（机械电子工程专业论文）现代远程教育平台在数字化校园中的实现.pdf

摘要 随着信息技术的发展，各高等学校的教育模式和管理模式正在朝信息化方向改革。 以校园网和i n t e r n e t 为平台，逐步进行数字化校园建设成为必然。数字化校园的建设是 一项高度复杂的系统工程，它在应用层包含了大量涉及到不同平台和实现技术的应用子 系统，而且丌发时间跨度大，因此，就必须通过对学校的教学、科研、管理和生活服务 等各种信息资源进行合理地整合集成，形成一个统一的数字空问，实现现实校园在时间 和空间上的延伸，达到统一的用户管理、资源管理和权限控制的目的。 本文论述了数字化校园中基于j 2 e e ( j a v a2 n de n t e r p r i s ee d i t i o n ，j a v a2 企业 版) 四层体系结构的现代远程教学应用系统的构建，以远程教学支撑平台和远程教学管 理辅助平台的丌发为例详细探讨了设计中的w e b 服务技术和内容管理中间件技术。现代 远程教育应用体系面向实际软件技术培训环境，它遵循远程教育平台和教学资源的标准 化。 针对远程教学系统设计原则，设计了课件点播功能模块。利用基于流媒体对等网络 技术( p 2 p ) 和基于w e b 的视频点播技术，实现了实时非实时、同步非同步的多种远 程教学模式。本文重点探讨了内容管理中间件在远程教学支撑平台中的应用，利用内容 管理中间件构建j 2 e e 的企业级分布式应用系统，同时完成了支撑平台的数据库结构设 计。然后实现了远程教育平台在数字化校园网络中的集成。 最后，将一个可优化的、可扩展的、高性能的现代远程教学系统集成到了数字化校 园网络综合信息平台中，并进行了系统的部署和测试，对影响系统性能的主要因素及性 能优化策略也作了深入地探讨。 关键词：数字化校园远程教学j 2 e e 对等网络技术( p 2 p ) a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , t oc o n s t r u c td i g i t a l i z e dc a m p u ss t e pb y s t e pb a s e do nt h ec a m p u sn e t w o r ka n dt h ei n t e r n e th a sb e c o m eat r e n do ft h ec o l l e g e s i n f o r m a t i z a t i o n t h ed i g i t a lu n i v e r s i t yc o n s t r u c t i o n sa r ea c o m p l i c a t e ds y s t e m a t i ce n g i n e e r i n g i ti n c l u d e sal a r g en u m b e ro fs u b - s y s t e m s ，i n v o l v i n gt h ed i f f e r e n tp l a t f o r m sa n dt h e r e a l i z a t i o nt e c h n o l o g i e sw i t hal o n gt i m ef o rt h ed e v e l o p m e n t t h e r e f o r e ，b yi n t e g r a t i n g t e a c h i n g ，s c i e n t i f i cr e s e a r c h ，m a n a g e m e n ta n do t h e rs e r v i c er e s o u r c e s ，d i g i t a lu n i v e r s i t y e s t a b l i s h e sa nu n i f o r md i g i t a ls p a c ea n de x t e n d st h eu n i v e r s i t ya n dh i g h l yi m p r o v e st h e d i d a c t i c a lq u a l i t y , s c i e n t i f i cr e s e a r c hl e v e la n dm a n a g e m e n tl e v e l ，a n df o r m sa ne n v i r o n m e n t f o rc u l t i v a t i n gh i g hc a p a b i l i t ys t u d e n t s i n t h i sa r t i c l e ，a ni n f r a s t r u c t u r eb a s e do nj a v a2 n de n t e r p r i s ee d i t i o n ( j 2 e e ) f o u r - t i e r a r c h i t e c t u r ef o rm o d e r nd i s t a n c ee d u c a t i o na p p l i c a t i o na r c h i t e c t u r ei sm a i n l yd i s c u s s e d t h e r e a l i z a t i o no ft h i ss y s t e mi sa l s od e s c r i b e dw i t hd e v e l o p i n gs u p p o r t i n gp l a t f o r mf o rd i s t a n c e l e a r n i n ga n da s s i s t a n tm a n a g e m e n tp l a t f o r mf o rt e a c h i n ga n de d u c a t i o n a la d m i n i s t r a t i o n i n d e t a i l ，t h ep a p e ra l s oi n t r o d u c e st h eu t i l i t yo fw e bs e r v i c ea n dm i d d l e w a r ei nt h ep r o c e s so f d e v e l o p i n g t h ee n v i r o n m e n tf o rt r a i n i n gs o f t w a r et e c h n o l o g yi sp r o v i d e di no u rf r a m e w o r k w h i c hf o l l o w st h o s et e c h n o l o g ys t a n d a r d sf o rd i s t a n c el e a r n i n g t h ep a p e r sg i v ea ni m p l e m e n to fm a i nf u n c t i o n a lm o d u l e so nt h eb a s i so fd i s t a n c e e d u c a t i o np r i n c i p l e s t h ec o u r s e w a r e o n d e m a n dm o d u l ei sd e s i g n e di ne - e l e a r n i n gp l a t f o r m u s i n gp 2 ps t r e a m i n gs y s t e mt e c h n o l o g yb a s e do ni n t e r n e tp r o t o c o l ( i p ) a n dv i d e oc a s t i n g t e c h n o l o g y b a s e d o nw e b ，t h em u l t i t e a c h i n g m o d e si s i m p l e m e n t e db y r e a l - t i m e u n r e a l t i m e ，s y n c h r o n i z a t i o n a s y n c h r o n i z a t i o n t h i sc o u r s e w a r es y s t e mi se a s yt o b eu p d a t e d ，m a i n t a i n e d ，e x t e n d d e dw i t hl o we x p e n s e s f i n a l l y , t h eo p t i m i z e d ，s c a l a b l ea n dh i g hp e r f o r m a n c ed i s t r i b u t e de n t e r p r i s ea p p l i c a t i o n a r c h i t e c t u r ei si n t e g r a t e di n t od i g i t a lc a m p u sp l a t f o r m ，a n dt h ea p p l i c a t i o ni sd e p l o y e da n d t e s t e di nt h el a s ts e c o n ds e c t i o no ft h i sp a p e r m a i nf a c t o r sa n dt a c t i c sh o wt oo p t i m i z es y s t e m p e r f o r m a n c e si sa l s od e e p l yt a l k e da b o u t k e yw o r d s ：d i g i t a lc a m p u s ，e e l e a r n i n ge d u c a t i o n ，j 2 e e ，p e e rt op e e r 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取 得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 叁盗墨墨太鲎：或 其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：签字日期：2 0 0 8 年1 月1 3 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 叁盗墨墨盘至有关保留、使用学位论文 的规定。特授权墨盗墨墨盘鲎 可以将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编， 以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复本和电子 文件。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：胁嚏 导师签名： 老犏 签字日期：2 0 0 8 年1 月1 3 日签字日期：2 0 0 8 年1 月1 3 日 第一章绪论 1 1 数字化校园的发展现状 第一章绪论 1 9 9 8 年1 月3 1 日美国前副总统戈尔在美国d n n 福尼亚科学中心发表题为数字地球 一一2 l 世纪认识地球的方式的报告( t h ed i g i t a le a r t h ：u n d e r s t a n d i n go u rp l a n e t i nt h e2 l s tc e n t u r y ) 。在这个报告中，他最先提出了数字地球的概念。“数字化校园” 是以数字化信息为基础，以计算机技术和网络系统为依托，支持学校教学和管理信息 流，实现教育、教学、科研、管理、技术服务等校园信息的收集、处理、整合、存储、 传输、应用，使教学资源得到充分优化利用的一种虚拟教育环境。其核心是指用全数字 化的信息获取、存储、传输及处理技术，去控制和操纵整个学校的事务，包括教学、科 研、管理及技术服务。其基本框架应该包括校园网络建设、数字图书馆建设、m i s 系统( 管 理信息系统) 建设和远程教育等4 个方面。对其内涵可作如下具体解释：计算机的广泛应 用及良好的网络设施是建设数字化校园的前提基础；数字化包括信息资源的数字化、信 息管理方式的数字化和沟通传播方式的数字化等环节；数字化将渗透在学校教学、科研、 管理、公共服务以及学校社区服务等各个领域中，整个工作围绕着新型人才培养模式和 培养环境的探索而展开。其深层意义在于构建适应信息社会要求的新的高等教育教学模 式。 数字化校园是以网络为基础瞳1 ，利用先进的信息化手段和工具，实现从环境( 包括设 备、教师等) 、资源( 如图书、讲义、课件等) ，到活动( 包括教、学、管理、服务、办公 等) 的全部数字化，在传统校园的基础上构建一个数字化空间，以拓展校园的时间空间 维度，提升传统校园的效率，扩展传统校园的功能，最终实现教育过程的全面信息化， 从而达到提高教学、科研和管理水平的目的。 随着信息技术的发展，一些传统的观念、方法、行为等正在逐步被更新。电子经济、 网络经济、知识经济、网络时代、网络文化、电子公务、电子商务、数字化等已成为社 会使用频率较高的术语。作为产生、传播科学文化知识殿堂的学校同样在面临信息技术 的冲击和挑战。各级教育行政部门和学校都审时度势地在制定策略并采取措施，迎接信 息化的挑战，应用信息技术来促进教育的发展。随着i n t e r n e t i n t r a n e t 技术的完善与 普及，数字化校园建设f 在国内外高校中开展。建设数字化校园，不仅能代表一个高校 的整体形象和教学科研实力，而且能为教学和教育管理提供一个崭新的平台。 国际上数字化校园建设总的趋势是向虚拟现实的方向发展，网络技术、多媒体技术 和虚拟实现技术相结合，不仅可以实现虚拟课堂、虚拟实验室，同时可以为网上科研、 网上办公、网上管理等提供强有力的环境支持。建立网上虚拟大学，将实现实时、非实 时交互远程教学，发展虚拟实验室、虚拟图书馆、网上办公自动化系统、网上信息管理 系统等，最终实现教学、科研、管理等资源的共享。 第一章绪论 目前，发达国家的大部分高等学校已经拥有完善发达的网络基础设施和管理系统， 学校中的所有老师、学生都拥有一个帐号和密码，以此可以享有学校提供的各项资源， 访问i n t e r n e t 上的所有信息。学校的教学、研究和管理工作都依赖校园网。比如，教师 的讲义和研究成果放在网站上，主要利用电子邮件与国外科研合作伙伴保持密切的联系： 学生提交电子作业、申请各种奖学金等等也都是通过网络进行的。现在国外高校正在研 究虚拟校园，以期待进一步发挥网络的优势，拓展学校的发展空间。 我国高等学校大规模的信息化建设大多始于9 0 年代，比西方发达国家起步晚了 1 0 - 2 0 年。在沿海地区和较发达的城市，高校信息化的建设近年来有了迅猛的发展，信 息技术已广泛地应用于高校的教学、科研以及管理等各个领域，取得很好的效果。我国 高校的信息化建设在“十五期间”得到了飞速发展。 虽然我国高校信息化建设近年来取得了巨大的成就，绝大部分高校建成了自己的校 园网，高校信息化体系初具规模，信息化的内容建设逐渐丰富。但是，经过十多年的基 础设施建设后，下一步的投入方向、整体目标不明，暴露出不少隐患，阻碍了高校信息 化向深层次发展。 从国内外高校信息化建设的历程来看，高校信息化建设总体上可以分成三个阶段， 分别为校园网硬件平台建设阶段、综合信息系统建设阶段和数字化校园建设阶段。目前 我国各高校普遍基本完成了校园网建设和综合信息系统建设阶段，已经建立起来的校园 网大多采用千兆以太网，硬件平台比较齐备。大多数高校已经引进或开发了一批应用管 理系统，如办公自动化系统、教务管理系统、人事管理系统等，这些系统大大提高了学 校的管理水平。同时部分高校也开始探索和实施信息化建设的第三阶段即数字化校园 的建设。 数字化校园是一种层次结构，在其网络基础层及网络基础服务层，目前发展比较成 熟，相应的硬件和软件都有现成的产品可供购买和选择，相对来说，应用业务支撑层是 其中最为复杂、技术难点最大的一层，它完全属于软件范畴的，和软件技术的发展紧密 相关。分析数字化校园建设的现状，结合前述数字化校园的自身的特点，在业务应用层， 我们主要可以发现存在以下问题，这些也是整个数字化校园建设的关键和难点所在。 在数字化校园中，各个应用系统的开发平台往往各不相同，这种不相同主要是指应 用系统所使用的操作系统和编程语言不同。这就造成信息系统之间互不兼容，连通困难 很大，各个信息系统成为了所谓的“信息孤岛”，不能共享数据和流程，也就是说，在 数据层和代码层都可能造成重复，从而造成软件资源的巨大浪费。而到最后将会形成应 用系统开发的越多，信息孤岛现象越严重，应用系统集成的代价越高的恶性循环现象。 另外，由于整个数字化校园的建设周期往往比较长，各应用系统也不可能完全进行集中 丌发，这样造成各个应用系统之问的衔接更为困难。 在数字化校园的建设中，如何设施统一的规划，采用什么样的总体架构，是个非常 关键的问题。各大学在信息化建设的初期，大都经历过各部门各单位各自为政的时期， 由于缺乏统一的规范，其带来的后果是数据和代码的冗余、重复和混乱。在后期，数字 化校园的建设一般采用类似银行的大集中、大统方式，应用系统都建立在同一数据层 之一k ，这消除了数据层的冗余和混乱，使得应川系统的开发变得规范且有效率。 第一章绪论 大集中将带来高成本。这种高成本不仅体现在巨大的经费使用上，还包括相当大的 人力成本。为了建立大集中的数据仓库、提供相应的运行支持，需要购买大型机器、大 容量存储设备及更高级别的软件技术，而为了支持这些设备和技术，又需要投入更多更 高级别技术人才，这带来了高额的人力物力成本。例如中山大学的数字化校园建设费用 预算高达9 0 0 0 万元，这还不算维持系统运行的后期费用和人员费用。这对大量资金缺乏， 技术力量相对不足的中小型大专院校来讲，是难以负担的。 校园数字化水平是建设现代化大学的主要标志之一。要将我校建设成为“多科性、 研究型、国际化的高水平大学”，建设一个网络基础良好，集学生、教学、科研、管理、 服务等应用功能于一体的数字化校园，是天津理工大学发展的必经之路和必然选择。 1 2 远程教育的现状及发展趋势 校园网如果不应用于高校的教育教学过程中，就无法发挥起重要价值，校园网的建 设应该成为教学的基本设施和重要工具。借助网络的信息快速传递和资源充分共享的优 势和特点，利用网络辅助教学和远程教育系统提高高校的教育教学质量，扩展物理校园 的时空，建立“虚拟大学，发挥高校的社会服务作用。 目前国内外开展远程教学无外乎以下3 种途径：基于卫星数字广播电视的方式， 这种方式具有技术成熟、覆盖面广等特点，但存在单向、时空限制、不适合自主学习等 不足。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，它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。 基于i p 网，这是目前研究的热点和重点。因为i n t e r n 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，并有效实现同步实时授课、异步按需点播、 辅教工具、教学资源管理等应用的集成，形成一个完整的远程教学系统。目前存在的问 题是，地面i p 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。基于目前国 际最先进的i p d v b ( 基于i p 的数字广播技术) 技术，通过卫星的多媒体数字广播技术 加上与地面互联网的有效结合，形成有效的网络关系，因此该技术最适合用来做需要高 质量的视讯传输f 引。它具有如下特点【4 j ： ( 1 ) 卫星数字化，采用卫星数字技术具有更大的灵活性和有效性，特别是数字视 频和音频压缩编码技术的不断改进，大大减少了对频谱资源的需求。 ( 2 ) 网络化，卫星i p d v b 的网络技术应用在卫星传播以后，将卫星网络和因特网 联为一体。利用卫星网络来进行远程教育可以达到费用低廉、效果更好的目的。 ( 3 ) 流媒体，基于网络视频流的多媒体技术，比传统的多媒体教学在视频、音频、 图像和文字等方面制作更简单、效果更好，可以让学生如同在教室上课一样，甚至获得 比在教室更好的效果。 ( 4 ) 交互式，卫星i p d v b 采用视频广播和互联网交互方式。这种交互可以是实时 的，也可是非实时的。它具有完善的安全防卫系统和数据f 擘输的保密性。 第一章绪论 ( 5 ) 覆盖面大，我们的每颗卫星覆盖三分之一地球，投资少、见效快。 因此我们采用卫星网络与i n t e r n e t 网络相结合的解决方案，即天网与地网来进行远 程教学。异埠间采用天网+ 地网互补传输，同城内采用虚拟专用网( v p n ) 传输，教学 点采用高速局域网来提供信息传输的整体网络架构及通信解决方案。 除了通过卫星系统进行远程教学外，亦可租用城际网专用线路( 如光纤通路) 或直 接通过低速网络连接( 如i n t e r n e t ) 异地问传输数据，实现与卫星系统传输方式的互补。 由于系统网络中心设在学校本部，所以可在本部和其它远程教育分部建立一个可管理、 易维护、使用简单的远程教学服务网络。通过在学校本部建设网络运行中心( n o c ) 、 网络信息中心( n i c ) ，并将学校网络中心、校园网、各分部网络中心，通过i n t e r n e t 的 连接建立虚拟专网v p n 。通过双向卫星系统、城际专用线路、低速互联网通路、校园高 速网络、城域网等传输介质，辅以网络硬件平台，实现以“天网+ 地网”为核心的稳定 高速的数据交换体系。 现代远程教育的口号是 , a n y o n ea n y t i m ea n y w h e r ea n y t h i n r 任何人、任何时间、 任何地点、任何知识”，其显著特征就是施教方式多种多样，学习手段因地因时而异。 远程教育同时也必须满足受教育者的各种学习目的，如学历教育、在职培训、认证考试、 终身教育等等【5 1 。因此通过现代远程教育应用体系工程建设可以实现多种教育模式。 按照施教环境不同，可提供集中教学和分散教学两种不同手段。在基于高速网络( 城 际光纤网络或卫星线路) 接入和数据传输模式的前提下，可将学员召集到各地网络教育 分站，利用配备宽带接入的多媒体教室实施集中教学，课程模式可为实时授课，由授课 教师在主演播室内统一授课，同时辅以远程教育平台进行课后课间的教学辅导。在不具 备上述条件的地区，学员可分散自主学习，即通过低速接入方式( 拨号、i s d n ) 访问 远程教育平台及其附属网站，利用流媒体格式的视频课件和教师提供的教案，并通过网 上答疑、答疑题库进行自主的学习。 按照施教时段不同，可提供实时和非实时的教学方式。演播室模式教学、网上实时 答疑都属于前者；视频点播、网上课件、网上b b s 、答疑题库都属于非实时的教学模式。 另外平台也提供多种方式的网络接入方式，如d d n 、f r 、a d s l 、p s t n 、i s d n 、h f c 、 移动电话用户等等。 将最新的科技成果纳入到远程教育平台的应用中，是远程教育平台长期的发展任 务。从远程教育技术发展趋势来看，未来信息服务平台的发展应更注重各种媒体之间的 配合。通过新技术的应用，可以更加突出体现信息平台在实现人机和人际之间相互交流 和交互中的技术特征和优势。随着计算机、网络、多媒体技术的迅速发展，实现信息平 台功能的手段也越来越丰富、越来越人性化，对新技术应用也将越来越合理、高效，如 基于w e b 的两层结构向基于中间件的多层体结构发展；中间件技术的广泛应用；分布 式计算模型的建立；流媒体技术与w e b 集成；移动a g e n t 的应用、网络视频课堂等。通 过这些新技术，人们在现代远程教育信息服务平台进行教学活动时，将更加自主、方便、 迅速、直观，充分体现现代远程教育的a n y w h e r e 、a n y t i m e 、a n y h o w 的特点。 第一章绪论 1 3 流媒体及p 2 p 技术的发展和应用 以文字为主体的第一代互联网时代已经渐渐远去，以视频为主体的富媒体互联网时 代正在向我们走来哺1 。美国在第一代互联网时代的领袖作用使得美国主导整个互联网的 架构，微软，c i s c o 、o r a c l e 、s u n 、g o o g l e 、s k y p e 等公司，从路由器、软件到内容和 网上应用。互联网已经大大地改变了人们的通讯方式，就象电视改变了电台、v c r 改变 了电视用户的观看行为，d v r 永远改变了有线电视的模式，下面我们在期待在线视频流 媒体带给我们的改变! 所 胃流媒体是指用户通过网络或者特定数字信号道边下载边播放多媒体数据的一 种工作方式。流媒体应用的一个最大的好处是用户不需要花费很长时间将多媒体数据全 部下载到本地后才能播放。而仅需将起始几秒的数据先下载到本地的缓冲区中就可以开 始播放，后面收到的数据会源源不断输入到该缓冲区，从而维持播放的连续性，因此流 媒体播放器通常只是在开始时有一些时延。流媒体系统要比下载播放系统复杂的多，所 以需要将多媒体的编解码和传输技术很好地结合在一起，才能确保用户在复杂的网络环 境下也能得到较稳定的播放质量。 早期的流媒体系统常用在互联网上传输一些低质量的多媒体信息，但是随着网络技 术的发展，一些高质量的流媒体应用已经丌始出现，如i p t v 将向用户传输标清甚至高 清的电视节目。另外，随着无线网络和各种各样手持设备的出现，无线流媒体的应用也 变得越来越重要。并且由于很多现代家庭中既有高端的p c 和电视，又有多种功能的手 机，p d a ，便携式媒体播放器，流媒体也将在家庭娱乐和数据共享上一显身手，针对这 些应用的需求，流媒体技术本身也在迅速地变革和发展，例如利用一些高效的编码技术 和传输技术提高流媒体系统性能；发展新的标准扩展流媒体技术到各种不同的网络和设 备；在流媒体系统中增加更多的新功能来满足应用的需要。 p 2 p 就是“p e e r t 旷p e e r p e e r 意为“( 地位、能力等) 同等者 、“同事 和“伙 伴”等，因此p 2 p 可以理解为“伙伴对伙伴”或称为点对点式对等网络。p 2 p 提出了一 个全新网络传输理念：整个网络中不存在中心服务器。每一个p e e r 的权利和义务都是对 等的；打破以往通过服务器浏览或下载的c s ( 客户机服务器) 模式。允许用户与用户 之间通过建立链接的方式进行直接的文件共享与交换。而不必像以往那样必须连接到服 务器去浏览与下载文件。在这种模式下。所有网络节点上的设备都可以建立p 2 p 对话。 信息的需求者同时也是该信息的提供者。同一信息的访问者越多，速度就越快，信息传 输的速度和效率得到了极大的提高。这种直接交互的方式一方面使得网络信息沟通变得 更容易、更直接、更高效，另一方面，网络非中心化成为现实，网站不再是网络的主导， 每个用户节点都处于平等地位，都能够真f 参与到网络中来。为网络的资源和功能扩展 作出自己的贡献。 p 2 p 技术实现以网络为中心。p 2 p 技术使得传统网络结构从以服务器为中心转变为以 网络为中心计算资源、存储资源和其它服务能力都分散在网络结点之上资源共享和 服务提供都直接在各结点之间进行，而彳i 需要中间环节或者服务器的参与从而有效避 免了可能出现的性能瓶颈。 第一章绪论 p 2 p 技术具有良好的扩展性。在p 2 p 系统，新用户的加入不仅仅带来了新需求，同时 也带来了新的处理和存储等新资源从而实现了系统整体资源和服务能力的同步扩充， 从理论上讲p 2 p 系统拥有着几乎是无限的扩展能力。 p 2 p 系统具有高健壮性。因为服务分散在网络各个结点所以部分结点或部分网络 遭到破坏都不会对整体系统带来较大影响。p 2 p 网络能在部分结点失效时能够自动调整 整体拓扑，保持其它结点连通性。p 2 p 网络一般以白组织方式建立起来的，允许结点自 由地加入和离开。同时，p 2 p 网络能够根据结点数、网络带宽、负载等变化不断进行白 适应调整。 p 2 p 系统具有高性价比。优良的处理性能是p 2 p 技术被广泛应用的重要原因。随着信 息技术发展个人计算机处理能力、存储能力以及接入带宽等都有了大幅提升。p 2 p 技 术能够有效地利用分散在互联网中的大量结点，从而以更低成本实现了计算资源、存储 资源共享。 p 2 p 技术也可以应用到流媒体，每个流媒体用户也是一个p 2 p 中的一个节点，在目 前的流媒体系统中用户之间是没有任何联系的，但是采用p 2 p 技术后，用户可以根据他 们的网络状态和设备能力与一个或几个用户建立连接来分享数据，这种连接能减少服务 器的负担和提高每个用户的视频质量。p 2 p 技术在流媒体应用中特别适用于一些热门事 件，即使是大量的用户同时访问流媒体服务器，也不会造成服务器因负载过重而瘫痪。 此外，对于多人的多媒体实时通信，p 2 p 技术也会对网络状况和音视频质量带来很大改 进。 p 2 p 技术如果与可伸缩性视频编码技术结合将能极大地提高每个用户所接收的视频 质量。由于可伸缩性码流的可加性，媒体数据不用全部传输给每个用户，而是把它们分 散传输给每个用户，在通过用户间的连接，每个用户就可以得到和在一起的媒体数据。 即使每个用户与服务器的连接带宽是有限的，应用p 2 p 技术，每个用户依然可以通过流 媒体系统享受高质量的多媒体服务。 1 4 本论文的工作 本论文的工作是在数字化校园网中，将一个基于j 2 e e 技术路线现代化远程教育系 统集成到数字化校园综合信息平台中去。使得现代远程教育平台与数字化校园网中的其 他信息资源一起形成一个统一的数字空间，实现现实校园在时间和空间上的延伸，达到 统一的用户管理、资源管理和权限控制的目的。从而提高教学的质量，创造一个高度信 息化的高素质人才培养环境。同时以p 2 p 流媒体产品“n e o ! s t r e a m i n g ”为基础，实现远 程教育平台中多媒体课件的点播，以达到网上在线学生可以在任何地点进行畅通无阻的 网上学习所选课程。 本论文内容安排如下： 第一章：绪论，简要介绍了当今数字化校园网的发展状况，现代远程教育的技术现 状及流媒体对等网络技术在远程教育中点播音视频课件的实现。 第二章：总体需求及设计，介绍了数字化校园的整体架构，远程教育平台的系统架 第一章绪论 构及p 2 p 技术在远程教育平台中的具体应用。 第三章：远程教育平台的设计与实现，完成了远程教育平台中的学生模块，教师模 块，管理员模块，以及后台数据库的实现。 第四章：p 2 p 技术在远程教育平台中的应用，利用n e o ! s t r e a m i n g 的a p i 对多媒体 课件进行点播的应用。 笫五章：完成了远程教育平台与综合信息平台的集成。 第入章：系统部署、优化和测试，完成了系统部署和测试，对影响系统性能的主要 因素及性能优化策略也作了深入地探讨。 第二章总体设计及需求 第二章总体设计及需求 2 1 数字化校园的整体架构 2 1 1 数字化校园层次图 数字化校园的发展所经历的时问并不长，但数字化校园是一个层次结构，清华大学 的研究人员将其用下图来表示。该图表示了数字化校园功能的层次划分。其中，内圆足 核心和基础，外圆是在内圆基础上提供的进一步服务。从下图可知，数字化校园的结构 分为5 个层次，从内n 多 l - 分别为： 网络基础层：网络是数字化校园的基础设施，没有网络基础设施，数字化信息就丧失 了活动空间，数字化校园则根本无从谈起。 网络基本服务层：网络基本服务是数字化信息流动的软件基础，包括域名服务、身份 认证、目录服务、网络安全、电子邮件、文件传输、w e b 发布等。 应用业务层：该层的处理对象是业务逻辑，它将各类数据按特定的业务逻辑组织起 来，并对业务数据进行有效的管理。包括办公自动化系统、数字图书馆、管理信息 系统和网络教学系统等。它们是数字化校园的核心支持系统。 信息服务层：该层的处理对象是用户逻辑，它根据用户的需求提取数据，并将它呈现 给用户。如社区服务系统、信息服务系统、决策支持系统、电子商务系统等。 个性化门户：门户是数字化校园的总入口，各类用户通过个性化门户进入数字化校 园，并获得与其身份相应的服务。 图2 1 数字化校尉层次图 第二章总体设计及需求 2 1 2u r p 系统架构图 目前，大部分学校的在数字化校园的建设中，都认识到了标准、规范的重要性，因 此，在对数字化校园进行了总体规划后，基本上都是采用大集中的方式进行统一分阶段 开发，在数据层利用数据仓库、数据挖掘等技术，对数据进行统一设计、统一管理，集 中存放，这可以大大减少数据的冗余，最大限度的实现了数据的共享，数据层向上为核 心的应用支撑层提供统一的访问接口，为解决系统的集成、统一规范的访问接i - 1 、信息 的共享等问题，各高校以清华大学为先，用层次化和整体的观点来规划、实施高校的信 息化建设，提出了大学资源计划( u n i v e r s i t yr e s o u r c ep l a n n i n g ，u r p ) 的系统架构和 建设方案。 数字化校园发展过程中，出现的一个比较新的概念就是大学资源计划u r p ，该概念由 清华大学首先提出，目前己为各大学同业所接受。大学资源规划( u r p ) 的思想来源于e r p ， 它主张采用“整合”的思想指导信息技术在教育领域中的应用，即将大学的教学、管理、 科研、服务等业务整合在一起统筹规划，从学校资源规划的角度实施大学的数字化校园 建设，实现大学的资源整合、应用整合和业务整合。所谓“学校资源规划”，是指对参 与学校各种业务活动的资源进行统一计划。大学的资源包括人( 教师和学生) 、财( 工资、 办公经费、教学经费、科研经费) 、物( 设备、房产) 、以及信息( 教学信息、科研信息) 等等。大学的活动包括教学、管理、科研和服务h 1 。 u p r ，简单地说，就是“1 个基础平台+ n 个应用系统+ 1 个门户”。u r p 的系统结构图 如下： | 巾性化矽 管理信息系统办公系统网络敦擘数字戮稻蝣裢隧臌务 教务公文教材肋到赡物 科研个人办公 褫作 i 籍藤锫 人力镶缘趣淳论义簿他绣 酣务 u r p 公共平蠹应用管理，皴锘空臻睁心、擞锚发布哆心， 露缩攀诎段务( 蜜会体系、绕一鸯份认证、籽求服务、网络毙竹平台 坟吲澜络纂础浚腋 图2 - 2u r p 系统结构图 u r j 从全局的高度分析大学内部的关系，通过建立统一的信息标准、平台和接口规 范，将大学的各种信息资源和相关系统集成起来，实现信息共享和系统互操作；以统一 第二章总体设计及需求 的形象为用户提供个性化的服务：并为后续的应用系统设计和实施提供统一的、规范化 的要求。u r p 建设的目标包括： 建立一个公共的平台束集成各分立的系统，并确保各种应用系统只要通过简单修改， 就可以方便的进行集成，构成个有机的整体。 使本来相对独立的系统之间能够很好的实现信息交换和共享。 使新心用能够实现即插即用。 ，使川广能够统一访问。 2 1 3 天津理i 大学数字化校园架构罔 天津理1 大学数字化校吲综合信息平台以整合门户( p o r t a l ) 概念为核心，集成各 业务系统，为用户提供个高度集成且个性化的系统平台，其系统架构如矧2 - 3 所示。 其结构具有系统健壮( 通过复制与备份机制，确保系统数据安全可靠) 、耋古构灵活( 易 于扩展) 、移动办公( 远程联机，支持远程集中式业务处理) 、安全可靠( 身份认证和权 限控制确保数据安全) 等特点。山系统架构罔可以看“；该系统平台包折_ j j 多个部分，如 网络信息门户、移动信息门户、数据交换平台、资源获取与加工等。 蚓2 - 3 软件架构图 天津l 目_ 3 2 大学数字化校园综合信息平台的网络架构图直u 图2 _ 4 所示 第一章总体没计及需求 m e e h # 术j ：绋舶# 柠唰m 访6 d 州络 服务 存储 r d m a g p r s n g 网络 i n l p r n e l 卦育科研网 磁盘阵，0 懈带侔 图2 _ 4 天律理工大学数字化校园综合信息平台网 具体而言，高校数字化校园综合信息平台j 】 i 盖的功能至少包括： 公菇服务。如校内服务( 校内地址查询、校车时刻表查询、食堂菜谱、图书查询、 自习教室查询等) 、目录服务( 提供人员的综合信息查询) 、电话服务( 提供通过输 入关键字查询相关电话号码的服务) 等。 信息公告。信息公告包括例如学校公告、班级公告、外部信息、社区信息等，根据 信息类别的不同，面向不同的校刚用户。例如：学校公告是面向校园所有用户的； 班级公告可能只面向本班级成员和教师。 学习空洲。学习空间主要是面向校吲学，卜的学刊、交流、信息共享空叫，在此学生 可以查询课程信息、下载课件和讲义、管理笔 己和学习几志、查询成绩等等，另外 还提供了一个学习交流的空川( b b s 论坛模式) ，学生之问以及教师可以在这旱进 行相互交流、学习问答，相互帮助解决问题。 个人空i bj 。个人空问为每一个数字化校园用t r l 提供了自己的空间，他们可以在那晕 第二章总体设计及需求 设立自己的主页、b l o g 、信息发布区、上载区，还可以设置个人信息、收发邮件、 进行日程安排等等。 校内应用整合。校内应用主要是数字化校园各个应用向用户提供的服务。例如：教 师可以通过人事管理系统查询自己的人事信息和工资发放情况等信息；学生可以通 过教务系统查询课程信息、上课教室等；师生可以通过整合后的系统查询图书借阅 信息，以及短信自动通知图书到期，校友可以通过校友会查询原有班级同学的通讯 方式等等。数字化校园综合信息平台对各个应用的整合方式与各个应用的类型和服 务提供情况密切相关。 2 2 远程教育平台系统架构 远程教育系统不仅仅只是一个纯粹的技术系统，而应该是适应教育机构和企事 业单位需求的教育培训模型，内容与良好的支持服务三要素构成的有机体中的重要 一环；它应该为学习者提供集成的交互式学习环境，为教师提供多种有效的教学手 段和课程编辑工具，还应该提供丰富的系统和教学管理功能，以有效的管理和跟踪 学生学习情况。 远程教育信息服务平台的分层结构按照如下层次划分： 用户层：用户浏览器( i e 或n a v i g a t o r ) 运行在用户层，从w e b 服务器层下载由j s p 网页或s e r v l e t 生成的静态或动态h t m l 网页。 w e b 层：包含j a v a b e a n s 类管理用户的输入，并把用户的输入送到运行在业务层 的e j b ( e n t e r p r i s ej a v a b e a n s ) 进行处理。 逻辑层：用于满足特定的远程教育领域的需要，如录取新生、学生注册、学费 缴纳、考试等。这一层又称业务层，也常被称为e j b 层。逻辑层和w e b 层合在一起构 成三层j 2 e e 应用结构的中间层，三层j 2 e e 应用由用户层、中间层和存储层构成。 数据库层：也称为信息存储层，它可以访问任何数据库引擎，像s q l s e r v e r 、o r a c l e 以及任何其它存储机制，像m a i ls e r v e r 君1 d i r e c t o r y j 艮务。 其中，数据库中间件w r m s 是前端客户与后端数据库服务器和视频课件服务器 之问进行通信的桥梁。当客户发出对某个服务器的请求，例如对数据库服务器发出 s q l 请求，通过w r m s 将s q l 请求转发到数据库服务器，数据库服务器执行完s q l 语句后，通过w r m s 将结果返回到客户端。中间件与客户端之间的接口通过内容 管理器实现，其中使用了服务于h t m l 客户端的j s p 技术，止l t l - 在与各个客户之间 的数据通信中采用流套接字机制，并利用了多线程的优点，使得中间件与各个客户 的套接字通讯能够并发地进行。中间件与后端服务器的接口使用了e j b 组件，并通 过i n t e r n e t i n t r a n e t 上用户对数据库访问方式的特殊性，采用多用户共享同一个 w r m s 的机制，提高数据库的访问效率。 应用三层客户机服务器模式理念，多层应用中的w r m s 所处的位置如图2 5 所 不。 第二章总体设计及需求 。i -lj 卜_ “f - ? ：+i l i 卜_ | | 。卜_ l 一+ 卜 。 卜 - - 卜 。- 卜 图2 5 w r m s 的多层应用 在应用系统设计中，采用组件化设计，把应用逻辑划分为几个功能构件，其中 把各自的业务规则都封装在各自相应的组件中，从而将业务规则的实现和客户使用 的图形用户界面的实现相分离，当用户的需求改变时，只需对相应的构件进行改变， 同时构件之间通过定义严格的接口来互相调用，增加了代码的重用性，也使该应用 具备了逻辑清晰，构件化程序高，易于维护，易于扩充等好处，如此一来大大减少 了系统维护的负担，提高了系统的适用性。 2 3n e o ! s t r e a min g 系统架构 n e o ! s t r e a m i n g 是一个真正能够支撑大规模分发的可运营可管理的流媒体系统。利 用提示性的数据驱动层叠技术，为官方网站、商业网站及个人用户创造了在线媒体网络， 让他们可以进入直播在线影院和预览、短片、音乐会、音乐电视、新闻直播、聚合广播、 宗教节目、运动节目、教育节目以及其他低成本高质量的音频视频节目。 实现对音视频资源的统一分发管理和共享；通过建立统一的流媒体运营支撑平台 ( b o s s ) ，实现对所有音视频文件的统一认证和计费管理，使得用户可以方便的管理其 流媒体资源。 实现多种以音视频为主的内容展现：通过多种技术手段对音视频文件进行展现，满 足不同用户的内容需求，为用户提供多种形式的收听收看服务，包括音视频点播、音视 频直播、虚拟网络电台等应用。 系统主要实现以