基于ＪＸＴＡ的Ｐ２Ｐ遠程教學系統的設計

摘要：遠程教學系統是遠程教育的重要組成部分，目前的遠程教學系統的設計與實現主要基于C/S（B/S）技術，新興的P2P技術與C/S（B/S）技術相比，具有網絡可伸縮性好、健壯性強、資源的利用率較高、節省投資等優點。論文介紹如何利用基于JXTA的P2P技術來構建一個遠程教學系統的過程。

關鍵詞：JXTA；P2P；遠程教育；遠程教學系統

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)22-630-03

Design of JXTA-based P2P Distance Teaching System

SHEN Xiao-jin

(School of Electronics and Information Engineering，Suzhou University of Science and Technology，Suzhou 215011，China)

Abstract:Distance teaching system is an important component part of distance education. At present， all mature design of distance teaching system has been based on C/S (B/S) technique. Compared to C/S (B/S) technique， the emerging P2P technology has many advantages such as good scalability， strong robustness， high resource utilization and less investment. This article introduced how to use P2P technology which based on JXTA to design a distance teaching system.

Key words:JXTA;P2P;Distance Education;Distance Teaching System

1 引言

現代遠程教育是隨著現代信息技術的發展而產生的一種新型教育形式，遠程教育教學系統是遠程教育的重要組成部分。目前的遠程教學系統的設計與實現都基于C/S（B/S）技術。近來P2P網絡正日益受到重視，與C/S（B/S）技術相比，它具有網絡可伸縮性好、健壯性強、資源的利用率較高、節省投資等優點。

Sun公司于2001年推出了開放性的對等網絡研究項目——JXTA，其主要目的是致力于從所有的P2P系統中分離出系統通用的需求，從而建立一整套泛型P2P基礎協議，整合P2P應用、標準化P2P服務。本文提出了一個基于JXTA的P2P遠程教學系統的設計方案，從網絡模型，系統架構和總體設計等方面作了詳細介紹。

2 P2P和JXTA概述

P2P（Peer-to-Peer，即對等網絡）是近年來廣受IT業界關注的一個概念。由于廣大的網絡終端節點（普通用戶擁有的節點，即通常意義上的終端設備）的計算和存儲能力以及連接帶寬隨著摩爾定理不斷地增長，使用P2P技術將大大提高這些節點的利用率，從而進一步提升網絡、設備和信息服務的效能。

P2P之所以吸引人主要在于其在以下兩個方面的突出表現：

1)低成本、高可用的超大規模計算和存儲資源共享；

2)強大的網絡聯通性，更直接、更靈活的信息溝通。

P2P是一種完全分散式的體系結構，系統中的任何一個實體都處于同等的地位，它既可以請求得到服務．同時又可以提供服務，功能與職責對等，我們稱之為對等體（peer）。對等體構成全連通圖的各個頂點，彼此之間的交互直接而對稱，結果可以直接返回給請求者。在P2P系統中，對等體是動態的，可隨時上線或離開，它們的行為也不可預測。在P2P模型中，每個對等體都是主動參與者，都貢獻一定的資源（如存儲空間、CPU執行周期等），各個實體因互為服務而共存，不依賴特定的集中控制。

目前P2P在加強網絡上人的交流、文件交換、分布式計算、服務共享等方面已經充分顯示出了其強大的技術優勢。

JXTA是SUN公司為構建P2P網絡而制定的一組協議。JXTA源于Juxtapose，意思是可以平行放置的兩個鄰近實體。Sun公司選用它的目的是為了說明P2P網絡并不是要取代C/S結構的網絡，而是要與C/S相輔相成，互為補充和發展。

JXTA標準協議規范介紹如下：“JXTA由六個協議組成，這些協議是專為特定的、分布式的、對等的網絡計算而設計的。使用這些協議，Peer可以互相合作來建立自我組織、自我管理的對等組，而不必關心它們在網絡中所處的位置（在網絡邊緣或者防火墻的后面），并且也不需要集中的管理機構。”

JXTA由三層組成，各層的說明如下所示：

核心層（JXTA Core）：這一層封裝了最根本的東西，包括Peer、對等組、Peer發現、Peer通信、Peer監視和相關的安全原語。

服務層（JXTA Services）：這一層包括對于P2P網絡不是必需的、但很通用的功能，如查找、共享、索引、代碼緩存和內容緩存的機制。

應用層（JXTA Application）：這一層包括了應用JXTA服務開發出來的完整的P2P應用程序，例如myJXTA，JXTA-CAD等應用程序。

JXTA的核心由六個協議構成，它們分別是：對等點發現協議（PDP）、管道綁定協議（PBP）、對等點信息協議（PIP）、對等點解析協議（PRP）、端點路由協議（PEP）、集合點協議（RVP）。JXTA通過這六個協議來完成Peer之間的通信，彼此之間的資源發布和發現，以及信息傳遞和路由。這些協議隱藏了很多細節，從而使得編寫JXTA應用程序比從空白開發P2P應用要容易得多。

JXTA是P2P應用程序開發的運行平臺，目前JXTA首先推出了基于Java的參考實現，提供了支持六個協議的Java API，JXTA還將推出包括C語言在內的其他編程語言的API，JXTA在設計時有如下幾個目標：

1)互操作性：JXTA技術的設計中，允許互聯的對等體便利地互相定位、通信和參與社區的活動。同時，對等體相互間可以無縫地提供服務，其范圍可以跨不同P2P系統及不同社區。

JXTA的目標就是使P2P在基礎服務層面上達到共享，不同的應用之間可以方便地利用共同的基礎設施。

2)平臺無關性：JXTA被設計成獨立于編程語言如C、Java等，獨立于系統平臺如Windows和UNIX，獨立于網絡平臺如TCP/IP和BLUETOOTH。

3)泛在性：在JXTA技術設計中，它可以實現運行在任何有數字處理功能的設備上，包括傳感器、消費電子設備、個人數字助理(PDA)、網絡路由器、桌面計算機、中心服務器和存儲系統等。

3 遠程教學系統的設計

3.1 需求分析

本文構建的基于JXTA的P2P遠程教學系統中，用戶要加入該系統首先要進行注冊，注冊分為學生、教師和管理者三種身份，注冊登錄后即成為系統全局組中的一員；教師可以創建課程組，學生找到相應課程組后可加入到其中，就可以利用課程組中提供的課件、參考資料等共享資料進行自主學習；當碰到疑難問題時，可選擇在線人員進行兩兩學習交流，或展開多人共同探討；若遇到難題無法解決時，可聯系任課教師通過電子白板實現虛擬教室，進行即時在線輔導講課。

通過本系統，學生可以更充分更有效的利用遠程教學過程中的共享資料進行自主學習，更加方便學生和教師之間的交流，提高學生的學習積極性，促進學生學習成績的提高；同時也有利于教師在教育過程中角色的轉變，使教師從課堂主講人轉向學生學習的組織者和指導者，輔導幫助學生進行自主學習，提高學生的學習水平。

3.2 網絡模型分析

P2P系統最大的特點就是用戶之間直接共享資源，其核心技術就是分布式對象的定位機制，這也是提高網絡可擴展性、解決網絡帶寬被吞噬的關鍵所在。迄今為止，P2P網絡已經歷了集中目錄式結構、純P2P網絡模型和混合式網絡模型三代，本系統采用混合P2P模型，它繼承了集中目錄式結構和純P2P模型的優點，同時又擯棄了兩種模型各自的不足之處，因此在當前各種網絡模型中成為一種優先選擇。圖1是基于JXTA的P2P遠程教學系統的系統網絡模型。

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圖1 系統網絡模型

遠程教學單位通常建立多臺校外學習中心分流服務器，在每個校外學習中心內部采用集中目錄式結構，即在每個校外學習中心都配置一個超級節點，某個學習中心的普通節點將自身所擁有的資源信息登記在該校外中心的超級節點上，以便于資源的定位；各校外學習中心之間超級節點的連接采用完全圖模型，當某個校外學習中心的普通節點需要其它學習中心的資源時，該普通節點所在的超級節點負責向其它學習中心的超級節點發起查詢，并將查詢結果返回給查詢發起者。

3.3 系統架構設計

任何基于JXTA的P2P應用程序必須首先找到并加入基本組NetPeerGroup，并且對等體不能離開NetPeerGroup。用戶可以在NetPeerGroup的內部自由地創建新的對等組。從該NetPeerGroup中，應用程序可以發現并遍歷NetPeerGroup內部的所有對等組。處于相同對等組的對等體可以發現并利用對等組內任何JXTA資源，包括發現其它對等體、對等組、管道、通告以及其他資源。

本系統中也是一樣，進入該系統的用戶首先必須加入基本組NetPeerGroup，接著系統自動會查找全局組StudyGroup，若沒有找到則創建全局組StudyGroup，并加入，Peer可以觀察到StudyGroup中課程組的情況。圖2是基于JXTA的P2P遠程教學系統的系統架構圖。

進入某一課程組后，用戶就可以通過發現文件共享通告來下載其他用戶共享的文件，也可以發布文件共享通告，用于共享文檔；若想與其他用戶進行對話，則必須在組中搜索合適的即時通信通告；教師用戶可以發布電子白板通告，供學生用戶發現后取得連接進行遠程虛擬課堂教學。

3.4 系統的總體設計與主要功能模塊

系統的總體設計和各功能模塊如下圖所示：

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圖3系統功能圖

各模塊的具體功能描述如下：

1)系統登錄管理

用戶分學生、教師和管理員三種角色注冊到本系統中，默認加入到全球組NetPeerGroup，接著自動查找、建立并加入全局組StudyGroup。本系統設定所有登錄用戶必須加入到StudyGroup組中才能使用系統提供的所有功能。

2)課程組管理

課程組即對等組，是一種組織節點并且發布組內的特定服務的方式。課程組可以被創建、加入和退出，它為應用程序提供了一個獨立的環境，可以看成一個虛擬的私人網絡。該模塊主要實現以下幾部分功能：利用對等體發現協議查找和發現已有課程組并進行顯示，此過程分為本地查找和遠程查找兩種方式；課程組的創建，分為普通課程組的創建和帶密碼驗證的課程組的創建；課程組的加入，其核心是JXTA的對等體成員資格協議，該協議定義了一個對等體申請加入一個對等組的過程，它支持驗證和對等組的授權；課程組的退出。

3)學習交流

用戶可以查看在線的其他人員，系統顯示目前在線的人員名稱；用戶可以選擇在線的用戶，向他發送文字聊天的請求，進行兩兩通信；也可以實現如聊天室一樣的多人同時通信。

4)資源共享

該模塊主要實現兩大功能：文檔共享，用戶可以選擇本機內的文檔資料進行共享，這些共享的內容只能被本課程組內的用戶所查知，并進行下載。用戶對共享的文件進行修改后，不用做任何操作，就能保證共享的文檔是最新的修改內容。用戶還可以查看目前自己所提供的共享文件有哪些；文檔搜索，用戶可以對課程組內的共享文檔進行搜索，如果對搜索到的內容感興趣可以直接下載該文檔，前提是提供共享的用戶處于在線狀態，如果不在線，則必須等待。

5) 在線輔導

該模塊主要的功能是利用電子白板來實現虛擬課堂教學。電子白板輸入數據的類型分為兩類：文本和圖形對象，文本可以用于用戶對圖形進行注釋等功能，圖形對象則包括直線、矩形、圓、自由畫線以及橡皮擦、清屏等。

4 結束語

本文構建的遠程教學系統利用基于JXTA平臺的P2P網絡進行計算機遠程教學更能發揮計算機進行教學的能力，該系統通過計算機的網絡功能，使分布于不同地方的教師和學生可以同時坐在同一“虛擬教室”中進行學習、討論、模仿面對面教學，使教師和學生能自由共享一個計算機通信網所提供的集成環境，這個集成環境提供一些文字、圖形等數據資料的交互，幫助教師與學生、學

（下轉第639頁）

（上接第632頁）

生與學生之間通過學習交流建立公共聯系、討論與互助；通過資料共享提供有關參考資料的上傳和下載；通過在線輔導建立個別聯系與幫助。

當前，基于P2P的成熟應用主要局限于即時通訊、文件共享等單功能、單系統的應用。現在，P2P應用正在向多功能、多系統集成的基于服務的復雜應用轉變，本文提出的基于JXTA平臺的遠程教學系統在深化P2P應用方面作了一次有益的嘗試。

參考文獻：

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