基于3G無線網(wǎng)絡的移動教育資源體系架構(gòu)研究

摘要:3G寬帶移動通信技術(shù)的發(fā)展與應用為教育資源的建設(shè)與整合提供了新的契機。本文對當前網(wǎng)絡教育的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢進行了介紹，對目前移動教育資源建設(shè)與應用特點進行了分析，并對3G無線網(wǎng)絡中移動教育資源系統(tǒng)體系架構(gòu)等方面進行了詳細研究與探討。

關(guān)鍵詞:3G無線網(wǎng)絡;移動教育;資源建設(shè);體系架構(gòu)

Abstract:With the development and application of 3G broadband mobile communication technology， the new opportunities for construction and Integration of education resource has been given. In this paper， the reality and development trend of current network education have been introduced， the construction and application characteristic of mobile education resource analyzed. Meanwhile， the system architecture of mobile education resource system based on 3G wireless network have been studied and discussed in detail.

Keywords: 3G wireless network; mobile education; resource construction; system architecture

1 前言

3G是英文3rdGeneration的縮寫，是第三代移動通信系統(tǒng)的通稱。與現(xiàn)有的移動語音網(wǎng)絡技術(shù)相比，3G技術(shù)的主要優(yōu)點是利用先進的空中接口技術(shù)(包括對頻譜的高效利用)、核心網(wǎng)全面的IP包交換及控制技術(shù)，能極大地增加系統(tǒng)容量、提高端到端通信質(zhì)量和提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，包括實現(xiàn)實時語音視頻、高速多媒體和移動Internet訪問及相關(guān)業(yè)務[1，2]。

由于我國前期開發(fā)的各種網(wǎng)絡教育資源自成體系，無法實現(xiàn)有效交流和共享，無法與國際互聯(lián)網(wǎng)上教育體系相溝通。雖然，信息技術(shù)已為教育教學資源在低水平上的自治與共享(例如通過HTTP和HTML)、學習活動的合作(例如通過各種通信工具)提供了基本技術(shù)條件，但是允許教學資源在課程知識和教學管理水平進行交換的標準卻沒有很好地認定，因而妨礙了教學資源大范圍的共享與交流，3G無線網(wǎng)絡通信技術(shù)的發(fā)展與應用為教育資源建設(shè)以及各種教育資源的建設(shè)提供新的契機。

2 網(wǎng)絡教育資源建設(shè)的現(xiàn)狀

3G是英文3rdGeneration的縮寫，是第三代移動通信系統(tǒng)的通稱。與現(xiàn)有的移動語音網(wǎng)絡技術(shù)相比，3G技術(shù)的主要優(yōu)點是利用先進的空中接口技術(shù)(包括對頻譜的高效利用)、核心網(wǎng)全面的IP包交換及控制技術(shù)，能極大地增加系統(tǒng)容量、提高端到端通信質(zhì)量和提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，包括實現(xiàn)實時語音視頻、高速多媒體和移動Internet訪問及相關(guān)業(yè)務[3，4]。

由于我國前期開發(fā)的各種網(wǎng)絡教育資源自成體系，無法實現(xiàn)有效交流和共享，無法與國際互聯(lián)網(wǎng)上教育體系相溝通。雖然，信息技術(shù)已為教育教學資源在低水平上的自治與共享(例如通過HTTP和HTML)、學習活動的合作(例如通過各種通信工具)提供了基本技術(shù)條件，但是允許教學資源在課程知識和教學管理水平進行交換的標準卻沒有很好地認定，因而妨礙了教學資源大范圍的共享與交流，3G無線網(wǎng)絡通信技術(shù)的發(fā)展與應用為教育資源建設(shè)以及各種教育資源的建設(shè)提供新的契機[5]。

3 3G網(wǎng)絡教育資源的特點

3G網(wǎng)絡最大的特點是具有較高的的數(shù)據(jù)傳輸速度。在3G時代，隨著移動通信網(wǎng)絡與寬帶無線接入技術(shù)和短距離無線技術(shù)的結(jié)合，各種新型的移動行業(yè)應用將不斷涌現(xiàn)，3G突破移動帶寬的限制后，將使得許多行業(yè)解決方案從固定網(wǎng)絡向移動網(wǎng)絡逐步遷移，同時固網(wǎng)與移動網(wǎng)絡也將在行業(yè)領(lǐng)域中融合，創(chuàng)建更良好的技術(shù)創(chuàng)新環(huán)境。從3G所能提供的業(yè)務應用可以看出，高速互聯(lián)網(wǎng)接入、移動支付、移動定位、移動流媒體等業(yè)務，都將在行業(yè)應用領(lǐng)域有所作為。

利用3G的無線寬帶傳輸技術(shù)進行教育資源的建設(shè)與優(yōu)化具有很高的社會價值和很強的現(xiàn)實意義，具體來講，主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

(1)辦學理念的提升。

3G的發(fā)展成為移動通訊的新亮點.除了可以進行視屏移動通訊外，通過手機。使用者能像用電腦連接寬帶上網(wǎng)一樣，輕松實現(xiàn)高速網(wǎng)絡游戲、視頻在線觀看、高壓縮率音頻在線收聽等功能。這些業(yè)務在現(xiàn)有的2G網(wǎng)絡上是根本無法想象的，而且估計價格更低，為語音業(yè)務成本為2G的50%。這為學生在學習時空和時間上提供了更廣闊的天地，只要有3G通訊信號的地區(qū)、在移動的運輸工具上，即在任何時間和區(qū)域都可以接受遠程教育，學校的范圍擴大了。為終身服務提供更寬的辦學途徑。

(2)辦學模式的改變。

有利于終身化教育，享受教育公平。目前的教育資源主要是單向通信的方式。如通過Email、在線聊天、BBS等。原來依賴于現(xiàn)代網(wǎng)絡信息技術(shù)的三C合一的網(wǎng)絡框架(內(nèi)容、電子商務、社區(qū))等各種辦學模式可由3G移動通訊代替。

(3)技術(shù)模式的改進。

傳輸?shù)乃俣鹊奶岣呤沟眯畔⒌膫鬏斄看蟠笤黾?，促進了虛擬網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，使得音頻和視頻等流媒體技術(shù)在網(wǎng)絡上被大量應用，為遠程教育提供了技術(shù)保證。采用流式技術(shù)將再現(xiàn)傳統(tǒng)教學中教師的講解和對課程的說明場景，同時增加了黑板功能的PowerPoint講稿，以及針對這些內(nèi)容的索引標題區(qū)域?？梢愿鶕?jù)需要自由切換學習的課程章節(jié)。由于支持流式技術(shù)的多媒體文件不需要全部下載就能觀看，點播延時大大縮短，不需要很大的緩沖區(qū)，對網(wǎng)絡帶寬的要求下降。流式技術(shù)采用較高效的壓縮編碼如MPEG-4等，提高了網(wǎng)絡傳輸視頻的質(zhì)量，即使學員們在離教室很遠的地方上課也有身臨其境的感覺。采用流媒體技術(shù)后將有效彌補網(wǎng)絡課堂的這些不足。同時。流技術(shù)還為遠程教育提供良好的交互性。采用流式技術(shù)，把流式視頻、音頻加入答疑系統(tǒng)將提高它的完整性和交互能力。今天的流式技術(shù)將提供更多機會，使得遠程教育節(jié)目在任何時間任何地點傳播，下一代的技術(shù)將超越現(xiàn)在的技術(shù)。擴展通信范圍，特別是實現(xiàn)寬帶無線通信傳輸。流式技術(shù)它不僅能夠有效傳播教育機構(gòu)編著的教程，而且能夠接受來自學生方面對這些教程的反饋信息，為他們提供豐富的交互性環(huán)境。學生在點播來自互聯(lián)網(wǎng)上的視頻、音頻信息的同時。可以通過互聯(lián)網(wǎng)把他們連續(xù)的視音頻信息傳送回去。流式技術(shù)與其他技術(shù)的有效結(jié)合，會大大提高遠程教育的教學質(zhì)量和滿意程度。從而大大提高學習質(zhì)量。

(4)新的互動溝通方式，交互性增強。

3G能夠提供一系列針對個人、家庭的整合式通訊方式，包括文本、語音、圖片、視頻、動畫等多種信息，能夠在統(tǒng)一的網(wǎng)絡平臺上順暢地傳輸。人們還能夠借助會議電視等互動溝通方式，在極大降低會議成本的同時實現(xiàn)遠程協(xié)同工作。流式技術(shù)提高了教學的交互性，但現(xiàn)在需我們用攝像機拍攝教師授課過程并實時地傳輸?shù)搅髅襟w編碼機，經(jīng)過采集卡的采集、編碼后再實時地上傳給流媒體服務器，再由流媒體服務器實時發(fā)布到其它教室的終端計算機。3G減少了過程，可以用3G手機實時拍攝教師授課過程并實時地傳輸與其聯(lián)系的學生或到資源庫點播。

(5)促進資源建設(shè)共享和高等教育信息化。

借助3G，我國通信產(chǎn)業(yè)將及早邁入移動化和個人化的信息網(wǎng)絡時代。企業(yè)、居民等社會經(jīng)濟主體通過占有利用通信網(wǎng)絡資源、設(shè)施和工具，將極大提高自身獲取信息資源和處理信息的能力，從而加速信息社會的來臨。同時，全面建設(shè)小康社會的戰(zhàn)略目標要求全體公民獲得在物質(zhì)財富、精神財富等方面的滿足，實現(xiàn)人們自身的價值。3G為人們掌握信息吸納知識提供了無所不在的便利，將顯著改變?nèi)藗兊墓ぷ鳌⑸詈蛯W習方式。發(fā)展3G，對于中國人的信息生活將會做出積極貢獻。

(6)教育資源的本土化、全國化、全球化。

3G網(wǎng)絡采用了新的網(wǎng)絡架構(gòu)，對于頻率資源的利用率更高，對需要高帶寬、高速率的數(shù)據(jù)多媒體業(yè)務的支持能力更強。這些特點使得人們能夠以更便宜的價格和更靈活的方式，獲取并處理大量信息，成為信息社會的積極參與者。

4 3G網(wǎng)絡教育資源的架構(gòu)

由于3G是一種新型的無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，那么就涉及到對傳統(tǒng)教育資源的對接和優(yōu)化。因此必須設(shè)計開發(fā)出包含視頻在內(nèi)的網(wǎng)絡教學資源的3G訪問接口、內(nèi)外網(wǎng)服務器、網(wǎng)關(guān)以及對應的訪問模式、安全功能等等。

由于教育資源數(shù)據(jù)量很大，一個文件一般都是幾十MB，甚至幾百MB，對于這樣的網(wǎng)絡教育資源，即便是采用加了擴展功能的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來存儲，存取率仍然很低，不能滿足多媒體教學的需要。

因此，在利用3G無線網(wǎng)絡進行教育資源建設(shè)時，要注意資源庫系統(tǒng)硬件、軟件和開發(fā)工具的選擇，采用合適的方法，保證多媒體教學信息在教學應用中存取方便，穩(wěn)定安全?？刹捎谩胺植际酵鈷鞝恳夹g(shù)”，使數(shù)據(jù)庫和文件服務器無縫連接。索引信息存放在數(shù)據(jù)庫中，而資源信息則存放在文件服務器中，使教育資源的存取不受文件多少、數(shù)據(jù)量大小限制，并且有較快的存取速率，解決網(wǎng)上大數(shù)據(jù)量教學資源(包括視頻)的存儲和管理這個技術(shù)難題。多路并發(fā)是指網(wǎng)上多個用戶在同一時段內(nèi)訪問同一數(shù)據(jù)。多路并發(fā)是否成功，關(guān)系到能否實現(xiàn)資源共享。影響多路并發(fā)的主要因素有數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、交換機、路由器的功能和傳輸網(wǎng)絡的帶寬等。

3G網(wǎng)絡教育資源系統(tǒng)構(gòu)架將包括有3G網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫的呈現(xiàn)模式，資源的共享與安全性，教材庫中課件播放的多平臺支持，文件的傳輸方法，讀寫沖突的解決，數(shù)據(jù)的存儲技術(shù)，服務器RAID冗余磁盤陣列技術(shù)，視頻點播技術(shù)，以及3G移動流媒體技術(shù)等。典型的3G網(wǎng)絡教育資源建設(shè)的體系架構(gòu)如圖1所示。

(1)分布式移動教育資源庫的建立。

由于傳統(tǒng)的集中式存儲管理難度大以及對等結(jié)構(gòu)的分布式資源庫易造成網(wǎng)絡流量負載過重等局限，可以采用教育資源的分布式存儲和層次結(jié)構(gòu)管理，通過建立資源目錄中心，對分布存 儲的資源節(jié)點進行集中統(tǒng)一管理，實現(xiàn)了分布式資源的快速檢索和網(wǎng)內(nèi)用戶的單點登錄驗證等技術(shù)問題[6]。如圖2所示，系統(tǒng)由資源目錄中心、分布式資源庫節(jié)點、目錄中心代理和資源庫節(jié)點代理等四個主要部分組成。

(2)3G流媒體服務系統(tǒng)。

3G網(wǎng)絡中對于移動流媒體目前主要有三種媒體格式:

●3GP/3GP2媒體格式:3GP是一種3G流媒體的視頻編碼格式，主要是為了配合3G網(wǎng)絡的高傳輸速度而開發(fā)的，也是手機中的一種視頻格式[7]。

●WMV媒體格式:是Microsoft公司的私有格式，有少量終端支持。

●RM媒體格式:是Real公司的私有格式，內(nèi)置Realplay播放器的終端支持，RealPlay播放器同時支持3gp/3gp2媒體格式。

從覆蓋用戶面來看，媒體格式3GP/3GP2是首選支持，WMV格式選擇支持。而RM格式相對于3GP/3GP2效果沒有優(yōu)勢，目前在選用3GP/3GP2后不再單獨選擇支持RM格式。由于3G網(wǎng)絡教育資源建設(shè)中對于音視頻課件必須轉(zhuǎn)換為流媒體形式，另外由于不同的移動終端其處理能力有較大差異，所支持的協(xié)議和編碼格式也各有不同，因此3G網(wǎng)絡教育資源廣播平臺需要采用后臺的流媒體服務系統(tǒng)進行終端適配來解決這個問題。

相對于有線網(wǎng)絡而言，無線網(wǎng)絡狀況更不穩(wěn)定，除去網(wǎng)絡流量所造成的傳輸速率的波動外，無線終端移動速度和所在位置也會嚴重地影響到傳輸速率，因此高效的可自適應的編碼技術(shù)至關(guān)重要。下面對3G網(wǎng)絡中首選的3GP/3GP2流媒體服務系統(tǒng)進行介紹。

基于3G教育網(wǎng)絡的流媒體處理過程分為視頻源編碼、信道傳輸、終端解碼三個階段[9]，可以采用以AVS-M視頻壓縮標準為編解碼器，經(jīng)AVS-M編碼器壓縮生產(chǎn)的碼流易3GP文件格式存儲供傳輸，服務器和移動終端通過RTSP/SDP協(xié)議進行會話管理，RTP/RTCP協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸和傳輸控制，移動終端完成數(shù)據(jù)的接收、緩沖管理和解碼播放，如圖3所示。

(3)基于SOA的3G教育網(wǎng)絡系統(tǒng)集成。

SOA(Service-Oriented Architecture)是一種面向服務的體系結(jié)構(gòu)[10]。SOA提供了標準化的架構(gòu)，信息資源整合的技術(shù)途徑:在現(xiàn)有系統(tǒng)不做修改的前提下，將各個教育資源及業(yè)務功能轉(zhuǎn)換或封裝為服務，這些服務彼此相對獨立并且可以進行組合，從而能有效地實現(xiàn)教育資源整合系統(tǒng)架構(gòu)。

5 結(jié)束語

由于移動終端的寬帶業(yè)務方興未艾，將來手機將來會發(fā)展為一個個人手持智能PC，而且有些功能還優(yōu)越于臺式PC功能。移動互聯(lián)網(wǎng)將高速發(fā)展，人們對手機增值業(yè)務的需求將會爆炸式增加，特別是對于遠程教育、移動教育的需求更具有商業(yè)先機性。

據(jù)統(tǒng)計，我國90%以上的中小學生及其家長都迫切需求低成本、高品質(zhì)、持續(xù)發(fā)展的優(yōu)秀教育服務，75%以上的在職工作者都在進行不同程度的繼續(xù)教育，50%以上的企業(yè)管理者主動需要專業(yè)學習和培訓，45%的年輕人在進行外語類培訓學習。全國需要優(yōu)質(zhì)教育培訓資源的總?cè)藬?shù)達到3.3億以上，按保守估計1%的人員接受移動教育選擇，在移動教育領(lǐng)域年平均消費為100元，則每年有3.3億元以上的市場。面對教育和通信技術(shù)的結(jié)合模式定位的移動講堂的市場將為基于3G網(wǎng)絡的教育資源建設(shè)提供新的應用前景。

參考文獻

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