基于P2P技術遠程輔助教學軟件設計與實現

文/陳紅艷

基于P2P技術遠程輔助教學軟件設計與實現

文/陳紅艷

P2P技術實際上是一種對等的計算機網絡技術，這種網絡技術是在對等的網絡關系之間集中分配任務和工作負荷，在分布式的應用架構里，使用等量計算模型，合理運用應用層面的組合網絡或者網絡形式，均勻的將對等的網絡者和網絡伙伴實現點對點的傳播。網絡的參與者共享他們所擁有的一部分硬件資源（處理能力、存儲能力、網絡連接能力、打印機等），這些共享資源通過網絡提供服務和內容，能被其它對等節點（Peer）直接訪問而無需經過中間實體。

P2P技術 遠程輔助 教學軟件 設計 實現

簡單地說，傳統的多媒體遠程教學系統，其教學資源大多數存放在學校的中心服務器，這種中心服務器通過分散的學習資源整合，可以提供附近多元化資源下載服務，具有優越性能的遠程教學系統。這種遠程教學系統實際上是一種點對點的教學模式，基于P2P的教學模式和教學技術，在引入多媒體網絡教學的過程中，一定會對于多媒體的遠程教學提供優化和便捷的教學服務。一般來說，混合型的P2P模型，在實現視頻點播和文件共享功能的作用方面非常明顯。

1 對等網絡P2P的定義

1.1 常規的對等網絡連接P2P定義

所謂對等網絡也叫對等式的連接，這種新型的通信模式和聯機模式，因為每個參與者具有同等的參與模式就可以在通信繪畫的過程中，與多媒體遠程教學模式中實現文件共享和視頻點播，所有的對等連接模式在建設初期都會采用視頻點播系統，而視頻點播系統和文件共享的功能是同步實現的。B/S模式對于服務器的性能依賴非常強，因此，當很多對等的用戶同時訪問主服務器時，現有的多媒體網絡性能可能會因為塞車現象，影響對等使用者的連接。因此，目前經常采用混合P2P形式來進行多元化的連接節點設置。

在P2P網絡環境中，彼此連接的多臺計算機之間都處于對等的地位，各臺計算機有相同的功能，無主從之分，一臺計算機既可作為服務器，設定共享資源供網絡中其他計算機所使用，又可以作為工作站，整個網絡一般來說不依賴專用的集中服務器，也沒有專用的工作站。網絡中的每一臺計算機既能充當網絡服務的請求者，又對其它計算機的請求做出響應，提供資源、服務和內容。通常這些資源和服務包括：信息的共享和交換、計算資源（如CPU計算能力共享）、存儲共享（如緩存和磁盤空間的使用）、網絡共享、打印機共享等。

1.2 混合式的P2P多遠機連接模式

P2P起源于最初的聯網通信方式，如在建筑物內PC通過局域網互聯，不同建筑物間通過Modem遠程撥號互聯。其中建立在TCP/IP協議之上的通信模式構成了今日互聯網的基礎，所以從基礎技術角度看，P2P不是新技術，而是新的應用技術模式。傳統的多媒體遠程教學系統中，教學資源大多存放在中心服務器上，各分散學習點需要從服務器下載資源，服務器的性能及網絡帶寬將直接影響教學活動。

P2P依據中央化的程度可以，分為純P2P和雜項P2P兩種模式，將這二者聯合之后就變成了混合的P2P模式，在不同的節點與客戶端連接的過程中，中心服務器保存節點的方式往往通過信息主動發送請求，發送請求的節點同時負責對于信息的連接原始的服務器保存文件，并且采用混合P2P的雜項特點，使用流媒體服務器與不同的對等節點連接，采用多個節點的流媒體服務器和多個節點的對等節點之間連接成一個共同的混合式P2P網絡，而這個網絡只有一個典型的優點，就是可以混合的使用信息資源的共享模式。

2 典型的信息功能和信息模塊系統設計

2.1 系統功能的設計和實現方案

在系統功能的設計方面，比較常用的是使用客戶端的功能，將服務器端和客戶端的設計相統一，客戶端的功能包括用戶注冊與登錄功能、常用的留言板服務功能，客戶端是為客戶提供便捷的服務期下載，提供資源共享和下載服務并且進行簡單視頻播放的平臺。客戶系統功能服務器的后端常常采用系統的資源下載和共享功能，將混合的P2P技術，結合管理會員登錄和服務端的各項功能，一般分為6到7個板塊來綜合操作。

系統服務器端的功能，主題總結為四大部分，分別為用戶的注冊功能、視頻的點播功能、文件夾的共享功能、留言板的服務功能，同時結合流媒體的綜合管理功能實現服務，這樣的服務器功能相對比較完善，不同的系統模塊之間各自獨立，但是又可以相互連通，因此對網絡安全也起到制衡作用，是遠程技術輔助之下的教學軟件設計的基本理念。

2.2 教學系統模塊的設計基礎

實際上在系統模塊的設計過程中，最重要的兩大功能是文件共享模塊和視頻點播模塊，這兩個模塊的設計，是結合P2P技術實現網絡模型信息資源共享優點的最核心部分，沒客戶來選擇不同的節點，借助混合P2P網絡模型信息資源共享的優勢作用，可以以更大的基數倍數來擴展網絡規模。也就是說在這種后臺的承載量之下，客戶的節點數量即使越來越多，也能夠依托P2P的混合成長模式找到幾點所需要的資源基礎，資源之間互相塞車的幾率不大，網絡規模可以在一定區域之內比較龐大。這種混合的P2P連接模式可以解決服務器常見的塞車瓶頸問題，在系統和資源的選擇上，僅僅使用主核心服務器，就可以為客戶提供綜合的資源信息查找服務，為了能夠給客戶返回資源的存放地址和節點的IP地址進行詳盡的命名，設計者應該非常留意在主機名和信息端口的資源下載過程中，將服務器端收集的申請客戶信息的記錄在重要的住服務器客戶端。

也就是說，將信息保存在數據庫中，方便調取和共享式混合式P2P模式的核心理念，系統的文件共享和下載功能必須以嚴格的網絡安全機制的限制，通過客戶節點方案的方式來實現。科學的客戶節點方案通常包括節點的上傳方案和節點的下載方案，上傳和下載方案是相互連通的，一個閉環結構申請的用戶申請成為系統的上傳節點。之后有效地設置好自身的IP地址，通過系統的自動搜索就可以將下載的文件信息自動的云數據庫中的資源匹配，匹配成功之后的文件信息將會根據一定的文件名保存方式和后綴進行保存，并且在P2P的線路傳遞過程中快速流通。

2.3 非常重要的P2P遠程輔助教學下載方法

基于P2P技術進行遠程輔導教學，是在下載過程中向服務器提供的節點申請查詢資源ID，由服務器返回的節點信息來判斷是否存在請求所需要的信息。如果存在信息內容，則可以通過節點之間的相互連通油系統客戶端自動選擇返回所有節點中最快速的連接位置。在請求訪問指定的資源和系統結構的過程中，主數據服務器的功能是非常重要的。通常在基于P2P技術遠程輔助教學軟件的設計過程中，下載模式的核心是主數據服務器，同時伴隨有2到3個中心服務器通過中心服務器連接客戶機A和客戶機B查詢客戶節點信息，并且通過主服務器處理返回客戶節點信息，這種方式就是需要的下載，所依托的硬件基礎是多臺Web數據服務器以存放龐大的數據資源。

現代互聯網是以S（Server）/ B（Browser）或S/C（Client）結構的應用模式為主的，這樣的應用必須在網絡內設置一個服務器，信息通過服務器才可以傳遞。信息或是先集中上傳到服務器保存，然后再分別下載(如網站)，或是信息按服務器上專有規則（軟件）處理后才可在網絡上傳遞流動(如郵件)。

如今擁有Napster及ICQ類軟件的PC（或操作者）就可以選擇同樣擁有此類軟件的另一PC（或操作者）形成互聯（直接連接，不通過服務器），雙方共享資源，協同完成某種行動。而擁有同一P2P軟件的設備和用戶，還可以形成一個為其自己所有的在互聯網上的P2P專用網。

2.4 強大的視頻點播功能模塊設計方法

在教學軟件的設計過程中，為了實現有效的教學和對于信息的快速傳遞，必須要借助于VOD視頻點播系統這種交互式的多媒體信息點播系統，其本質是信息使用者，同樣通過核心主服務器根據自身的需求主動地獲取多媒體的信息。這種信息的連通是基于混合式的P2P技術的視頻點播系統通過設計原則和客戶與客戶端之間的服務器聯通來作為資源共享的數據池。也就是說，申請調取視頻信息資源的消費者和客戶是資源的使用者，同時也可以作為資源的提供者VOD信息技術在多媒體時代迅速發展的今天可以將視頻服務提供商和視頻服務的使用者進行有效的網絡化連通。而基于P2P技術的遠程輔助教學軟件就是能夠通過科學的調取信息有效的管理路徑，積極進行對于視頻服務系統進行流程化的管理和綜合信息的保存。

3 基于P2P技術遠程輔助教學軟件設計與實現的難點

VOD體系結構構圖設置，即整個的P2P遠程輔助技術本身是一個非常龐大的網狀結構，而實現視頻調取和視頻服務器連接時有可能因為視頻的數據節點絕對值比較龐大，在傳送網絡的過程中可能因為用戶終端和用戶機之間的連接產生一定的信息滯后現象，從而影響教學軟件的視頻播放品質。這一點是基于P2P遠程輔助教學技術的一個重要難點，在設計基于混合技術的視頻點播功能模塊時，要刻意的解決同時克服多客戶端同時點播的瓶頸問題，而這個問題最好的克服手段，就是使用視頻點播的大是設置為客戶節點，要收看流媒體時首先向服務器提出申請，之后經歷一個下載和緩沖的過程。同時，對下載和服務緩沖文件的保存在經過系統認證之后科學的分配時間差，盡可能的選擇沒有為其他客戶服務的空閑節點返回給視頻的請求者。對于流媒體服務器的快速分配和節點空閑的數據調取必須非常精確的實時分配，如果服務器的負載已經達到飽和，就及時拒絕節點的需求，最后，聯系硬件維護工程師，及時解決空間節點不足的問題。

4 結束語

遠程教學系統的設計目前在中國已經實現了基于P2P級數的輔助性教學功能，在系統的綜合運行性能和大型網絡的使用應用過程中，雖然還存在著一個問題，但是目前，教學軟件輔助設計的科研機構已經積極致力于解決基于P2P技術遠程傳播手段的相關研究。在未來，有效基于P2P技術開發遠程輔助教學軟件，將可以實現文字交流公聊、私聊，支持各個用戶之間的群組聊天、單獨聊天、支持信息私密保存。在學習和深入研究P2P的過程中可以建設快速的反饋和共享信息，使整個遠程教學輔助軟件的系統性功能更加完善，極大程度上推進我國的遠程及網絡教學綜合水平的發展。

[1]柳永春.基于P2P的計算機輔助教學系統的設計與實現[D].電子科技大學,2012.

[2]劉虎軍.基于XMPP與P2P協議的嵌入式數字機頂盒即時通訊系統的設計與實現[D].山東大學,2012.

[3]葉佳幸.P2P技術在網絡教育中的研究與應用[D].上海交通大學,2012.

[4]顧永周.基于P2P的交互式電子白板的設計與開發[D].復旦大學,2011.

作者單位河南鹿邑第一職業中等專業學校 河南省鹿邑縣 477200