本实验为《通信全网融合实践》、《数据通信与计算机网络》等课程的实验教学环节的核心案例，以提高学生的理论知识和工程实践能力为目标，达到知识水平和能力水平的提升。

1.知识水平

(1)巩固多场景的数据通信与网络规划设计的知识体系，熟悉5G通信网络的组网安装过程。通过实验学生掌握5G承载网概念，包含数据规划、设备安装、数据配置、测试验证。从移动性、时延、功率、连接数等方面来规划设计，5G通信网络融合已有设备模块：基站设备、5G核心网云、传输网络设备、业务服务模块、NGN、终端等，本部分内容和实际项目工程一致，培养学生的工程师意识。

(2)通过实际业务配置掌握数据网络的规划原理和设计方法。在5G通信全网融合基础上，数据网络设计包含IP子网、局域网和企业数据网络的容量要求、质量要求和参数设置要求。掌握动态主机配置协议（Dynamic HostConfiguration Protocol，DHCP）、可变长子网掩码（Variable LengthSubnet Mask，VLCM）的规则，选择IPv4、VLSM、IPv6三种方式之一分别进行子网设置，包括数据网络的交换机等设备数目估算、IP子网的配置规则、数据网络设备投资概算。本部分内容将工程设计预算引入到实践教学，让学生体验实验和工程项目之间的差异。通过通信业务的相关原理知识，掌握通信运营商网络建设部署和业务配置。

(3)通过实验引导探究多场景的数据网络的拓扑模型，从可靠性、有用性、可扩展性、性能和管理等角度进行设计，对于不同规模的企业根据企业规模来进行数据网络设计，分层设计交换机，创建VLAN，同时配置链路聚合，分别设置Web服务器等，分别进行带宽、时延、丢包率、吞吐量、连通性测试，根据测试效果优化数据网络的设计。从而掌握基于5G通信融合的数据网络组网的应用，掌握5G通信设备和数据网络设备的参数配置，这部分涉及知识较多，属于中阶能力的培养，提升学生解决复杂工程问题。

(4)通过探究实验的数据网络的安全连接。制定企业的科学网络安全系统架构区，分不同类型企业的数据保密等级，以及企业内部局域网的不同部门的安全级别。增加企业的网络安全认证环节，实现身份验证、数据机密性和数据完整性等目标，部署虚拟专用网（Virtual PrivateNetwork，VPN），采用网络防火墙、增加对服务器保护（含电子邮件）和移动用户端管理，实现全方位的企业数据安全，该部分为复杂工程问题，对学生知识要求较高，对学生高阶思维能力的培养、深度分析能力和创新能力培养至关重要。

(5)通过实验掌握5G核心设备、云服务器和应用设备的相关参数配置，讨论5G核心网云的不同参数配置对后续带来的影响，云服务器主要是对系统应用终端的设置，包括手机、无人机和汽车。5G通信的高速数据传输速率为手机、无人机和汽车的应用提供网络保障。通过学习，让学生了解5G通信行业在各行各业的应用前景，5G云服务在5G产业的重要性，引入工程伦理和经济学概念，课堂讨论产业应用场景，实现课程思政与教学环节的结合。

(6)通过实验基站和终端通信、基站参数配置，了解参数背后的通信协议，掌握应用终端中手机与基站之间数据通信的基本原理等相关知识点。引述我国在5G产业的优势和不足，激发学生的爱国情怀和“四个自信”，讲解我国 5G 手机制造产业链中存在的问题，由此引入国际贸易争端对我国相关产业的影响，激励学生发奋图强，为解决国家发展中存在的“掐脖子”问题探索解决方案。

(7)根据数据网络中配置结果，反馈给学生，让学生总结所有实验环节可能存在的问题，允许学生尝试修改重新设置，直至完成所有实验内容。对于不同专业和类型学生或学院，采取差异化的考核目标。将教学内容及步骤设置成基本完成模块和优化完成模块。

2.能力水平

(1)培养学生数据网络拓扑的快速搭建的技能，培养学生的系统观念，系统分析和解决问题，提升学生的工程实践能力。

(2)搭建“科研-工程-教学”的桥梁，贯穿实验的设计、论证、实施、验收等过程，培养学生的项目管理和综合实践能力。

(3)探究多场景构建数据网络和企业数据网络安全连接，分析问题，团队协作，提升学生解决复杂工程问题的能力，培养学生的团队合作沟通能力。

(4)通过多维场景分析、多设计方案对比、多人团队讨论等途径，培养学生探究性学习的能力，提升学生创新思维能力。

基于5G通信全网融合的数据网络设计与仿真实验项目采用“项目驱动型的多场景递进式”来组织教学，引入引导式、互动式、探究式的教学方法，根据具体企业项目开展“5G组网、数据网络设计”的实验教学，“虚实结合”完成数据网络的认知、规划、设计、部署、测试等实践训练。

本项目以5G的快速组网为基础，按照“规划-安装-配置-设计-探究-验证”的过程，设计了27个步骤，其中组网、安装和配置3个过程属于5G组网基础环境的搭建，设计、探究和验证过程掌握数据网络的拓扑形式、网络设计、探究提升及业务的实现。

实施过程示意图

1.基本原理：

实验前完成课前知识和操作视频的预习，了解实验背景、目的和流程，完成预习自测考核。

(1)数据规划

根据业务的指标（移动性、时延、功率、连接数、服务质量等）进行数据规划，包括基站IP地址、运营商、基站、带宽和网络半径等，对设备数量进行估算，引入工程造价概念。

(2)5G通信组网

根据项目规划，设计网络拓扑结构，确定网络的设备构成，主要为部署和安装柜机、5G通信设备、EPON设备、NGN设备、OTN设备、转接设备和5G应用设备（手机、无人机、汽车等），对设备进行数据配置，该部分为基础环境搭建，学生可对设备选择进行讨论，分析不同场景下组网设计是否符合工程初期规划，拓宽学生的视野。

(3)数据网络设计

根据项目具体规划，设计数据网络拓扑结构，明确各类交换机的的数量及分布。主要包括IP子网设置、多场景局域网组网和企业数据组网，根据场景选择IPv4/VLSM/IPv6组网方式，根据网络连接测试效果来优化设计。

(4)数据网络探究

在完成数据网络的设计和参数配置后，根据不同规模和应用场景设计数据网络，创建VLAN，同时配置链路聚合，设置Web服务器等，针对数据网络的不同安全要求，选择安全认证环节，部署VPN、网络防火墙和移动用户端管理等方式，从移动设备连接、互联安全、移动网关等角度提升企业数据网络的安全性。这部分为复杂工程问题，运用多种实验方法，培养学生的高阶思维和探究能力。

(5)测试与验证

在完成配置和探究讨论后，将数据网络接入5G通信网络，对其进行测试与结果验证，主要包括网络连接测试、传播效果测试和通信协议测试。

2.知识点（共8个）

(1)通信网络规划原理及方法，包含容量要求、质量要求，参数规划。

(2)5G移动通信网络承载网的概念，网络拓扑结构，相关设备模块。

(3)基于5G通信全网融合的不同场景数据网络设计的组网方法。

(4)数据通信与计算机网络的安全设置策略。

(5)数据网络IP地址分配原理和配置方法。

(6)不同规模企业的数据网络拓扑结构设计方法。

(7)基于5G 移动通信网络设备和应用终端的安装和配置方法。

(8)5G应用设备与基站之间数据通信的基本原理。

本实验课时为4课时，即自主预习+实践操作。设计了认知、基础操作、设计、探究和总结拓展等5个主要模块，如图所示，培养学生运用通信与网络知识解决实际数据网路的复杂问题能力。实验整体上分为三个阶段：

第一阶段：实验背景。学生实验前通过平台，了解实验背景、实验目的和实验原理。以自主学习、教师答疑的方式开展理论学习。

第二阶段：实践操作与分析。分为三个层次开展：

第1层次是基础操作层次，首先是数据规划，要求学生完成指定的基本5G通信网络拓扑结构，进行数据规划和场景选择；然后是组网安装，安装柜机、5G通信设备、EPON设备、NGN设备、OTN设备、转接设备、5G应用设备、多交换机组网、缆线连接、设备上电；最后是数据配置，进行集中网管、5G设备配置、ONE/EPON设备配置数据、NGN设备配置。

第2层次设计层次，引导学生在5G通信全网融合基础上进行IP子网、局域网组网和小型企业数据组网设计对较为优秀的同学通过讨论、探究等方式开展创新设计，自行设计不同类型企业的数据网络结构与功能业务。

第3层次是探究层次，包括根据企业用户规模构建数据网络、企业网与互联网的连接安全。然后进行自检验证，包括查看故障、拨号验证测试、5G应用设备验证和协议分析。

第三阶段：实验报告及讨论。在完成全部实验之后，系统根据课前预习自测结果、实验环节考核结果，依据预定的赋分模型自动计算实验成绩，生成实验报告。学生根据得分和实验过程存在的疑问开展讨论。

同时，对三个层次制定了不同的考核标准，给予多元化的考核评价。

1.学生交互性操作步骤（共27步）