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基于j x t a 的p 2 p 远程教学系统的研究与实现 中文摘要 基于j x t a 的p 2 p 远程教学系统的研究与实现 中文摘要 现代远程教育是随着现代信息技术的发展而产生的一种新型教育形式，远程教 育教学系统是远程教育的重要组成部分。目前的远程教学系统的设计与实现都基于 c s ( b s ) 技术。近来p 2 p 网络正日益受到重视，与c s ( b s ) 技术相比，它具有 网络可伸缩性好、健壮性强、资源的利用率较高、节省投资等优点。 s u n 公司子2 0 0 1 年推出了开放性的对等网络研究项目j x t a ，其主要目的 是致力于从所有的p 2 p 系统中分离出系统通用的需求，从而建立一整套泛型p 2 p 基 础协议，整合p 2 p 应用、标准化p 2 p 服务。 本文对基于j x t a 的p 2 p 远程教学系统( j b d t s ) 进行了设计、研究和实现， 所做的工作主要有： 研究了国内外远程教育现状，阐述了当前远程教学系统的特点与开发技术，把 c s 模式与p 2 p 模式的远程教学系统进行了对比，分析了基于p 2 p 模式的优势。 提出了一个基于j x t a 的p 2 p 远程教学系统j b d t s ，并对系统设计过程中的一 些新特点和适用的新技术进行了研究分析。 围绕基于j x t a 的p 2 p 远程教学系统，对j b d t s 原型进行了分析、系统总体 设计和功能模块设计。 讨论了基于j x t a 的p 2 p 远程教学系统j b d t s 较为详细的实现过程，主要内 容有：提出了带密码验证服务的课程组的概念，给出了加入课程组的具体算法；对 对等体问的即时通讯进行了研究，重点实现了两人交流和多人交流的文字通讯功 能，给出了关键算法；利用内容管理服务( c m s ) 类，实现了课程组内资料的共享， 搜索以及下载功能；基于计算机支持的协同工作( c s c w ) 原理，利用电子白板实 现虚拟课堂教学功能。 对j b d t s 原型系统进行了测试与结果分析，验证了前面的设计思想，分析得 出了结论。 关键词： j x t ap 2 p远程教育 远程教学系统 作者：沈晓近 指导老师：陆建德 a b s t r a c t 什：r e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no f j x t a - b a s e dp 2 pd i s t a n c et e a c h i n gs y s t e m t h er e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no fj x t a b a s e dp 2 p d i s t a n c et e a c h i n gs y s t e m a b s t r a c t m o d e md i s t a n c ee d u c a t i o ni san e wk i n do fe d u c a t i o nf o r mt h a th a se m e r g e da l o n g w i t ht h ed e v e l o p m e n to fm o d e mi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , a n dd i s t a n c et e a c h i n gs y s t e mi s a ni m p o r t a n tc o m p o n e n tp a r to fd i s t a n c ee d u c a t i o n a tp r e s e n t ，a l lm a t u r ed e s i g no f d i s t a n c et e a c h i n gs y s t e mh a sb e e nb a s e do nc s s ) t e c h n i q u e t o d a yp 2 pn e t w o r kh a s g o tm o r ea n dm o r ep o p u l a r , a n dc o m p a r e dt oc s ( b s ) t e c h n i q u e ，i th a sm a n y a d v a n t a g e ss u c ha sg o o ds c a l a b i l i t y , s t r o n gr o b u s t n e s s ，h i g hr e s o u r c eu t i l i z a t i o na n dl e s s i n v e s t m e n t j x t ai sa no p e np 2 pp r o j e c tb ys u nc o r pb e g u na ta p r 2 0 0 1 i t st a r g e ti st oe x t r a c t t h e g e n e r a lr e q u i r e m e n t sf r o ma l l p 2 ps y s t e m s ，s oa st oc r e a t ec o m m o nu n d e r n e a t h p r o t o c o l s ，w h i c ha r eu s e dt on o r m a l i z ea n ds t a n d a r d i z ea l lk i n d so fp 2 pc o r e ，s e r v i c e s a n da p p l i c a t i o n s t h i sp r o j e c th a sm a d er e s e a r c ha n dd i s c u s s e do nj x t a - b a s e dp 2 pd i s t a n c e t e a c h i n gs y s t e mq b d t s ) t h ea u t h o r sp a p e rw o r km a i n l yi n c l u d e s ： s t u d y i n gt h ep r e s e n ts i t u a t i o no fd i s t a n c ee d u c a t i o ni nh o m e a n da b r o a d ，e x p a t i a t i n g t h ef e a t u r e sa n dd e v e l o p i n gt e c h n i q u e so ft h e p r e s e n t d i s t a n c e t e a c h i n gs y s t e m ， c o m p a r i n gc sm o d e t op 2 pm o d ei ni m p l e m e n t a t i o na n da n a l y z i n gt h ea d v a n t a g e so f p 2 p - b a s e dd i s t a n c et e a c h i n gs y s t e m g i v i n go u tas c h e m eo u t l i n et oj b d t s ，a n dm a k i n gt h er e s e a r c ha n da n a l y s i st o i t s n e wc h a r a c t e r i s t i c sa n da p p l i e dn e wt e c h n i q u e m a k i n gt h ea n a l y s i st oj b d t sp r o t o t y p es y s t e m ，t h es y s t e mo v e r a l ld e s i g na n dt h e f u n c t i o nm o d u l e sd e s i g n ，u n d e rt h ef r a m e w o r ko fj x t a - b a s e dp 2 pd i s t a n c et e a c h i n g s y s t e m d i s c u s s i o no nd e t a i l e di m p l e m e n t a t i o ns c h e m e st oj x t a b a s e dp 2 pd i s t a n c e t e a c h i n gs y s t e mj b d t s w ep r o p o s e dp e e rg r o u pw i t hp a s s w o r dm e m b e r s h i ps e r v i c e s ， h t h er e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no f j x t a b a s e dp 2 pd i s t a n c e 里! 堕! 璺曼璺! 翌! 竺 a b s t r a c t a n di m p l e m e n t a t i o na l g o r i t h mo fj o i n i n gi nt h ep e e rg r o u pw a sp u tf o r w a r d w e r e s e a r c h e dt h et h e o r yo fi n s t a n tc o m m u n i c a t i o nb e t w e e np e e r s ，a n dg a v et h ek e y a l g o r i t h mo fc o m m u n i c a t i o nb e t w e e nt w op e e r sa n dm a n yp e e r s b yu t i l i z i n gc o n t e n t m a n a g e m e n ts e r v i c e ( c m s ) ，w ec a ns h a r e ，s e a r c ha n dd o w n l o a df i l e si nap e e rg r o u p a c c o r d i n gt ot h ec o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k ( c s c w ) t e c h n i q u e ，t h e v i r t u a l c l a s s r o o mt e a c h i n gs u b s y s t e mu s i n ge l e c t r o n i c sw h i t e b o a r di sc o m p l e t e d f i n a l l y , t e s t i n ga n da n a l y z i n gt h et e s tr e s u l t st oj b d t sp r o t o t y p e v e r i f y i n gt h e o r i g i n a ld e s i g n i n gt h o u g h t s ，a n dg i v i n go u ta c o n c l u s i o n k e y w o r d s ：j x t a p 2 pd i s t a n c ee d u c a t i o nd i s t a n c et e a c h i n gs y s t e m i i i w r i t t e nb ys h e nx i a o j i n s u p e r v i s e db yl uj i a n d e 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏 州大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作 出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本 声明的法律责任。 研究生签名：；忆9 务连日 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论 文合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论 文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的 保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的 全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。 研究生签名： 导师签名： 期： 垫竺王! ! ：三! 、期反矽7 似l 、期：旦丝! 垒! 竺三! ! 基于j x t a 的p 2 p 远程教学系统的研究与实现第一章绪论 第一章绪论 本章介绍了j b d t s 系统开发的背景，阐述了国内外远程教育的现状，比较了基于 j x t a 的p 2 p 远程教学系统与传统教学系统的不同，概述了j b d t s 系统的实现目标和 系统特色。 1 1 课题背景 在传统的学校教育中，教学模式通常是以教师为中心，知识的传递主要靠教师 对学生的灌输，教师填鸭式地讲解，学生被动地接受，作为认知主体的学生在教学 过程中自始至终处于被动状态，很难激发学生的兴趣，很难发挥其主观能动性，而 且不利于培养学生的发散性思维、批判性思维和创造性思维，也不利于创造性人才 的培养。而且，在传统教学的课堂里，教师面对的是全班学生，往往满足不了学生 个体差异的要求，因而教师提供的信息量不仅有限，而且缺乏针对性。 随着远程教育形式的出现，特别是自2 0 世纪9 0 年代以来，由于因特网的高速 发展，信息技术极大地推动了人类社会迅速向信息社会、知识社会转变，同时为教 育改革与发展带来了前所未有的机遇，使教育在一种新的环境中获得了更多的发展 机会，现代远程教育就在这种社会背景下得到了培育和发展【l l 。 在远程教育中，教师的讲授和学生的学习可以在不同地点同时进行，师生之间 可以进行充分的交流，就像在同一间教室一样。学生能够根据自己的需要自主安排 学习的时间和地点，自由选择学习的内容，自行安排学习计划，随时提出学习中遇 到的问题并能及时得到满意的回答，而且学生能够更加方便快捷地获得丰富的学习 资料，获取其他学生有效的学习经验，能够发挥学生自主学习的主动性、积极性和 创造性。 远程教育教学系统是远程教育系统的重要组成部分，它通常是由多个具备不同 功能的模块或子系统构成的。这些不同功能的子系统在远程教育教学系统活动中起 着不同的作用，通过他们之间的相互配合、相互补充来实现远程教学【2 】。 目前远程教学系统一般由集中式( 客户服务器) 模型实现，这给服务器带来 第一章绪论 基于j x t a 的p 2 p 远程教学系统的研究与实现 极大的负担，同时造成了昂贵的成本支出。在这种模式下，客户端将所有的数据信 息上传到服务器上，由服务器集中处理，处理完毕后要根据客户请求把信息转发给 各个客户。整个网络中依赖于一个中心节点( 服务器) ，单个服务器集中了大量的 服务，而占多数的客户却只做少量的处理，处于闲置状态。随着客户数量的不断增 加，服务器的负载和带宽要求也相应的增加。服务器可能无法同时响应大量客户要 求，服务器崩溃，最后导致整个系统的无法运行。为了能够解决传统远程教学系统 的不足，本系统采用基于j x t a 平台的p 2 p 技术进行远程教学系统的研究与设计。 所设计的系统为基于j x t a 的远程教学系统( j x t ab a s e dd i s t a n c et e a c h i n g s y s t e m ) ，以下简称j b d t s 。 1 1 1 现代远程教育的相关理论 ( 1 ) 现代远程教育的概念 现代远程教育是以计算机、多媒体、现代通信等信息技术为主要手段，将信息 技术与现代教育思想有机结合的一种新型教育方式。现代远程教育的教学手段比早 期的函授教育、广播电视教育等丰富得多，教学内容覆盖社会生活的方方面面，打 破传统教育体制的时间和空间的限制，打破了以教师传授为主的教育方式，有利于 个性化学习，扩大了受教育对象的范围。现代远程教育是构筑知识经济时代人们终 身学习体系的主要手段，能够有效的扩充和利用各种教育资源，有利于推动教育的 终身化和大众化，在信息时代的学习社会中将起到越来越大的作用。现代远程教育 几乎运用了上世纪8 0 年代以来所有的信息领域的最新技术，传输手段趋向于多元 化，特别是最近几年各种网络技术的飞速发展，为信息特别是多媒体信息的传播提 供了可靠的技术支持，也为远程教育的发展提供了更加丰富的技术手段，极大地推 动了现代远程教育的发展。 ( 2 ) 现代远程教育的特征 开放性。以互联网络和多媒体技术为主要媒介的现代远程教育，突破了学习时 间和空间上的限制，提供的是师生异地同步教学，教学内容、教学方式和教学对象 都是开放的，学习者不受职业、地区等限制，这将有利于解决偏远地区受教育难的 问题，有利于国家整体教育水平的提高，为全体社会成员获得均衡的教育机会，为 “教育公平 成为现实提供了物质支持；现代远程教育不受学习时间的限制，任何 2 基于j x t a 的p 2 p 远程教学系统的研究与实现第一章绪论 人任何时候都可以接收需要的教育信息，获得自己需要的教育内容，实现实时和非 实时的学习。现代远程开放性的特征，还带来了远程教育大众普及性的特点，教育 机构可以根据受教育者的需要和特点开发灵活多样的课程，提供及时优质的培训服 务，为终身学习提供支持，有利于学习型社会的形成，具有传统教育所不可比拟的 优势。 技术先进性。远程教育的实现必须依靠媒体技术为支持，没有现代教育技术或 传播技术，就没有现代远程教育。现代远程教育的技术支撑是以多媒体计算机网络、 卫星电视网络和电信网络为基础的，数字化和网络化是现代远程教育的主要的技术 特征，特别是数字技术的快速传递的速度和优质传输效果，提高了远程教育的质量。 先进的现代教育技术，极大地提高了远程教育的交互功能，能够实现教师与学生、 学生与学生之间的多向互动和及时反馈，具有更强的灵活性。多媒体课件使教学资 源的呈现形式形象生动，有利于学习者的理解和掌握，有利于学习者潜能的发挥， 启发创新意识，提高教学效果。 自主灵活性。现代远程教育能够满足受教育者个性化学习的要求，给受教育者 以更大的自主权。它改变了传统的教学方式，受教育者可以根据自己选择的方式去 学习，使被动的接收变成主动的学习，把传统的“教”为主的教育方式，改变为“学” 为主，体现了自主学习的特点；它可以针对不同的学习对象，按最有效的个性化原 则来组织学习，根据教育对象的不同的需要和特点，及时调整教学内容，做到因材 施教。 资源共享性。现代远程教育利用各种网络给学习者提供了丰富的信息，实现了 各种教育资源的优化和共享，打破了资源的地域和属性特征，可以集成利用人才、 技术、课程、设备等优势资源，以满足学习者自主选择信息的需要，使更多的人同 时获得更高水平的教育，提高了教育资源使用效率，降低了教学成本；现代远程教 育的学习方式打破了时空限制，学习不必为学生安排集中授课，更不必为学生解决 食宿交通等问题，方便了学生学习，节约了教育成本。 ( 3 ) 现代远程教育的发展 远程教育发源于1 9 世纪中叶的英国，其早期形式是函授教育，随着社会的发 展和科技的不断进步，远程教育的方式也发生了很大的变化。根据远程教育所依赖 第一章绪论基于j x t a 的p 2 p 远程教学系统的研究与实现 的传播方式及采用的技术手段等不同，一般将远程教育划分为三代。 第一代远程教育：函授教育。它是以印刷教材为主要学习资源、以邮政传递收 写作业和批改评价( 函授辅导) 为主要通信手段( 主要技术特征) 的函授教育。主 要代表是独立设置的函授学校和传统大学开展的函授教育、校外教育。 第二代远程教育：大众媒体教育。它是一个广义的概念，是指在邮政通信和印 刷技术基础上，利用广播电视( 卫星和微波) 、录音录像、电话电传等多种大众传 播媒体开展的远程教育，其主要形式是广播电视教育。 第三代远程教育：现代远程教育。它是建立在应用双向交互现代信息通信技术 基础上的现代远程教育，其技术基础主要是计算机技术、多媒体技术和现代通信技 术，核心是网络技术。第三代远程教育不仅利用计算机、通信和数字卫星三大网络 和基于计算机的多媒体技术，还包括录音、录像和印刷材料等第二代乃至第一代远 程教育的技术媒体，从教育技术发展的趋势来看更讲究媒体的配合和总体设计。其 主要技术特征是双向交互，即通过数字、多媒体等信息技术实现人机、人际的相互 交流和交互作用，可以加强教师和学习者之间的双向交流，极大地促进学习者之间 的个性化学习和协作学习。 1 1 2p 2 p 技术的发展 随着互联网技术的发展，一种新的网络技术逐渐引起人们的注意。这就是p 2 p 技术( p e e rt op e e r ) 。所有接入p 2 p 网络的设备都作为一个对等点而组成一个对等 网，各对等点既可作为信息的提供者( 服务方) ，也可作为信息的消费者( 客户方) 。 各对等点之间可任意通讯而不需通过服务器的中转，系统提供的服务分布在各个对 等点上，提高了资源的利用率【3 】【4 l 【5 1 。 在p 2 p 技术发展的早期，由于绝大部分的p 2 p 系统本质上是专用的而不是相互 兼容的，这就导致了一些p 2 p 应用程序不支持另一些p 2 p 应用程序提供的服务。为 此，s u n 公司主持开发了一组开放的p 2 p 协议，以提高p 2 p 环境中对等点之间的互 操作性，这就是j x t a 协议。开发者可采用任何语言来开发j x t a 应用程序，并且 实现与其他j x t a 应用程序的互操作，而不管使用何种编程语言，也不管底层使用 的操作系统是什么1 3 】【5 1 。 4 基于j x t a 的p 2 p 远程教学系统的研究与实现 1 2 国内外远程教育现状的调查 第一章绪论 1 2 1 国外远程教育现状的调查 据世界经济合作与发展组织o e c d 的研究表明，从1 9 9 5 年到2 0 0 4 年，全世界 的远程教育市场规模正以每年4 5 的速度扩张着。2 0 0 0 年以来，全世界有7 0 0 0 万 人通过远程教育方式进行学习1 6 j 。 美国在教育信息化方面一直走在世界前列，目前是远程教育规模最大的国家。 4 4 的高等学校向全社会提供各种远程教育，接受远程高等教育的学生约占全日制 在校学生的3 2 i 7 1 。 英国的开放大学是一种面向全社会、全世界的全方位开放的大学。实行免试入 学，实行学历教育和终身教育相结合的办学机制，采用学分制。开放大学的教学以 网络为基础，采用多媒体教学环境，应用c a i 课件。为了保证教育质量和教学效果， 开放大学还提供了一系列辅助体系，比如学科和课程结构体系，多媒体教材体系、 质量保证体系和学生自主体系等【6 】。 在日本远程教育大多用在校内研究生和学校之间的课程交流上，主要利用 i s d n 和a t m 网络进行远程的双向的电视教学，同时注重多媒体教材的建设并积极 开展网上教学实验。 1 2 2 国内远程教育现状的调查 我国现代远程教育在短短的几年中取得了飞速发展，有效地推动了我国高等教 育包括课程内容、体系和教学方法等方面的改革，促进了学习者自主学习能力的提 高。同时，我国现代远程教育也在发展过程中不断壮大。 清华大学作为第一批现代远程教育四所试点院校之一，于1 9 9 7 年率先在全国 范围内开展远程教育。清华大学远程教育系统采用“卫星数字视频广播和计算机互 联网络相结合的技术环境，以卫星通信方式覆盖全国并通过计算机互连网实现异 地师生间的非实时交互，同时将基于v s a t 视频会议系统、基于i s d n 的视讯会议 以及基于i n t e r n e t 的网络会议有效结合起来，实现多方参与，多种模式交互讨论【l 】o 北京大学远程教育总体是采用卫星通信与i n t e m e t 相结合的方案，包括基于卫 星通信i p 广播、基于网络的视频点播系统和基于i n t e m e t 的交互系统，适当使用视 5 第一章绪论 基于j x t a 的p 2 p 远程教学系统的研究与实现 频会议系统，同时支持卫星数字广播。卫星数字广播或i p 广播用于传送教师授课 课件，与视频点播一起用于课堂教学；i n t e m e t 主要传送课余课件、答疑、作业等信 息，用于课后学习和教学管理；视频会议系统实现实时交互，主要用于答疑、讲座 和会议。 1 3 远程教学模式介绍 ( 1 ) 以个体为主的远程教学模式 网络上适用的并且以个体为主的教学模式可以归纳为五大类：自学辅导型，以 学生自学为主的方式来培养学生的自学能力和学习习惯；掌握学习型，这种教学模 式要求教师首先要向学生展示教学目标，说明学什么，怎么学，达到什么程度，为 学生的学习定向，有助于学生学习动机和学习信心的形成；案例学习型，从案例的 应用和研习中获得解决问题的具体方案；问题教学型，让每个学生自己对学习内容 提出问题并解决问题，培养学生在思考的过程中掌握方法和知识，能激发学生的学 习动力，培养学习责任；探索学习型，教师将教学内容及材料存放在w e b 服务器 上，并提供给学生类似真实的项目或实际问题，让学生通过信息收集、综合分析、 抽象提炼、反思等环节来进行自主学习学科相关内容。 ( 2 ) 以小组为主的远程教学模式 以小组为主的远程教学模式可以分为讨论学习型和协作学习型两种模式。讨论 学习模式一般是由学科教师监控，教师为课程选定不同的教学主题，学生选择自己 感兴趣的特定主题发言，并能针对别人的意见进行评论，每个人的发言或评论都能 被所有参与讨论的同学看到。教师在讨论过程中进行组织引导、并监督学生的讨论 和发言符合教学目标的要求，防止讨论跑题。讨论问题一般由教师提出，也可以由 学生提出。讨论方式不仅可以是在线实时讨论，也可以是异步非实时讨论。教师可 以积极组织和参加学生讨论，并鼓励学生组成讨论小组，组长担任论坛的版主。对 讨论文章进行分析、总结和归纳。若网上讨论中提出的问题具有普遍性，教师还可 以适时在课堂教学中进行指导，帮助学生学习。 协作学习是一种通过小组或团队的形式组织学生进行学习的一种策略。小组成 员的协同工作是实现班级学习目标的有机组成部分。小组协作活动中的个体( 学生) 6 茎主坚坠塑! ! 兰垩堡塾堂墨竺箜婴壅量塞翌兰二雯笙笙 可以将其在学习过程中探索、发现的信息和学习材料与小组中的其它成员共享，甚 至可以同其它组或全班同学共享。在此过程中，学生之间为了达到小组学习目标， 个体之间可以采用对话、商讨、争论等形式对问题进行充分论证，以期获得达到学 习目标的最佳途径。学生学习中的协作活动有利于发展学生个体的思维能力、增强 学生个体之间的沟通能力以及对学生个体之间差异的包容能力。此外，协作学习对 提高学生的学习业绩、形成学生的批判性思维与创新性思维、对待学习内容与学校 的乐观态度、小组个体之间及其与社会成员的交流沟通能力、自尊心与个体间相互 尊重关系的处理等都有明显的积极作用。 ( 3 ) 以集体为主的远程教学模式 以集体为主的远程教学模式主要是讲授型模式，它来自于传统的课堂教学模 式，因其可用于一定规模的学生在短时间内接受系统知识、技能的培训，被认为是 最经济的教学模式之一。在网络环境中，不仅可以利用网络所提供的功能进行“双 主 ( 教师的主导作用和学生的主体作用) 教学，而且其不受传统课堂的人数、时 间和地点的限制，更大规模地突破客观因素的限制。 1 4 当前远程教学系统的实现技术 传统的教学网站结构如图1 1 所示，这种系统结构采用的网络计算模式是c s ， 它采用集中计算方式：信息和数据都保存在服务器端，只有服务器端具有控制能力， 客户端基本上是一个高性能的i o 设备。服务器及网络的带宽决定了网络的性能。 服务器端的扩展成本过高，服务状态受限于服务器的性能和运行状态，一旦服务器 运行或者网络出现问题，系统全部崩溃，系统的可靠性和安全性不高，而任意时刻 它所能支持的客户端访问数量则既受到自身处理能力的限制也受到服务器所在网 络吞吐能力的限制。 7 第一章绪论 基于j x t a 的p 2 p 远程教学系统的研究与实现 学生 图1 1 传统的教学网站结构图 1 5 采用p 2 p 模式的优势 p 2 p 之所以称为对等网络，是指分布式系统中的各个节点是逻辑对等的，各节 点具有相同的权限与能力，节点间协同完成计算任务。与目前互联网上比较流行的 c s 计算模型不同，c s 中每个客户端直接连接到存储大量数据的服务器，p 2 p 计算 模型中不再区别服务器以及客户端，或者说各节点同时是服务器又是客户端，系统 中的各个节点之间通过消息传递来直接进行数据通信。图1 2 示意了p 2 p 技术与传 统c s 计算模型的不同。 图1 2p 2 p 技术与传统c s 计算模型的不同 l 、p 2 p 模式具有高度的资源利用率。 c s 模式下，纵然客户端有大量的闲置资源，也无法被利用。在p 2 p 网络上， 闲散资源有机会得到利用，所有节点的资源总和构成了整个网络的资源，整个网络 8 基于j x t a 的p 2 p 远程教学系统的研究与实现第一章绪论 可以被用作具有海量存储能力和巨大计算处理能力的超级计算机。对等机可以从多 个服务器上获取内容，理想情况下可从附近开机运行着的一台服务器上获得。原始 源对等机不必为每一个资源请求服务；事实上，它甚至可以不开机运行。 2 、p 2 p 可以实现网络带宽的最优化使用。 现今w e b 上典型的局部流量集中会导致网络拥塞。随着节点的增加，c s 模 式下，服务器的负载就越来越重，形成了系统的瓶颈，一旦服务器崩溃，整个网络 也随之瘫痪。而在p 2 p 网络中，每个对等体都是一个活动的参与者，每个对等点都 向网络贡献一些资源，如存储空间、c p u 周期等。所以，对等点越多，网络的性能 越好，网络随着规模的增大而愈来愈稳固。 3 、p 2 p 技术在新的搜索机制中体现了更高的层次。 基于内容的寻址方式处于一个更高的语义层次，因为用户在搜索时只需指定具 有实际意义的信息标识而不是物理地址，每个标识对应着包含这类信息的节点的集 合。这将创造一个更加精炼的信息仓库和一个更加统一的资源标识方法。 4 、p 2 p 可以实现更低的内容分发成本，以及实现网络节点的计算能力均衡。 p 2 p 网络能吸纳内容并复制它以使它易于存取，从而实现更低的内容分发成 本。通过异步操作，p 2 p 可以同时发出许多资源或服务请求，然后让网络为用户完 成这些工作，实现了来自网络中各个节点的计算能力的均衡。信息在网络设备间直 接流动，高速及时，降低中转服务成本。 5 、p 2 p 具有很好的可伸缩性。 一个设计良好的p 2 p 应用可以在不影响可伸缩性限制的情况下横越整个已知 的连接着的宇宙，而这在任何集中式模式中是完全不可能的。c s 模式下的互联网 是完全依赖于中心点服务器的，没有服务器，网络就没有任何意义。而p 2 p 网 络中，即使只有一个对等点存在，网络也是活动的，节点所有者可以随意地将自己 的信息发布到网络上【1 0 1 1 1 1 。 1 6 课题介绍 1 6 1 课题目的 本课题研究的j b d t s 系统尝试解决网络环境下新型远程教学模式的应用，是 9 第一章绪论 基于j x t a 的p 2 p 远程教学系统的研究与实现 对远程教学模式理论的完善和发展。通过本系统的应用，可以促使学生以自主探究 性学习为主、主动理解知识脉络和探索理论架构，从而找到获取知识的更为科学、 有效的学习方法，提高学习效率，还可以更好地培养学生的自学能力和独立处理复 杂问题的能力；可以使处于不同地方的人在一个平等的环境下共同探讨问题，共同 “传道、授业、解惑 ，在一定程度上促进教师和学生、学生和学生以及教师和教 师之间的交流，从而使大家对知识的掌握程度达到个更深的层次。 互联网的发展正在逐渐向分布式方向转移。下一代网络将会更加充分的利用网 络的资源，p 2 p 技术作为一项较新的技术，直接对应了上述平等的环境下“多边、 并行、直接”的交互方式，而j x t a 作为s u n 公司p 2 p 应用底层平台的一种解 决方案，正在成为p 2 p 网络的一个开放的标准。本课题将j x t a 技术应用于 j b d t s 系统，可以实现远程教学系统中节点间平等的环境下的“多边、并行、直接” 的交互，同时通过对这一项新技术的学习和应用，也可以更好地把握国内外p 2 p 技 术的发展，加快新技术应用的步伐【3 】【4 】。 1 6 2 课题内容 本课题主要研究基于j x t a 的p 2 p 远程教学系统( j b d t s ) 的设计与实现，系 统采用了分布式网络的设计思想。在底层平台的开发上，采用了s u n 公司推出的 j x t a 技术。这个系统主要包括系统登录模块，课程组管理模块，学习交流模块， 资源共享模块以及在线辅导模块，为教师和学生提供了一个高效的学习交流的环 境，有助于提高整个教学效果。 j b d t s 远程教学系统中的登录模块主要是进行系统登录处理，经过注册登录后 即加入全局的学习组并显示欢迎界面；课程组管理子系统主要完成查找已有课程 组，创建、加入和离开课程组等活动；学习交流模块中主要体现的是即时通信功能， 可以进行两两交流，也可以多人一起参与讨论；资源共享模块主要是将用户觉得有 价值的资料共享给组内的成员，达到信息共享、有效利用资源的目的，用户也可以 对资源进行搜索，下载有用的资料；在线辅导模块主要体现的是基于c s c w ( 计算 机支持的协同工作) 的电子白板功能，教师和学生可以进行虚拟地面对面的互动， 实时交流。整个系统的设计本着界面友好，方便易用的原则，同时考虑了系统的可 扩展性和通用性。 l o 基于j x t a 的p 2 p 远程教学系统的研究与实现 第一章绪论 1 6 3 课题特色 在远程教学这方面，目前的产品大多是基于集中式( c s ) 模式的，在充分调 查研究的基础上，笔者着手基于j x t a 的p 2 p 远程教学系统的设计与开发，力求在 创新性、易用性上具有突出的特点，强调系统的适用性、先进性和可扩展性。 笔者完成的j b d t s 原型系统具有以下功能特点： 可缩放性好 j b d t s 系统中，对等点的增加与减少不会影响网络的性能。随着系统用户的增 加，系统的性能也会不断增长。 稳定性高 j b d t s 系统的稳定性要大大高于集中式的网络系统，某个对等点或一部分对等 点发生故障都对系统的整体运行影响不大。 健壮性好 信息的非集中式管理，使得其很难受到拒绝服务的攻击。每个对等体都是可互 换的，如果某个对等体被攻击，用户可以访问其他对等体。 令安全性高 每个对等体都只需要维护自己的私人信息，不需要维护集中式的用户数据库， 事务又是在对等体之间直接完成，所以这些信息不会被其他对等体访问。 1 7 本论文所做的工作 本论文具体研究和实现的工作主要包括以下几个方面： 简单阐述了现代远程教育的相关理论和国内外远程教育现状，分析了目前 的远程教育教学系统的运行模式、系统特点与开发技术，把传统的c s 模 式与p 2 p 模式的远程教学系统进行了对比，分析了基于p 2 p 的远程教学系 统的优势； 提出了一个基于j x t a 的远程教学系统j b d t s ，并对其新特点和采用的新 技术进行了研究分析； 围绕基于j x t a 的远程教学系统j b d t s ，对其进行了系统分析，系统总体 设计和功能模块设计； 1 1 第一章绪论基于j x t a 的p 2 p 远程教学系统的研究与实现 讨论了基于j x t a 的p 2 p 远程教学系统j b d t s 较为详细的实现过程： 对j b d t s 原型系统进行了测试与结果分析，验证了前面设计思想，分析得 出了结论： 总结所作的工作，并针对原型系统的不足，对下一步的改进做了展望。 1 8 论文章节安排 第一章绪论。也就是本章，简单介绍了相关理论知识，分析了国内外远程教 育现状，并把c s 模式与p 2 p 模式进行了对比，阐述了p 2 p 的优势及j b d t s 的系 统特色。 第二章p 2 p 网络与j x t a 相关技术。比较分析了p 2 p 网络模型，详细研究了 j x t a 平台的相关知识，主要阐述了j x t a 的设计目标、层次结构和协议体系，同 时研究了j x t a 的相关概念，最后对j x t a 平台的安装和初始化进行了说明。 第三章j b d t s 系统分析与总体设计。对系统的架构及工作模式进行了介绍， 也对该系统功能模块设计进行了较为详细的讲述，对系统用到的重要的类、接口以 及方法也进行了介绍。 第四章j b d t s 系统的设计与实现。叙述了j b d t s 系统较为详细的实现过程， 对系统设计中所涉及的功能模块进行了实现，重点讲解了系统登录，课程组管理， 学习交流，资源共享和在线辅导等模块的实现过程。 第五章j b d t s 原型系统的测试与分析。对j b d t s 系统进行测试，验证了前面 设计思想，并分析得出的结论。 第六章j b d t s 系统关键技术的探讨。结合基于j x t a 的p 2 p 远程教学系统开 发的过程，对系统中一些重要的技术进行了思考和探讨，同时提出今后完善系统所 要做的工作。 第七章结束语。对本论文所做的工作进行了总结，同时阐述了系统开发的意 义，也指出了j b d t s 系统的不足与进一步开发的设想。 1 2 基于j x t a 的p 2 p 远程教学系统的研究与实现第二章p 2 p 网络与j x t a 相关技术 第二章p 2 p 网络与j x t a 相关技术 本章比较分析了p 2 p 网络模型，详细研究了j x t a 平台的相关知识，主要阐述 了j x t a 的设计目标、层次结构和协议体系，同时研究了j x t a 的相关概念，最后对 j x t a 平台的安装和初始化进行了说明。 2 1p 2 p 网络介绍 2 1 1p 2 p 简介 p 2 p ( p e e r t o p e e r ，即对等网络) 是近年来广受i t 业界关注的一个概念。由于广 大的网络终端节点( 普通用户拥有的节点，即通常意义上的终端设备) 的计算和存储 能力以及连接带宽随着摩尔定理不断地增长，使用p 2 p 技术将大大提高这些节点的利 用率，从而进一步提升网络、设备和信息服务的效能。 p 2 p 之所以吸引人主要在于其在以下两个方面的突出表现： 低成本、高可用的超大规模计算和存储资源共享： 强大的网络联通性，更直接、更灵活的信息沟通。 目前p 2 p 在加强网络上人的交流、文件交换、分布式计算、服务共享等方面已经 充分显示出了其强大的技术优势。 2 1 2p 2 p 网络模型 p 2 p 系统最大的特点就是用户之间直接共享资源，其核心技术就是分布式对象 的定位机制，这也是提高网络可扩展性、解决网络带宽被吞噬的关键所在。迄今为 止，p 2 p 网络已经历了集中目录式结构、纯p 2 p 网络模型和混合式网络模型三代， 各种模型各有优缺点，有的还存在着本身难以克服的缺陷，因此在目前p 2 p 技术还 远未成熟的阶段，各种网络结构依然能够共存，甚至呈现相互借鉴的形式蚴。 1 、集中目录式结构 集中目录式p 2 p 结构是最早出现的p 2 p 应用模式，因为仍然具有中心化的特点 也被称为非纯粹的p 2 p 结构。在该模式中，对等体的查询发送到一个单一的索引服 第二章p 2 p 网络与j x t a 相关技术基于j x t a 的p 2 p 远程教学系统的研究与实现 务器。索引服务器根据本地保存的客户资源索引，对查询做出响应。当各个对等体 的资源出现变化时，比如资源的增加，删除等，索引服务器将收到更新消息，并据 此修改本地缓存，但查询不在客户对等体之间传递。 拓扑结构如图2 1 所示。 图2 1 集中目录式结构图 用于共享m p 3 音乐文件的n a p s t e r 是其中最典型的代表，其用户注册与文件检 索过程类似于传统的c s 模式，区别在于所有资料并非存储在服务器上，而是存贮 在各个节点中。查询节点根据网络流量和延迟等信息选择合适的节点建立直接连 接，而不必经过中央服务器进行。这种网络结构非常简单，但是它显示了p 2 p 系统 信息量巨大的优势和吸引力，同时也揭示了p 2 p 系统本质上所不可避免的两个问题： 法律版权和资源浪费的问题。 这种p 2 p 网络模型优点在于： 查询效率高； 客户对等体负载低。 这种p 2 p 网络模型缺点： 对索引服务器的处理能力和网络带宽的要求很高； 索引服务器的单点失败，会导致整个p 2 p 网络的失败。 2 、纯p 2 p 网络模型 在纯p e e r - t o p e e r 模式中，每一个对等体在内容的共享和搜索两方面，都具有 完全相同的作用和责任。所有的对等体既是搜索查询的发出者，同时也是搜索处理 的执行者。自一个对等体发起的查询可以在整个p 2 p 网络中传播，每一个收到查询 1 4 基于j x t a 的p 2 p 远程教学系统的研究与实现第二章p 2 p 网络与j x t a 相关技术 的对等体，在本地找到符合查询要求的结果后，都要向查询发出者返回结果，同时 也要向自己的所有相邻对等体转发查询，查询的传播范围通常以查询消息的存活时 间( t i m et ol i v e ，t t l ) 来控制。 纯p 2 p 网络模型也被称作广播式的p 2 p 模型，它一般只适合于规模较小的应用， 例如基于p 2 p 技术的私人虚拟专用网。其特点是不存在集中式服务器，网状的节点 之间构成一个分散式网络，拓扑结构如图2 2 所示。 一薯一二；零 卧擎拶 。番三；一一步 r 帮 图2 2 纯p 2 p 模型 纯p 2 p 系统，通过基于对等网协议的客户端软件搜索网络中存在的对等节点， 节点之间不必通过服务器，可直接建立连接。 这种p 2 p 网络模型优点