基于3G無線網絡的移動教育資源體系架構研究

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

關鍵詞:3G無線網絡;移動教育;資源建設;體系架構

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的通稱。與現有的移動語音網絡技術相比，3G技術的主要優點是利用先進的空中接口技術(包括對頻譜的高效利用)、核心網全面的IP包交換及控制技術，能極大地增加系統容量、提高端到端通信質量和提供更高的數據傳輸速率，包括實現實時語音視頻、高速多媒體和移動Internet訪問及相關業務[1，2]。

由于我國前期開發的各種網絡教育資源自成體系，無法實現有效交流和共享，無法與國際互聯網上教育體系相溝通。雖然，信息技術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無線網絡通信技術的發展與應用為教育資源建設以及各種教育資源的建設提供新的契機。

2 網絡教育資源建設的現狀

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

由于我國前期開發的各種網絡教育資源自成體系，無法實現有效交流和共享，無法與國際互聯網上教育體系相溝通。雖然，信息技術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無線網絡通信技術的發展與應用為教育資源建設以及各種教育資源的建設提供新的契機[5]。

3 3G網絡教育資源的特點

3G網絡最大的特點是具有較高的的數據傳輸速度。在3G時代，隨著移動通信網絡與寬帶無線接入技術和短距離無線技術的結合，各種新型的移動行業應用將不斷涌現，3G突破移動帶寬的限制后，將使得許多行業解決方案從固定網絡向移動網絡逐步遷移，同時固網與移動網絡也將在行業領域中融合，創建更良好的技術創新環境。從3G所能提供的業務應用可以看出，高速互聯網接入、移動支付、移動定位、移動流媒體等業務，都將在行業應用領域有所作為。

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

(1)辦學理念的提升。

3G的發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一樣，輕松實現高速網絡游戲、視頻在線觀看、高壓縮率音頻在線收聽等功能。這些業務在現有的2G網絡上是根本無法想象的，而且估計價格更低，為語音業務成本為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、在移動的運輸工具上，即在任何時間和區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。原來依賴于現代網絡信息技術的三C合一的網絡框架(內容、電子商務、社區)等各種辦學模式可由3G移動通訊代替。

(3)技術模式的改進。

傳輸的速度的提高使得信息的傳輸量大大增加，促進了虛擬網絡技術的發展，使得音頻和視頻等流媒體技術在網絡上被大量應用，為遠程教育提供了技術保證。采用流式技術將再現傳統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，以及針對這些內容的索引標題區域。可以根據需要自由切換學習的課程章節。由于支持流式技術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，對網絡帶寬的要求下降。流式技術采用較高效的壓縮編碼如MPEG-4等，提高了網絡傳輸視頻的質量，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。采用流媒體技術后將有效彌補網絡課堂的這些不足。同時。流技術還為遠程教育提供良好的交互性。采用流式技術，把流式視頻、音頻加入答疑系統將提高它的完整性和交互能力。今天的流式技術將提供更多機會，使得遠程教育節目在任何時間任何地點傳播，下一代的技術將超越現在的技術。擴展通信范圍，特別是實現寬帶無線通信傳輸。流式技術它不僅能夠有效傳播教育機構編著的教程，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境。學生在點播來自互聯網上的視頻、音頻信息的同時。可以通過互聯網把他們連續的視音頻信息傳送回去。流式技術與其他技術的有效結合，會大大提高遠程教育的教學質量和滿意程度。從而大大提高學習質量。

(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，能夠在統一的網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遠程協同工作。流式技術提高了教學的交互性，但現在需我們用攝像機拍攝教師授課過程并實時地傳輸到流媒體編碼機，經過采集卡的采集、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系的學生或到資源庫點播。

(5)促進資源建設共享和高等教育信息化。

借助3G，我國通信產業將及早邁入移動化和個人化的信息網絡時代。企業、居民等社會經濟主體通過占有利用通信網絡資源、設施和工具，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，全面建設小康社會的戰略目標要求全體公民獲得在物質財富、精神財富等方面的滿足，實現人們自身的價值。3G為人們掌握信息吸納知識提供了無所不在的便利，將顯著改變人們的工作、生活和學習方式。發展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網絡采用了新的網絡架構，對于頻率資源的利用率更高，對需要高帶寬、高速率的數據多媒體業務的支持能力更強。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網絡教育資源的架構

由于3G是一種新型的無線數據傳輸技術，那么就涉及到對傳統教育資源的對接和優化。因此必須設計開發出包含視頻在內的網絡教學資源的3G訪問接口、內外網服務器、網關以及對應的訪問模式、安全功能等等。

由于教育資源數據量很大，一個文件一般都是幾十MB，甚至幾百MB，對于這樣的網絡教育資源，即便是采用加了擴展功能的數據庫系統來存儲，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無線網絡進行教育資源建設時，要注意資源庫系統硬件、軟件和開發工具的選擇，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，穩定安全。可采用“分布式外掛牽引技術”，使數據庫和文件服務器無縫連接。索引信息存放在數據庫中，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、數據量大小限制，并且有較快的存取速率，解決網上大數據量教學資源(包括視頻)的存儲和管理這個技術難題。多路并發是指網上多個用戶在同一時段內訪問同一數據。多路并發是否成功，關系到能否實現資源共享。影響多路并發的主要因素有數據庫系統、交換機、路由器的功能和傳輸網絡的帶寬等。

3G網絡教育資源系統構架將包括有3G網絡數據庫的呈現模式，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，數據的存儲技術，服務器RAID冗余磁盤陣列技術，視頻點播技術，以及3G移動流媒體技術等。典型的3G網絡教育資源建設的體系架構如圖1所示。

(1)分布式移動教育資源庫的建立。

由于傳統的集中式存儲管理難度大以及對等結構的分布式資源庫易造成網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構管理，通過建立資源目錄中心，對分布存 儲的資源節點進行集中統一管理，實現了分布式資源的快速檢索和網內用戶的單點登錄驗證等技術問題[6]。如圖2所示，系統由資源目錄中心、分布式資源庫節點、目錄中心代理和資源庫節點代理等四個主要部分組成。

(2)3G流媒體服務系統。

3G網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網絡的高傳輸速度而開發的，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效果沒有優勢，目前在選用3GP/3GP2后不再單獨選擇支持RM格式。由于3G網絡教育資源建設中對于音視頻課件必須轉換為流媒體形式，另外由于不同的移動終端其處理能力有較大差異，所支持的協議和編碼格式也各有不同，因此3G網絡教育資源廣播平臺需要采用后臺的流媒體服務系統進行終端適配來解決這個問題。

相對于有線網絡而言，無線網絡狀況更不穩定，除去網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至關重要。下面對3G網絡中首選的3GP/3GP2流媒體服務系統進行介紹。

基于3G教育網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AVS-M編碼器壓縮生產的碼流易3GP文件格式存儲供傳輸，服務器和移動終端通過RTSP/SDP協議進行會話管理，RTP/RTCP協議進行數據傳輸和傳輸控制，移動終端完成數據的接收、緩沖管理和解碼播放，如圖3所示。

(3)基于SOA的3G教育網絡系統集成。

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

5 結束語

由于移動終端的寬帶業務方興未艾，將來手機將來會發展為一個個人手持智能PC，而且有些功能還優越于臺式PC功能。移動互聯網將高速發展，人們對手機增值業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先機性。

據統計，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、持續發展的優秀教育服務，75%以上的在職工作者都在進行不同程度的繼續教育，50%以上的企業管理者主動需要專業學習和培訓，45%的年輕人在進行外語類培訓學習。全國需要優質教育培訓資源的總人數達到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的結合模式定位的移動講堂的市場將為基于3G網絡的教育資源建設提供新的應用前景。

參考文獻

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[2]Junsong Xie， etc.Downlink Transmission Performance of WCDMA Based IMT-2000 with Coherent Rake Combing.2001 IEEE International Conference on Third Generation Wireless and Beyond， San Francisco， USA， May 31， 2001， pp.991-994

[3]Junsong Xie， etc. Analysis and Simulation of 3GPP Based WCDMA Multi-rate Downlink Data Transmission. the First IEEE International Workshop on Sequence Design and Applications for CDMA Systems， Sep. 24th， 2001， pp. 271-280

[4]Junsong Xie， etc. Throughput maximization of adaptive MQAM and the effects of inaccurate feedback channel estimation. the 4th IEEE international conference on parallel and distributed computing， applications and technologies， ISBN: 0-7803-7840-7， Aug. 27-29， 2003， pp. 404-407

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[7]郭晉偉. SOA架構的管理信息系統設計與實現[D]. 沈陽:中國科學院沈陽計算技術研究所. 2006:42-46.

[8]蔣杰，劉友華，曹天瑜. 基于SOA的網絡教學資源系統集成[J]. 科學技術與工程，2007(8):34-39.

[9]林陽.無線互聯網:支撐遠程教育的新平臺[J].現代教育技術，2002，(3):37.

[10]肖君，張永忠，陳祝華. 基于XML-RPC技術的分布式教育資源庫系統[J]. 計算機工程， 2005.20:60-67.