個(gè)。
[0015]優(yōu)選的，所述BS仿真功能實(shí)體的數(shù)量為一個(gè)或多個(gè)。
[0016]本發(fā)明的有益效果有:
[0017](I)本發(fā)明采用計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)，降低了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的建設(shè)成本，減少了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的更新成本，同時(shí)提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性，降低了實(shí)驗(yàn)平臺的維護(hù)工作量；
[0018](2)本發(fā)明具有良好的規(guī)范性，在操作上直觀、方便，與實(shí)際移動(dòng)通信系統(tǒng)在配置方法、參數(shù)信令上保持一致，幫助學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中有效的掌握通信系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和內(nèi)部信令流程；
[0019](3)本發(fā)明具有高度可擴(kuò)展性，易更新。在不需要更新硬件的情況下，既可以進(jìn)行軟件升級，周期短，對于新的通信體制，可以很快的搭建實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺；
[0020](4)本發(fā)明實(shí)驗(yàn)平臺各實(shí)體(PC)間通信協(xié)議開放，學(xué)生可以根據(jù)開放協(xié)議自己編程實(shí)現(xiàn)各功能實(shí)體的仿真；
[0021](5)本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)平臺支持多用戶、多任務(wù)的操作模式?？梢酝瑫r(shí)支持多個(gè)學(xué)生參與操作，獨(dú)立實(shí)驗(yàn)；
[0022](6)本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)平臺支持二次開發(fā)，提供了二次開發(fā)接口。如支持開發(fā)移動(dòng)通信系統(tǒng)相關(guān)實(shí)驗(yàn)中的短信編解碼實(shí)驗(yàn)、短信網(wǎng)關(guān)實(shí)驗(yàn)、信道編解碼實(shí)驗(yàn)等。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1本發(fā)明的一種基于計(jì)算機(jī)軟件虛擬技術(shù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺的結(jié)構(gòu)示意圖；[0024]圖2本發(fā)明的一種基于計(jì)算機(jī)軟件虛擬技術(shù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺的仿真接口協(xié)議棧結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0026]本實(shí)驗(yàn)平臺實(shí)施環(huán)境為局域網(wǎng)(有線或WLAN皆可)和安裝windows操作系統(tǒng)的PC機(jī)。實(shí)驗(yàn)平臺的總體架構(gòu)如圖1所示。參照實(shí)際移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)平臺分為(仿真)接入網(wǎng)和(仿真)核心網(wǎng)兩大部分。仿真接入網(wǎng)包括MS、BS(BTS-BSC)兩類仿真功能實(shí)體。其中MS仿真手機(jī)的信令功能(開機(jī)登記、關(guān)機(jī)登記、語音主被叫接續(xù)、短信主被叫接續(xù)等)和業(yè)務(wù)功能(語音電話、短信等)；BS仿真基站的信令和業(yè)務(wù)功能。MS和BS之間的空中接口是移動(dòng)通信系統(tǒng)中最重要的接口，在本實(shí)驗(yàn)平臺中稱為“(仿真)空中接口”，仿真重要的信令交互過程。(仿真)核心網(wǎng)包括MSC/VLR、HLR/AuC、SMC/SMG等仿真功能實(shí)體。MSC/VLR仿真移動(dòng)通信系統(tǒng)中交換機(jī)和拜訪位置寄存器；HLR/AuC仿真移動(dòng)通信系統(tǒng)中歸屬位置寄存器和鑒權(quán)認(rèn)證中心；SMC/SMG仿真移動(dòng)通信系統(tǒng)中短信中心和短信網(wǎng)關(guān)。各仿真接口采用局域網(wǎng)傳輸作為承載，協(xié)議棧結(jié)構(gòu)如圖2所示。在(仿真)無線接口上，MS和BS均采用UDP協(xié)議的“局域網(wǎng)廣播”技術(shù)仿真真實(shí)移動(dòng)通信系統(tǒng)中電磁波的廣播特性，即:BS發(fā)射的信號，小區(qū)內(nèi)所有移動(dòng)臺都能收到，反之，小區(qū)內(nèi)移動(dòng)臺發(fā)射的信號，鄰近周邊BS也都能收到。通過該廣播特性的仿真，讓學(xué)生深入理解MS在待機(jī)狀態(tài)所作工作和空中接口信令消息中“用戶標(biāo)識”的重要作用。其他仿真接口采用UDP點(diǎn)對點(diǎn)傳輸技術(shù)仿真真實(shí)系統(tǒng)中信令鏈路和業(yè)務(wù)鏈路。在協(xié)議棧的頂層為“自定義協(xié)議”，依據(jù)真實(shí)系統(tǒng)信令交互過程和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交互過程，定義不同的仿真信令格式。HLR和VLR在真實(shí)系統(tǒng)中就是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，因此在本實(shí)驗(yàn)平臺中就采用數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)(比如MySQL、SQLServer等)。
[0027]在具體搭建平臺時(shí)，一臺PC運(yùn)行HLR功能實(shí)體仿真程序；至少一臺PC運(yùn)行MSC/VLR功能實(shí)體仿真程序(可配置多個(gè)MSC/VLR仿真功能實(shí)體)；至少一臺PC運(yùn)行BS功能實(shí)體仿真程序(可以配置多個(gè)BS仿真功能實(shí)體)；至少兩臺PC分別運(yùn)行兩個(gè)MS功能實(shí)體仿真程序。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，可配置多個(gè)BS和多個(gè)MS。其中MS仿真功能實(shí)體的個(gè)數(shù)可以和參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生個(gè)數(shù)一致。本實(shí)驗(yàn)平臺各個(gè)實(shí)體(PC)可以單獨(dú)進(jìn)行配置，并依據(jù)真實(shí)系統(tǒng)提示是否配置正確。
[0028]依次運(yùn)行HLR、MSC/VLR、BS、MS各仿真功能實(shí)體，并配置相關(guān)參數(shù)。BS仿真功能實(shí)體開始“廣播”基站的基本配置信息。MS仿真功能實(shí)體接收到基站的“廣播”信息后，開始位置登記過程。然后依次是MS仿真功能實(shí)體開機(jī)位置登記，BS仿真功能實(shí)體位置登記，MSC/VLR仿真功能實(shí)體位置登記，HLR仿真功能實(shí)體位置登記。MS開機(jī)位置登記成功后，在屏幕的標(biāo)題欄上顯示信號強(qiáng)度指示和所仿真的通信制式(比如GSM、LTE)，現(xiàn)在可以進(jìn)行語音電話撥打的實(shí)驗(yàn)，接續(xù)成功后，接續(xù)雙方通過耳麥和話筒可以進(jìn)行語音通話。
【權(quán)利要求】
1.一種基于計(jì)算機(jī)軟件虛擬技術(shù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺，其特征在于，所述實(shí)驗(yàn)平臺包括仿真接入網(wǎng)和仿真核心網(wǎng)； 所述仿真接入網(wǎng)包括MS仿真功能實(shí)體和BS仿真功能實(shí)體；所述MS仿真功能實(shí)體與所述BS仿真功能實(shí)體之間進(jìn)行信息交互； 所述仿真核心網(wǎng)包括MSC/VLR仿真功能實(shí)體、SMC/SMG仿真功能實(shí)體和HLR/AuC仿真功能實(shí)體；所述MSC/VLR仿真功能實(shí)體、所述SMC/SMG仿真功能實(shí)體和所述HLR/AuC仿真功能實(shí)體之間彼此進(jìn)行信息交互； 所述BS仿真功能實(shí)體與所述MSC/VLR仿真實(shí)體之間進(jìn)行信息交互； 所述MS仿真功能實(shí)體、所述BS仿真功能實(shí)體、所述MSC/VLR仿真功能實(shí)體、所述SMC/SMG仿真功能實(shí)體或所述HLR/AuC仿真功能實(shí)體均使用PC機(jī)進(jìn)行虛擬； 所述MS仿真功能實(shí)體、所述BS仿真功能實(shí)體、所述MSC/VLR仿真功能實(shí)體、所述SMC/SMG仿真功能實(shí)體和所述HLR/AuC仿真功能實(shí)體之間的仿真接口采用局域網(wǎng)傳輸作為承載。
2.如權(quán)利要求1所述的基于計(jì)算機(jī)軟件虛擬技術(shù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺，其特征在于，每一臺單獨(dú)的所述PC機(jī)被虛擬化為一個(gè)或多個(gè)仿真功能實(shí)體。
3.如權(quán)利要求 1所述的基于計(jì)算機(jī)軟件虛擬技術(shù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺，其特征在于， 所述MSC/VLR仿真功能實(shí)體仿真所述移動(dòng)通信系統(tǒng)中的交換機(jī)和拜訪位置寄存器；所述HLR/AuC仿真功能實(shí)體仿真所述移動(dòng)通信系統(tǒng)中的歸屬位置寄存器和鑒權(quán)認(rèn)證中心； 所述SMC/SMG仿真功能實(shí)體仿真所述移動(dòng)通信系統(tǒng)中的短信中心和短信網(wǎng)關(guān)。
4.如權(quán)利要求1所述的基于計(jì)算機(jī)軟件虛擬技術(shù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺，其特征在于， 所述MS仿真功能實(shí)體仿真所述移動(dòng)通信系統(tǒng)中的手機(jī)的信令和業(yè)務(wù)功能； 所述BS仿真功能實(shí)體仿真所述移動(dòng)通信系統(tǒng)的基站的信令和業(yè)務(wù)功能。
5.如權(quán)利要求1所述的基于計(jì)算機(jī)軟件虛擬技術(shù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺，其特征在于，所述仿真接口的協(xié)議棧從頂層開始依次包括自定義協(xié)議、UDP, IP、MAC、PHY。
6.如權(quán)利要求1所述基于計(jì)算機(jī)軟件虛擬技術(shù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺，其特征在于，所述仿真接入網(wǎng)采用UDP協(xié)議的局域網(wǎng)廣播技術(shù)仿真所述移動(dòng)通信系統(tǒng)中電磁波的廣播特性。
7.如權(quán)利要求1所述的基于計(jì)算機(jī)軟件虛擬技術(shù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺，其特征在于，所述仿真核心網(wǎng)采用UDP點(diǎn)對點(diǎn)傳輸技術(shù)仿真所述移動(dòng)通信系統(tǒng)中的信令鏈路和業(yè)務(wù)鏈路。
8.如權(quán)利要求1所述的基于計(jì)算機(jī)軟件虛擬技術(shù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺，其特征在于，所述MS仿真功能實(shí)體、所述BS仿真功能實(shí)體、所述MSC/VLR仿真功能實(shí)體、所述SMC/SMG仿真功能實(shí)體或所述HLR/AuC仿真功能實(shí)體之間相互交互的信令信息實(shí)時(shí)顯示在PC機(jī)的屏幕上。
9.如權(quán)利要求1所述的基于計(jì)算機(jī)軟件虛擬技術(shù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺，其特征在于，所述MS仿真功能實(shí)體的數(shù)量至少為2個(gè)。
10.如權(quán)利要求1所述的基于計(jì)算機(jī)軟件虛擬技術(shù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺，其特征在于，所述BS仿真 功能實(shí)體的數(shù)量為一個(gè)或多個(gè)。
【文檔編號】H04W84/12GK103973686SQ201410192969
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月8日
【發(fā)明者】何維, 田增山, 張毅 申請人:重慶郵電大學(xué)