基于Frame-Relay的智慧教育云平臺設(shè)計

玄文啟

（云南財經(jīng)大學(xué)信息學(xué)院，昆明 650221）

0 引言

智慧教育是一種現(xiàn)代信息技術(shù)開放式的網(wǎng)絡(luò)教育，它基于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與internet 技術(shù)實現(xiàn)其架構(gòu)。與傳統(tǒng)的教育模式不同，它不受時空限制，全天候保障教育信息共享與云教育服務(wù)［1］。云教育網(wǎng)絡(luò)平臺其實質(zhì)就是采用互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、廣電網(wǎng)跨平臺綜合技術(shù)應(yīng)用，將手機(jī)、PC、Ipad 等移動設(shè)備連接，形成依托物聯(lián)網(wǎng)、云計算、無線通信等新一代信息技術(shù)構(gòu)建的新型教育形態(tài)和教育模式。它從構(gòu)建模式、教學(xué)組織到管理均與傳統(tǒng)教育模式不同，其交互資源具體呈現(xiàn)為數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和多媒體化技術(shù)特征，并能有效保證信息的共享、開放、動態(tài)交互、實時傳送等。云教育網(wǎng)絡(luò)平臺將多種教學(xué)設(shè)備有機(jī)整合，將教學(xué)內(nèi)容通過圖、文、聲等多媒體技術(shù)形成無地域限制的教學(xué)云環(huán)境。但如何優(yōu)化整合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)資源，保障智慧教育的云平臺架構(gòu)與設(shè)計合理，成為計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的研究熱點。

本設(shè)計主要應(yīng)用Frame-Relay 幀中繼技術(shù)，基于智慧教育云平臺技術(shù)架構(gòu)需求進(jìn)行模型設(shè)計并仿真測試，提出一種配置容易、造價低的智慧教育云平臺設(shè)計方案。

1 Frame-Relay在智慧教育云平臺設(shè)計與應(yīng)用中的技術(shù)優(yōu)勢

在大數(shù)據(jù)背景下，結(jié)合云計算與移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，有效地構(gòu)建智慧學(xué)習(xí)、智慧教學(xué)、互動在線的云課堂，形成與傳統(tǒng)教育相互補充的開放、共享和交互式的智慧教育云平臺，成為現(xiàn)代教育發(fā)展的新需求。但在智慧教育云平臺設(shè)計中，如何才能更好地促進(jìn)智慧教學(xué)、智慧學(xué)習(xí)、智慧服務(wù)、智慧管理和智慧評價的科學(xué)性、實時性與動態(tài)管理過程，成為現(xiàn)代教育發(fā)展與應(yīng)用教學(xué)組織與架構(gòu)所要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。從具體相關(guān)云平臺構(gòu)建，一方面需要考察數(shù)據(jù)傳送效率以及所選擇設(shè)備的穩(wěn)定性，還需要考察其設(shè)計方案的性能價格比，配置管理操作是否簡易等。

目前，由于Frame-Relay 技術(shù)在局域網(wǎng)間互聯(lián)、局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)連接、組建虛擬專用網(wǎng)、電子文件傳輸?shù)裙こ碳軜?gòu)中均得到廣泛的應(yīng)用，所以，在智慧教育云平臺設(shè)計與應(yīng)用中，可選擇Frame-Relay 技術(shù)作為其信息交互技術(shù)保障，確保各云節(jié)點數(shù)據(jù)得到實時通信與共享。

1.1 Frame-Relay主要技術(shù)特點

Frame-Relay，又稱為幀中繼技術(shù)［2］，它能夠以快速、低廉、有效的數(shù)據(jù)傳輸方式實現(xiàn)一對一或一對多的節(jié)點間信息交互，并能夠保障音頻、視頻、數(shù)據(jù)通信等多種媒體形式的信息傳送，其技術(shù)既可用于架構(gòu)于局域網(wǎng)技術(shù)（LAN），同時也能夠架構(gòu)于廣域網(wǎng)技術(shù)（WAN）的通信實現(xiàn)過程。

就其技術(shù)架構(gòu)而言，每個幀中繼用戶將均得到一個接到幀中繼節(jié)點的專線，F(xiàn)rame-Relay傳送信息以幀（frame）為單位實現(xiàn)通信交互，并且，在傳送過程中同步實現(xiàn)對幀結(jié)構(gòu)、傳送差錯等驗證與檢查，對出錯的幀進(jìn)行丟棄處理。

Frame-Relay的主要技術(shù)特點包括：

（1）按需分配帶寬，網(wǎng)絡(luò)資源利用率高，網(wǎng)絡(luò)費用低廉；

（2）采用虛電路技術(shù)，能較好地應(yīng)用于突發(fā)性業(yè)務(wù)；

（3）數(shù)據(jù)傳送的時延小、傳輸速率高、數(shù)據(jù)吞吐量大；

（4）能夠兼容X.25、TCP/IP、SNA/DECNET等多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可為各種網(wǎng)絡(luò)提供快速、穩(wěn)定的技術(shù)連接。

1.2 Frame-Relay控制云數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)特征

在Frame-Relay 技術(shù)中，因為每個端點有一個標(biāo)識編號，此編號稱為數(shù)據(jù)鏈路連接標(biāo)識符（DLC），用于保證鏈路通信信道的唯一性連接。連接時，只需提供節(jié)點的地址和所需要傳信息的通道DLCI 編號字符信息，就能實現(xiàn)任何站點通信與信息的共享，即Frame-Relay 通過對幀地址編號DLCI 的識別，可實現(xiàn)用戶信息的統(tǒng)計復(fù)用，實現(xiàn)對用戶不可見的信道處理和數(shù)據(jù)傳輸。并且，F(xiàn)rame-Relay 使得來自所有已配置DLCI的數(shù)據(jù)都流經(jīng)路由器的同一端口，配置與管理過程方便，從而能夠保證技術(shù)合理分配與共享資源的有機(jī)整合，其控制云數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)特征如下：

（1）技術(shù)全部控制平面的程序在邏輯上是分離的；

（2）其物理層用戶平面程序使用I.430/I.431建議；

（3）鏈路層平面程序使用Q.922 的核心功能，能實現(xiàn)對信息流量進(jìn)行統(tǒng)計復(fù)用。

2 Frame-Relay智慧教育云平臺拓?fù)湓O(shè)計及測試

目前，很多公共電信局均能較好地提供幀中繼服務(wù)，并把它作為建立高性能的虛擬廣域技術(shù)連接的一種途徑。并且，F(xiàn)rame-Relay 帶寬范圍從56 Kbps到1.544 Mbps，由于Frame-Relay具有成本低、靈活性高的優(yōu)點［3］，F(xiàn)rame-Relay技術(shù)已成為世界上使用較廣泛的WAN 技術(shù)的重要配置方式。

2.1 需求分析

本智慧教育平臺設(shè)計需求分析基于云端進(jìn)行遠(yuǎn)程通信交互，并傳送節(jié)點分布于不同的城市區(qū)域。本設(shè)計假設(shè)用戶節(jié)點分布于昆明、上海、海口、重慶四個不同地域，并在設(shè)計要求時能實現(xiàn)平臺內(nèi)部主機(jī)相互通信，且與其它平臺通信時，它所需要的只是連接到通往其它平臺的虛電路。下面，將結(jié)合Frame-Relay 技術(shù)特點，應(yīng)用eNSP 仿真技術(shù)實現(xiàn)［4］Frame-Relay 在智慧教育云平臺的拓?fù)湓O(shè)計。

2.2 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計

智慧教育平臺從不同物理地域與經(jīng)濟(jì)投入，結(jié)合廣域網(wǎng)架構(gòu)技術(shù)，應(yīng)用幀中繼交換機(jī)對四個不同地域數(shù)據(jù)節(jié)點之間相互交互，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程節(jié)點之間數(shù)據(jù)信息資源共享與信息安全傳輸。可在三層交換機(jī)上建立三個VLAN，并開啟路由功能，實現(xiàn)全網(wǎng)之間的互連互通，其網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計見表1。

表1 智慧教育平臺網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計

2.3 仿真設(shè)備選擇與智慧教育平臺拓?fù)湓O(shè)計［5］

仿真過程設(shè)備選擇：華為AR2201 路由器4臺；華為交換機(jī)4 臺；PC 機(jī)若干，至少5 臺；Frame-Relay 幀中繼交換機(jī)1 臺，設(shè)計拓?fù)淙鐖D1所示。仿真軟件：eNSP華為軟件。

圖1 智慧教育平臺設(shè)計拓?fù)鋱D

2.4 Frame-Relay智慧教育云平臺配置過程

結(jié)合具體的智慧教育云平臺設(shè)計需求，對Frame-Relay配置過程如下：

從技術(shù)而言，各地域節(jié)點之間一般不進(jìn)行通信，所以上述四個節(jié)點之間不能進(jìn)行通信，若要實現(xiàn)它們之間的通信，需要在幀中繼交換機(jī)中配置相應(yīng)的映射才能實現(xiàn)。具體Frame-Relay映射設(shè)置如圖2所示。

圖2 幀中繼映射設(shè)置

2.5 Frame-Relay智慧教育云平臺連通性測試

配置完畢后需進(jìn)行云平臺上四個區(qū)域之間的連通性測試，首先對昆明與?？谥g信道進(jìn)行具體測試，可應(yīng)用Ping 命令，命令格式：Ping192.168.1.2，進(jìn)行連通性測試，具體過程與測試結(jié)果如圖3所示。

圖3 昆明—?？谶B通性測試

從測試結(jié)果分析，物理位置遠(yuǎn)程之間的云數(shù)據(jù)交互性較好，并能實現(xiàn)廣域的通信互聯(lián)，在昆明到?？谥g，相關(guān)的云平臺通信良好，能較好的保障智慧云平臺的架構(gòu)與信息共享，并能較好地實現(xiàn)云數(shù)據(jù)交互。對重慶與昆明、昆明與上海、上海與海口的測試方法與上述相同，在此不再贅述。

2.6 Frame-Relay智慧教育云平臺設(shè)計技術(shù)結(jié)論分析

通過上述測試、分析可見，在智慧教育云平臺拓?fù)湓O(shè)計中，可優(yōu)先選用Frame-Relay 技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)環(huán)境搭建與配置交換實現(xiàn)，應(yīng)用此技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中心數(shù)據(jù)交互，一方面，能保障云數(shù)據(jù)在智慧教育云平臺上的實時傳送；另一方面也可極大地降低網(wǎng)絡(luò)環(huán)境搭建成本，從而更好推動智慧教育云平臺的廣泛應(yīng)用。

3 結(jié)語

隨著Internet 互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、AI 人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)的廣泛應(yīng)用［6］，目前，在智慧教育平臺設(shè)計中，以互聯(lián)網(wǎng)+教育、AI+教育為技術(shù)特征的新型教育模式在現(xiàn)代教育體系中呈現(xiàn)出越來越重要的作用。新型智慧教育模式中將會更深入地應(yīng)用智慧教育平臺，將線上與線下教育資源服務(wù)進(jìn)行有效整合，并能深入實時統(tǒng)計分析云教育中相關(guān)學(xué)習(xí)意圖、學(xué)習(xí)需求、學(xué)習(xí)資源與學(xué)習(xí)環(huán)境，及時收集學(xué)習(xí)者行為數(shù)據(jù)，動態(tài)分析與評價學(xué)習(xí)效果，從而更好地為學(xué)習(xí)者提供學(xué)習(xí)規(guī)劃，并實時對其學(xué)習(xí)狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)管理。

而今“智慧教育”已應(yīng)用于云數(shù)據(jù)中，在internet 技術(shù)的推動下，智慧教育展現(xiàn)出前所未有的蓬勃發(fā)展與活力，各類智慧教育形態(tài)的展覽會、智慧校園、智慧教育與教學(xué)網(wǎng)絡(luò)媒體融合的信息通信過程，已成為教學(xué)中不可或缺的新型教育模式［7］。而Frame-Relay 幀中繼技術(shù)作為一種公用數(shù)據(jù)網(wǎng)通訊協(xié)議，可以實現(xiàn)快速而低廉地傳輸語音、圖像、數(shù)字等信息，工程造價成本低，配置技術(shù)實現(xiàn)較為容易，必然成為教育機(jī)構(gòu)搭建遠(yuǎn)程智慧教育云平臺設(shè)計的理想選擇方案。