云桌面在多媒體教室建設中的應用與實踐

張漢君　張鈺松

摘 要：為有效保障高校多媒體教室的穩定可靠性，滿足學校不同學科、課程教學的個性化需求，不斷適應信息技術與教育教學深度融合的發展趨勢，更有效地發揮多媒體教室的作用，除了加強多媒體教室設備的日常運行維護外，湖南工業大學多媒體教室云桌面項目總體框架采用“層次化”的結構和控制方案，分為客戶端層、云主機層和管理層三個實施層面，滿足了學校提出的針對如服務器出現故障、網絡出現斷網故障等問題時也可確?；镜恼n堂教學的設計要求。

關鍵詞：虛擬化技術；云桌面；多媒體教室

中圖分類號：G484 文獻標志碼：B 文章編號：1673-8454（2017）14-0092-03

信息化時代的到來推動著高等教育走向信息化的發展道路，不斷促進信息技術與教育教學的深度融合。多媒體教室以其在教學中具有多媒體視聽結合、知識呈現多樣化、教學形式生動形象以及網絡環境下的教學資源共享等特點，越來越成為各大高校深化教學改革、提高教學質量的主要支撐平臺。

一、目前多媒體教室管理中的問題

高校傳統的多媒體教室設備普遍由計算機、中控、投影儀、功放及音響等組成，這種模式約占高校多媒體教室數量的90%以上。計算機作為其中的核心組件，其可靠性直接決定著課堂教學是否能夠正常運行。大量的現場教學運行實踐表明，以計算機為核心的高校多媒體教室在建設與管理中主要存在以下問題：

1.數量多，分布廣，獨立管理，運維任務重

多媒體教室建設從上世紀90 年代中后期開始在各大高校興起，由于多媒體教學手段傳輸的信息量大，學生可通過視覺及聽覺全方位地接收信息，教師越來越多的選擇了多媒體教學手段進行教學，對多媒體教室的依賴性也越來越重。如今多媒體教室已經非常普及，一所高校動輒上百間甚至幾百間多媒體教室，分布在不同的教學樓中，加之高校多媒體教室維護技術人員緊缺，導致運行維護任務重，甚至發生教學管理事故。

2.計算機故障頻發

多媒體教室管理與維護中最容易出問題的是計算機，據我們統計，多媒體教室所發生的故障中，70%以上與計算機有關，因為是公共應用場所，使用的教師多，教室環境也沒有機房好，應用的軟件種類多，再加上病毒的侵害和誤操作等，很容易引起計算機系統崩潰。同時，計算機使用了幾年以后，很多接插件容易接觸不良，經常出現原因不明的故障等。

3.計算機操作系統和應用軟件的升級更新耗時費力

眾多多媒體教室承擔著一所高校所有課程的日常授課，涉及到多個專業和多門課程，每個學期的課程及應用軟件等都會有變化，每位教師上課的教室也是變化的，因此多媒體教室的計算機上一般需要安裝幾個操作系統和很多應用軟件，不僅造成計算機速度變慢，更重要的是當需要更新操作系統或升級各類應用軟件時，需要管理人員花費大量的時間進行更新和安裝。同時，不同軟件安裝在同一個環境中，常常會引起軟件的沖突。為了安裝好一臺“母機”，需要不斷地去測試軟件。如果有的多媒體教室沒有局域網，就需要一臺一臺地更新，其工作量可想而知。

如何有效保障數量龐大的多媒體教室的穩定可靠性，滿足學校不同學科、課程教學的個性化需求，不斷適應信息技術與教育教學深度融合的發展趨勢，更有效地發揮多媒體教室的作用，是高?，F代教育技術部門、教學管理部門都無法回避且必須著力探索與解決的普遍性的現實問題。因此，除了加強多媒體教室設備的日常運行維護外，如何解決多媒體教室中占故障率70%以上的計算機問題，滿足現代化教學過程中海量資源共享需求，就成了我們關注的重點。

二、桌面虛擬化技術

虛擬化（Virtualization）是一個廣義的術語，簡單來說，是指計算機相關模塊在虛擬的基礎上，而不是真實的、獨立的物理硬件基礎上運行，這種把有限的固定資源根據不同需求進行重新規劃以達到最大利用率，從而實現簡化管理，優化資源等目的的解決方案，就叫做虛擬化技術之一。

計算機虛擬化技術當前主要包括服務器虛擬化、應用虛擬化、桌面虛擬化、網絡虛擬化等。而桌面虛擬化技術是當前發展最快的技術之一。

桌面虛擬化是指將服務器物理資源抽象成邏輯資源，CPU、內存、磁盤、I/O等硬件變成可以動態管理的資源池，通過虛擬機控制器將資源重新按邏輯組合成一個或者多個虛擬機，最后通過遠程桌面連接協議將虛擬機的畫面交付給云終端的整體解決方案，桌面虛擬化技術也被簡稱為云桌面技術。

根據多媒體教室應用的場景，多媒體教室的計算機如采用云桌面技術，將大大減輕管理人員的維護工作量，極大的保證了多媒體教室的穩定性和可靠性。同時云桌面不僅能滿足教師的個性化需求，而且能更好地滿足教師在教學過程中的海量資源共享。

但由于云桌面對服務器有強依賴性，一旦服務器或網絡中斷，將造成多媒體教室的災難性故障，所有采用云桌面的多媒體教室都將無法使用，這也是許多學校對多媒體教室建設采用云桌面非常謹慎的重要原因。

三、基于云桌面的多媒體教室設計方案

本多媒體教室云桌面項目總體框架由銳捷網絡提供，采用“層次化”的結構和控制方案，分為客戶端層、云主機層和管理層三個實施層面，滿足了學校提出的服務器出現故障、網絡出現斷網故障時也可確?；镜恼n堂教學的設計要求。

1.在云主機層，采用集群技術的服務器保障體系

由于云桌面對服務器的可靠性要求較高，采用了服務器集群的方案，保證了一臺服務器出現故障后不會影響到服務器對所有的云終端提供服務的能力。同時，在云終端數量較多樓棟建設備用集群的方案，當主服務器集群出現故障或主服務器與教學樓網絡中斷時，由設置在教學樓內備用集群的云主機提供服務來保證教學樓內的云終端正常運行和工作。

2.在客戶端層，云終端采用了瘦客戶機模式

云終端采用了瘦客戶機模式，云終端內無任何接插件，保證了云終端的穩定性和可靠性，同時，云終端提供了離線模式，當服務器無法對云終端提供服務時，云終端也能保證基本的課堂教學模式，即播放PPT或者播放視頻，這樣保證了基本的教學過程不中斷。

3.化出專門vlan和單獨的IP地址段用于云桌面在全校的部署

為了保證網絡的可靠性，本設計方案對校園網絡也進行了優化，化出專門vlan和單獨的IP地址段用于云桌面在全校的部署，這樣便于維護和管理，當我們更換云終端時，只需將網線和鍵盤鼠標接上就可以使用。同時，我們對有140間多媒體教室的公共教學樓單獨建設了多媒體專網，用來保證網絡的安全可靠。

4.教學資源分類部署

根據學校教學要求和各類教師對教學資源使用的不同，建設了滿足教師個性化需求的教學資源類型，如圖形視頻類制作的教學課程、基礎類教學課程、文科類教學課程、經濟類教學課程等類型。對不同的教學類型建設不同的操作系統的教學課程模塊，用來滿足不同類型教師的需求，這樣多個教師共用一個類型模塊，可以降低云桌面建設的成本，對個別教師有特別要求的，提供單獨的教學賬號來滿足其個性化要求。

5.開發了移動手機APP輔助教學工具

為了充分發揮移動教學的優勢，我們開發了移動手機APP輔助教學工具。它是一款基于無線WiFi網絡，實現移動終端與云終端之間互聯互動的移動應用軟件。在多媒體教學中可利用手機將資料、講義、實物、幻燈片等清晰地在投影幕布或者大屏上展示出來，實現對照片展示及編輯、媒體文件展示和PPT控制等操作，實現教師在教室任何地點均能通過移動設備掌控教學內容，將教師的授課中心從講臺下移到學生中間，實現移動授課、智慧互動教學等功能。

四、技術特點

1.云服務器虛擬化技術

云桌面服務器端使用的服務器虛擬化技術，是基于當前流行的開源內核虛擬化技術，將調度等任務委托給Kernel相關模塊，并且配套使用用戶態仿真軟件，模擬真實硬件行為，具備包含動態虛擬機資源調度、虛擬內存超載和共享及虛擬磁盤數據安全隔離三種核心功能，采用的是一種在成本、系統管理、靈活性、穩定性等方面都有明顯優勢的虛擬化技術。

2.虛擬桌面傳輸協議

云桌面技術需要將虛擬機通過一條專屬連接協議將多條任務如圖形顯示輸出、鍵盤輸入、用戶接口設備、光標移動等功能封入通道并顯示在云終端上。但正常開課時每臺云服務器需并發運行幾十臺虛擬機，如果教師播放高清畫質教學視頻或啟動圖像動態變化量較多的應用（如Flash），服務器就需要耗費大量資源在視頻流編解碼上，并發嚴重時會帶來虛擬機運算性能下降的情況。為了保障教師教學應用的全面支撐及高性能體驗，云桌面傳輸協議的優化就變得更加重要。本方案云桌面的桌面傳輸協議采用的是EST增強型圖形傳輸協議，EST高性能協議利用終端解碼器加速圖形渲染讓教學應用及視頻播放更流暢，圖形數據緩存可避免傳輸重復數據，大幅降低帶寬和服務器開銷，提高外設的兼容性和連接在云終端的高識別率。

3.虛擬機加速技術

第一虛擬機訪問操作系統模板服務器會把模板放入內存中作為熱數據，之后其他虛擬機只要從內存熱數據中讀取數據，大大加快了讀取操作系統數據，這樣用戶批量登錄虛擬機只需要20～30s就可以啟動。我們采用了如下虛擬機加速技術：

（1）智能鏡像加速技術。所有定制好的系統鏡像會由云服務器自動優化，在該技術的支持下，五十臺虛擬機啟動時間只需短短幾分鐘，同時還提供教師在上課過程中可隨時切換教學操作系統的選擇，從而方便地改變教學應用，演繹云技術帶給傳統教學的創新和優化。

（2）多級Cache緩存技術。實現鏡像啟動加速、IO加速，使云桌面啟動和應用程序運行速度大幅度提升。在該技術幫助下，教師常用教學課件、專用軟件啟動、運行速度比同配置物理機提升200%，大幅提升教師的用機體驗。

從2015年10月開始，湖南工業大學多媒體教室的云桌面采用了本設計方案，目前應用情況良好，保證了學校教學的正常運行。云桌面在多媒體教室的應用，不僅僅只是減輕了維護人員的工作量，更重要的是云桌面應用于多媒體教室后，將對教學活動產生較大的影響，教師可隨時將其存于云端的教學資源用于教學過程，學生可將其問題通過網絡傳到云端，師生的課堂互動性必將會更加頻繁，基于云端的大數據分析也必將成為多媒體教室應用的另一個方向。

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（編輯：魯利瑞）