教育資源共享與遠程多媒體網絡創新平臺構建

孟利民， 胡曉鋒， 華驚宇， 彭 宏， 徐志江， 張江鑫

(浙江工業大學 信息學院； 浙江省通信網技術應用研究重點實驗室， 浙江 杭州 310023)

0 引 言

隨著知識經濟時代的到來，高等教育變得越來越普及。而作為高校進行科研實驗的主要場所實驗室也開始面臨著許多問題。高校實驗室是學生進行實踐的主要場所。然而目前高校實驗室資源稀缺、資源分布不均勻、不能共享等問題也日益突出[1]。

在綜合分析目前高校實驗室教學所出現的問題的基礎上，結合現代行業應用需求的特點，提出了建設遠程多媒體網絡創新平臺。通過該平臺的建設，實現高校教育資源的優化配置和合理利用。同時調動學生學習積極性，達到培養高校復合型應用人才的目標[2]。

1 高校實驗室建設現狀

隨著信息時代的發展與教學要求的提高，目前高校實驗室[3]面臨不少的問題，主要有：① 實驗室經費資源短缺。實驗室運作經費主要來自財政撥款，但這方面資源是有限的，而實驗室管理成本越來越高。同時由于科研實驗的需要而購買的各類儀器，以及維護這些實驗儀器所進行的投入也在不斷增加，由此造成實驗室經費資源越來越短缺。② 實驗室用房資源短缺[4-5]。學生實驗必然需要有實驗空間，而實驗用房則由學校分配。在目前高校擴招的大背景下，學生的實驗需求越來越大，而原有的實驗用房已經很難接受更多的學生來進行科學實驗。因此目前主要采用的辦法錯時進行實驗，然而有限的用地必然會對學生實驗效果以及實驗積極性產生影響。③ 學生動手能力有待加強。從實際學生實驗效果上看，一些學生并不能很好的完成基礎課程所要求的實驗。同時學生對于自己所做的實驗理解不深，并不清楚自己所做的實驗的意義。而由于實驗室資源的限制，也間接導致學生不能有足夠機會進行實驗操作，加深對實驗的了解。④ 外界誘惑大，影響學生積極性。一方面，是高校實驗資源的短缺，導致學生沒有充分時間來掌握所做的實驗，影響學生學習積極性；另一方面，由于大學相對寬松的環境，以及實用主義盛行導致的大學學習的功利性[6]，同樣也導致了學生不能完全把精力投入學習當中。

同時，高校實驗室出現的問題還包括高校實驗教學與實際行業應用之間的脫軌[7]。現在學生對行業性需求認識模糊，對行業應用方面的了解更是缺位，尤其是信息行業系統概念、國家和行業標準、設計理念、設計方法等更新換代很快。這導致許多學生寧愿花更多錢去參與社會培訓。

針對以上問題，本文提出構建遠程多媒體網絡創新平臺。以該平臺為基礎，結合互聯網及行業應用，共同開設電子、通信、計算機、控制等專業的原理性基礎實驗。同時針對不同專業開設不同系統實驗，加強高校人才培養。

2 遠程多媒體網絡創新平臺

目前關于遠程多媒體網絡創新平臺方面的研究還相當少，下面將通過對遠程多媒體網絡創新平臺的框架、特點、布局計劃三方面對其進行介紹。

2.1 遠程多媒體網絡創新平臺框架

遠程多媒體網絡創新平臺是為了緩解學生和實驗室供求矛盾，幫助學生更好學習為目的而搭建的。其以遠程，開放，共享為基本思想進行設計，以學生為主體，實現多種接入和交互手段幫助學生進行學習，同時能夠支持實時和非實時交互式教學[8-9],該平臺總體框架見圖1。

圖1 遠程多媒體網絡創新平臺框架

創新平臺以3G/互聯網為通信媒介，以智能手機、電腦、嵌入式實驗設備為平臺的接入設備，實現平臺所要求的遠程、開放、共享。通過遠程多媒體通信交互系統，學生可以用手機或者PC端等接入設備，接入平臺，并在平臺上進行操作。創新平臺的所有數據，包括學生數據(比如學生姓名，學號，成績)、教師數據(比如教師用戶名，教師ID，所教科目)、實驗數據(比如實驗名，實驗步驟，實驗關鍵字)均存放在數據庫中，允許學生和教師調用數據庫的數據進行實驗和教學。

2.2 遠程多媒體網絡創新平臺特點

(1) 支持三種教學模式。離線，在線，離線和在線相混合。該創新平臺的設計不僅允許學生在正常實驗時間可以上平臺進行實驗，完成實驗操作，即使不登錄平臺，也可以在本地離線學習，進行相關實驗的學習。同時，該平臺支持在教師端查看學生的離線，在線狀態。教師可以方便的通過平臺實現對學生的實驗進行單獨的實時指導與教學，幫助學生解決困難[9]。

(2) 實現學生自主自愿學習。① 該創新平臺開設的實驗涵蓋了大部分信息工程基礎和專業課，如通信原理、移動通信原理、現代交換原理、嵌入式系統原理及應用、信息安全基礎、數字信號處理、數字圖像處理、多媒體通信、流媒體技術、XML編程、數據通信與計算機網絡、TCP/IP原理及網絡編程、DirectX編程等。學生通過平臺實驗教學，對所學課程加深理解，方便地進行二次實驗開發；② 由于平臺上可以開設不同專業的不同系統實驗，比如電子專業開設的感知類實驗，通信專業開設的移動互聯類實驗，控制專業開設的遠程控制實驗，因此學生可以根據自己的興趣，發揮主觀能動性，自主選擇喜歡的實驗進行了解與學習。

(3) 學生、教師共享。登錄該平臺的學生與教師，均可以發揮自己的聰明才智，在平臺上設計新實驗，并在該平臺上完成實驗。而創新平臺則可以對該新實驗進行審核、確認，然后在該平臺上進行正式發布推廣，開放其他的學生和教師操作該實驗。

2.3 遠程多媒體網絡創新平臺布局規劃

以上是對該網絡創新平臺的框架介紹以及特點闡述。關于該網絡創新平臺的具體建設方案有三種。

(1) 局域網方案。需要部署2或3臺服務器作為信令和媒體中轉站，占大約10 m2的場地，服務器由局域網互聯，服務器數量根據應用不同可以增加或減少。學生實驗接入設備根據需要可配置30～40臺不等，備有上機操作的電腦和桌椅，一般需要100 m2的場地。學生客戶端配置在每臺上機操作的電腦中，而教師客戶端則可以選擇配置在教師機中。

(2) 廣域網方案。除了局域網方案需要配置的設備和場地，另需申請1條外網專線，可以是電信、移動或者聯通，實驗接入設備可以放置在任意一個可以上網的地方，并可以不配備專門的實驗用房，實驗場地靈活選擇(可以在學生宿舍或老師家里)。該方案可以充分實現創新平臺的遠程，開放，共享的目標。只要有授權的用戶名和密碼，學生便可以登錄該平臺，并且操作該平臺上所上線的實驗設備，達到高校間實驗儀器和設備的資源共享。并且突破學校實驗室的限制，使學生實現遠程登錄與操作。

(3) 租賃方式。向已經建立平臺的學校或企業租賃進行網上實驗和測試。因為學校經費資源和用房資源的限制，并不是每一個學校都有足夠成本完成服務器的購置、平臺的設計和搭建的。因此，可以選擇租賃的方式幫助本校學生利用創新平臺進行實驗學習與操作，只需要自己擁有上網設備即可。

3 創新平臺核心技術和接入設備

要完成該網絡創新平臺的建設，需要采用相關網絡技術，同時需要有相關硬件進行支持。下面介紹相關協議技術以及相關接入設備。

3.1 創新平臺核心技術

該平臺所采用的核心技術，主要圍繞實現遠程開放共享的目標，包括設備、服務器、學生端、客戶端之間的信令通信與媒體流數據的傳輸。

目前平臺采用的技術包括信令流和媒體流分離技術、P2P技術、網格技術、負載均衡技術、視頻序列噴泉碼編碼技術[10]等。其中，信令流與媒體流分離技術可以通過使用信令服務器和媒體傳輸服務器實現，完成包括平臺間教師端與學生端之間的一些信令通信，以及設備端與客戶端之間的媒體流傳輸。而網絡技術包括網絡計算、存儲、數據、信息等資源共享[11]，完成平臺上網絡數據的計算、數據庫的存儲、客戶端信息的查詢等。負載均衡技術和視頻序列噴泉碼編碼技術可以通過嵌入到設備端和客戶端的相關算法，改進流媒體傳輸協議，從而增加平臺上視頻畫面的清晰度，改善用戶體驗。

應對以上技術，平臺采用了一系列相關協議，包括SIP協議、RTP協議[12]、RTMP協議等，分別實現遠程信令交互、實時音視頻數據的傳輸。而RTMP協議建立在TCP協議或輪詢HTTP協議之上[13]，用于流媒體的封裝與傳輸。

3.2 創新平臺接入設備

該創新平臺實現多設備，多終端接入。該設備以ARM9為核心，包括GM8180+TW2835的開發板[14]、高清顯示屏、攝像頭、仿真器。將該設備接入創新平臺，學生可以對其進行操作，包括進行嵌入式基本實驗、視頻實驗、GPS實驗、遠程控制實驗等[15]。同時，該設備支持二次開發，讓教師和學生對其開發新的實驗。其余的接入設備包括遠程攝像頭、智能手機等。

終端接入則包括PC端和移動端。只要在終端安裝平臺提供的相關軟件，便可以實現遠程接入，在平臺上進行實驗學習與操作。

4 結合行業應用的建設方案案例

該平臺并不僅僅局限在進行高校實驗領域，還可以根據自身技術特點，結合當前行業發展趨勢，為行業相關問題提供解決方案，以培養學生動手解決問題的能力以及加深對所學行業的理解。該平臺以信息類專業為主體，因此可在信息行業相關領域有所作為。比如，智能家居應用、GPS定位應用、移動互聯應用。創新平臺在視頻監控方面的應用。如圖2所示：

該方案包括前端采用遠程攝像頭進行視頻采集，然后通過開發板對視頻數據進行壓縮，經過網絡傳輸，服務器中轉，最后在終端顯示設備所獲取的視頻畫面。因此，通過創新平臺應用，人們可在PC終端，也可在移動終端查看相關視頻畫面，對目標區域進行監控。

5 結 語

綜上所述，遠程多媒體網絡創新平臺有眾多優勢，包括輻射面廣。可以應用于多個專業。適合工科類學生在平臺上進行實驗學習。同時，平臺可以針對每個行業的應用，開展針對性實驗，加強學生動手能力，培養學生創新能力，提高畢業生就業競爭力。而教師則可以在該平臺進行科研實驗，提高專業技術水平。然而，創新平臺同樣還擁有較大的改進空間。高校可以基于此創新平臺提供的軟硬件接口，開展一些軟件、應用、實驗、開發、認證、培訓等的增值服務。同時，使實驗室成為其它行業信息化建設的演示平臺、實訓基地，向當地社會提供技術交流、課題研究支撐，為實驗教學和科學研究提供有力保障[16]。

圖2 視頻監控

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