一種基于P2P技術(shù)的思政網(wǎng)絡(luò)教學(xué)輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)

衛(wèi)思瑜

（陜西職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 西安 710100）

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)是建立在因特網(wǎng)或者校園網(wǎng)絡(luò)上的一種虛擬的教育教學(xué)的環(huán)境，通過(guò)該平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)授課、交流、資源共享和自主學(xué)習(xí)等方面的功能。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)已經(jīng)成為當(dāng)前我高校教育教學(xué)改革的重要方式，并被應(yīng)用在各個(gè)課程教育中。當(dāng)前大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)輔助系統(tǒng)通常采用B/S或者是C/S的訪問(wèn)模式，其中教育教學(xué)資通常集中在系統(tǒng)的服務(wù)器端，各用戶PC端不能實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)習(xí)資源的交換。通過(guò)這樣的方式雖然可滿足課堂的需要，但是還是存在以下幾方面的問(wèn)題：第一，單點(diǎn)故障問(wèn)題。由于學(xué)習(xí)資源為服務(wù)器端提供，一旦服務(wù)器端出現(xiàn)問(wèn)題，則該系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)行；第二，成本高昂。為更好的滿足系統(tǒng)的需求，需要架構(gòu)各種不同的教學(xué)服務(wù)，同時(shí)隨著客戶端的增加，對(duì)服務(wù)器和數(shù)據(jù)方面都提出了更高的要求；第三，擴(kuò)展性差。當(dāng)用戶在增多的情況下，需要增加昂貴的服務(wù)器的數(shù)量來(lái)提供更為穩(wěn)定的服務(wù)。對(duì)此，針對(duì)上述對(duì)問(wèn)題，本文提出一種基于P2P模式的教學(xué)輔助教學(xué)系統(tǒng)，并以思政課程為例對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究。

1 P2P技術(shù)

P2P技術(shù)作為一種應(yīng)用技術(shù)是在上個(gè)世紀(jì)的90年代被人們所提出，其主要是利用整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)等的計(jì)算，從而可充分的挖掘出該網(wǎng)絡(luò)中存在的空間資源，并在容錯(cuò)性、利用率和擴(kuò)展性等方面都具備很大的優(yōu)勢(shì)。第一代的P2P是以Napster作為代表，通過(guò)利用中央服務(wù)器的方式對(duì)索引的資源進(jìn)行保存。但因?yàn)槠浯嬖趩吸c(diǎn)問(wèn)題，在改進(jìn)后采用分布式結(jié)構(gòu)，但需要通過(guò)采用泛洪的方式才能進(jìn)行通信，耗費(fèi)大量的網(wǎng)絡(luò)資源；第二代則以DHT為代表，旨在通過(guò)構(gòu)筑結(jié)構(gòu)化的P2P網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的的精確定位和查詢。當(dāng)前針對(duì)P2P的研究在主要集中在基于拓?fù)淦ヅ涞木W(wǎng)絡(luò)建構(gòu)方面，希望通過(guò)物理網(wǎng)絡(luò)來(lái)改善整體P2P的性能。

在P2P模式中，JXTA作為SUN公司所開(kāi)發(fā)的一個(gè)開(kāi)放式的編程平臺(tái)，主要分為三層：核心層、服務(wù)層和應(yīng)用層。其中核心層主要包括所需服務(wù)的核心的功能；服務(wù)層則主要為用戶提供訪問(wèn)JXTA協(xié)議的接口，該協(xié)議主要由6個(gè)組成：1）Peer Discovery Protocol（PDP）：節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)協(xié)議，主要用在對(duì)節(jié)點(diǎn)資源的發(fā)現(xiàn)；2）Peer Information Protocol（PIP）：節(jié)點(diǎn)信息協(xié)議， 主要用于對(duì)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的獲取；3）Pipe Binding Protocol（PBP）：管道綁定協(xié)議，用于構(gòu)建節(jié)點(diǎn)間的虛擬管道；4）Endpoint Routing Protocol（ERP）：端點(diǎn)路由協(xié)議，用于節(jié)點(diǎn)間的路由路徑發(fā)現(xiàn)；5）Rendezvous Protocol（RVP）：匯聚點(diǎn)協(xié)議，用于節(jié)點(diǎn)成為組播協(xié)議的發(fā)布者。 6）Peer Resolver Protocol（PRP）：節(jié)點(diǎn)解析協(xié)議，用于對(duì)節(jié)點(diǎn)的查詢/回應(yīng)消息的解析。由此通過(guò)上述6個(gè)組成部的共同協(xié)作，從而完成對(duì)P2P網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中節(jié)點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)、監(jiān)控和交流；應(yīng)用層主要提供訪問(wèn)服務(wù)層的接口和對(duì)JXTA網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。

2 系統(tǒng)需求及整體架構(gòu)

文中以思政課程為例，在構(gòu)建該教學(xué)系統(tǒng)之后，思政課程學(xué)習(xí)者可通過(guò)視頻點(diǎn)播的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻資源的流暢觀看，并借助文件共享的功能實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的下載。如果學(xué)生在學(xué)習(xí)思政課程的問(wèn)題中遇到相關(guān)的問(wèn)題，可通過(guò)該系統(tǒng)的交流功能實(shí)現(xiàn)和老師的交流。同時(shí)在借助現(xiàn)代P2P網(wǎng)絡(luò)發(fā)展模式，本文采用P2P混合網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)是傳統(tǒng)P2P模式的改進(jìn)版，用公式表示則為。該模式的工作方式為：第一步，用戶下載安裝客戶端，向軟件服務(wù)器發(fā)出去下載的請(qǐng)求；第二步，在互聯(lián)網(wǎng)上檢索相關(guān)的資源，當(dāng)服務(wù)器在發(fā)現(xiàn)匹配資源之后，將該信息記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中；第三步，對(duì)資源進(jìn)行優(yōu)化，如服務(wù)器聽(tīng)到資源有限或者是在用戶所處的局域網(wǎng)內(nèi)，及可采用P2P技術(shù)；第四步：如不存在上述的第三步情況，則采用P2S模式，返回資源信息給用戶；第五步：在P2P網(wǎng)絡(luò)中的所有的資源可同時(shí)下載，包括鏡像服務(wù)器、互聯(lián)網(wǎng)上的用戶。這種模式以當(dāng)前使用比較流行的迅雷軟件作為代表，其優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)客戶PC端即可實(shí)現(xiàn)發(fā)出資源搜索指令；中央服務(wù)器結(jié)合PC指令可實(shí)現(xiàn)無(wú)邊界搜索；可根據(jù)實(shí)際情況選擇P2S或P2P模式。對(duì)此，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具體見(jiàn)圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)Fig.1 System architecture diagram

通過(guò)圖1可以看出，通過(guò)目錄服務(wù)器對(duì)該系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的統(tǒng)一的管理，從而有效的縮短了對(duì)節(jié)點(diǎn)資源的發(fā)現(xiàn)和定位時(shí)間。而各個(gè)節(jié)點(diǎn)則根據(jù)目錄服務(wù)器獲取的節(jié)點(diǎn)信息，根據(jù)歷史的記錄自動(dòng)的對(duì)相關(guān)的請(qǐng)求進(jìn)行調(diào)整。而目錄服務(wù)器則作為該系統(tǒng)控制的核心，通過(guò)組織不同的內(nèi)容服務(wù)器，為客戶端提供服務(wù)，同時(shí)組織多個(gè)不同的客戶端間的交互節(jié)點(diǎn)信息，使得在該系統(tǒng)中的客戶端能夠獲取內(nèi)容服務(wù)器和其他客戶端的情況。內(nèi)容服務(wù)器則從視頻源當(dāng)中獲取相應(yīng)的思政課程數(shù)據(jù)，以此響應(yīng)客戶端的文件／視頻源內(nèi)容數(shù)據(jù)獲取請(qǐng)求。當(dāng)內(nèi)容服務(wù)器啟動(dòng)的時(shí)候，將其搜索到的視頻資源全部傳遞給目錄服務(wù)器。而目錄服務(wù)器則記錄內(nèi)容服務(wù)器搜索到的每個(gè)資源信息，以此提供目錄索引服務(wù)。客戶端則通過(guò)系統(tǒng)前端的獲取需要觀看的思政課資源或思政課程文件的url地址。在客戶端得到該文件地址后，與目錄服務(wù)器建立相關(guān)的連接，通過(guò)P2P協(xié)議從內(nèi)容服務(wù)器獲取相關(guān)的文件內(nèi)容數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

對(duì)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括客戶端和服務(wù)器端。其中服務(wù)器端包括資源的發(fā)布、更新、刪除；管理員登陸；用戶管理；數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器；流媒體服務(wù)器等功能。同時(shí)針對(duì)純P2P當(dāng)中相關(guān)思政課程文件資源不容易管理和容易中斷的問(wèn)題，通過(guò)設(shè)置網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器的方式用于對(duì)文件的存放；客戶端則主要包括視頻點(diǎn)播、資源共享與下載；登陸、注冊(cè)等功能（見(jiàn)圖2）。

圖2 客戶端功能設(shè)計(jì)Fig.2 Client functional design

4 視頻點(diǎn)播功能實(shí)現(xiàn)

基于P2P混合技術(shù)的用戶點(diǎn)播流程設(shè)計(jì)則如圖3所示。

圖3 視頻點(diǎn)播實(shí)現(xiàn)流程Fig.3 VOD implementation process

其具體的流程為：

1）用戶登錄到P2P服務(wù)器端；

2）將P2P視頻點(diǎn)播的內(nèi)容發(fā)布到服務(wù)的網(wǎng)頁(yè)，在找到用戶所需的相關(guān)思政課程資源，如馬克思哲學(xué)、馬克思經(jīng)濟(jì)學(xué)等視頻資源之后，P2P流媒體客戶端程序?qū)υ撘曨l資源進(jìn)行唯一的標(biāo)識(shí)，以區(qū)別其他的視頻。

3）點(diǎn)播系統(tǒng)連接資源管理服務(wù)器，通過(guò)唯一的標(biāo)識(shí)找到該內(nèi)容節(jié)點(diǎn)的資源列表，并通過(guò)該內(nèi)容節(jié)點(diǎn)的屬性（如客戶端ID號(hào)，IP地址等）對(duì)內(nèi)容節(jié)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)度。

4）在收到內(nèi)容服務(wù)器和響應(yīng)的節(jié)點(diǎn)間的連接之后，通過(guò)Socket連接將視頻資源通過(guò)緩沖的方式進(jìn)行存儲(chǔ)。其具體實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵代碼為：

socket=SS．a(chǎn)ccept（）；

DatalnputStream fis l=new DatalnputStream（

new BufferedlnputStream （new FilelnputStream（filePath）））；

DataOutputStream ps=new DataOutputStream（socket.getOutputStream0）；intbufferSi2e=1024；

byte[]buf=new byte[bufferSi2e]；while（true）{

int read=0：

if（fisl!=null）{read=fisl．read（bur）；}

if（read=-1）{break；}

ps．write（bur，0，read）；

}

}

ps．flush（）；

fis 1．close（）；

socket．close（）；

5）在播放相關(guān)思政課程視頻的同時(shí)，將視頻資源存儲(chǔ)到客戶端本地存儲(chǔ)當(dāng)中，并不間斷的與資源管理器匯報(bào)視頻資源存儲(chǔ)的情況。

5 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)視頻點(diǎn)播資源系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，通過(guò)該系統(tǒng)，用戶通過(guò)對(duì)內(nèi)容的搜索，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)思政課程視頻資源的點(diǎn)播。同時(shí)當(dāng)該系統(tǒng)在運(yùn)行一段時(shí)間后，其傳輸速度與傳統(tǒng)的C/S或者B/S模式都有著較大的提高，具有一定的實(shí)用性和推廣性。

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