基于云計(jì)算的智能化多媒體教室設(shè)計(jì)方案

曹偉峰

摘要：該文針對(duì)目前多媒體教室軟硬件架構(gòu)存在的資源嚴(yán)重浪費(fèi)、維護(hù)成本高、教學(xué)資源利用率低和難于集中管理等不足，提出基于云計(jì)算的智能化多媒體教室設(shè)計(jì)方案。教學(xué)系統(tǒng)、應(yīng)用服務(wù)器、設(shè)備管理系統(tǒng)都放在云端，教室設(shè)備教學(xué)資源根據(jù)教師的需求量身定制，公共教學(xué)資源重新整合。設(shè)計(jì)了一套基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬化教學(xué)環(huán)境和管理環(huán)境建設(shè)方案，從而使多媒體教學(xué)環(huán)境建設(shè)更高效、資源利用更充分，用最低的維護(hù)和系統(tǒng)更新成本，提供更人性化的環(huán)境來服務(wù)現(xiàn)代化的教育。

關(guān)鍵詞：多媒體；云計(jì)算；虛擬機(jī)

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）03-0216-03

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，多媒體教室已經(jīng)在當(dāng)今教育領(lǐng)域中廣泛使用，為教育的視聽效果帶來了便利，使課堂更加生動(dòng)，內(nèi)容更加豐富。但是在管理和使用中存在著很多問題和矛盾，例如：維護(hù)量大、維修成本高、設(shè)備的可靠性不夠、資源的共享不夠便利等，這些問題給教學(xué)管理部門的工作帶來了巨大的挑戰(zhàn)。云計(jì)算技術(shù)的出現(xiàn)為多媒體教室的建設(shè)帶來了新的發(fā)展方向，多媒體教室計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和應(yīng)用可量身定制，功能更個(gè)性化，讓教師的使用更加方便。設(shè)備管理采用物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展思維，教室的設(shè)備通過云平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一的管理，降低管理人員的工作量，讓管理更加便捷。

1 目前多媒體教室的發(fā)展概況

圖1 傳統(tǒng)的多媒體教室連接方式

現(xiàn)在的多媒體教室絕大多數(shù)還是使用傳統(tǒng)的多媒體教室設(shè)計(jì)方案，采用的是C/S架構(gòu)，主要設(shè)備有中央控制器、計(jì)算機(jī)、投影顯示系統(tǒng)、音響系統(tǒng)，還有一些外接輸入設(shè)備，所有的音視頻信號(hào)都通過中央控制器進(jìn)行轉(zhuǎn)換或者輸出，通常還有一個(gè)管理系統(tǒng)，可以遠(yuǎn)程對(duì)設(shè)備進(jìn)行開啟和關(guān)閉操作，可以對(duì)設(shè)備的使用權(quán)限進(jìn)行管理，例如門禁系統(tǒng)等，還包括一些課表功能，按照課表進(jìn)行開關(guān)系統(tǒng)等。

現(xiàn)在的多媒體教室貌視功能完善，實(shí)則不然：

1）中央控制器雖然是網(wǎng)絡(luò)型，但是在權(quán)限的授權(quán)做的還不夠完善。我們通常IC卡授權(quán)來開啟關(guān)閉系統(tǒng)，并記錄設(shè)備的使用日志，它很難和校園網(wǎng)一卡通系統(tǒng)融合，中間需要繁瑣的處理才能使用。管理系統(tǒng)也需要專門的服務(wù)器。中控一旦故障，就無法上課。

2）每間教室必不可少一臺(tái)計(jì)算機(jī)，用于教學(xué)。每個(gè)學(xué)期都要對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行更新，包括教師使用軟件的安裝。單單多媒體教室的電腦維護(hù)量就非常大。

3）資源的共享主要是訪問校園網(wǎng)上的服務(wù)器或者主機(jī)，只是進(jìn)行簡(jiǎn)單文件共享，共享程度很低。

4）為滿足日常教學(xué)，購(gòu)買了大量的服務(wù)器來安裝教學(xué)系統(tǒng)，有些系統(tǒng)可能只用了一兩個(gè)學(xué)期，就因?yàn)閼?yīng)用軟件過時(shí)或者不好用而被束之高閣不再使用，也造成學(xué)校有大量使用率非常低，或者完全沒有在使用的服務(wù)器，造成了資源的巨大浪費(fèi)。

2 云計(jì)算

云計(jì)算[1]（cloud computing）是基于互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯(lián)網(wǎng)來提供動(dòng)態(tài)易擴(kuò)展且經(jīng)常是虛擬化的資源。云是網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)的一種比喻說法。對(duì)云計(jì)算的定義有多種說法[2]?，F(xiàn)階段廣為接受的是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）定義：云計(jì)算是一種按使用量付費(fèi)的模式，這種模式提供可用的、便捷的、按需的網(wǎng)絡(luò)訪問，進(jìn)入可配置的計(jì)算資源共享池（資源包括網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)器，存儲(chǔ)，應(yīng)用軟件，服務(wù)），這些資源能夠被快速提供，只需投入很少的管理工作，或與服務(wù)供應(yīng)商進(jìn)行很少的交互。[3]

云計(jì)算是把計(jì)算分布在大量的分布式計(jì)算機(jī)上，而非本地計(jì)算機(jī)或遠(yuǎn)程服務(wù)器中，企業(yè)數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行將與互聯(lián)網(wǎng)更相似。這使得用戶能夠?qū)①Y源切換到需要的應(yīng)用上，根據(jù)需求訪問計(jì)算機(jī)和存儲(chǔ)系統(tǒng)[5]。

云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)包含有服務(wù)器虛擬化技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)、數(shù)據(jù)管理技術(shù)、分布式編程與計(jì)算技術(shù)、虛擬資源的管理與調(diào)度技術(shù)、云計(jì)算的業(yè)務(wù)接口技術(shù)、以及云計(jì)算相關(guān)的安全技術(shù)等。

3 云計(jì)算與教學(xué)活動(dòng)的結(jié)合

基于云計(jì)算的理念和現(xiàn)代教育更高層次的需求，以硬件為中心的傳統(tǒng)多媒體教學(xué)環(huán)境模式已經(jīng)不能現(xiàn)代教育的發(fā)展，必須建設(shè)以資源和應(yīng)用為核心教學(xué)服務(wù)環(huán)境，以云計(jì)算為基礎(chǔ)技術(shù)支撐的綜合教育服務(wù)體系。將數(shù)量龐大的計(jì)算機(jī)和服務(wù)器有機(jī)整合成一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)，降分散的數(shù)據(jù)和資源整合成深層共享的海量數(shù)據(jù)資源庫(kù)。

3.1 在教學(xué)應(yīng)用中虛擬機(jī)的功能分類

云計(jì)算教學(xué)環(huán)境的設(shè)備主要有云管理服務(wù)器組和存儲(chǔ)服務(wù)器，通過云管理平臺(tái)生成多個(gè)虛擬機(jī)，虛擬機(jī)一般采用兩種模版：

1）統(tǒng)一的模版：主要提供給多媒體教室公共課的老師或者臨時(shí)會(huì)議使用，采用動(dòng)態(tài)資源分配，每次開啟終端都是一樣的系統(tǒng)，主要滿足播放PPT、一般的影音播放、上網(wǎng)需求。

2）個(gè)性化的模版：采用靜態(tài)資源分配，除非管理員收回資源，虛擬機(jī)永遠(yuǎn)在線，用戶可以隨時(shí)隨地登錄。特定的模版可以裝特定的軟件，給有特定需求的老師使用，還可以根據(jù)老師的需求定制模版，可以作為專用的服務(wù)器使用。教師可以通過遠(yuǎn)程登錄到虛擬機(jī)，自己安裝應(yīng)用程序，還可以通過終端隨時(shí)隨地的查看自己的虛擬主機(jī)，可以滿足教師移動(dòng)辦公的需求。

3.2 云計(jì)算應(yīng)用于教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

教學(xué)中采用云計(jì)算的優(yōu)勢(shì)[4]：

1） 大規(guī)模、擴(kuò)展性強(qiáng)：云服務(wù)器可以達(dá)到幾十甚至上百萬臺(tái)，可以滿足各種用戶的需求；

2） 高可靠性：個(gè)別云服務(wù)器出現(xiàn)故障，服務(wù)可以自動(dòng)漂移到空閑的服務(wù)器上；

3） 虛擬化：主機(jī)和應(yīng)用服務(wù)器都虛擬化，一些臨時(shí)的應(yīng)用不必購(gòu)買新的服務(wù)器，降低硬件購(gòu)買成本。訪問不受時(shí)間空間的限制，可以隨時(shí)隨地的訪問；

4） 按需服務(wù)：對(duì)服務(wù)需求可以動(dòng)態(tài)調(diào)整，包括運(yùn)算能力和存儲(chǔ)空間；

5） 高共享度：對(duì)于相同課程或者同一門學(xué)科建立資源庫(kù)，讓分散的資源得到最大程度的共享。并且云還可以提供長(zhǎng)期穩(wěn)定存儲(chǔ)空間，不必為單個(gè)服務(wù)器或者硬盤壞掉損失數(shù)據(jù)而煩惱。

6） 節(jié)能環(huán)保：虛擬化的主機(jī)和服務(wù)器，集中管理，更加節(jié)省能源。并且節(jié)約購(gòu)買硬件的成本和維護(hù)的費(fèi)用。

當(dāng)然云計(jì)算需要優(yōu)良的網(wǎng)絡(luò)支持。一般云管理服務(wù)器和存儲(chǔ)需要千兆以上的多個(gè)光纖模塊連接，云服務(wù)器和中心機(jī)房核心交換機(jī)要用萬兆光纖連接，核心交換出口要千兆光纖，核心交換和樓層交換機(jī)之間需要千兆光纖連接，樓層到終端用百兆網(wǎng)絡(luò)連接。終端全部采用瘦客戶機(jī)，為了防止云服務(wù)器異常而無法登錄虛擬機(jī)，瘦客戶機(jī)需要自帶簡(jiǎn)易Windows系統(tǒng)，包括Office和常用的影音播放軟件。后臺(tái)通過簡(jiǎn)易Windows系統(tǒng)直接登錄到云服務(wù)器虛擬機(jī)，如果在校園以外可以通過VPN來訪問。

4 云多媒體教室設(shè)計(jì)方案

多媒體教室的由原來的C/S架構(gòu)轉(zhuǎn)換為B/S架構(gòu)，設(shè)備采用層疊機(jī)架一體式，主要有：集中電源控制器（包括網(wǎng)絡(luò)模塊）、音視頻轉(zhuǎn)換器、功率放大器、音箱、面板。接線方式也改為總線型的接線方式。電源控制器對(duì)其他設(shè)備供電，一般為9-12V輸出?；灸：酥醒肟刂破鞯母拍睿粢曨l轉(zhuǎn)換模塊只負(fù)責(zé)信號(hào)的轉(zhuǎn)接。功放采用D類的數(shù)字功放。

邏輯連接圖：

圖2 新型多媒體教室設(shè)備連接方式

由原來的星形連接轉(zhuǎn)變?yōu)榭偩€型連接，這種連接方式有以下好處：

1） 各功能模塊分的比較清楚，故障容易處理；

2） 任一模塊出現(xiàn)故障不會(huì)影響其他模塊的使用；

3） 采用層疊式機(jī)架，容易擴(kuò)展，為將來設(shè)備的增加留有接口；

4） 對(duì)出現(xiàn)故障的模塊，只要在機(jī)架上替換掉就行了，方便維修。

各設(shè)備模塊都是可編程的，設(shè)備的開關(guān)、狀態(tài)設(shè)置都有各自的編碼。設(shè)備管理都放在云端，新設(shè)備安裝好，需要電源控制器的物理地址在云服務(wù)器端登記，這個(gè)云服務(wù)器是基于廣域網(wǎng)，不受地域的限制。在云端就可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行開關(guān)，對(duì)投影機(jī)進(jìn)行開關(guān)，對(duì)音視頻轉(zhuǎn)換模塊的狀態(tài)、數(shù)字功放的音量和效果器進(jìn)行設(shè)置等。設(shè)備狀態(tài)的改變還能通過面板，需要什么功能可以定制面板的功能按鍵。

對(duì)IC卡進(jìn)行授權(quán)，可以設(shè)置新IC卡授權(quán)以后馬上同步到所有IC卡機(jī)?？梢跃庉嫿淌以O(shè)備的使用模式，可以對(duì)教師要使用的設(shè)備進(jìn)行個(gè)性化的設(shè)置，例如：老師上課需要用自己的云桌面、投影、麥克風(fēng)、音量設(shè)置80%，可以在云端設(shè)置好，老師上課只需要打自己的IC卡，設(shè)備就會(huì)自動(dòng)開啟，登錄到自己的虛擬主機(jī)，下課再次打卡所有設(shè)備自動(dòng)有序關(guān)閉。并且教室的使用模式可以復(fù)制和漫游，老師只要拿著自己的IC卡，不管在哪一間教室上課，打開設(shè)備都是一樣的設(shè)置。這樣可以避免不同的老師對(duì)顯示和聲音大小的頻繁調(diào)節(jié)，避免聲音過小聽不到，過大引起嘯叫。還可以對(duì)功放的聲音大小范圍進(jìn)行設(shè)置，例如只可以在30%-80%之間調(diào)節(jié)，不能調(diào)節(jié)的過大或者過小。設(shè)備的管理進(jìn)行分組，可以對(duì)設(shè)備批量操作。

在管理方面的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在設(shè)備監(jiān)控、故障提示、設(shè)備使用報(bào)告。因?yàn)槊刻紫到y(tǒng)都在云端登記，如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者人為移除，云管理端都能夠及時(shí)報(bào)警。這不僅起到防盜作用，還能清點(diǎn)設(shè)備，方便設(shè)備管理。記錄設(shè)備的使用日志，哪張卡在什么時(shí)間在哪間教室使用都有詳細(xì)記錄，并記錄投影機(jī)燈泡的使用時(shí)長(zhǎng)，可以導(dǎo)出到電子表格，為管理人員提供詳細(xì)的管理維護(hù)數(shù)據(jù)。

多媒體硬件設(shè)備管理云和教師上課操作系統(tǒng)完美整合。在教室教師只要拿著經(jīng)過授權(quán)的IC卡，嘀卡以后就直接進(jìn)入自己定制的虛擬桌面，不用再輸入用戶名和密碼。用完再次嘀卡就可以離開，系統(tǒng)設(shè)備會(huì)按序依次關(guān)閉。

不僅可以對(duì)多媒體教學(xué)設(shè)備進(jìn)行控制，還可以對(duì)教室的燈光、空調(diào)、監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行控制。例如一個(gè)報(bào)告廳，嘀完IC卡以后，自動(dòng)開啟多媒體教學(xué)設(shè)備，登錄到使用者的云桌面，燈光自動(dòng)開啟調(diào)節(jié)到適合作報(bào)告的場(chǎng)景，空調(diào)自動(dòng)開啟調(diào)節(jié)到26攝氏度，作報(bào)告的人不用任何其他的操作。云系統(tǒng)還可以定時(shí)開啟或者關(guān)閉空調(diào)、燈光。例如一些作為晚上自習(xí)室，或者一些活動(dòng)需要使用教室，又不需要上課，空調(diào)燈光到點(diǎn)自動(dòng)開啟，結(jié)束自動(dòng)關(guān)閉。完全無職守，不需教師干預(yù)。這在一定程度上還起到節(jié)能環(huán)保的作用。

除了通過云端進(jìn)行操作，還可以使用移動(dòng)終端的APP進(jìn)行操作。

5 總結(jié)

傳統(tǒng)的多媒體教室一直是操作復(fù)雜、故障率高、維護(hù)繁瑣，長(zhǎng)期困擾著教師和管理員。基于云計(jì)算的智能化多媒體教室?guī)缀醪挥媒處熯^多操作，只需要嘀卡就可以完成所有過程。這不僅方便教師使用還方便管理。管理員不需要為每間教室電腦安裝操作系統(tǒng)和應(yīng)用，只需要在云端定制，并且可以批量化，大大降低維護(hù)量和管理成本，還能起到節(jié)能環(huán)保的作用。

參考文獻(xiàn)：

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