云終端在多媒體教學系統中的應用研究

馬振中

摘 要：目前高校多媒體教學系統的建設與使用管理存在諸多問題，文章在對此進行剖析的基礎上，利用云計算技術，根據云終端的工作原理，結合高校的實際情況，提出了兩種適合大多數高校多媒體教學系統的解決方案，并提供了應用案例，總結并分析了其優缺點，具有一定的推廣價值。

關鍵詞：云終端；多媒體教學；云服務器

中圖分類號：G434 文獻標志碼：B 文章編號：1673-8454（2016）24-0094-03

隨著云技術（Cloud technology）的不斷發展，云計算（Cloud Computing）已開始逐漸走向大眾，相應而生的云終端（Cloud terminal）技術也在眾多領域得到廣泛的應用，如教育、企業、醫院、電子政務和家庭等。特別是在高校，將云終端應用到校園網絡系統、計算機機房系統、實驗教學系統、校園辦公系統、圖書館電子閱覽室系統以及多媒體網絡教室系統中，各種不同的應用手段和方式，可以較有效地解決設備維護難題、降低管理成本、提高管理效率、甚至增加數據安全、簡化操作等等，很多科研人員對此進行了研究及應用[1]～[8]。本文將進一步探討云終端技術在多媒體教學系統中的應用。

一、現狀分析

利用多媒體進行教學是目前每個高校不可或缺的教學組織形式，一臺PC、一臺投影儀加一些多媒體外設和管理軟件已成為多媒體教學系統的標配。從系統的建設、使用、管理和維護來說，普遍存在如下一些問題：

（1）建設成本高。每間教室都配備了一臺高標準的PC，附屬設施設備也相應提高，使得建設成本高，一些資金不足的學校就不能保證每間教室都配備多媒體設備，導致多媒體教室供求緊張。

（2）使用成本高。PC耗電且淘汰速度快，多媒體設備一旦打開，耗損費就隨之而來，如電費、設備耗損維修維護費等，因此使用成本高。

（3）管理成本高。由于各教學樓地理位置分散，教室分布較廣，每個多媒體教室設備獨立、分散頻繁使用，PC帶來的設備故障率又高，大大增加了管理維護的難度，使得管理人員增加或疲于奔命，因此管理成本高。

（4）安全性能低。用PC進行多媒體教學，必然會使用USB接口，病毒感染、木馬入侵、數據泄漏等安全問題時時出現，不時侵入校園網系統，安全性能低。

二、需求分析

為解決以上多媒體教學系統中存在的問題，各高校都希望在建設多媒體教學系統時易建、易用、易養、安全。即低成本配置多媒體教學設備，這樣可以以有限的資金建設更多的多媒體教室，并使每間教室都和校園網相連，實現信息、資源和應用相通，滿足日常教學需求；要能方便使用，盡可能減少設備故障的來源，降低設備的故障率；要能對教室多媒體設備進行網絡化管理，實現遠程集中管理，及時遠程排除故障，減少因故障不能及時解決而影響教學的事件發生，同時減少專職管理人員。

為實現上述目標，各高校及系統集成商都推出了一些解決問題的辦法，如網絡多媒體系統、遠程監控管理等軟硬件措施[9]～[11]，但都不能面面俱到，或多或少存在一些不足。近年來，隨著云計算的應用推廣，通過使用云終端（瘦客戶端）替代傳統PC（胖客戶端）來構建高校多媒體教學系統，可以有效解決目前存在的種種問題，為高校構建一個經濟、實用、易于管理維護的多媒體教學系統。

三、工作原理

云終端，即云計算終端，是基于云計算商業模式應用的終端設備和終端平臺服務的總稱。具體來說，是一臺不需要CPU、硬盤和CD-ROM的Windows多用戶網絡終端設備，具有小巧精致、價格低廉、節電環保、安裝簡便、易于操作、兼容性好、安全可靠、無需升級、使用期長、故障率低等特點，相當于一臺迷你PC，具有PC的潛能，可以運行大多數 Windows 和 Linux 上運行的程序。云終端與一臺主機（云服務器）相連，各終端共享主機上的軟硬件資源，桌面應用終端無需許可，這樣大幅減少了硬件和軟件許可投資，是最為經濟、理想的多媒體網絡教室PC替代產品。

云終端不需要操作系統，但嵌入了必要的工具軟件，可以作為迷你PC單獨運行，也可以作網絡計算機共享計算網絡。當作網絡計算機時，通過TCP/IP協議和網絡環境與公共的云服務器相連，使用虛擬桌面協議（VDP）進行通信，完成PC的功能。

每個云終端使用各自的用戶名和密碼登錄云服務器，云服務器會為每一個云終端用戶創建獨立的會話，使得每個云終端占用獨立的內存空間，因而各云終端之間可以獨立運行而不會受到干擾。用戶只需要將鼠標、鍵盤、顯示器以及其他外設接入云終端，云終端會通過校園網絡將外設信息傳送到云服務器上，云服務器接收并處理后，再將結果傳回云終端，在云終端用戶的界面上顯示出來，使用效果和操作習慣與普通PC一樣。由于云終端自身不帶操作系統，免除了升級、修補漏洞及因使用U盤帶來的病毒入侵等問題，因而更加安全可靠。

云終端通過網絡輕松使用云服務器甚至計算網絡上的海量資源，最大限度地利用了云服務器的海量處理性能，使得每一個云終端都可能具備較強的計算和處理能力。

四、解決方案

由于各高校在多媒體教室建設方案方面存在差異，可結合各高校的實際情況，來選擇不同的云終端配置方案。下面介紹兩種實用的解決方案。

1.經濟方案

每個教室配備一臺云終端，每臺云終端配備一套USB的鼠標鍵盤和一臺顯示器，通過局域網與一臺云服務器連接。依據教室數量多少，可以選擇配置一臺或多臺云服務器放置于教學樓的管理辦公室或機房內，通過校園網來連接。一般情況下每20間左右的教室需要配備一臺云服務器，少于20間可以配備一臺配置稍高的PC作為服務器，多于20間教室需要配備一臺專業服務器或多臺PC式服務器，多組PC服務器通過校園網再與頂端的專業服務器相連（見圖1），可以進一步實現資源共享，得到更多的應用服務；也可以選擇不同的顯示設備，比如投影儀、電子白板、電視等，來建設不同類型的云終端多媒體教室；操作系統根據接入用戶的數量來選擇，一般使用服務器版操作系統，如Windows Server 2003或2008，這樣對接入用戶數量沒有限制。

與傳統PC多媒體教室相比，該云終端多媒體教室具有如下優點：

（1）降低成本。一臺普通云終端不過幾百元，好的也就上千元，遠低于一臺普通PC，因此可以大大降低建設成本；云終端單機能耗通常在5W左右，而一臺普通PC通常在350W左右，因此能為學校節約能耗；通常20臺云終端配備一臺云服務器，因此可以減少維護人員，節約了人力資源成本；云終端通常是3年免費保修，而且故障率低，而普通PC通常是1年免費保修，即便是3年免費保修，3年之后故障率升高，更換配件的成本比云終端整體更換都高，因此節約了維修成本；由于整個系統的性能取決于云服務器，當系統性能無法滿足教學需求時，只需要對服務器進行升級或更換，無需對終端升級，而普通PC如果無法滿足教學需求，就要對CPU、硬盤、內存進行升級，以20臺普通PC來說，升級成本高于服務器更換成本，因此節約了升級成本。

（2）提高穩定性。普通PC通常由于操作不當，如非法關機等，都有可能損壞硬盤，丟失數據，甚至系統崩潰。采用云終端模式，系統開機速度快，開機后直接進入程序，不會受到非法關機等操作的影響，系統和數據不會受到損壞，完全可以避免由于斷電或誤操作引起的一系列問題。

（3）提高安全性。由于云終端沒有硬盤、光驅、軟驅等設備，也沒有操作系統，因此沒有病毒入口；所有數據都存儲在云服務器里，安全可靠，具備完美的防病毒特性。

（4）集中管理，維護方便。在普通PC模式中，應用程序的安裝和升級需要到各個點（教室）去操作，而云終端模式中，所有的數據和應用程序都集中在云服務器，所有的應用程序安裝和升級都只需要在服務器上操作即可；由于云終端體積小巧，連接方便，因此萬一云終端發生故障也可以很方便的整體更換，這樣大大減少了維護的工作量，基本達到零維護。

該解決方案不僅適用于一般高校，也適用于中小學甚至幼兒園，但最大的問題是數據傳輸量太大時會遇卡滯，例如在需要播放視頻等較大傳輸文件時。解決這一問題的辦法也很簡單，只是要增加建設成本并提高網絡傳輸質量。

2.優質方案

為解決上述經濟方案的不足，我們可以在原有方案上加以改進：一是高配云主機即云服務器并集中部署在學校數據中心；二是對校園網進行提質，爭取千兆到桌面，云終端通過校園網與云主機相聯，如能建設多媒體教學專網當然更好；三是開發使用云課堂集中管理平臺以及針對視頻等大數據傳輸的管理優化軟件，確保圖形視頻類課件的流暢播放。該方案的基本架構如圖2所示。

該方案能較好地滿足高校多媒體教學的主要需求，不僅能滿足常見的基礎的非圖形類教學軟件的要求，如Office等，也能滿足使用視頻或圖形制作類教學軟件的要求，如PS、Flash等，甚至包括3D圖形制作，如3Dmax、MAYA、AutoCAD等，是目前為止性價比較高的解決方案之一。同時，該方案拓展性強，通過適當的優化或加減某些軟硬件配置，可以更加多樣化地滿足教師的個性化教學需求。該方案對校園網的要求較高，不過目前一般高校的校園網都能滿足要求。當然，使用中也不用擔心會因校園網的中斷而影響教學，因為云終端具有本地播放課件功能，短時間不會影響教師的正常教學。

五、應用案例

長沙師范學院原教學樓采用的是第一種方案，基本能滿足一般教學需求。而最新以藝術教學為主的教學樓則采用了上述多媒體云教室優質方案，由云終端層、云主機層和云管理層組成。云終端采用RG-Rain200S型設備（銳捷產品，自帶顯示器，減少了外接顯示器的投入）；云主機采用RG-RCD 6000型設備，每臺主機管理60個終端組成一組，多臺云主機集群部署，組成一個桌面虛擬化資源池；其中2臺云主機作云系統管理主機，通過自帶的Web管理平臺對集群進行管理，可同時對所有教室內的云終端進行集中的統一管理，用2臺是為了互為熱備，保證數據和使用的安全。本方案每組另多配備了一臺RG-RCD Office云課堂多媒體輔機（普通PC），目的是為了對教師上課的各種應用程序進行管理。云主機和終端之間使用銳捷專門開發的EST（Enhanced Stream Transmission）增強圖形傳輸協議，該協議僅傳輸適量圖形而非數據，不會大量占用學校網絡帶寬，僅需使用普通千兆交換機將主機和終端相連。

六、結果分析

無論采用哪種方案，在實際教學中都發揮了不同作用，都有存在的價值。在大面積多媒體教學中利用云終端技術可以解決原來全PC模式存在的諸如不易管理、耗電量大等一些弊端，是目前較為流行的多媒體教學系統構建方式。總之，在高校多媒體教學中應用云終端模式，可以構建一套節能環保、穩定可靠，效率高、成本低、安全性高、易于管理維護的多媒體教學體系，具有零維護、數據隨身、資源共享三大優勢。

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