分布式課件點播在遠程網絡教學中的設計與實現

摘要：課件點播（CoD）是網絡教學中一個非常重要的系統，本文給出了一個基于Internet的分布式課件點播系統的設計方案及其實現的關鍵技術，將在局域網中廣泛應用的課件點播擴展到了廣域網中，較好地解決了網絡教學中總站課件點播服務器負擔過重和網絡訪問不暢等問題。

關鍵詞：遠程；分布式；點播

中圖分類號：TN948文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)25-1603-03

Design and Implementation of Courseware on Demand(CoD) in Distance Teaching Network

ZHANG Hong

(Beijing Jiaotong University， China Meteorological Administration Training Centre， Beijing 100081， China)

Abstract: Courseware On Demand(CoD)is a very important system in the network teaching. this article has given the design scheme of a distributional CoD system based on the Internet and the key technologies which were realized. The system expanded the widespread application of CoD in LAN to WAN，well solved the overweight burden on main terminal CoD server and network visit impeded in the network teaching and so on questions.

Key words: distance; distributed; courseware On Demand(CoD)

1 引言

IT的發展尤其是Internet和多媒體技術的發展，正以驚人的速度改變著人們的生產方式、工作方式、學習方式和生活方式，也正在引起教育領域的深刻變革，使教育體制和教育模式產生新的重大的飛躍。為了適應21世紀社會經濟和科技發展對高素質創造型人才的需要，必須創造一個在教師指導下的學生自主式學習的環境，當今的現代教育技術提供了教學模式改革所必須的技術支持手段，這種新的技術手段就是網絡教學。

課件點播（Courseware On Demand，COD）系統是網絡教學中非常重要的系統，主要是解決學生自學環境問題，是培養學生創造性的重要環節。通過課件點播系統，學生能夠方便地從豐富的CAI課件和多媒體教學軟件中選取自己感興趣的課程自學。

2 中國氣象局培訓中心課件點播系統

中國氣象局培訓中心課件點播系統是中國氣象局培訓中心網絡教學系統的重要組成部分，它是為滿足開展面向全國氣象系統職工進行網絡繼續教育和培訓的需要而特別開發的。

2.1 問題的提出

目前，中國氣象局培訓中心遠程教學平臺上為學員提供的共享課件含以下幾類：

Web 型課件：類似于 HomePage 樣式的信息發布，適用于通用型瀏覽器；

流式課件：包括視頻流和音頻流，適用于 VOD 方式點播；

Windows 應用程序型課件：即由 Windows 操作系統所支持的多媒體課件，多以光盤（CD-ROM）作為其存儲介質，適合于單機在光盤上使用；

其它類型：包括 PowerPoint 等軟件制作的講義型課件，適用于特定的應用程序。

從效果來看， Web 型課件和講義型課件的內容多為“靜態”的，盡管也可插入一些視頻和配音，但從表現力和交互式教學功能方面來說，都無法與流式課件和 Windows 應用程序型課件相比；但是視頻流課件視頻數據量很大，在網上傳輸時速度較慢，尤其在廣域網范圍內，難以保證所有連接的用戶都能夠順暢點播。以往國內研究實施的課件點播系統多數是在校園網內的應用，但接收網絡教育培訓的學員是分散在全國各地的，如何使他們能通過網絡隨時隨地點播到質量滿意的課件是我們面臨的迫切課題。為此，我們研究設計了一個基于Internet的分布式通用課件點播系統，該系統與中國氣象局培訓中心遠程教育管理平臺無縫連接，實現了教學教務信息的集中管理和課件的分布式點播。

2.2 系統功能

中國氣象局培訓中心 COD 系統的設計目的就是用來解決流媒體類型課件在網上統一點播的問題，它提供課件的管理與使用兩方面功能，主要描述如下：

前臺點播，后臺運作。課程池中所有的流媒體課件，均按照特定的目錄層次影射到用戶端，用戶可根據自己的興趣和意愿進行選取，再點擊相應的按鈕，即可瀏覽其內容簡介，或直接運行。

該系統支持“先下載、后運行”的工作方式。

對于那些需要“在本地先安裝、后運行”的課件來說，兼顧其安裝過程所涉及到的軟件設置和“防毒”保護卡的功能進行了相應的技術處理。

學生端的用戶界面，采用了通用的瀏覽器形式。

對每臺服務器上的訪問人數，自動記錄并根據需要進行各類統計。

3 系統設計方案

3.1 主要技術路線

中國氣象局培訓中心 COD 系統是一個磁盤陣列為存儲主體、以硬盤為緩沖，采用多服務器動態平衡負載的網絡點播系統，其主要技術路線如下：

采用兩級服務器架構，以 SUN 服務器為中心，NT 為區域緩沖服務器，實現動態課件分發和負載平衡，并能跨路由、跨平臺提供課件點播服務；

使用目錄管理，同時支持 Web 、流和文件等各種類型的課件，實現一致訪問多種類型課件；

支持 NT 網絡操作系統；

提供用戶管理、訪問控制和基于Web的信息統計與發布；

提供課件規范化包裝，用戶可使用統一界面訪問課件。

3.2 系統結構

中國氣象局培訓中心分布式課件點播系統系統由總站管理服務器、總站課件點播服務器和各分站課件點播服務器組成，其拓撲圖如圖：

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圖1 COD點播系統拓撲結構圖

這種方式既可以緩解網絡動態負載的平衡問題，又可提高緩沖效率，拓寬了網絡應用范圍，對于氣象部門人員地域比較分散的情況，是一種較好的選擇。

3.3 系統組成

中國氣象局培訓中心 COD 系統主要由三部分組成；CODserver文件、CODclient文件、COD 客戶，描述如下：

CODserver：由磁盤陣列、COD服務器、控制服務器組成，其主要功能是存儲流媒體課件、接受客戶請求并將響應分布到各分布式課件服務器，以及訪問控制和記帳；

CODclient：安裝于各省級的分布式服務器。自動連接國家培訓中心課件服務器 ，自動獲取課件目錄，將課件更新自動下載到省課件服務器，同時具有客戶端軟件自動升級的功能，此程序需要開放8001端口與國家局課件服務器建立連接并自動更新課件。存儲與緩沖課件，響應客戶的課件點播；

COD 客戶：通過Internet接入的普通聯網計算機。通過遠程教學平臺訪問課程池中的課件。

系統工作過程是： COD 客戶通過 Web 系統訪問 COD 服務中心的 Web 服務器；經控制服務器授權認證后，用戶可以選擇課件；用戶點播課件后，控制服務器根據 COD 客戶的位置和數據庫中記錄的各緩沖服務器的工作情況，將點播請求分發到合適的分布式服務器；緩沖服務器響應請求，給 COD 客戶提供課件； COD 客戶播放課件。

4 關鍵技術問題及解決

4.1 關鍵技術

由于新系統是在原有的總站管理服務器和總站課件點播服務器基礎上新加入各分站點播服務器形成的，所以必須將管理平臺和課件點播平臺有機地結合，涉及的關鍵技術描述如下：

1) 接口設計

它包括：

① 由總站管理平臺提供學生基本信息、學生權限和選課表的數據結構，以及數據庫的相關安裝信息等。

② 點播系統根據學生輸入的學生帳號和密碼，實現學生身份認證，并獲取通過認證的學生的選課表，作為可點播課件列表。

③ 在總站管理平臺中提供進入點播服務器的入口，實現課件點播。

2) 負載均衡

① 數據的采集：各分站點播服務器定期向總站管理服務器上傳本站點負載信息，包括服務器的靜態和動態信息。靜態信息包括網絡出口帶寬、CPU主頻和數目、物理內存等；動態信息包括服務器與網絡的連通性、CPU的使用率、物理內存的使用率、當前并發訪問的學生數目、當前可用網絡帶寬以及本站點現有課件資源信息等。

② 負載均衡的實現：總站管理服務器接收到學生點播課件資源的請求，根據請求的課件資源信息，在具備該課件資源的活動點播服務器中查找對該學生響應時間、可用資源最佳的點播服務器，由該服務器向該學生提供點播服務。對學生而言，以上過程是完全透明的。

4.2 課件復制方式

課件復制的方式應該通過網絡復制和定期批量復制共同進行。

網絡復制是由控制中心自動完成的。在控制中心上應該定時運行課件點擊頻度的分析處理程序，通過上面關于存儲控制的分析，我們可以得到一個需要調整的課件存儲分配的工作表。然后控制中心通過向緩沖服務器發送調度指令，使各個服務器之間自動的進行課件的緩沖調度。

5 結束語

中國氣象局培訓中心COD系統在中國氣象局培訓中心遠程教育平臺上運行了近 1 年，為全國氣象部門職工提供了近300門各類課件，訪問人次現已超過 15 萬次。為氣象部門員工繼續教育、崗位及技能培訓發揮了重要作用，受到一致的好評。

參考文獻：

[1]吳曙光， 劉衛國. 多媒體課件點播管理系統的設計與實現[J]. 長江大學學報(自科科學版)理工卷， 2008，(1):46-48.

[2]艾家軍， 李炎茗， 胡鴻彬. 基于Internet 的課件點播系統的設計與實現[J]. 計算機系統應用， 2002，(1):56-571.

[3]劉瑞新， 丁愛萍. 遠程課件點播系統技術架構及實現[J]. 開封大學學報，2007，21(1):82-83.