基于智能網絡的流媒體教學培訓系統

摘要:基于流媒體在線點播的教學系統日益盛行，但如果能在多變的環境下適應多變的用戶需求，才能稱為更人性化的教學系統。利用多種終端工具和通信方式，結合基于用戶控制和智能路由的拓撲結構，可以保證用戶在不同的地點，多種工具使用培訓服務，并能夠發揮教學培訓系統和教學行為的關聯互動作用。

關鍵詞:流媒體;第三代移動通信技術;教學系統;電子節目菜單

中圖分類號:TP311文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2010)03-709-02

Intelligent Network-based Streaming-media Teaching and Training System

WANG Li-fang

(Yunnan Business-Information and Engineering School， Kunming 650204， China)

Abstract: Based on-demand streaming media on-line teaching and learning systems are becoming increasingly popular， but if we can adapt to the changing environment， changing user needs before they can call a more humane teaching system. The use of a variety of tools and communication devices， combined with user-based control and intelligent routing topology， you can ensure that users in different locations， a variety of tools training services， and be able to play a teaching and training system and teaching practices associated with interaction.

Key words: streaming media; 3G; teaching system; EPG

隨著寬帶網絡和視頻技術的發展，流媒體技術被應用到現代教學的多個方面。其中，基于流媒體的在線視頻點播直播方式，成為自助式教學培訓系統的主要系統構建基礎。然而，此類系統中，往往存在服務方式、服務時間單一等缺點，例如，一般的在線培訓系統，都需要使用辦公網內的PC登錄到服務器上運行，只能在連接有專有內部網絡的場合，并且在計算機上才能觀看。同時，基于服務器單一支撐的系統，往往存在服務質量受服務器可用帶寬，處理資源的限制。

為使培訓系統可以隨時，隨地，使用任何可用的多媒體終端設備完成，并改變傳統中心服務器單獨支撐的模式，在基于P2P技術，動態智能路由技術及先進多媒體技術的基礎上，可以構建靈活，高效的智能教學培訓系統。

1 系統概述

在此系統中，主要解決如下三個問題:

1) 解決多用戶并發對流媒體服務器有限資源的依賴;

2) 提供除PC以外，通過手機，MID設備經3G，802.11無線網絡訪問媒體服務的無縫切換方法;

3) 動態部署的服務環境，可以提供多種場合的服務。

整體的網絡拓撲結構見圖1所示。

其中，多個子網絡的終端之間，通過部署基于P2P的數據共享技術，可以非常好的均衡服務器壓力，使各個終端都能獲得良好的體驗。中心媒體服務器和各個子網邊緣服務器的綜合部署配置，可以保證各子網下設備的快速反應及體驗保障。P2P技術結合基于高速分發的VOD服務器部署方式，可以有效解決流媒體直播/點播的帶寬壓力，處理資源壓力。

每個用戶都具備唯一的身份標識。無論使用何種設備登錄服務器之后，“用戶及設備管理服務器”時刻記錄該用戶的狀態和事件，如記錄用戶觀看視頻的進度信息等，若用戶斷線重新登錄，或使用其它設備，在其它位置登錄，中心服務器可以根據記錄的用戶狀態信息，為該用戶提供無縫的恢復觀看服務。

在教學中心，公寓中心，教師家屬中心，以及課外活動的運動場等地，均可以根據地理位置，布線情況等，建立適宜的接入點，如可以使用無線802.11b/g/n技術建立無線AP接入點，提供最高達300—600M的服務帶寬;或使用移動3G服務業務，借助電信運營商的系統，實現高速的移動服務。這樣就可以保證系統能夠提供多種場合的服務。

3 用戶及設備管理系統

要達到用戶觀看視頻點播的無縫遷移及狀態記錄，需要用戶及設備狀態管理系統配合實現。其具體過程請見如圖2的UML序列圖。

用戶及設備管理系統用于保存用戶當前狀態，并根據用戶播放設備提交的信息更新用戶的當前狀態。一般來說，用戶更新的時長為2~5秒之間，為保證狀態的實時性與服務器壓力的平衡，客戶端設備和服務器之間使用基于UDP的通信協議。

用戶每次使用系統，都需要使用預先分配的賬號密碼登錄，登錄請求會發送到用戶管理系統，用戶管理系統將此請求交給注冊服務模塊處理，如果用戶合法，系統將登錄EPG服務器的URL返回給客戶端。客戶端使用此URL接收EPG的XML數據在圖形界面上展示，用戶根據EPG導航去點播或搜索想看的培訓視頻資源。

用戶使用服務的過程中，客戶端設備會將自身的狀態發送到服務器端，一般來說，會有如下狀態:

1) 用戶正在瀏覽電子節目菜單(EPG);

2) 即將開始播放節目;

3) 正在播放(攜帶播放節目名稱信息，播放進度信息，以秒為單位);

4) 正在直播;

5) 用戶注銷(或關閉播放器)。

服務器不斷更新每個客戶端的信息，如果接收到客戶端發送的注銷狀態信息，或者連續三個時間周期沒收到客戶端信息，則記錄用戶狀態為注銷，同時服務器需要從中心媒體服務器獲取該用戶的播放信息(如時間，節目名稱)以保證實時記錄。此時，系統認為用戶已經離開培訓系統。

當用戶在另一個設備(圖中所示為設備2)上登錄時，用戶和狀態管理服務器在登錄回應中攜帶用戶的最后狀態信息，如果該信息為瀏覽EPG，則客戶端提示用戶后轉入到最后停留的EPG數據頁面;如果該信息為播放狀態信息，則客戶端提示用戶后轉入到記錄節目的用戶中斷位置播放。

4 智能路由決策

圖1所示的網絡拓撲，是一個樹形網絡圖，每一層的設備，都可以根據負載變化動態增加。一般來說，學校中的用戶數量在一段時間內是相對固定的，所以設備的總投入在總人數發生變化前一般可以維持不變。但學校各個場所的用戶分布，在各種時間段是不同的，比如由于放假會導致公寓區域的用戶數量增多，對應教學區域用戶數量減少，這樣，就需要部署于各個自網絡內的邊緣視頻服務器能夠被動態調度，跨區域網絡為用戶服務。

該功能的實現是基于兩套系統:用戶及設備管理系統和中心媒體服務器。用戶及設備管理系統保存并更新每個用戶的狀態，如所在區域，正在進行的動作等，并可以控制用戶的服務導向;中心媒體服務器保存每個邊緣服務器的狀態，負載狀況。

當發生某個服務器負載過負荷警戒時，中心媒體服務器首先通知用戶管理服務器，用戶管理服務器將動態調整適量的用戶轉向其它流媒體服務器，其過程相當于一次虛擬的用戶地理位置移動引起的無縫網絡服務遷移。

5 P2P的數據共享技術

僅僅依靠服務器的資源，不能滿足長久的服務提供。特別的，教學和培訓中常常發生群體性的流媒體直播行為，如針對團體的培訓或考試，此時，基于普通C/S模式的直播系統將由于用戶數量的大并發增加服務器的瞬間壓力，極有可能導致服務器的崩潰。

但由于此類事件的突發性和偶然性，單依靠服務器性能的增強和配置提升，不是解決問題的經濟辦法。此時，系統中提供基于客戶端和服務器符合的P2P，P2SP技術，就能完美解決此問題。

基于P2P的流媒體技術有兩方面的優點:不需要互聯網路由器和網絡基礎設施的支持，因此性價比高且易于部署。作為客戶端的流媒體用戶在播放媒體流的同時，還可以媒體流上載給其他用戶，因此，這種方法可以擴大用戶組的規模，且由更多的需求帶來更多的資源。流媒體直播服務中，用戶按照節目列表收看當前正在播放的節目，交互性(如快進，快退，選時播放)相對較少，P2P技術在直播服務中可以保證其穩定性和高性能。與直播領域相對應，在P2P流媒體點播服務中，用戶可以選擇節目列表中的任意節目觀看。在點播領域，P2P技術的發展速度相對緩慢，一方面是因為點播當中的高度交互性實現的復雜程度較高;另一方面是節目源版權因素對P2P點播技術的阻礙。目前，P2P的點播技術主要朝著適用于點播的應用層傳輸協議技術、底層編碼技術、以及數字版權技術等方面發展。

6 應用遠景

隨著第三代移動通信技術的發展，基于3G及下一代3.75G的移動網絡將提供更高速的移動設備接入服務。因此，教學培訓系統的終端將不僅僅局限于傳統PC和便攜式計算機，802.11方式聯網的無線設備;連接方式也不局限于有線，及一般的無線網絡。教學終端將和娛樂，通信終端完成融合和共用，手機，移動多媒體設備都將成為教育培訓的可用終端。因此，建設一個高度智能，靈活的服務網絡，將能夠滿足將來不斷變化，發展的用戶學習，培訓需求。

7 結論

基于智能網絡的流媒體教育培訓系統，采用P2P的網絡分發技術和動態智能路由技術，以及實時的用戶狀態記錄系統，可以保證為用戶提供多種環境下的無縫培訓服務，結合最新的3G技術，可以擴展為更加靈活的系統，實現教育培訓系統的靈活部署。

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