（通信与信息系统专业论文）卫星通信中自动播出系统关键技术的研究.pdf

卫星通信中自动播出系统关键技术的研究 摘要 卫星通信系统一直是远程教学采用的主要传输方式之一，在覆盖面较广的 网络中多采用单向广播的方式。随着近年来远程教育内容和方式的不断拓展、 i n t e r n e t 网的不断普及，原有单向的、手工：播出的系统已越来越不能满足人们 的需求。如何实现课程的自动播出以及远端用户的点播功能，是本次系统升级 的主要内容。通过采用数据库系统对课程进行数字化存储，主站节目单的自动 监控播出，以及远端用户利用地面网进行点播，从而实现课程自动播出功能。 本论文第一、二章从远程教育的概念和通信方式的分类出发，介绍了其目 前在实际网络中的应用；然后第三、四章结合中央党校远程教学网原有的系统 功能，介绍了采用o r a c l e 数据库系统来实现节目自动播出的设计方案；第五 章详细描述了在o r a c l e 数据库的基础上，使用d e l p h i 语言编程，设计新旧系 统之间接口监控程序，并在实际环境中进行了测试和功能改进；第六章描述了 用户管理系统的相关内容。通过对原有的卫星单向系统进行升级，利用监控程 序和用户管理系统对用户身份的认证，从而实现了在卫星系统中课程的自动播 出。 本文作者在上述系统改造过程中，广泛深入地阅读研究了有关远程教育及 其通信方式的相关概念和应用的知识，o r a c l e 数据库、d e l p h i 语言的基本原理 和相关技术资料，积极参加了系统升级工作总体方案的讨论和制定，在此基础 上使用d e l p h i 语言编程开发了界面友好的系统接口监控程序，包括原理设计、 具体实现和调试，以及用户管理系统的设计。至论文完成阶段系统已基本调试 成功并付之实际使用，进一步的测试和完善仍在进行之中。 关键词远程教学卫星通信自动播出数据库 t h es t u d yo nt h ek e yt e c h n o l o g yo f t h ea u t o m a t i cb r o a d c a s ts y s t e mi nt h e s a t i l l i t ec o m m u n l c a t i o n a b s t r a c t t h es a t e l l i t ec o m m u n i c a t i o ns y s t e ma l w a y si so n eo ft h em a i nt r a n s m i s s i o n m e t h o d sw h i c ha r eu s e di nt h ed i s t a n c e l e a r n i n gi nac o v e r a g eb r o a d e rn e t w o r k ， u n i d i r e c t i o n a lb r o a d c a s ti sm o s t l yu s e d a l o n gw i mt h eu n c e a s i n gd e v e l o p m e n to f t h ed i s t a n c e l e a r n i n g sc o n t e n t sa n df a s h i o n s 也eu n c e a s i n gp o p u l a r i z a t i o no ft h e i n t e m e t t h eo r i g i h a lu n i d i r e c t i o n a lm a n u a l l y - o p e r a t e db r o a d c a s td i d n tm e e tt h e p e o p l e sn e e d t h em a i np u r p o s eo f t h es y s t e mu p g r a d ei st or e a l i z et h ec a r r i c u l u m a u t o m a t i cb r o a d c a s ta sw e l la st h er e m o t eu s e r ss e l e c t i o na n db r o a d c a s tf u n c t i o n t h ec u r r i c u l u mi ss a v e di n t od i g i t i z a t i o nt h r o u g h u s i n gt h ed a t a b a s es y s t e m ，t h e p l a y b i l lo f t h ep r i m a r ys t a t i o ni sa u t o m a t i c a l l ym o n i t o r i n gb r o a d c a s t e d a sw e l la s t h ep r o g r a mi ss e l e c t e db yt h ew a yo f u s i n g t h eg r o u n dn e tb yt h er e m o t eu s e gt h u s t h ea u t o m a t i cb r o a d c a s ts e l e c t e dc u r r i c u l u ms y s t e mi sa t t a i n e d t h ep r e s e n tc o n d i t i o no ft h ed i s t a n t l e a r n i n gw h i c hi su s e di nt h ea c t u a l n e t w o r k si si n t r o d u c e di nt h ef i r s ta n ds e c o n dc h a p t e ro ft h i sa r t i c l eo nt h eb a s eo f t h ed i s t a n c e l e a r n i n gc o n e e d ta n dt h em a i l i n ga d d r e s sc l a s s i f i c a t i o n t h e nt h r o u g h c o m b i n e dw i 也t h eo r i g i n a l s y s t e r n f u n c t i o n so ft h ec ，c p s i ti si n t r o d u c e dt o r e a l i z et h ed e s i g np r o p o s a lo f t h ep r o g r a mt ob r o a d c a s tb y u s i n g t h eo r a c l ed a t a b a s e s y s t e mi nt h et h i r da n df o u r t hc h a p t e r i nt h ef i 纳c h a p t e r i ti si nd e t a i ld e s c r i b e d t h a tt h e d e l p h il a n g u a g ei s u s e dt op r o g r a mt o d e s i g nt h ec o n n e c t i o nm o n i t o r r o u t i n eb e t w e e nt h en e wa n dt h eo l ds y s t e mo nt h eb a s eo ft h eo r a c l ed a t a b a g e ， w h i c hh a sb e e nt e s ti nt h ea c t u a le n v i r o n m e n t ，a n dt h ef u n c t i o n sh a v eb e e n i m p r o v e da sw e l l t h er e l a t e dc o n t e n to f t h eu s e rm a n a g c m e n ts y s t e mi sd e s c r i b e d i nt h es i x t h c h a p t e r t h r o u g hu p g r a d i n g t ot h eo r i 昏h a ls a t e l l i t eu n i d i r e c t i o n a l s y s t e m ，a n da u t h e n t i c a t i n gt ot h eu s e rs t a t u sb yw a yo fu s i n gm o n i t o rr o u t i n ea n d t h eu s e rm a n a g e m e n ts y s t e m ，t h ea u t o m a t i cb r o a d c a s to ft h ec u r r i c u l u mi nt h e s a t e l l i t es y s t e mi sr e a l i z e d i nt h es y s t e mt r a n s f o r m a t i o np r o c e s sa b o r e ，t h ea u t h o rh a sw i d e l y ，t h o r o u g h l y r e a da n ds t u d i e dt h ec o n c e p t sa n dt h ea p p l i c a t i o nk n o w l e d g e ，w h i c hi sr e l a t e dt ot h e d i s t a n c e l e a r n i n ga n dm a i l i n ga d 出e s s ，a sw e l la st h eo r a c l ed a t a b a s e t h eb a s i c p r i n c i p l ea n dt h er e l a t e dt e c h n i c a ld a t ao f t h ed e l p h il a n g u a g e t h ea u t h o rh a sa l s o p o s i t i v e l ya t t e n d e dt h ec o n t a c ts u r f a c ef r i e n d l ys y s t e mc o n n e c t i o nm o n i t o rr o u t i n e ， i n c l u d i n gt h ep r i n c i p l ed e s i g n ，t h ec o n c r e t er e a l i z a t i o na n dt h ed e b u g g i n g ，a sw e l la s t h eu s e rm a n a g e m e n ts y s t e md e s i g n t h es y s t e mi sd e b u g g e ds u c c e s s f u l l ya n d s e t i n t ot h ea c t u a lu s ew h e nt h ep a p e ri sc o m p l e t e d f u r t h e rt e s ta n dc o n s u m m a t i o n a r e s t i l li nc a r r y i n go n k e yw o r d s ：d i s t a n c e l e a r n i n g s a t e l l i t ec o m m u n i c a t i o n a u t o m a t i c b r o a d c a s td a t a b a g e 北京邮电大学硕士研究生论文 第一章关于远程教育 基于数字卫星广播和计算机网络的远程教育，又称为现代远程教育。它真 正突破了时间、空间的限制，打破了地理、地域的概念，改变了教与学的关系， 使各种教育资源迅速产生辐射效应，开创了教育在知识经济时代的全新天地。 现代远程教育兴起于2 0 世纪6 0 年代，经历了函授教育、电视教育、网络教育 三个发展阶段。2 0 世纪9 0 年代初以来，以因特网为核心的通信技术的高速发 展，强烈冲击着人们的生产、生活，传统的教学方式已不能适应人们随时随地 充电的需求，因此，虚拟大学、电子教室、网上培训已逐渐为人们所熟知并接 受。今天，远程教育已成为世界教育发展的潮流。建立一个能适应社会快速变 化发展的终身教育体系，不仅是时代的要求，也是远程教育所追求的目标。 1 1 现代远程教育的概念及其发展 远程教育( d i s t a n c eg d u c a t i o n ) 或称隔空教育、遥程教育或远距离教 育，译自德文f e r n u n t e r r i c h t ，法文t e l e e n s e i g n m e n t 及西班牙文e d u c a c i o n ad i s t a n c i a ，指有计划的学习。通常学生与老师分隔两地，因而必须采用特 殊的课程设计及教学技巧、特殊的电子或其他科技传播方式、统一的组织与行 政作业配合，方能达成。简单地说，远程教育是指教与学在物理时空位置上相 互分离的教育方式，或指将课程传送到校园外的一处或多处学员的教育。 远程教育意味着传统教育机构与学习方式的改变。教师与行政人员所扮演 的角色与传统有所不同，必须投入许多时间精力来设计教材，使用不同的教学 方法，透过传播科技与学生沟通，耐间新的行政流程，提供学生所需的服务等。 美国1 9 9 9 年出版的远程教育指导一书指出：现代远程教育是指”不在 同一教室的教师和学生通过音频、视频和计算机技术等进行授课和交流的过 程，它不受时间和空间的限制。学生可以集中在远方的同一教室进行学习，也 可以在家里通过基于网络的虚拟环境进行学习和交流”( c o n n i c k ，1 9 9 9 ) 。 随着现代信息技术在远程教育中越来越广泛地应用，远程教育已不仅仅是 原有意义上的远程教育，而是融现代信息和多媒体技术为一体的新型教育方 式。 远程教育的发展与科学技术的进步及其在教育过程中的应用息息相关。从 t 8 4 0 年英国的函授教育到现在，远程教育大致经历了第一代的函授教学和第二 代的广播电视教学之后，以计算机多媒体技术和网络技术为核心的信息技术的 北京邮电大学硕士研究生论文 迅速发展，把远程教育带入了第三代的发展时期。第三代的远程教育是九十年 代咀后，基于计算机多媒体技术和网络技术以及卫星通信技术的新的远程教 育，又称为现代远程教育。与此几乎同步的是，信息时代也随之诞生。 第一代远程教育是传统的函授教育，以邮政服务为中介现远距离教与学。 在2 0 世纪早期和中期，远程教育技术的特征是单向传输。这一时期远程教育 技术主要用于从老师到学生的信息传递，这种传递模式没能起到学生之间勾通 的作用，仅实现了师生之间有限的交流。当时传输技术还受到时间的限制。 第二代远程教育是利用广播、卫星为媒体传送教学内容的教育方式。例如 广播电大，是在固定时间被动接收式的远距离教学。第二代技术出现在1 9 6 0 年，录像机和有线电视的出现，使远程教育课程传播部分不受时间限制，将录 制好的课程内容的录像带发给学生，使他们可以随时观看。然而，在别的方面， 这一代远程教育技术同上一代相比并没有太大的不同：学生之间、师生之间， 的交流还是很少。 第三代远程教育是利用计算机多媒体技术和网络技术为核心的现代化信 息技术传送教学内容的教育方式，这是综合了计算机技术、多媒体技术、网络 通信和现代教育技术，以交互式、个性化教学和弹性学制为主要特征的新型教 育方式。8 0 年代中期，远程教育开始使用个人计算机技术辅助教学。同以前相 比，教员可以传送大量更加复杂的信息给学生，使学生之间、师生之间可以通 过电子邮件、聊天室和电子公告牌进行交流，计算机模拟以及其他通过计算机 磁盘、光盘和因特网等途径的电子资源进一步表现出这一代远程教育的特征。 学生之间、师生之间的交流得到了加强，进行交换的信息的数量和种类显著增 加，所需时闻变得更短。这减少了远程教育对时间和空间的依赖性，实现真正 意义上的虚拟大学成为可能。 现代远程教育是将信息技术作为一种先进的工具平台，将信息技术和现代 教育思想有机结合起来。与煎三代远程教育相比，现代远程教育除具备教与学 相互分离的特征外，更体现7 吓性化教育。现代远程教育几乎融入了8 0 年代 以来所有通信信息领域的最新技术，建立在计算机技术、网络技术、多媒体技 术、双向电子通信技术与教育传播理论，现代学习理论紧密结合的基础上，以 交互性、网络化、实时性、综合性和适应性为基本特征，这些新的技术和理论 体系给新的教育模式带来了强大的技术支持和发展契机，将一个全新的新一代 教育方式和教学模式展现给2 1 世纪。 2 北京郎电大学硕士研究生论文 1 ，2 远程教育在国外的应用 121 国外现代远程教育的发展状况 美国作为信息技术高度发达的国家在远程教育方面进行了大量的研究和 试点。第二代因特网计划就是一项把远程教育作为主要业务的计划。l o o 所全 美著名大学将利用这一网络开展远程教育。与此同时，采用卫星技术传输的远 程教育也十分活跃。其中1 9 8 4 年建立的n t u 是美国著名的远程教育机构。它 只有4 0 余人负责教学组织工作，支持其课程的有4 8 所大学，开设有1 3 0 0 多 门课程，其中包括1 4 个硕士学位课程。西部州长大学是为了满足美国西部居 住在农村广大地区的人们受教育的需求丽设立的虚拟大学。它通过卫星、因特 网、会议电视系统和其它传输手段传送教育节目。斯坦福大学的远程教学历史 悠久，效果显著，主要服务于诸多企业和研究单位。参加斯坦福教育电视网的 成员有2 0 0 多个，其中包括波音、通用、i b m 公司等。 英国的开放大学采用网络、数据库、无线传输和电视广播等多种方式在全 英乃至欧洲开展远程教育。它开设了4 0 0 多门课，在英国有2 0 万学生，其他 国家有1 6 万学生，其中1 万人为研究生。它具有很高的教学质量和科研水平， 在全英1 0 1 所普通大学里面，开放大学的学科教学质量己排到了前1 0 位。日 本文部省1 9 9 4 年制定了一项5 年计划，到2 0 0 1 年所有的中学、2 0 0 3 年所有的 小学全部上因特网。在日本高等教育领域，人们也正在加紧利用通信卫星等先 进手段进行大学之闯、大学与地方自治体、与海外大学之间的远程授课。目前 日本最大的卫星应用平台s k yp e r f e c tt v 拥有1 6 7 套电视节目频道，1 0 6 个广 播节目频道可提供数据广播和交互服务，其中包括十多个教育、资格考试辅 导等专业频道，收视面很大。法国教育部制定了为期两年的紧急培训计划，从 1 9 9 8 年秋季开始在各培训学院对学校的领导和教师进行有关知识培训，以便引 导儿童能够提前进入网络，使教育能够提前实现现代化。印度的远程教学系统 通过i n s a t 卫星在全国建立了7 0 0 个接收站，其中有1 6 个地区中心、2 4 4 个公 开学习中心。它与2 2 0 所大学和8 2 0 0 个学院都建立了联系，开设了3 7 5 门课， 招收了9 万多名学生。泰国的卫星电视广播中，开设了7 个频道专门用于教育。 马来西亚正在实施一项取名为“多媒体超级走廊”的国家计划，这项计划旨在 发挥通信技术优势，让全国所有高等院校、研究和开发中心广泛合作，共享教 育资源和设施，共同应用现代远程教育培养世界一流的大学毕业生。 北京邮电大学硕士研究生论文 1 2 2 国外现代远程教育的特点 国外现代远程教育的特点有以下几个方面： l 、采用数字技术，增加了信息处理的灵活性和有效性，减少频谱资源的 占用，降低信息传送的误码率，从而保证了教学质量。利用因特网来进行现代 远程教育可以增强获取资源的可能性、选择性和公平性，最大限度地突破时间 和空间的限制，费用低、效果好。 2 、现代远程教育强调以学生为主体，师生加强交互、共同提高教学质量。 而新的技术可以是实时的也可提供非实时的交互。从根本上克服了过去远程教 育师生不“见面”的弊端。现代远程教育综合了视频、音频、图像、文字等多 种媒体，通过虚拟技术再现许多现实世界的东西，模拟许多在现实世界中难以 操作的实验，使学生感觉如同在教室上课。 3 、卫星、微波、光纤、同轴电缆、电话线等都可以作为信息载体，远程 教育并不拘泥于某种特定的方式，而是根据各个国家、地区的特点，采用合适 的方式，发挥作用。 4 、在因特网上建设基于w e b 技术的教育资源检索和发布系统。由于网络 通信速度的不断提高，教育资源库的内容也从文本、静止图片逐步发展到多媒 体网络课程在线学习、各种教育资源的下载，视频及音频教育内容的点播等。 123 国外卫星远程教学的应用情况 国外卫星远程教学始于八十年代初，迄今为止已相当普遍。以美国为例， 目前已经有数十个远程教学网，通过卫星传送教学节目，分别应用于大学教育、 成年人继续教育、中学教育及其它专业学科知识学习。其中弗吉尼亚卫星教育 网就是其中很成功的一例。弗吉尼亚卫星教育网( v s e n ) 自1 9 8 4 年就开始通 过广播方式传送外语节目和其它专业学科知识的节目。该教育网主要是为了向 那些由于学生太少而雇不起全职教员的学校提供教学节目。主讲教员在位于弗 吉尼亚州的高级中学的电子教室讲课，接收站点主要位于h e b r i c o ，w i s e 和f a i r _ f a x 等几个县。自该网络开通以来，大约有1 1 0 0 0 个学生报名参加了 v s e n 课程的学习。所有的课程都是通过卫星实时传送，课程按照大学课程设计， 外语节目对高年级的学生完全开放。在教学过程中，强调单独辅导，教员尽可 能作到这一点。v s e n 的辅导老师讲完课后，其它时间都用来接收学生打来的电 话，回答所有学生提出的问题。学生们反映他们与v s e n 的辅导老师的联系要 远远多与他们与学校老师的联系。 4 北京邮电大学硕士研究生论文 澳大利亚、意大利、加拿大等地也已建成了本国的卫星远程教学网，据报 道，爱迪德公司正在帮助南非实现远程卫星教学。南非最大的电信机构t e l k o m 与爱迪德公司签订提供条件存取技术合同，t e l k o m 正利用该技术提供卫星远 程教学、商业广播通信服务。 1 3 我国的现代远程教育发展概况 我国卫星电视教育始于1 9 8 6 年，目前已有3 个c 波段卫星频道、1 6 0 0 0 多座卫星地面接收电视站，7 0 以上的有线电视台转播卫星教育节目。仅广播 电视大学已拥有1 3 0 0 0 多个教学点，在校生超过1 0 0 万人。经过多年的发展， 卫星电视教育在培养人才，开展素质教育、专业培训等方面发挥了巨大的作用， 但是也存在一些缺陷：采用单向电视广播，不能满足交互式教学的要求；电视 传输采用模拟信号，一个3 6 m h z 转发器只能传输一路电视，占有频率资源过 多；由于采用模拟传输体制，不适应传输数字化的多媒体信息的要求，难以直 接接入公众数字网、计算机网。 2 0 0 0 年中国教育电视台现代远程教育卫星宽带多媒体传输平台正式开通， 标志着我国现代远程教育从以收音机、电视机为主要接收媒体的时代，开始走 向以计算机作为接收新媒体以及电视机与计算机相融合的新时代，标志着我国 的现代远程教育技术发展到了一个新的水平。这个平台的开通，使中国卫星电 视教育从模拟传输方式改造为数字压缩方式传输，从只能单纯传输电视节目改 造成可以同时传输电视、多媒体等几十个不同速率频道的节目。 中央广播电视大学也在卫星广播的基础上，实现了基于因特网的教学管理 和信息服务，与全国4 4 个省级电大实现了网上互联，与8 个省级电大开通了 i s d n 双向视频会议系统，在全国5 0 0 多个教学点利用v b i 数据广播，传送教 学课程和学习辅导材料。 在1 9 9 8 年，清华大学、浙江大学、北京邮电大学、湖南大学4 所高校被教 育部列为第一批现代远程教育试点单位。 清华大学已在全国2 0 个省、市建立了4 0 多个校外站点。开设了高新技术 培训和研究生课程进修两种类型的课程。参加学习的累计人数1 7 2 0 人。它采 用数字压缩加密卫星传输与计算机互联网相结合的方式，通过卫星向远程办学 点传输教学节目，同时网上提供教师的电子讲稿、学生提问栏、教师工作室、 电子信箱，教师和学生的实时交互采用卫星v s a t 站构成的双向虚拟课堂，以 及基于公用电话网的可视电话、i s d n 专线。 v s a t ( 小型卫星地球站) 系统能广播和分发数据、图像、音频和视频；姥 采集和监视数据、图像和视频；能进行计算机间的双向交互、数据库查询和语 北京邮电大学硕士研究生论文 音通讯等业务。i s d n 能把话音业务和非话音业务综合在一个网络内进行传送 和处理。在这种网络上，用户只需提出一次申请，仅用一条电话线就可以将多 种业务终端接入同一个网络。 浙江大学在1 9 9 8 年6 月联通了金华浙江师范大学远程教育网，1 9 9 9 年通 过浙江广电系统的a t m 网络将远程教育节目传送到省内7 个地市，每套节目 占带宽2 m b s 。学校建有1 个大型演播教室、2 个小型演播教室和5 个装备了 一流的视频会议系统的教室，并制作了包括管理信息系统、水力学、多媒体技 术、c a d 技术等多种多媒体课件。 北京邮电大学现代远程教育主要采用a t m 宽带网进行实时、双向、交互 式课堂教学，已在北京、天津等5 个试点省、市建成了3 0 多个多媒体远端教 室，教师在北京邮电大学主演播室利用黑板、电子白板、图文投影仪、计算机 等多种手段授课。在试点省、市的多媒体远端教室，学生可以利用自己桌面的 控制设备实时向老师提问。学生可以利用多媒体远端教室的局域网络终端或拨 号终端通过互联网( 1 6 9 网) 查询北京邮电大学现代远程教育的c a 课件库和管 理软件库，发送电子邮件等。 湖南大学采用口协议，视频、数据、音频全部通过中国公众多媒体通信网 传输、交换，实现实时和非实时远程教学。家庭、办公室用户可通过 i s d n a d s 堋f c p s l n 接入i n t r a n e t ：而普通用户通过电话线拨号上网，用p 电话进行远程答疑、寻求指导。 北航是国家教育部正式批准现代远程教育的6 7 所试点学校之一。在此基 础上成立的北航现代远程教育学院，以现代教育技术为载体，开展各层次的高 等学历教育和大学后的非学历继续教育工作，充分发挥学校的科研和教学优 势，构建开放式办学网络。北航现代远程教育系统充分利用了当前先进的信息 技术、网络视频技术，通过卫星数字通讯和计算机互联网实施远程教学传输， 从而实现一点对多点的实时集中或非实时分散式教学。师生之间可以运用卫星 传输系统的实时交互手段，也可以通过计算机互联网登陆中心网站的b b s 、 c h a t 、外交互服务器以及传送e - m a i l 等功能作为非实时交互手段来完成课堂讨 论、答疑、作业布置、提交以及批阅。学员可根据当地站点的情况采取到站点 集中收视学习，并随时通过互联网登陆或拨号上网的方式进入北航现代远程教 育网进行学习，真正感受现代教育所特有的魅力，实现不受时空限制的学习。 学生均由当地的学习中心统一管理：即报名注册、集中教学、答疑讨论、考试 等统一在学习中心进行。 通过现代远程教育网络，教师将教学要求、教学内容等资源编制成h t m l 文件，存放在w e b 服务器上，学生通过游览这些页面进行学习。这种教学方 北京邮电大学硕士研究生论文 式要求有一套能充分体现学习者特点，并能适合网上教学信息表达与传输的 图、文、声并茂的优秀电子教材。通过现代远程教育网络，教师可以将事先编 制好的文字教材或多媒体计算机辅助教材传送给学生，学生利用文字教材或多 媒体教材进行自学；可以对布置的作业给一些有益的提示：可以对即将进行的 考试进行辅导；可以对考试的范围、复习的重点和较难的试题进行分析；学生 在发现问题后可以及时向老师提出，老师对学生所提出的问题迅速给以指导， 这对提高现代远程教育的教学效果必然产生巨大的作用。在现代远程教育中， 为保证教学质量，必须随时检查学生的学习进程的效果，通过现代远程教育网 络，老师可以随时检查学生的学习情况，可以随时将编好的测验题发送给学生， 让学生直接在“试卷”上答题，然后发送给老师，老师收到后可以直接在学生 的“试卷”上批改，最后将批改过的! 卷子”发还给学生；通过现代远程教育网络， 不仅可以加强师生之间的交流，还可以加强学生之间的交流。你可以将学生的 地址组成一组，让学生之间可以分享同一个信息，也可以让学生之间对某个问 题展开讨论。 可以看到，我国现代远程教育关键技术以及手段的研究和应用已经取得了 可喜的成果。但是还远没有达到现代远程教育所应有的经济和社会效益。在网 络建设方面，由于网络骨干带宽有限，目前地面传输网络还不能到达大部分县 城及广大农村，现代远程教育无法满足更大范围的教育需求。 当前，特别是计算机技术、通讯技术和多媒体技术在现代远程教育中的应 用，给现代远程教育带来了前所未有的发展机遇。要抓住这个发展机遇，就必 须建立现代远程教育网络。通过建立现代远程教育网络，可以实现从传统教育 模式到现代教育模式的转换：实现全国乃至全世界教育资源的共享；实现对学 生的教育，最终实现我国全民的终身教育。 北京邮电大学硕士研究生论文 第二章远程教育的技术分类及其实际应用 2 1 远程教育的技术分类和教学模式分类 信息技术是网络教育和学习型社会的基础，教育信息化进程又依赖现代技 术的发展。如今的信息技术层出不穷，如网络通信技术、信息与网络安全技术、 海量信息存储及检索技术、虚拟现实技术等等。这使得远程教育所采用的技术 和教学模式丰富起来。 一、远程教育的技术模式主要是从网络通信平台上予以区别，例如： l 、天网模式，又分为单向卫星网络和双向卫星网络( 又称之为内交互方 式) 的教学模式。如d v b 广播、卫星会议电视等。 2 、她网模式，如利用专网、互联网等进行远程教育的模式。应用方式举 例： 基于视频会议系统的实时直播教学、辅导答疑和作业评讲： 通过课件实录、流媒体课件点播的学习，主要用于课后学习复习； 教学点必要的辅导面授+ 集中考试 3 、天网+ 地网模式，即以单向卫星网络通信为主，以地网作为回传的交互 方式( 又称之为外交互方式) 。 二、远程教育的教学模式主要是从教学活动开展方式上区别： 1 、实时直播教学： 单向教学系统：利用c a b l e l i v 或单向卫星网络等进行教学的方式； 双向教学系统：利用视音频会议系统、内外交互卫星网络等进行教学的 方式； 2 、基于支持网上教学平台的自主学习的非实时教学； 3 、实时非实时等多种模式相结合的教学： 2 2 几种典型教学方式的优缺点 目前，国内外开展远程教育多采用以下3 种途径： 一、基于卫星数字广播的方式： 目前在我国现有的通讯条件下，考虑到各地电信发展不平衡的因素，采用 卫星传输方式组网的远程教学网在我国具有明显的优越性。因此卫星远程教学 已经成为卫星通信领域中的一个重要应用，并成为教学领域的一个重要发展方 北京邮电大学硕士研究生论文 向，日益受到人们的重视。 相比其他通讯手段，卫星通讯具有许多优点： 通信距离远，覆盖面广，传输不受地理条件的限制 通信容量大，速率较高，可以传送多种业务 以广播方式工作，便于实现多址联接 组网灵活，建设周期短，建站成本与通信距离无关 机动性好 但这种方式存在单向、时空限制、不适合自主学习等不足。 二、基于视频会议的方式： 这种方式采用h 3 2 0 标准，通过租用i s d n 、d d n 专线，实现教学现场的 直播，对系统的可靠性和资源要求比较高，也同样存在时空限制及学生无法自 主按需点播学习等不足。 三、基于口网的方式： 近年来，中国因特网( i n t e m e t ) 和宽带接入的发展日薪月异，理想的远程 教育系统是一个完全建立在因特网上，学习者完全通过计算机网络来获取它所 需要的信息( 如课件等) 。由于i n t e m e t 是一个双向交互式网络，没有时空限制， 可以满足学生自主学习的需求，并可以有效地实现同步实时授课、异步按需点 播、辅教工具、教学资源管理等应用的有机集成，形成一个完整的远程教学系 统。目前存在的主要问题是地面口网的覆盖面以及网络的带宽还远不能满足 远程教育的需求。真正要实现所有的远程学习者宽带到家，在近期内是不大可 能的事。因此，大多数远程教育学院采用主站分站式管理办法，通过利用 各种通讯手段将包括课件在内的多媒体数据传输到分站，再由分站分发给学习 者。 显然，这三种方法各有优势，特别是将基于地面坤网和卫星传输相结合， 可以更加有效地发挥天地网的资源优势。正是基于这样的考虑许多远程教育网 选择了基于天地网开展远程教育的技术方案。下一节主要介绍这种外交互的通 信方式。 2 3 外交互通信方式 23 1 数据传输的特点 我们知道，卫星远程教育中通信系统中的双向通信一般具有自己的收发信 道。但是，实际上在现代远程教育数据传输中有一个显著的特点是用户接收和 发送数据量的不对称性。一般来讲，用户需要接收的数据很多，而发送的数据 9 北京邮电大学硕士研究生论文 相对较少。比如用户查询图书馆的资料时，发出的只有几十字节的申请信息， 而要接收上兆字节的数据；因特网上普遍使用的w w w 、b b s 、电子邮件等业 务，接收数据量和发送数据量的比例至少在5 ：1 左右；而常用的文件传输f t p 服务，收发数据流量的比值高达2 0 ：l 以上；如果应用网络多媒体，那么这种比 例将达到1 ：1 0 0 0 至l ：1 0 0 0 0 0 ；在远程教学系统中，用户接收的是大量的动 态多媒体信息，而回传的往往只有发问、习题等极少量的数据。而目前的通信 网络一般来讲都是对称的，即接收和发送的信道宽度相同。因此绝大多数网络 拥挤都发生在接收方向上，而发送数据通道并不怎么拥挤，这样就造成了传输 信道的浪费或成本的大幅度提高。目前在双向通信中常常采取非对称的通信方 式，而对于卫星通信，则更多采用的是外交互的通信方式。 2 3 2 外交互的概念 采用基于非对称信道传输的外交互式卫星通信是解决上述问题非常有效 的手段。 在传统的交互式通信技术中，信息的往返传输都是在一种物理链路上实 现。例如，人们打电话时，发送的话音和接收的话音都在同一条电话线上传输； 卫星系统中，数据的发送和接收也都是通过卫星信道实现。对于电话线，其话 音数据不经过调制而直接在基带进行收发，因此收发设备的成本基本持平。而 对于其他信道，例如卫星信道，收发设备的差价非常大，单向卫星接收站将在 价格方面具有极其强大的竞争力。 外交互的概念是：如果一种通信系统的收发信道彼此分离，并且可以实现 一个发信道对应于一个或多个收信道这两种特征，我们可以称之为外交互通 信。所谓“外交互式”卫星通信是基于非对称信道传输概念而研制的一种新型 卫星数据传输系统，由卫星发射中心主站和位于各地的卫星接收小站组成。中 心主站和小站的计算机系统通过由中心主站到小站的高速卫星下行信道和小 站到中心主站的低速地面上行信道组成的非对称信道传输环境进行交互式网 络通信。由于它的上、下行信道相对于目前的双向卫星数据通信系统和地面通 信系统来讲是彼此分离的，所以称之为外交互式卫星数字通信系统。 对于无线通信技术而言，外交互通信技术实现了一种低成本的非平衡传输 方法。卫星双向通信站成本很高，但采用外交互技术后，下行信道采用卫星高 速单向广播，上行信道采用低速地面回传线路，如电话拨号、i s d n 、a d s l 、局 域网等，既可实现双向高速通信，又可实现低成本的要求。如一套卫星接收站 价格( 包括天线、高频头) 可在5 0 0 0 6 0 0 0 元人民币，天线尺寸可以降到4 5 厘米，具备了数字入户的条件。地面无论何种数字通信技术，都很难覆盖广大 北京邮电大学硕士研究生论文 城市边缘地区、农村地区及山区。而这种采用外交互技术的卫星通信系统，组 网灵活，系统用户容量大，对于像我国这种地域辽阔的发展中国家，是非常合 适的，也是很实用的。将卫星高速广播系统改造为双向网络通信系统是目前一 个很现实的应用，并且投资很低。因而也是目前卫星通信领域中的一个热点。 2 33 外交互式卫星通信豹优点 采用外交互式卫星通信主要具有以下几个特点： 1 、可以降低用户站的价格。在传统的交互式通信技术中，信息的往返传 输都是在种物理链路上实现。由于卫星地面站的发送设备价格非常昂贵，如 果采用卫星双向站来实现交互，这对普通用户来说是难以接受的。外交互的方 式则通过两种物理链路来实现交互。外交互卫星通信就是下行利用卫星信道， 而上行采用其他反向通信设备，例如：电话拨号、局域网等手段进行反向数据 通信，从而降低整个系统的成本； 2 、随着全数字解调技术的成熟和大规模集成电路的发展，卫星数字传输 的速率越来越高，且接收设备越来越简单( 已形成计算机插卡) ，价格也越来越 便宜； 3 、外交互式数字卫星通信可采用多播技术，这是一种充分利用网络带宽 资源支持数据广播和用户权限接收的新技术，地面通信线路的迅速发展为外交 互卫星数字通信提供了必要的条件； 4 、经过了这几年的发展和建设，我国的地面通信状况发生了实质性的变 化，电话已逐步向农村普及，因特网也分布到全国大部分中小城市，具备外交 互式卫星数字通信所需她面网络的地区正在不断扩大； 5 、卫星传输采用d v b s 标准、q p s k 调制方式，可以同时传输多套数字 电视节目。 2 ，4 西安交通大学远程教育的应用 西安交大地处西北，由于西部地区幅员辽阔，基础信息设施落后，自然环 境恶劣，单纯依赖地面网开展远程教育无疑是不现实的。基于卫星和c e r n e t 开展远程教育是一种最为经济和最有效的模式。两者的有机结合，不仅可以实 现天地网的优势互补，而且还可以满足远程教育交互性、自主性叭及多媒体的 三个基本需求。天地网结合，非常有利于完善资源服务体系，实现全国优秀教 育资源、科技信息资源的共享。 西安交大针对开展远程教育的实际情况，提出了基于卫星和c e r n e t 远 北京邮电大学硕士研究生论文 程教育传输平台相结合开展多媒体远程教育的解决方案及其实现模型天地网 远程教育系统s k y c l a s s 。由于卫星传输是单向广播方式，只能解决教学过程或 课件资源的单向广播传输问题，因此为了解决师生之间的互动交流与讨论，采 用和地面网的传输相结合，并运用外交互技术实现构成一个交互式的协同教学 环境，并设计了一系列支持师生协作交流的工具。在该系统中，用户的请求或 反馈是通过c e r n e t 、p s t n 方式实现的。在研究中解决了基于天地网开展远 程教育的若干关键技术问题，如天地网互连互通技术、多媒体实时同步通信及 服务质量q o s 优化控制技术、多模式课件自动录制及生成技术、自然语言网络 答疑技术等一系列关键技术，并探讨了如何基于天地网实现同步实时授课和异 步按需点播学习系统的实现问题。实际应用表明：基于卫星和c e r n e t 结合 的传输平台不仅可以很好地实现两者的资源整合和互补集成，而且还具有开放 性、系统性和实用性的特点。 s k y c l a s s 系统网络模型如图2 1 所示： 图2 1 s k y c l ass 系统网络模型 s k y c l a s s 系统中用到的关键技术有以下几部分： 一、天地网互联互通关键技术 这是整个s k y c l a s s 系统的基础，重点在于解决地面传输和卫星传输的无缝 对接。即：将教学节目现场通过地面网络实时传输到卫星主站，再通过卫星主 站广播到远程小站，远程小站还可通过地面网络和授课端进行双向交互。其中， 主要解决的关键问题有：天地网数据传输中的格式转换问题，天地网多媒体同 步实时传输的q o s 优化控制问题，卫星可靠组播问题，多源数据流的复用及 管理问题以及地面网外交互问题等。 北京邮电大学硕士研究生论文 二、屏幕无失真实时编码及传输技术 其目的是解决在有限带宽情况下，实现教师教案或其它屏幕内容的连续、 实时、无失真的传输问题。其主要思想是采用面向对象的视频编码技术对屏幕 数据进行流媒体编码，并和教师的视频、音频以及鼠标等数据流保持同步，采 用动态自适应q o s 控制技术进行数据传输。 三、多路多媒体数据实时融合技术 在实时教学系统中，听课端需要感受到一个“真实”的教学环境，因此需要 把授课端及正在和授课端进行交互的“焦点”听课端的视音频数据进行融合，本 系统采用多路多媒体数据融合技术，融合后的视频具有“画中画”的效果，音频 则具有混音效果。 四、多路数据流并发接收及分流技术 通道复用是实现多个课堂现场直播的关键之一，同时也是最大限度地提高 卫星带宽利用率的有效途径。在s k y c l a s s 系统设计中，我们利用数据复用与解 复用技术，将多个授课端的视频、音频、屏幕数据、鼠标数据流、电子教鞭数 据流等多种类型的数据合成为一路数据进行发送，在接收端对数据解复用后， 再进行相应处理，并回放。 五、课件同步录制及生成技术 旨在解决教学过程的同步实时录制和课件自动生成问题，为课件资源提供 最简单方便的生成手段，同时使得课件真正具有“原汁原味”的特点。其核心 在于：在授课端，将视频、音频、屏幕、鼠标以及电子教鞭等数据流同步实时 地录制下来，并自动转换成a v i 、a s f 或r m 中的某一种格式，最后能够将课 件自动传输到课件资源服务器上，完成课件录制、生成和上网服务的全过程。 教师上完课，课件就自动生成好，从根本上解决了课件的制作和生成问题，具 有非常实用的价值。 2 5 浙江大学远程教育的应用 浙江大学在远程教育的实施过程中采用了多种技术手段，综合了计算机网 络、卫星、有线通信、多媒体等多方面。下面对远程教育模式中的关键技术作 一分析。 一、卫星广播 北京邮电大学硕士研究生论文 浙江大学基于卫星的远程教育租用了鑫诺卫星k u 波段的4 m 带宽，其中有 3 m 专门用于多媒体数据广播采用了i d c 公司( h t t p ：w w wi n t