云平臺網絡集控教室設計與實施

武佳寧

云平臺網絡集控教室設計與實施

武佳寧

云平臺網絡集控教室是云計算技術與教育信息化的深度融合，從云教室建設需求出發，介紹了云教室的建設思路、基礎架構和實施方案。設計了云平臺網絡集控教室教學保障系統，并對運維管理平臺進行了剖析。

云教室；云計算；網絡集控

0 引言

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010—2020年)》中明確指出“優先發展，育人為本，改革創新，促進公平，提高質量”的工作方針，并提出了“構建先進、高效、實用的數字化教育基礎設施。加快終端設施普及，推進數字化校園建設，實現多種方式接人互聯網”等教育信息化的發展任務[1]。隨著國家開放大學建設項目的全面推行，研究以云計算技術為支撐的網絡集控系統教室應用模式成為開放大學體系的重點研究課題[2,3]。云平臺網絡集控教室是云計算技術與教育信息化的深度融合，在集控終端教學環境建設上提供了可靠的技術基礎和優質的實踐平臺，以云計算平臺為基礎的信息化集控教室也將成為高校教育信息化發展的必然趨勢[4,5]。

1 云平臺網絡集控教室建設需求

云平臺網絡集控教室旨在構建智能化自助式教學系統，該系統將自主權交還給老師，任課教師可以自助完成教學過程并通過云平臺獲得優質教學資源[6]；云計算的虛擬技術把軟硬件完美結合，在教學設計中可以支持各類教學場景切換、虛擬實驗、教學視頻等等給了教師更加靈活的授課平臺；教學資源實時更新全面記錄教學過程，為傳統課堂和師生課后互動授課提供服務保障；為管理人員提供簡易、高效、規范化的信息管理手段，為領導提供科學、直觀的決策和考核依據，實現多媒體教學環境的規范化運維管理；實時監控各個節點的運行情況，自動報警遠程監測，通過主控室終端設備管理人員全程調取系統的情況，減輕管理人員工作量，提高運維效率。云平臺網絡集控教室網絡拓撲圖如圖1所示：

圖1 云平臺網絡集控教室網絡拓撲圖

2 云平臺網絡集控教室教學保障系統設計原則及整體結構

云平臺網絡集控教室的整體運行系統包括前臺教學保障系統和后臺運維管理平臺兩部分組成。前臺保障系統主要是負責教學活動相關設備的管理、監測、實時控制等工作以保障教學現場活動。前臺教學保障系統主要由網絡中央控制系統、權限控制系統、設備參數采集系統、IP語音對講系統組成如圖2所示：

圖2 云平臺網絡集控教室的整體運行系統圖

分為客戶端、服務端和設備端。設備端是指教學運行保障硬件設備，如網絡中央控制系統服務器、IP對講主機、交換機路由器、投影儀等。服務端是指運維人員通過云平臺遠程對教學系統運行監控制的核心管理部分。客戶端是指PC客戶端和手機移動客戶端。

2.1 網絡中央控制系統

網絡中央控制子系統由設備端網絡中控系統服務器和服務端網絡中控通訊服務構成。網絡中控系統服務器是合并式設計，由核心模塊、網絡通訊模塊、繼電器模塊、AV模塊、鍵盤模塊等組成。端口配置較為豐富，它基于嵌入式EPC可編程控制系統平臺，具備以太網通訊接口的網絡控制系統。支撐TCP/IP、UDP等協議，具備兼容校園網絡、跨網段功能。中控系統不只是網絡集成終端，在斷網情況下可獨立運行并保證數據安全可靠。服務器配置多路I/O接口、VGA接口防盜報警功能，自動向總控系統發布連接線斷開報警。

2.2 權限控制系統

權限控制系統與教室多媒體控制系統相對獨立，又可相互配合。以保障現有資源充分利用。可通過IC卡提供授權，授權方式有動態授權、固定授權或混合授權三種。固定授權相當于系統管理員卡，通過授權可以在任何時間開啟所有教室的設備。動態授權是根據教務排課數據生成教室使用授權課表，需同時滿足IC卡號、教室號、課程時間三者對應上才能為系統解鎖，實現上課功能。混合授權就是結合固定和動態兩種模式。該IC卡可與校園一卡通進行實時數據交換，但不對IC數據扇區作任何操作，以保證IC卡的金融功能。IC卡授權服務與管理程序通過教務課表數據交換程序和一卡通數據交換程序，實時獲取課表和一卡通數據，生成教室使用授權數據，并下發到各教室IC卡控制器，形成每個教室的教室授權數據。管理軟件將一卡通權限數據通過網絡傳給每間教室的控制器進行授權，教師或管理人員解鎖時無需網絡，斷網不影響正常上課。

2.3 設備參數采集系統

設備參數采集子系統由設備參數采集服務器和后端設備參數采集通訊服務構成，備參數采集服務器負責通過RS232通訊接口采集投影、教師機等設備的運行狀態參數信息，并通過網絡傳給設備參數采集服務器，負責解析信息。云平臺網絡集控教室運維管理平臺對解析后的報警信息進行轉換，最終生成服務請求。該系統可以對設備各種故障如燈泡故障、內存故障、溫度異常等情況報警。

2.4 IP語音對講系統

IP語音對講子系統由IP語音網關、電話機和IP語音交換服務組成。教室終端直接撥通總控室電話，一鍵響應。總控室IP語音對講電話可拔打所有教室，并具備錄音回放功能。IP語音網關支持10/100Mbps以太網接口內置寬帶路由功能、支持SIP、IAX2等多種協議和動態語音檢測。檢測系統可以對IP語音對講子系統全面檢測，通過運維平臺將檢測結果轉換成服務請求。

3 云平臺網絡集控教室運維管理平臺

3.1 運維管理平臺模塊

云平臺網絡集控教室運維管理平臺是軟件核心系統，是根據高校多媒體教學系統運維工作管理經驗和教學運維保障工作特點設計的教學系統運維服務管理系統。平臺采用服務運營模型，主要軟件模塊有：管理中心、請求管理、問題管理、變更管理、發布管理、CMDB配置項管理、服務水平管理、知識庫管理、報表管理等模塊。

3.2 運維管理平臺管理功能

管理中心是服務管理基礎架構中用戶和服務組織的聯系中心。運維管理平臺管理中心是一個虛擬服務臺可以根據監測系統傳遞來的事件自動生成服務請求。請求管理負責記錄、歸類和監控整個服務過程是流程管理，可以在不影響教學活動的情況下使恢復教學系統直到達到可運行的狀態。請求管理還可以把問題管理中的故障問題按照類型整理并存入知識庫。知識庫則是運維管理人員的參考庫，運維人員可在知識庫中直接添加類似問題的解決方法，通過管理界面查看查詢知識庫。配置項管理是識別和確認系統的配置項、記錄和報告配置項狀態和變更請求、檢驗配置項的正確性完整等信息，為系統提供服務基礎架構的邏輯模型，從而支持其他服務管理流程的運作。報表管理記錄各項工作過程和結果和各項運維管理數據，為決策者提供業務數據和業務動態，提供決策的數據支持和內容依據。

3.3 運維管理平臺系統監測

運維管理平臺具有針對集控系統和硬件設備進行檢測的功能，可以對重大事件自動生成服務請求，對網絡中控系統全面監測，對教室硬件設備、網絡中控等故障，如網絡連接失敗、控制面板通訊故障等進行自動報警生成服務請求。能對設備參數采集系統的監測，如設備狀態信息、設備報警信息、預警信息。對權限控制進行系統的監測，如教學輔助系統授權控制系統故障信息，權限驗證失敗等重大事件。對語音對講系統進行監測，如IP語音對講系統服務器網絡連接故障、教室端語音網關網絡連接故障等面板通訊故障、以及未接聽來電、通話記錄及錄音等重大事件。對網絡視頻監控系統進行監測，如服務器網絡連接故障、教室端視頻編碼器網絡連接故障等，或視頻丟失等重大事件。運維管理平臺系統監測可實時跟蹤服務請求的處理進度；隨時查詢任何一件服務請求的處理進展狀態；根據服務請求的不同性質，自動執行對應的流程；對于簡單的請求有響應、處理中、處理完成等狀態，對于引起變更的請求有響應、方案審核、變更審核、方案執行、處理完成等狀態。

4 云平臺網絡集控教室實施方案

云平臺網絡集控終端教室設備配置包含：教師講臺中控主機、教師PC、IP語音對講終端模塊、高清投影儀、電子白板、網絡高清攝影機、交換機、讀卡器、移頻功放、拾音器、音響等。學生課桌應設有線網絡接口，教學樓要求覆蓋WIFI。云平臺網絡集控教室總控室硬件設備清單如表1所示:

表1 云平臺網絡集控教室總控室硬件設備表

5 總結

云平臺網絡集控教室的實質就是擴展教學的空間和時間，提升教學質量和教學效果，實現了教育過程信息化；提高了教學管理水平；擴展了校園管理服務范圍。云計算平臺是未來教育的教育信息化的基礎架構，也是網絡集控教室的依托平臺，實現了教育資源共享機制。云平臺網絡集控教室滿足了教師、學生、運維管理人員的教學、管理需求，促進信息溝通、提供優質資源， 是一個高效共享的信息化平臺。

[1] 國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020年)方針、任務[EB/OL].中華人民共和國中華人民政府網，http://www.gov.cn/jrzg/2010-07/29/ContPnt166697R.htm ,2010.

[2] 朱近之.智慧的云計算[M].北京:北京電子工業出版社，2010.

[3] 方慕真，孫雨，薛海峰，等.國家開放大學遠程教育云的探索研究[J].中國教育信息化，2011,03.

[4] 俞文斌.宏基桌面云電教新時代下的云教室解決力案[J].中國電化教育，2014,18.

[5] 何一輝，向俊，黎竹娟.云計算與遠程教育[M].南寧.廣西民族出版社，2014.

[6] 賀媛靖.云教室應用模式探討[J].軟件導刊，2015,14.

Design and Implementation of Cloud Platform Network Centralized Control Room

Wu Jianing
(Shaanxi Xueqian Normal University, Xi’an 710100, China)

Cloud platform network centralized control room is the depth fusion of cloud computing technology and education information. This paper describes the construction of the cloud classroom ideas, infrastructure and implementation of the program from the construction needs of cloud classroom. Cloud platform network set control classroom teaching security system is designed, and the operation and maintenance management platform is analyzed.

Cloud Classroom; Cloud Computing; Network Centralized Control

TP311

A

1007-757X(2016)08-0043-03

2016.01.18）

陜西省教育科學規劃課題（SGH13377）；陜西學前師范學院教學改革項目（15JG022Q）

武佳寧（1981-），女，西安人，陜西學前師范學院工程師，工程師，研究方向：網絡技術、實驗室管理，西安，710100