面向智慧校園的多媒體教室集群管理系統(tǒng)設計研究

黃立平

[摘 要]隨著智慧校園的發(fā)展，傳統(tǒng)教室管理系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足教師和學生對多媒體教室查詢和管理的需要，需要構建一套全新的多媒體教室集群管理系統(tǒng)。文章通過應用無線微控制器，設計協(xié)調(diào)器節(jié)點等多媒體教室集群管理硬件和多媒體教室節(jié)點、空教室查詢等軟件。對比實驗證明，設計的系統(tǒng)獲得結果的運行時間更短，響應速度更快，更符合智慧校園的要求。

[關鍵詞]智慧校園;多媒體教室;集群管理系統(tǒng);響應速度

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2020.22.097

[中圖分類號]G434[文獻標識碼]A[文章編號]1673-0194（2020）22-0-03

0? ? ?引 言

目前，智慧校園建設成為各個高校未來教育發(fā)展的必然趨勢，可以有效促進各個高校向智能化、科學化、人性化方向發(fā)展。智慧化校園建設具有一定的創(chuàng)新意義和實際價值，可以有效改善教師與學生之間的關系，但應用多媒體技術和設備對傳統(tǒng)多媒體教室管理造成了一定的困擾。大多數(shù)高校采用封閉式的管理模式管理多媒體教室，即上課開放、下課關閉。但隨著智慧校園的到來，日益增加的多媒體教室減少了學生課余自修時間，因此，高校需要將多媒體教室改為全天開放，為學生提供相應的學習場所。基于此，本文立足于智慧校園，對多媒體教室集群管理系統(tǒng)進行設計研究。

1? ? ?多媒體教室集群管理系統(tǒng)硬件設計

1.1? ?無線微控制器選擇

本文從多媒體教室集群管理系統(tǒng)的實際應用出發(fā)，考慮到該系統(tǒng)是面向智慧校園的，需要結合不同應用環(huán)境對無線微控制器各項功能需求，選擇型號為NAC-6100的無線微控制器。NAC-6100型號控制器的接口數(shù)量為4個千兆電口;默認管理AP數(shù)量為8個;最大在線并發(fā)用戶數(shù)量可達4 000名;內(nèi)置賬戶數(shù)大于60 k;電源輸入為單電源輸入;內(nèi)置硬盤為64 G的SSD;AP License步長為1;功耗小于25 W;部署模式可分為旁路部署、串行部署、網(wǎng)關部署和遠程部署;外觀整體規(guī)格尺寸為350 mm×220 mm×45.55 mm。總之，NAC-6100型號控制器的規(guī)格小，方便系統(tǒng)安裝;保證系統(tǒng)可同時為多人提供服務。同時，NAC-6100型號控制器的硬件資源十分豐富，包含25個數(shù)字輸入輸出電路、5個12位模數(shù)轉換器、4個32位模/數(shù)轉換器，具備內(nèi)網(wǎng)終端狀態(tài)可視化分析、大數(shù)據(jù)分析、行為管理、行為審計、無線管理等功能。在設計多媒體教室集群管理系統(tǒng)時，需要開發(fā)和制造與該無線微控制器連接的電源以及外圍設備等實現(xiàn)系統(tǒng)控制，簡化系統(tǒng)整體的開發(fā)過程。

1.2? ?協(xié)調(diào)器節(jié)點設計

協(xié)調(diào)器節(jié)點是整個多媒體教室集群管理系統(tǒng)硬件中的核心，承擔著對多媒體教室集群組建和管理過程中各個節(jié)點中上傳數(shù)據(jù)信息的采集和處理任務，通過協(xié)調(diào)器可以發(fā)送節(jié)點對應的控制指令，并與上位機通信。本文在設計多媒體教室集群管理系統(tǒng)時，將協(xié)調(diào)器裝置以串口的形式與對應的上位機連接，從而實現(xiàn)上位機用戶端與NAC-6100型號控制器的實時通信。協(xié)調(diào)器裝置將上位機應用程序的對應控制指令和數(shù)據(jù)精準地發(fā)送到對應的多媒體教室集群中，只需要較少一部分的控制指令，協(xié)調(diào)器裝置即可完成全部操作。協(xié)調(diào)器節(jié)點主要由控制模塊、時鐘芯片、穩(wěn)壓電路、天線、指示燈、串口電路以及存儲芯片等結構組成。考慮到本文研究的多媒體教室集群管理系統(tǒng)主要面向智慧校園，可以為協(xié)調(diào)器節(jié)點選擇兩種供電模式：第一，由電源模塊將交流電轉換為5 V直流供電路板為其提供電量;第二種，直接由USB接口供電。

2? ? ?多媒體教室集群管理系統(tǒng)軟件設計

2.1? ?多媒體教室節(jié)點定位及控制

多媒體教室集群管理系統(tǒng)中的多媒體教室節(jié)點的定位功能主要以系統(tǒng)中上位機的相關數(shù)據(jù)為基礎，從數(shù)據(jù)庫中充分提取多媒體教室集群中對應的多媒體教室具體使用時間等信息，再結合用戶在系統(tǒng)中輸入的自定義請求，將相應指令以通信協(xié)議的格式發(fā)送到對應的協(xié)調(diào)器裝置中。利用該裝置對用戶提出的控制指令進行分析和辨別，再將其發(fā)送到多媒體教室集群中，以此對多媒體教室節(jié)點進行定位。圖1為多媒體教室集群管理系統(tǒng)對多媒體教室節(jié)點的控制流程。

當多媒體教室集群中的各個節(jié)點接收到對應的控制指令或控制數(shù)據(jù)時，通過解析指令，可以將解析得到的結果轉化為系統(tǒng)自身能夠有效識別的任務，并將多個任務繪制成執(zhí)行任務表。待完成相應任務后，利用系統(tǒng)外部相連接的存儲芯片，繪制執(zhí)行任務表存儲相應的參數(shù)信息。當多媒體教室集群中的各個節(jié)點從上位機用戶端接收到相應指令后，自動執(zhí)行對應的臨時成立任務。

2.2? ?空教室查詢

當用戶利用多媒體教室集群管理系統(tǒng)查詢多媒體空教室時，首先需要由具備注冊條件的用戶在系統(tǒng)中注冊賬號，主要采用異步JavaScript和XML技術實現(xiàn)。當用戶在上位機客戶端進行注冊并填寫個人基本信息后，由多媒體教室集群管理系統(tǒng)自動將信息與數(shù)據(jù)庫中的信息數(shù)據(jù)進行對比，若對比結果不符合注冊用戶賬號的要求，則將具體錯誤內(nèi)容發(fā)送到上位機界面中，提醒用戶更改或取消注冊動作。當用戶填寫的信息符合注冊標準時，由多媒體教室集群管理系統(tǒng)自動將新用戶填寫的各項基本信息存儲在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，完成賬號注冊。用戶登錄采用JSP+bootstrap3研發(fā)的登錄頁面，通過填寫正確的賬號和密碼，由安全訪問控制解決方案的安全框架驗證賬號和密碼。用戶的登錄賬號不同，在登錄后系統(tǒng)展示的頁面也各不相同。超級管理人員可查詢系統(tǒng)中的所有菜單，并執(zhí)行操作系統(tǒng)內(nèi)的所有功能，查詢空教室等;系統(tǒng)管理人員可查詢系統(tǒng)中用戶管理的相應模塊，查詢空教室等;普通用戶登錄僅可查詢多媒體教室集群中的空教室。圖2為空教室查詢模塊功能示意圖。

多媒體教室集群管理系統(tǒng)中的空教室查詢功能主要為普通系統(tǒng)用戶提供空教室信息，并通過系統(tǒng)內(nèi)部各個軟件組成將處理后的完成信息輸出到上位機用戶端界面中，為用戶展示詳細的空教室時間、樓層、多媒體設備等參數(shù)信息。在第一時間為用戶提供所需信息，方便用戶后續(xù)自主安排學習計劃。

3? ? ?仿真對比實驗

3.1? ?實驗準備

本文仿真對比實驗的目的在于檢測多媒體教室集群管理系統(tǒng)是否滿足面向智慧校園的多媒體教室系統(tǒng)的需求，采用黑盒測試法對該系統(tǒng)與傳統(tǒng)管理系統(tǒng)進行對比實驗。在已知兩種系統(tǒng)各項功能的基礎上，通過檢測驗證系統(tǒng)各項功能是否正常。設置實驗組為多媒體教室集群管理系統(tǒng)，對照組為傳統(tǒng)系統(tǒng)，按照多媒體集群管理的流程，通過黑盒測試，驗證兩種系統(tǒng)的運行時間。

3.2? ?實驗結果及分析

根據(jù)上述實驗準備完成對比實驗，將具體輸入性測試、功能執(zhí)行以及預期輸出時間結果3個角度對比實驗組與對照組的運行結果，將實驗過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)繪制成表1，具體如下。

根據(jù)表1中的實驗結果數(shù)據(jù)可以看出，實驗組與對照組均可以完成用戶給出的相應任務，但從運行時間看，實驗組的運行時間在12.3～16.5 ms，明顯短于對照組的23.5～36.2 ms運行時間。因此，通過本文設計的仿真對比實驗得出，本文設計的面向智慧校園的多媒體教室集群管理系統(tǒng)，不僅可以滿足智慧校園對多媒體教室集群管理的需要，同時系統(tǒng)自身運行具備及時性，且各項性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)系統(tǒng)。

4? ? ?結 語

本文基于智慧校園中多媒體教室現(xiàn)狀，提出一種全新的多媒體教室集群管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可完成對多媒體教室節(jié)點定位以及查詢功能。在后續(xù)的研究中還要不斷優(yōu)化改系統(tǒng)，使其具備對相應多媒體教室的教師管理以及課程安排查詢功能。

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