基于云桌面的多媒體學習室的應用與實踐

亢軍賢，趙美映，李志軍，常曉茹，楊怡晨

（臨潼康復療養中心，陜西 西安 710060）

0 引 言

隨著信息化技術的飛速發展，云桌面技術也得到了快速發展，為解決多媒體學習室功能單一的問題，本文提出將云桌面技術運用到多媒體學習室，實現軟硬件資源的彈性自動調配，有效提高資源利用率，有力提高了運維效率，滿足多媒體學習室多功能需求。

1 多媒體學習室需求

目前需要建設三個多媒體學習室，三個多媒體學習室分屬同一單位的三個院區，三個多媒體學習室之間實現網絡互通，名稱分別為多媒體學習室一、多媒體學習室二和多媒體學習室三。其中以多媒體學習室一為核心節點，連接多媒體學習室二和多媒體學習室三，多媒體學習室一設置24個學習位，多媒體學習室二和多媒體學習室三分別設置12個學習位，共計建設48個學習位。三個多媒體學習室之間可以進行統一遠程管理和控制；三個多媒體學習室之間需要連通聲音信號和監控信號，相互能夠發送和接收聲音和視頻信號，用于多媒體學習室一授課時，多媒體學習室二和多媒體學習室三也能同時互動，建立時空學習室；同時三個室各設置一個教師機位，可以通過互通授課也可進行單獨授課，也可通過教師機分享界面給所有機位或部分機位；也可將電子黑板畫面進行分享；也可進行無人監考考試，考試行為進行實時監控，對作弊行為進行智能判斷并截圖留取證據；需要快速訪問資源數據庫；也可將當地考場及考生視頻和聲音信號通過專用網絡傳輸到資源服務器，用于統一管理監督。

2 傳統多媒體學習室存在問題

多媒體學習室由多媒體機柜、計算機、投影機、網絡機柜、投影幕布、音響系統等信息化設施設備組成，其中計算機系統是核心的部分，但傳統多媒體學習室采用傳統臺式計算機組網運行，在運行中存在很多問題。

2.1 維護效率低工作量大

由于三個多媒體學習室分別位于三個院區，僅有一人兼職運維，運維難度大，大量時間浪費在路途中，不能及時高效處理故障，且滿負荷運行時，維護工作量非常大，導致維護效率低下。

2.2 無法同步教學

目前三個多媒體學習室獨立運行，且相互之間不能進行通信，授課時要在三個室分別進行，需要講三次，嚴重浪費資源，工作效率低下，嚴重影響學習效果。

2.3 負載不均衡資源浪費嚴重

在計算機硬件資源使用上，有些學員僅僅在網上瀏覽信息，大部分資源閑置，有些學員需要邊學邊進行軟件操作，資源缺乏，運行緩慢，嚴重影響學習效果，這樣由于資源平均分布導致部分資源閑置而無法為資源緊缺的學員服務，導致資源浪費。

3 云桌面多媒體學習室優勢

云桌面是在成熟的桌面虛擬化技術基礎上結合云計算而產生的，計算機桌面存儲與運行在云端，用戶使用各類終端通過桌面顯示協議訪問云端的桌面，云桌面相比在本地計算機設備運行的傳統多媒體學習室，顯示出以下優勢：

3.1 維護管理更集中

云桌面將應用和數據集中在云端的服務器集群中，從而可以實現對用戶行為的統一管理和監控，諸如系統克隆、軟件升級、安全性能監控等，從而提升管理人員工作效率。

3.2 降低設備投入與運行成本

云桌面訪問終端性能要求低，可以用瘦客戶機或是已有舊計算機，設備使用周期長。瘦客戶機能耗低，多媒體學習室數量多時，長時間運行，可有效降低電能損耗，節約運行成本。

3.3 可以動態調整資源利用最大化

云桌面技術可以通過管理員有效動態調配服務器CPU、存儲空間、內存等資源，打破單機資源無法調配的瓶頸，使得閑置資源高效調配利用。

3.4 有效提高數據傳輸的安全性

在客戶端與服務器端進行數據傳輸時，云桌面數據傳輸一般都是客戶端以圖片形成傳輸，有效防止數據傳輸過程中被截取，大大提高了數據的安全性。

3.5 促進“綠色計算”

采用云桌面技術，客戶端采用瘦終端，可以減少客戶端能耗，減少排放量，很大程度上促進節能環保，進而達到促進“綠色計算”。

4 云桌面多媒體學習室設計與實施

基于以上現狀需求及優缺點比較，本次建設的三個多媒體學習室采用云桌面技術進行項目設計，現對其進行分析設計和實踐。

4.1 總體設計

三個多媒體學習室需要進行統一管理控制，故需要設計成云桌面管理方式，采用兩臺云服務器管理48臺客戶端，48個客戶端可以采用瘦終端、胖終端、一體機、臺式電腦或舊電腦；三個多媒體學習室需要連通聲音和監控信號，這個需要加設調音臺，且將聲音信號轉成網絡信號傳輸，監控信號也是將其通過網絡傳輸即可；三個教師位需要安裝多媒體學習室控制系統，控制界面同步；無人監考需求，需要在每個學習位上安裝一個頂視攝像頭和正視攝像頭，通過頂視攝像頭來抓取作弊行為，通過正視攝像頭進行人臉身份識別；為快速獲取資源數據庫信息，設計搭建CDN節點服務器，通過CDN節點可以將學習過的內容緩存起來，節省網絡資源，提高訪問速度；傳輸聲音和視頻信號到資源服務器，只需要將網絡信號設計到規定網段即可。總體設計示意圖如圖1所示。

圖1 總體設計示意圖

4.2 多媒體學習室云桌面部署

4.2.1 總體框架

云桌面多媒體學習室主要利用虛擬技術，通過服務器按需生成云桌面，利用網絡將生成的虛擬云桌面發送到客戶端，用戶在客戶端如同在使用一臺獨立電腦，管理員可以在網絡內任意一臺電腦通過瀏覽器訪問服務器對生成的云桌面進行統一管理和運維。

本項目采用2臺高性能服務器作為云服務器集群，在多媒體學習室一部署24臺云終端，多媒體學習室二和多媒體學習室三分別部署12臺云終端，通過網絡互聯，在任意一臺本網絡中的計算機上通過Web頁面進行管理控制48個云終端，Web頁面地址為其中一臺云服務器主機地址。該頁面可以進行模板生成、模板分發、遠程開關機等功能。

4.2.2 網絡結構

桌面云終端實際上是將用戶與系統有效分離，只是通過網絡傳輸的方式進行操作。三個多媒體學習室分屬三個院區，目前相互獨立，本次將三個多媒體學習室局域網互聯，形成統一網絡結構，分配統一IP地址，IP地址分為服務器IP地址段、CDN節點IP地址段、每臺終端有兩個IP地址，一個為終端盒IP地址，一個為操作系統IP地址，每個多媒體學習室有一個音頻轉換器IP、三個監控IP和一個教師機IP。

4.2.3 服務器管理

桌面云的虛擬系統并不是在本機運行，而是運行在遠程的服務器端，而服務器端可以是由一個或者多個服務器組成的服務器集群。所有的數據交換、數據存儲，乃至數據運行都是通過服務器來完成。這不可避免的需要在服務器端安裝所需教學軟件、終端管理軟件、殺毒軟件等；而且特別要對系統安全做好保障，比如：磁盤訪問控制、USB外接設備訪問控制、建立訪問賬號等系統安全策略配置。本次項目配置兩臺云服務器，服務器配置：聯想SR588，一顆4210R，10C，2.4 GHz；64 GB內存，支持8×3.5盤位，3塊2 TB SATA，2塊600 GB SAS，Raid0、1、5，雙口千兆加雙口萬兆網口含模塊，550 W電源。

4.2.4 云桌面終端

由于所有的數據計算和存儲都集中在服務器端，所以對實現用戶操作的終端設備要求大大降低，不再要求是傳統PC或者筆記本電腦，也可以是移動設備、瘦客戶端，甚至電視也有可能成為終端設備。

教學桌面模式，可以批量生成云桌面，可以創建Win 7、Win XP等場景，批量修改IP地址、計算機名等，主要用于上課、培訓和考試等。

個人桌面模式，主要功能為在網絡內任意一臺機器，只要記住自己的賬號，就可以登錄自己的桌面。

同時需要在終端配置頂視攝像頭和正視攝像頭，用于無人監考時考試作弊行為取證使用，還有配置頭戴耳機，用于學習時互不干擾。

4.2.5 云管理中心

云桌面管理中心室在網絡內任意一臺電腦通過瀏覽器登錄，在權限允許范圍內可以訪問服務器的所有資源，同時也可以批量生成、修改和刪除客戶端云桌面。

（1）自由編輯系統模板：通過Web圖形界面可以自由編輯Win 7或Win XP等系統模板，可以在模板中安裝軟件、打補。

（2）動態全程監控終端盒和服務器運行狀況：在Web圖形化界面中，管理員可以動態監控客戶端運行狀況及服務器資源利用狀況，動態調配資源，提高資源利用率。

（3）遠程控制管理終端：通過Web圖形化界面，管理員可以遠程批量控制客戶端開關機、發送信息、安裝軟件等。管理端和客戶端如圖2、圖3所示。

圖2 管理端

圖3 客戶端

4.3 其他設備安裝和調試

4.3.1 監控系統

每個多媒體學習室安裝兩個高速球機，安裝一個硬盤錄像機，并給球機和錄像機設置IP地址，加入網絡，主要為無人監考考試時取證之用。

4.3.2 時空多媒體學習室功能

每個多媒體學習室安裝兩只音箱，同時機柜安裝功放、調音臺、音頻轉網絡信號調制解調器、時序電源等，目的是在一個教室授課其他兩個學習能同時聽到聲音，在云終端顯示器上能看到教師機界面，同步實時傳輸聲音和視頻信號，形成時空多媒體學習室，位置上分屬三個院區，但效果和在一個學習室效果一樣。

4.3.3 CDN節點配置

為了減輕網絡負載，可加載CDN節點服務器，用于將瀏覽過的網絡資源緩沖到CDN節點服務器，不用重復訪問網絡，大幅減輕網絡負載。

5 結 論

本文通過建設三個多媒體學習室，先是比較了傳統計算機與云桌面的優缺點，提出了云桌面多媒體學習室建設思路，在建設過程中解決了云桌面多媒體學習室新舊計算機的兼容性、運維管理的便捷性和CDN節點緩沖等技術問題，成功實現設定目標，實踐證明此方案可以滿足本單位多媒體學習室學習、培訓、授課、無人監考考試等用途需求。