IP專網的多媒體教室桌面云建設的應用

李 伽，張紅麗

（宜賓學院網絡與多媒體管理中心，四川宜賓644007）

IP專網的多媒體教室桌面云建設的應用

李 伽，張紅麗

（宜賓學院網絡與多媒體管理中心，四川宜賓644007）

針對高校多媒體教室設備管理使用的實際，分析傳統多媒體設備使用模式面臨的問題，提出建設基于IP專網的桌面云新型多媒體設備教學平臺.通過對IP專網桌面云系統的需求、架構及應用等的分析，探索利用桌面云系統的資源共享機制、完整高效以及易于構建等特點，從而提高學校多媒體教室設備的利用率，創新性地開展教學教輔管理工作，為高校的多媒體教學提供全面、快速和便捷的服務.

IP專網；多媒體教室；桌面云

隨著現代教育技術的不斷發展，高校利用多媒體教室授課的比例越來越大，其教學輔助作用越來越明顯[1].傳統多媒體教室數量多、分布廣、使用者眾多，在管理上有一定難度[2].在信息化的云時代背景下，如何應用好新技術、新方法，加快高校信息化建設步伐，轉變多媒體教室的管理模式是高校多媒體設備管理部門重點考慮的問題.采用IP專網的方式搭建多媒體教室桌面云的架構，構建數字化教學資源云，提升教學體驗，進而讓多媒體教學設備的應用更加簡便，是我們在多媒體設備管理中嘗試采用的新方法.實踐證明，這是一種既能保證正常教學，又能盡可能多地減少投入；既能易于管理維護，又能保證數據安全的個性化計算機環境架構模式[3].

1 傳統多媒體設備管理系統存在的問題

目前，多數高校的多媒體教室以中控為核心，將計算機、投影機、幕布、功放、音響、無線話筒等信號源整合，通過網絡或中控面板，實現遠程或現場對多媒體設備的控制與信號切換，滿足教學應用需求.由于教室分布廣、電腦硬件配置不統一，維護人員有限，維護不及時的情況也時有發生[4].隨著學校對信息化建設的重視，多媒體教室數量的不斷增加，傳統多媒體設備及管理系統暴露的問題也日益明顯.

（1）現有網絡帶寬的局限性

高清數字化教學資源的應用對多媒體教室網絡帶寬有一定要求.目前，學校樓宇之間都采用千兆局域網的主干通道，由于線路損耗、網絡硬件等方面原因，實際使用帶寬只能達到600～700Mbit/s之間.在教學中若要使用高清數字化教學資源、錄制高清精品課程、上傳教學資源到服務器、利用中控服務器對多媒體教室發送并發信息等操作，千兆局域網的主干通道就顯得捉襟見肘.

（2）系統及軟件部署的復雜性

教室內的多媒體計算機通常按常規部署系統配備，但是，不同專業教師的教學要求不一樣，使用的教學軟件可能也有差異.如，計算機學院教師要講解Linux系統時，需要為其單獨安裝或應用虛擬機；如教師進行3DMAX軟件教學時，需要臨時安裝軟件.因而，特殊的軟件環境需要特殊的部署，給系統及軟件部署將帶來極大的復雜性，也給多媒體教室的管理工作帶來諸多不便.

（3）病毒的多樣性

多媒體教室的計算機上安裝有防病毒軟件，但是由于網絡攻擊方式和病毒程序不斷更新、計算機使用頻繁和人員較多，會給系統的病毒防護帶來難度.例如：教師上課時，會通過移動存儲設備將課件復制到多媒體計算機上使用；為方便學生的理解，教學時會通過網絡播放一些高清教學視頻等，這些操作都會給計算機帶來病毒的威脅，網絡安全防御方法也需隨之改進[5].

（4）教學資源的獨享性

通常，一套正版軟件只能在一臺計算機上使用，而多媒體教室數量眾多，若每間教室安裝一套殺毒軟件，對學校來說也是一筆不小的開支.受采購成本限制，正版軟件的使用僅能獨享在部分計算機中，限制了教學的拓展，也不利于系統部署.由于教學資源的獨享性，如教學軟件更新、系統升級補丁、安全更新等都需要計算機管理人員逐個教室去操作實現，這樣不僅增加了計算機管理員的維護工作量，降低了工作效率，也不同程度加大了學校的用工成本.

2 基于IP專網的桌面云系統需求分析

多媒體教室桌面云的建設以IP專網為依托，采用日趨成熟的多媒體和互聯網技術，實現大信息量音視頻信息的交互和共享[6].要建設基于IP專網的多媒體教室桌面云系統，實現多媒體教室管理、使用的智能化，需要搭建一個高性能、穩定的硬件平臺，并有完善的軟件系統作為支撐.在此基礎上，對動態變化的高校多媒體教學資源進行整合，逐步建立優質的高清教學資源共享機制和新型管理模式[7]，跟上信息化發展的步伐.同時，通過提高設備性能滿足逐年增加的學生數量的教學需求，滿足多媒體教室數量增加與軟、硬件更新換代的系統部署工作，滿足高清教學資源的網絡應用要求，減少計算機硬、軟件采購成本，降低管理模式的復雜度與分散度，減少多媒體設備的運行維護成本.因而，從學校多媒體教學應用實際需求考慮，基于IP專網的多媒體教室桌面云系統的建設需滿足以下基本要求：

（1）滿足云時代下高清教學資源的網絡帶寬需求；（2）統一用戶終端，解決多媒體教室因使用不同品牌計算機造成的硬件配置不同、驅動收集管理難的問題；（3）滿足任課教師對多媒體教室電腦在不同教學環境下系統部署需求多樣化問題；（4）滿足多媒體教室桌面云開放式環境下的病毒防護及數據共享帶來的系統安全性問題；（5）通過改變傳統多媒體教室系統部署方法，解決原來多媒體設備維護分散、軟件更新效率低的問題.

3 IP專網多媒體教室桌面云系統架構與應用分析

隨著IP專網通信技術的普及，針對多媒體教室的網絡互聯技術也得到了廣泛應用.基于IP專網的多媒體教室桌面云是云計算時代的典型應用.桌面云技術又稱為虛擬桌面或云桌面技術，它能夠在云端為用戶提供遠程的計算機桌面服務[8].云計算技術的優點在于節省資源，桌面云具有的擴展性和靈活性可以方便、快捷地把數據空間、管理服務等資源通過提供桌面化的方式發布到每間教室，這些特點是傳統多媒體教室計算機不能比擬的.把IP專網與桌面云結合，形成特有的基于IP專網的多媒體教室桌面云系統是未來多媒體教室建設發展的趨勢.

3.1 桌面云系統架構

根據實際情況，針對多媒體教學服務的IP專網采用了2層架構.專網核心采用當前業界較先進的核心交換機產品H3C12508，從核心機房通過光纖連接到教學樓群，構成環狀萬兆核心鏈路.該核心設備背板帶寬為7.65Tbit/s，在100Gbit/s技術成熟后，能夠順利升級到10萬兆的網絡環境.各校區教學樓宇的接入層采用萬兆上聯、千兆下聯的方式組網，確保千兆網絡到多媒體教室桌面.目前，設計的IP專網主要連接到學校的教學平臺，以后根據學校教學、科研的發展需要，IP專網可以向重點實驗室、重點機房、重要會議室以及重要的機關部門延伸，從而為教學、科研及信息化建設的長遠發展提供了一個高性能的網絡服務平臺.IP專網的架設，增大了網絡帶寬，保證了教學過程中高清教學應用數據的傳輸要求.同時，IP專網內的安全認證體系保證了網內數據的安全性和有效性.

桌面云系統實質為一種IaaS（Infrastructureasa Service），即基礎設施服務，桌面云通過瘦客戶端來訪問跨平臺的客戶桌面和應用程序[9]，圖1即為IP專網與桌面云整合后的架構圖.桌面云系統的多媒體教室端使用體積較小、功耗較低的接入終端，也稱為瘦客戶端，瘦客戶端主要完成基本的輸入、輸出和信號顯示功能.桌面云系統將授課教師的桌面文件存放在利用虛擬機技術建立的云端服務器，云端的每個桌面文件都是一個帶有應用程序的操作系統.授課教師在教室通過瘦客戶端來訪問、控制桌面系統，當教師關閉桌面操作系統時，通過桌面云系統的配置文件管理，可以實現教師個性化定制的保存，教師的任何設置都將被保留，也可以根據教師的教學需求進行修改.云端服務器則負責桌面云系統計算任務的處理和數據存儲.授課教師使用多媒體瘦終端登入桌面云系統并進行身份認證后，即可訪問云端服務器和應用程序，獲得與傳統多媒體教室計算機無差異的服務體驗，也可以根據自己的教學需求選擇桌面云端已經部署的系統.桌面云系統的應用極大地簡化、方便了教學過程.

圖1 IP專網的多媒體教室桌面云系統架構

3.2 桌面云平臺建設

桌面云平臺技術實質是將計算、存儲、服務器、應用軟件等IT軟硬件資源虛擬化，將大量用網絡連接的計算資源統一管理和調度，構成一個計算資源池，向每個多媒體教室提供個性化的服務[10].服務器是桌面云平臺的核心，承擔著桌面云平臺極其重要的計算功能.對于組成桌面云平臺的服務器，通常都是將類型相同或者相似的多臺服務器組合在一起，作為資源配置的母體，即所謂的服務器資源池.在這個服務器資源池上，通過安裝虛擬化軟件，使得其計算資源能以一種云主機方式被不同的應用和用戶使用.采用軟件對多臺服務器虛擬化后，連接到共享存儲，構建成計算資源池，通過網絡按需為授課教師提供計算資源服務.同一個資源池內的云主機可在資源池內的物理服務器上動態漂移，實現資源的動態調配.

圖2 桌面云平臺教學資源池組成結構

桌面云平臺把教學過程中所需要的數據存儲在云端，避免本地教學資源被外來的不可靠資源感染，以實現教學資源異地應用和異地存儲的目的，使多媒體教室中的計算機的性能最小化，功能最大化，并在不改變教師使用習慣的前提下，將傳統用戶桌面系統以虛擬桌面的形式提供給授課教師.桌面云平臺教學資源池組成結構如圖2所示，利用桌面云平臺可實現服務器集中部署客戶端，用戶界面操作統一化，端設備集中到端管理系統上，遠程統一進行運維管理.

桌面云平臺根據不同任課教師的教學需求，建立統一的教學資源池，大大減輕了多媒體教室客戶端計算機的工作負荷，減少了維護工作量，也極大地豐富了任課教師可用教學資源.教師可以根據教學要求從教學資源池中選取需要的教學應用軟件，學生也可通過桌面云平臺與教師互動，云平臺業務管理人員則通過管理通道遠程集中式管理教室內用戶的虛擬桌面系統.由此，有效保障了關鍵數據的安全性，實現硬件資源的彈性部署，增強了教室桌面系統的靈活性及可管理性，并降低了總體擁有成本和維護成本，能高效合理地管理好教學資源，也滿足了廣大教師對多媒體設備的使用要求.

學校共有多媒體教室200多間，教學中常用的應用軟件如表1所示.常用軟件存放在教學資源池，多媒體教室客戶端可以通過桌面云系統控制服務器方便、快捷地調用所需要的應用軟件.桌面云平臺的應用，促進了多媒體教學的進一步發展，彌補了傳統多媒體教學中的不足.

表1 多媒體客戶端常用軟件

3.3 應用分析

IP專網是多媒體教室桌面云系統應用的支撐.在校園專網范圍內，可以針對教學應用、流媒體、視頻會議、RTP傳輸等普通數據流類型的不同分別定義多種不同類型的服務.通過嚴格的視頻傳輸QoS控制，為多媒體教學的各類基于IP專網的高清網絡視頻傳輸提供高質量的服務保證，如：高清錄播教室的教學視頻傳輸、精品課程的實時發布等.

IP專網內的端口流量決定數據傳輸的應用.例如：一個萬兆端口，如果承載虛擬桌面達到100臺，平均到每個虛擬桌面的帶寬將達100Mbit/s.而多媒體教室桌面云系統相比傳統的業務系統，帶寬設計除考慮業務系統帶寬外，還疊加了授課教師對教學應用的需求，即便這樣虛擬桌面100Mbit/s應該足以應付高清教學的要求.桌面云的應用大大縮短了用戶終端（虛擬桌面）與各應用服務器的距離.

IP專網多媒體教室桌面云管理系統通過云管理界面實現對桌面云全系統（包括服務器、存儲、網絡設備、桌面云平臺、虛擬桌面、虛擬應用）的統一監控和管理，根據不同用戶的管理權限，實現不同的功能.桌面云運維管理界面如圖3所示.

桌面云運維管理系統為多媒體教室端提供健康體檢、平臺監控、資源計量、桌面管理、審計管理等功能，幫助多媒體管理人員簡化桌面云管理、優化桌面云資源、保障桌面云安全，其應用拓撲如圖4所示.保障IP專網多媒體教室桌面云教學平臺的應用安全，是工作的重點.從桌面云技術角度而言，安全和控制主要應考慮設備安全、用戶身份鑒別與授權、邊界安全、數據的保密性和完整性、安全監測和策略管理等[11].

圖3 桌面云運維管理界面

圖4 IP專網的多媒體教室桌面云拓撲圖

4 IP專網的多媒體桌面云管理系統的優勢

構建IP專網的多媒體桌面云管理系統，使得教師在教學過程中的網絡應用更加流暢、安全、穩定，既改善了現有多媒體教室管理、使用中的問題，也提升了授課教師的教學體驗.如：計算機授課教師使用IP專網的多媒體教室桌面云管理系統來下載教學中所需要的數據文件，該文件約8GB，從圖5的IP專網與普通網絡下載速度的對比來看，使用IP專網下載速度提升了10倍，大大節約了時間，提高工作效率.

圖5 IP專網與普通網絡下載對比

IP專網的多媒體教室桌面云管理系統的應用優勢體現如下：

（1）管理集中性

在多媒體教室使用IP專網的桌面云管理系統，提升維護效率，集中安裝、部署、更新軟件定義資源，更新或發部一個桌面僅需要15分鐘，所用時間縮短到物理桌面的1/16.統一監控計算、存儲、網絡等相關資源，超過200個監控點，全面掌握桌面云實時狀態.通過虛擬化基礎平臺實現對多媒體教室桌面應用環境設立、配置、資源管理和工作負荷管理的集中化與簡單化.

（2）部署簡化性

簡化管理方法，對多媒體教室端提供健康體檢、拓撲監控、告警中心等實用功能，快速掌握桌面云狀態，快速發現問題、解決問題.虛擬桌面出現故障時，管理人員響應速度快，10分鐘即可部署新的、與硬件無關的標準化虛擬機桌面，滿足了用戶工作連續性的需求.

（3）應用靈活性

桌面云系統可以優化資源，自動統計分析資源利用情況，幫助多媒體教室管理員統計回收資源，提升資源利用率.管理員可從一臺客戶機訪問多個桌面環境，并可從任意一臺連接完畢的客戶機上訪問自己的桌面環境.管理員可以很快對一些當前未處于使用狀態的桌面環境完成歸檔和丟棄操作，能迅速使用從中回收的資源.

（4）數據保護的高可靠性

管理員可采用現有的數據中心備份過程來實現桌面云系統的可靠備份.虛擬機的硬件無關性特征在很大程度上簡化了桌面云系統恢復過程.由于桌面云系統的所有數據都保留在數據中心，因此，數據安全保障問題也得到了簡化.

（5）資源利用率高

桌面云環境下，所有資源都集中在數據中心，方便實現資源的集中管控，彈性調度，提高了資源利用率[12].通過在多臺服務器上運行多個桌面環境，不僅有效地實現硬件資源的歸集共享，多媒體教室管理員也可方便靈活地實現計算資源的重用以及桌面環境計算資源的動態分配.

（6）節約成本

桌面云系統的基礎設施實現了桌面計算資源的集中化和桌面硬件的標準化，不僅降低了對多媒體教室桌面支持的復雜度以及支持成本，還有效實現了教學系統各類應用的穩定運行，有效降低了維護管理成本.桌面云不依賴終端的處理能力，終端無機械裝置的設計不易損壞，設備的更新周期從3年延長到5～6年，提升了投資收益比，保護了用戶投資.

（7）綠色節能

傳統計算機的功耗一般在150～200W，而多媒體教室瘦客戶端的能耗很低，一般在20W以內，不僅有效地降低了學校多媒體教學系統的整體能耗及空間占用，還充分體現了綠色節能的新IT建設思路.

5 結語

IP專網結合桌面云計算技術是信息化領域的一次重大變革，利用IP專網搭建的高校桌面云系統，網絡帶寬不再是應用的瓶頸，高清視頻教學的大量應用，提升了教學體驗.多媒體教室桌面云系統的應用讓管理人員從日常繁瑣的教學端硬件配置、軟件版本升級、病毒防護處理、系統修復完善等操作中抽離出來，重點思考教室的未來發展問題.多媒體教室桌面云系統在為教師用戶提供充分靈活的桌面操作空間的同時，還不斷提升了多媒體設備管理部門的桌面管理水平，有利于控制多媒體桌面云系統內部核心信息，減少功耗，實現節能減排，從而降低系統總體擁有成本，為高校提供一個更加安全、易管理、節能環保、低成本的教學平臺.

[1]史智臣.云終端在學校多媒體教學的作用[J].濰坊學院學報, 2014,14(2)：48-50.

[2]李芳芳,焦金金,李歡歡.論G云虛擬桌面在高校多媒體教室的應用[J].中國教育信息化,2013(24):71-74.

[3]黃金敢.高校教學環境中桌面云架構研究與實現[J].計算機技術與發展,2013(12):222-225.

[4]孫志，趙宏強，王鵬.使用桌面虛擬化技術構建多媒體教室[J].中國教育網絡,2013(6):58-60.

[5]冀燕麗,段海濤,張捷.基于IP專網的多媒體教室數字視頻監控系統研究[J].現代教育技術,2013(2):47-51.

[6]楊建軍，臧海霞，杜鑫.IP調度系統專網應用設計[J].無線電工程,2013,43(5):4-6.

[7]王宇,王凱玲,曲雯.利用云桌面技術管理多媒體教室的應用研究[J].中國校外教育，2014(8):166.

[8]李凡，何嘉，柳岸.云桌面在高校計算機類課程實驗教學中的應用[J].計算機教育，2013(24):108-111.

[9]劉明,王宇光,王洪軍,等.桌面云在圖書館數據中心的應用[J].中華醫學圖書情報雜志，2013(8):65-69.

[10]楊旻.Hadoop云計算平臺在高校實驗室教學環境中的實現[J].電腦知識與技術，2011,7(9):2179-2184.

[11]李海峰,喬愛平.私有桌面云架構設計及實現[J].警察技術，2011 (5):20-22.

[12]王勝杰.基于桌面云技術的規劃設計與應用[J].計算技術與信息發展，2012(6):85-86.

【編校：李青】

ApplicationandConstructionofIP-Private-Network-BasedMultimediaClassroomDesktopCloud

LIJia,ZHANGHongli
（NetworkandMulti-MediaManagementCenter,YibinUniversity,Yibin,Sichuan644007,China）

Accordingtotherealityofthemanagementandapplicationoftheequipmentinthemultimediaclassroomsof universities,thereareproblemsinthetraditionalwaysofemployingmultimediaequipment.BasedonIP-private-network desktopcloud,anewformofmultimediaequipmentteachingplatformshouldbeconstructed.Throughtheanalysisofthe need,framework,andapplicationofIP-private-networkdesktopcloudsystems,thefeaturesofdesktopcloudsystemwere explored,includingresourcesharing,integrityandhighefficiency,andeasyconstruction,etc.,toenhancetheutilization ratiooftheequipmentinuniversities'multimediaclassrooms,toconductthemanagementforteachingandteachingaids creatively,andtoprovidemultimediateachinginuniversitieswithcomprehensive,quickandconvenientservice.

IPprivatenetwork;multimediaclassroom;desktopcloud

TP316.7

A

1671-5365(2015)12-0045-05

李伽，張紅麗.IP專網的多媒體教室桌面云建設的應用[J].宜賓學院學報,2015,15(12):45-49. LIJ,ZHANGHL.ApplicationandConstructionofIP-Private-Network-BasedMultimediaClassroomDesktopCloud[J].Jour?nalofYibinUniversity,2015,15(12):45-49.

2015-04-16修回：2015-09-17

李伽（1973-），女，實驗師，碩士研究生，研究方向為網絡及多媒體設備維護管理

時間：2015-09-1808:33

http://www.cnki.net/kcms/detail/51.1630.z.20150918.0833.001.html