基于MVC模式的校園網多媒體組播系統的設計與應用研究

摘 要：針對目前網絡多媒體應用存在的問題，本文首先描述了組播技術，為使系統具有很好的可擴展性，提出了基于MVC模式來架構校園網多媒體組播系統，詳細給出了該系統的設計方案，以及關鍵技術難點的實現。通過實驗測試，該系統運行良好、穩定，可維護性強，音/視頻傳輸流暢自然，網絡流量明顯降低。

關鍵詞：MVC；組播；校園網多媒體

中圖分類號：TP319 文獻標識碼：A

1 引言

教育信息化是當前我國高校教學改革的一項重要內容，在教育信息化進程中，大學數字校園建設已受到各個學校的高度重視，從資源（如圖書、講義、課件等）到活動（包括教、學、管理、服務、辦公等）均要實現數字化，以上所有內容的建設都要依托于校園網。概括起來，目前校園網主要提供以下服務：（1）WWW服務；（2）E-mail服務；（3）FTP服務；（4）多媒體服務。其中，WWW服務、E-mail服務、FTP服務相對技術比較成熟，而多媒體業務與一般業務相比，由于其數據量大，時延敏感性強，聲音和圖像的播放要流暢同步，對網絡時延和網絡帶寬要求很高，時至今日，雖然取得了重大成就，但仍存在很多問題。再有，目前校園網幾乎都采用交換式以太網技術，運行在該環境下的網絡課堂、電子白板等服務，都是采用廣播方式，嚴重的浪費了網絡帶寬和主機資源，并且服務質量較差。而組播技術可以很好的解決這個問題。組播是允許一臺或多臺主機發送單一數據包到多臺主機的TCP/IP網絡技術，按協議層次可以分為應用層組播、網絡層組播（IP組播）、數據鏈路層組播三種[1]。

2 校園網多媒體組播系統架構方案

2.1 搭建網絡環境

校園網目前大都采用交換式以太網技術，該技術的采用，雖然使得沖突域明顯減少，但所有主機仍然處于一個大的廣播域中，很容易造成“廣播風暴”[2]。雖然，有些系統也采用了組播技術來解決多媒體業務中碰到的問題，但實際上，并沒有實現“真正意義”的組播，對組播數據的處理仍然是廣播方式，僅僅在應用層實現了組播，在網絡層和數據鏈路層并沒有實現組播，網絡上流動著大量的廣播包，嚴重的浪費了網絡帶寬和主機資源。由此本文提出了校園網多媒體系統的組播思想：在交換式以太網中部署IGMP Snooping協議[2]，并且結合VLAN技術，根據這種思想搭建的網絡環境，從應用層、網絡層到數據鏈路層均實現了組播，徹底改善了網絡性能。筆者已經通過EtherPeek協議分析器對校園網內流動的組播數據包進行過測試并證實了這一點。

2.2 架構軟件方案

為了使系統具有可維護性、可重用性、可移植性，本文提出了基于MVC模式的軟件架構。MVC，即把一個應用的輸入、處理、輸出流程按照Model、View、Controller流程徹底分離。一個應用被分成三個層：模型層（即：數據持久層）、視圖層（即：表示層）、控制層（即：業務層）[3]。MVC模式是第一個將“表示邏輯”與“業務邏輯”分離的設計模式。

在系統架構方案中，數據持久層主要負責數據庫系統、事務處理等職責，可以采用Hibernate框架來實現；表示層主要用來處理客戶請求，調用相應的邏輯模塊，并把結果以動態網頁的形式返回到客戶端，可采用JSP/Struts技術來實現；業務層主要用來實現應用系統具體的業務邏輯，這是系統應用的核心，可采用Struts框架來實現，參見圖1[5]。

Struts框架的使用，使得校園網多媒體組播系統具有了靈活、擴展性強、復用程度高的特點。Struts是Apache組織的一個開放源代碼項目，Struts底層機制也運用了MVC模式。ActionServlet完成了控制器的功能，讀取配置文件（struts-config.xml），為不同的Struts模塊初始化相應的ModuleConfig對象?？刂破鹘邮誋TTP請求，并從ActionConfig中找出對應于該請求的Action子類，將請求分發到具體的Action類進行處理，并根據處理結果選擇調用JSP 文件；如果沒有對應的Action，控制器直接將請求轉發給JSP頁面?？刂破髡{用具體Action的execute方法之前，Action Form對象將利用HTTP請求中的參數來填充自己，自動將這些參數以JavaBean的方式保存在Servlet Context中，這樣它們就可以被其他Action對象或者JSP調用[4]。

Action一般只包含一個execute方法，它負責執行相應的業務邏輯，執行完成之后，返回一個ActionForward對象，控制器通過該ActionForward對象來進行轉發工作。通常，將獲取數據和執行業務邏輯的功能放到具體的JavaBean中，而Action只負責完成與控制有關的功能，參見圖2。

3 系統主要技術難點的實現

校園網多媒體組播系統主要功能有：教師中心、學生中心、組播中心，教師中心和學生中心主要完成教師、學生信息的注冊與管理，其中教師中心包括教師對組播信息的發布（組播地址由管理員分配）。組播中心包括查詢組播、加入組播和離開組播三大功能。查詢組播主要完成組播信息的隨機查詢和條件查詢，隨機查詢是指學生登錄系統后可以隨機的從當前活動的組播中選擇，按條件查詢是指學生登錄系統后可以選擇自己感興趣的課程和老師所在的組。加入組播主要完成實時的課堂教學過程，包括聲音、視頻和文字，學生若有疑問，可以在線對教師發問，教師可以馬上做出應答。加入組播和離開組播都是動態的，學生可以動態的加入組和離開組，系統的穩定性不受組規模（學生數量）的影響。在圖3中給出了查詢組播的Web頁面?？紤]到該頁面要實現兩個功能，既可以隨機查詢當前活動的組播，也可以根據條件查詢當前活動的組播。所以在查詢組播的具體實現中采用了Action中的LookupDispatchAction，該技術的引用，提高了系統的靈活性和可重用性。

查詢組播的具體實現過程及其部分代碼說明如下：

首先在multicastManage.jsp頁面中加入：

；

請注意兩個name的取值： \" method.random \"和\"method.condition\"。

在Struts-config.xml配置文件中加入：

type=\"com.sjtu.web. MulticastManageAction\" parameter=\"method\" >

請注意parameter取值\"method\"。

接下來，重點來實現MulticastManageAction，該Action中有兩個函數，random：實現了隨機查詢組播；condition：實現了條件查詢組播。

public class MulticastManageAction extends LookupDispatchAction {

public ActionForward random（ActionMapping mapping， ActionForm form， HttpServletRequest request， HttpServletResponse response） throws Exception {

}

public ActionForward condition（ActionMapping mapping， ActionForm form， HttpServletRequest request， HttpServletResponse response） throws Exception {

multicastManageForm matchForm=（multicastManageForm）form；

List members=1；

try{

members=service.multicastQuery（matchForm.getCourse（ ）， matchForm.getTeacher（），matchForm.getDeparment（ ））；

request.setAttribute（\"addresss\"， addresss）；

return mapping.findForward（\"matchSuccess\"）；

}catch（Exception e）{

return mapping.findForward（\"matchFail\"）；

}

}

protected Map getKeyMethodMap（） {

Map map=new HashMap（）；

map.put（\"method.random\"， \"random\"）；

map.put（\"method.condition\"， \"condition\"）；

return map；

}

}

請注意getKeyMethodMap（），實現了將\"method.random\"和\"method.condition\"兩個Key值放入了map中，而這兩個值就是multicastManage.jsp中兩個按鈕的name。

4 實驗測試與結論

為檢測系統性能，本文對MVC模式下校園網多媒體系統進行了測試。為測試方便，實驗時視頻大小為160×120，視頻內容主要以教師頭像為主，采用MPEG-4視頻編碼標準，分別對傳統通信方式和組播通信方式流量進行了比較。DL（Down Load）為下行速率，UL（Up Load）為上行速率（參見表1和表2）。

從表1和表2可以看出，在傳統通信方式下，隨著訪問量的增加，網絡流量顯著增加，服務質量明顯下降，而在組播通信方式下，網絡流量不會隨著訪問量增加而增加，并且獲得了很好的主觀質量評價。目前，基于MVC模式下校園網多媒體組播系統運行穩定可靠，音/視頻傳輸流暢自然。

參考文獻

[1] 王軍.交換式以太網中連續實時流媒體的可靠多播[J].軟件學報，2004，15（2）：496-502.

[2] 王軍.交換式以太網上的多播協議[J].軟件學報，2004，14.

[3] 劉春祥.基于MVC 模式的網絡視頻檢索系統設計與研究[J].信息技術，2006，7：7-11.

[4] 張素珍.基于Struts架構的郵政遠程教育平臺設計與實現[J].計算機系統應用，2006，7：55-58.

[5] 劉運龍.一個基于雙MVC架構的遠程教學管理系統設計與實現[J].計算機系統應用，2006，5：1-5.

作者簡介：

張美枝（1973-），女，本科，副教授.研究領域：網絡多媒體與軟件工程的研究.