引 言

隨著經濟不斷發(fā)展，通信技術正逐漸成為增長的主動力， 是推動第三次、第四次工業(yè)革命的核心基礎。它不僅掌握著信息社會的命脈，更是國家發(fā)展的新機遇和經濟增長點。隨著 4G 牌照的發(fā)放，需要大量的LTE 專業(yè)人才，但是目前高素質專業(yè)人才嚴重匱乏，主要是由于高校著重理論教學，缺乏實踐造成的。因此需要把握市場人才需求與人才培養(yǎng)的關系， 創(chuàng)新培養(yǎng)方式，建立健全的實踐教學環(huán)節(jié)，培養(yǎng)既懂理論又懂技術的通信專業(yè)人才。

Android 系統(tǒng)的底層建立在 Linux 系統(tǒng)之上，由操作系統(tǒng)、 中間件、用戶界面和應用軟件 4 層組成 [1]，采用軟件疊層方式 進行構建。Android 目前的市場份額已經突破 80%，并且市場 份額還在不斷增長 [2,3]。

本文針對當前高校通信專業(yè)學生培養(yǎng)方式的不足之處， 基于 Android 平臺，以 TD-LTE 網絡架構為理論基礎，開發(fā)設 計了互動式 LTE 網絡架構的學習系統(tǒng)，通過較短時間迅速提 升學生的專業(yè)技能。

 1 系統(tǒng)原理介紹

 LTE 是繼第三代移動通信之后國際上主流的新一代移 動通信標準，TD-LTE 是時分雙工模式的 LTE 系統(tǒng)，是 TD- SCDMA 的后續(xù)演進技術與標準，LTE 的網絡架構主要分 為兩部分，包括演進后的核心網 EPC 和演進后的接入網 E-UTRAN。系統(tǒng)架構如圖 1 所示 [4]。

 LTE 網路架構由演進后的核心網（MME/S-GW）和演進 后的接入網（eNode B）組成。MME 為信令實體，負責移動 性管理、承載管理、用戶的鑒權認證，S-GW 主要作用為數(shù)據 包的轉發(fā)。eNode B 提供由接入網到 UE 的 E-UTRA 控制平 面與用戶平面的協(xié)議終止點。eNode B 與 EPC 之間通過 S1 接 口連接，eNOde B 之間通過 X2 接口連接。S1 接口支持多對多 的鏈接方式，X2 接口存在于源 eNOde B 與目標 eNode B 之間。 TD-LTE 中網絡架構節(jié)點數(shù)量減少，網絡架構趨于扁平化，有 利于降低數(shù)據傳輸時延，帶來 OPEX 與 CAPEX 的降低息 [5,6]。

S1 接口分為控制平面和用戶平面，控制平面有物理層、數(shù)據鏈路層、IP 層和 SCTP 層。為了保證信息傳輸?shù)目煽啃裕?減少額外延時，采用SCTP。在兩個信令節(jié)點間提供消息即無重復的可靠信令傳輸，也支持順序傳遞、網絡級容錯、避免擁塞、避免遭受泛播和匿名攻擊等功能。用戶平面由物理層、數(shù)據鏈路層、IP 層、UDP 層和 GTP-U 組成。GTP-U 基于IPv4/UDP 或IPv6/UDP 進行傳輸，GTP-U 頭包含協(xié)議版本、消息類型和長度信息[7]。

X2 是 eNode B 與 eNode B 之間的接口。X2 接口采用了與S1 接口相投的原則，主要功能為ECM_Connected 狀態(tài)UE 的LTE 接入系統(tǒng)內移動性，主要體現(xiàn)在允許 eNode B 當前控制的UE 切換到另一個 eNOde B，負載管理功能允許在eNOde B 之間交換過載和業(yè)務負載信息，從而使eNode B 能夠適時的控制業(yè)務負載。eNode B 之間允許協(xié)調干擾，通過交互分配無線資源，使得相互干擾最小[8]。

本文將主要針對 LTE 網絡架構中的組成部 分， 在Android 平臺中進行互動式展示與講解。將枯燥的理論知識通過Android 中的各個控件、動畫組合起來，并以游戲的形式將抽象、復雜的理論知識，簡單、形象、生動地展現(xiàn)給用戶，增加學生的學習興趣，并添加了測評系統(tǒng)，能夠及時對所學知識加以鞏固。

2 應用程序設計與實現(xiàn)

應用程序架構如圖 2 所示，由主窗口、展示模塊，互動式游戲模塊，考試模塊與幫助模塊組成。主窗口為應用程序的入口，通過單擊進入相應的模塊后能夠完成相應操作。

本系統(tǒng)主要介紹 LTE 網絡架構的組成，S1 與X2 接口的相關功能。每個模塊根據不同的知識點，分步驟演示對應的協(xié)議內容，以及在實際中的工作流程。

TD-LTE 網絡架構由核心網（MME/S-GW）與演進后的接入網組成（eNode B）。將組成結構通過圖文的形式展現(xiàn)，如圖 3 所示。

S1 接口包括 E-RAB 管理功能、上下文管理功能、切換信令功能、尋呼以及NAS 傳輸?shù)裙δ?。將這些功能的實現(xiàn)過程通過Android 中的逐幀動畫功能，形象生動的演示出來，方便讀者理解與學習。

X2 接口的建立過程為用來交換兩個 eNode B 所需的應用層數(shù)據。首先eNode B 發(fā)送建立X2 接口的請求消息到候選的eNode B，候選 eNode B 回復 X2 建立響應消息 。而后，源eNode B 將其所在服務的小區(qū)列表發(fā)送給候選 eNode B，候選eNode B 返回自己所服務的小區(qū)列表。后進行 eNode B 的配置更新，此建立的過程通過Android 的相關組件以及動畫展現(xiàn)[9]， 如圖 4 所示。

S1 接口與X2 接口有很多重要的功能，為了能夠生動、形象地完成功能介紹，本設計采用貪吃蛇的游戲，將各個功能通過果實的形式表現(xiàn)出來，不同顏色的果實代表著不同的功能。當蛇觸碰到果實后，通過對話框形式告訴給使用者該接口的相應功能，方便有趣地幫助使用者學習LTE 網絡架構。

再設計能夠通過軟件自帶的測試系統(tǒng)，對自己的學習進行自測，進一步加強和深入記憶 LTE 網絡架構中的相應知識點，如圖 5 所示。

結 語

本系統(tǒng)以TD-LTE 網絡架構為知識背景，在 Android 平臺中，將抽象的技術理論、協(xié)議規(guī)范，形象生動的展示，實現(xiàn)能夠在手機上學習，在趣味中學習，幫助LTE 理論學習人員提高學習效率。本設計只是在高效學習方法上的初步探索， 在實際應用中還需進一步改進。