多節點網絡化智能教學多媒體共享系統設計

馬驥超

關鍵詞： 網絡化智能教學; 多媒體共享; 教育信息化; 資源查詢; 消息管理; 方差值選取

中圖分類號： TN926?34; TP37 ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號： 1004?373X（2019）14?0157?04

Design of multimedia sharing system for multi?node networked intelligent teaching

MA Jichao

（Jilin Unversity， Changchun 130062， China）

Abstract： A multi?node networked multimedia sharing system for intelligent teaching is designed， which can control and share multimedia resource information by means of physical control center and logic control center. The can resource query， positioning and sharing of multimedia resources for intelligent teaching can be realized by the resource sharing module in the logic control center according to the structured peer?to?peer network and intercommunication between nodes and executing nodes. The module transfers the signal to the classroom after the switching signal is controlled for centralized control to realize the management of message and communication. The system selects the gateway node with minimum variance as the gateway outlet by means of the multi?node networking algorithm to ensure that the residual load capacity of the intelligent teaching multimedia sharing network node is greater and the teaching multimedia resources are transmitted efficiently. Experiment results show that the network throughput capacity of this system is higher than that of the contrast system， and it can effectively share the intelligent teaching multimedia. It provides the possibility for teaching real?time on?demand and teaching evaluation， and is more suitable for multimedia sharing of intelligent teaching.

Key words： networking intelligent teaching; multimedia sharing; education informationization; resource query; message management; variance yield selection

多媒體網絡化教學是一種新的教學形式，其將計算機作為中心采取網絡多媒體技術、現代教育技術開展教育教學活動[1]。隨著科技的進步，計算機技術、人工智能的不斷發展，多媒體教室逐漸出現在人們面前[2]。但是以往多媒體教室存在應用范圍狹窄、控制功能較弱兩個缺陷，這些多媒體教室沒有充分發揮校園網優勢，教學資源依舊受限在一個教室中，沒有利用網絡拓展到每一個教室[3]。通過不斷深入的高等教育改革和不斷提高的信息技術，將多媒體教室逐漸演化成多媒體教學系統。本文基于已有的實驗研究，采用多節點網絡化設計智能教學多媒體共享系統，通過選取最優網關節點，提高教學多媒體共享網絡節點負載能力，增強智能多媒體教學資源共享速度，實現教學多媒體資源共享[4]。

1 ?智能教學多媒體共享系統設計

1.1 ?智能教學多媒體共享系統框架

共享式多媒體教學系統將控制模塊作為系統核心，根據可視化的集成環境，以網絡、智能中央控制設備為基礎，建立良好的多媒體教學環境[5]。系統主要由物理控制中心和邏輯控制中心構成。物理控制中心主要包括網絡交換機和智能中央控制設備，智能中央控制設備控制邏輯控制中心的網絡交換機和教師機;邏輯控制中心包括多個多媒體教室，控制教室內的投影儀、音視頻等與教室相關的設備。邏輯控制中心可以獨立或與物理控制中心協同控制教師機和網絡交換機，在校園網的任意一點，用戶可根據自身權限共享智能教學多媒體。智能教學多媒體共享系統框架如圖1所示。

1.1.1 ?資源共享模塊

系統通過資源共享模塊提供用戶遠程使用機器上的資源，減少共享過程中資源浪費現象。圖2為資源共享模塊中整個智能教學多媒體資源的共享過程。

資源共享過程中采用結構化對等網絡，達到管理系統中節點、查詢定位和共享遠程智能教學多媒體資源的目的。資源共享模塊中一共有3個節點，用戶隨時選擇節點執行任務[6]，每個節點都能同時擔任兩個角色，分別是資源的使用者和資源的提供者。其他遠程節點能運行該節點的作業，該節點也能執行其他遠程節點作業。

當節點作為提交節點時，節點實現探測、訪問特殊編輯器、統計信譽情況的功能，這些報告都存在于對等網絡中，能夠被所有的節點訪問查看[7]。當節點作為執行節點時，支持信任的JVM，即Java虛擬機，該虛擬機將應用進展的相關信息發送到報告中。

1.1.2 ?控制模塊

多媒體教室中的控制模塊由教室集中控制和教室分控兩部分構成。集中控制是指物理控制中心部分，而教室分控分散在各個教室中，且數量不定;教室分控主要功能包括教室設定、信號切換和信號發送，通過信號發送將信號輸入教室集中控制[8]。教室集中控制根據系統功能進行同步設置，同時切換收到的信號，發送消息達到控制消息的目的。教室集中控制還可控制教室中的設備，通過矩陣控制和攝像控制進行RS 232，RS 485通信，實現了控制多個教室的目的。

1.2 ?軟件設計

1.2.1 ?智能教學多媒體數據采集流程

多節點網絡化算法根據節點的視頻媒體數據和其他節點的調度信息列表BM，選取合理的客戶端，從中采集智能教學多媒體信息，詳細的智能教學多媒體數據采集流程圖見圖4。當用戶查找自己所需教學信息時，應在其他節點列表中查找，信息管理模塊主要更新管理節點調度列表，當同一個數據模塊由多個提供者提供時，應選取與節點延遲最小的提供者。若出現沒有節點提供數據情況，則信息管理模塊更新節點列表，確保各數據都有一個提供者，當提供者提供較多信息時，應該優先傳輸數據，提高智能教學多媒體資源共享速度[9]。

1.2.2 ?多節點網絡化算法

校內校園網端口和其他節點一起構成一個網絡，確保用戶可利用其他節點資源。智能教學多媒體共享網絡中的不同用戶節點具有不同的功能，當網絡中的所有節點都選取一個節點作為網關時，網絡可能會出現瓶頸，大部分情況下，網關節點都具有連接外網的能力，此時應篩選出最合適的網關節點作為網關，加快智能教學多媒體共享速度。

計算各個網關節點到固定節點的距離，根據距離可以判斷作為網關節點是否具有穩定性，從而選擇最優網關節點作為網關?？梢圆捎眉訖嗥骄ㄈズ饬烤W關節點的穩定性，公式如下：

[Ga=αHna+βLQna+θEna+εLDna+δSYna] （1）

式中：[Ga]表示節點選擇因子，用于描述選取節點[a]可以被當成網關的綜合度量;節點n到網關節點[α]的跳數定義為[Hna]，權重表示為[α];節點n到網關節點[α]的鏈路質量定義為[LQna]，權重表示為β;網關節點的能量定義為[Ena]，權重表示為θ;網關節點的負載能力定義為[LDna]，權重表示為ε;網關節點的穩定性定義為[SYna]，權重表示為δ。通過對[Ga]的比較，選擇最優網關節點即網關，節點的綜合性能與節點選擇因子成反比，即選擇因子越小，綜合性能越好。

電源電量為網關節點的能量，當交流電源供給節點使用時，判定其能量大。節點的負載能力與選擇節點作為網關的數量有關，智能教學多媒體共享網絡節點的剩余負載能力越大，多媒體教學資源共享速度越快。式（1）中，LD計算公式為：

[LDa，t=Ca-n∈Nca，t] ? ?（2）

式中：網關節點的總帶寬定義為[Ca];選取節點a為網關節點在t時的帶寬定義為[ca，t]。剩余負載的計算與時間有關，不同時間計算的剩余負載不同。為了得到合適的負載，應對其進行平滑處理：

[LDa=γLDa，t+（1-γ）LDa，t-1， ? ?t>0Ca， ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? t=0] （3）

式中，剩余負載因子定義為γ，取值范圍在0～1之間。響應度和準確性與γ有關。當γ較小時，選取網關節點的負載能力較好;反之當γ較大時，網絡負載響應速率較快，導致網關的多次切換。網關節點的穩定性主要與它和節點n的距離有關，距離的波動性越平穩，表示網關節點的穩定性越好，即可采用次網關節點作為網關， 提高教學多媒體資源共享的速度和精準性[10]。為了計算網關節點的穩定性，統計一定時期內節點n到最優節點的距離，通過距離的方差判定網關節點的穩定性。

[SYna=Dn，at=1nm=0n-1dn，at-m-E（dn，at）2] ? ? （4）

其中，在t時刻節點n和網關節點a之間距離的均值為：

[Edn，at=1nm=0n-1dn，at-m] （5）

選取方差最小的值，代表此時的網關節點為最優網關節點，選取最優網關節點作為網關出口，采用此刻的節點訪問外網，可以實現多節點網絡化智能教學多媒體資源共享，且共享多媒體的速度快、精度高。

2 ?實驗分析

多節點網絡化智能教學多媒體共享系統的關鍵是選擇最佳網關節點，網關節點的穩定性決定了共享系統是否可以實現多媒體資源的穩定傳輸和高效率共享。實驗選取本文系統控制的某校園多媒體共享網絡中的4個節點A，B，C，D進行模擬，假設有一固定節點為n，通過改變4個網關到節點n的距離，分析選取4個節點中哪個節點作為最優網關節點，對比4個節點分別作為網關出口時的共享資源速度。節點選擇同距離間的關系見圖5，節點選取與共享智能多媒體效率見圖6。

2.1 ?網絡吞吐量對比

吞吐量是指在單位時間內系統讀取、處理、存儲信息的量，分析3種系統的網絡吞吐量，可以判斷出系統共享智能教學多媒體的速度，即吞吐量高的系統，共享智能教學多媒體速度快。對比結果如圖7所示。

從圖中可以看出，本文系統共享多媒體資源時吞吐量最高，且可達到的最大吞吐量為12 Mb/s，說明在相同時間內，采用本文系統共享智能教學多媒體速度較快，更適用于實際的智能教學多媒體共享。

2.2 ?共享教學多媒體情況對比

3種系統共享教學多媒體情況如表1所示。

從表中可以看出，教師采用BP神經網絡系統和P2P?BT系統對教學情況的控制效果不夠理想，而教師采用本文系統控制教學情況的效果更優秀，非常適用于智能教學多媒體共享;對比系統中用戶可以利用資源十分有限，僅限于教室內，降低了智能教學多媒體資源的共享效果，且對比系統沒有中心監控功能，無法基于校園網實施遠程控制，不能對教學情況實時廣播和評估。采用本文系統時，當用戶采取本文系統共享智能教學多媒體時，能在教室中使用整個校園資源，最大限度利用教學多媒體資源，避免教學多媒體資源浪費，同時本文系統還為教學實時點播、評估教學提供可能性。說明本文系統優于對比系統，適用于智能教學多媒體共享。

3 ?結 ?論

本文系統通過計算網關節點間距離，選取最優網關節點，將最優網關節點作為網關，進行智能教學多媒體的共享，提高了共享智能教學多媒體的速率和穩定性。

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