武佳宁

云平台网络集控教室设计与实施

武佳宁

云平台网络集控教室是云计算技术与教育信息化的深度融合，从云教室建设需求出发，介绍了云教室的建设思路、基础架构和实施方案。设计了云平台网络集控教室教学保障系统，并对运维管理平台进行了剖析。

云教室；云计算；网络集控

0 引言

《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》中明确指出“优先发展，育人为本，改革创新，促进公平，提高质量”的工作方针，并提出了“构建先进、高效、实用的数字化教育基础设施。加快终端设施普及，推进数字化校园建设，实现多种方式接人互联网”等教育信息化的发展任务[1]。随着国家开放大学建设项目的全面推行，研究以云计算技术为支撑的网络集控系统教室应用模式成为开放大学体系的重点研究课题[2,3]。云平台网络集控教室是云计算技术与教育信息化的深度融合，在集控终端教学环境建设上提供了可靠的技术基础和优质的实践平台，以云计算平台为基础的信息化集控教室也将成为高校教育信息化发展的必然趋势[4,5]。

1 云平台网络集控教室建设需求

云平台网络集控教室旨在构建智能化自助式教学系统，该系统将自主权交还给老师，任课教师可以自助完成教学过程并通过云平台获得优质教学资源[6]；云计算的虚拟技术把软硬件完美结合，在教学设计中可以支持各类教学场景切换、虚拟实验、教学视频等等给了教师更加灵活的授课平台；教学资源实时更新全面记录教学过程，为传统课堂和师生课后互动授课提供服务保障；为管理人员提供简易、高效、规范化的信息管理手段，为领导提供科学、直观的决策和考核依据，实现多媒体教学环境的规范化运维管理；实时监控各个节点的运行情况，自动报警远程监测，通过主控室终端设备管理人员全程调取系统的情况，减轻管理人员工作量，提高运维效率。云平台网络集控教室网络拓扑图如图1所示：

图1 云平台网络集控教室网络拓扑图

2 云平台网络集控教室教学保障系统设计原则及整体结构

云平台网络集控教室的整体运行系统包括前台教学保障系统和后台运维管理平台两部分组成。前台保障系统主要是负责教学活动相关设备的管理、监测、实时控制等工作以保障教学现场活动。前台教学保障系统主要由网络中央控制系统、权限控制系统、设备参数采集系统、IP语音对讲系统组成如图2所示：

图2 云平台网络集控教室的整体运行系统图

分为客户端、服务端和设备端。设备端是指教学运行保障硬件设备，如网络中央控制系统服务器、IP对讲主机、交换机路由器、投影仪等。服务端是指运维人员通过云平台远程对教学系统运行监控制的核心管理部分。客户端是指PC客户端和手机移动客户端。

2.1 网络中央控制系统

网络中央控制子系统由设备端网络中控系统服务器和服务端网络中控通讯服务构成。网络中控系统服务器是合并式设计，由核心模块、网络通讯模块、继电器模块、AV模块、键盘模块等组成。端口配置较为丰富，它基于嵌入式EPC可编程控制系统平台，具备以太网通讯接口的网络控制系统。支撑TCP/IP、UDP等协议，具备兼容校园网络、跨网段功能。中控系统不只是网络集成终端，在断网情况下可独立运行并保证数据安全可靠。服务器配置多路I/O接口、VGA接口防盗报警功能，自动向总控系统发布连接线断开报警。

2.2 权限控制系统

权限控制系统与教室多媒体控制系统相对独立，又可相互配合。以保障现有资源充分利用。可通过IC卡提供授权，授权方式有动态授权、固定授权或混合授权三种。固定授权相当于系统管理员卡，通过授权可以在任何时间开启所有教室的设备。动态授权是根据教务排课数据生成教室使用授权课表，需同时满足IC卡号、教室号、课程时间三者对应上才能为系统解锁，实现上课功能。混合授权就是结合固定和动态两种模式。该IC卡可与校园一卡通进行实时数据交换，但不对IC数据扇区作任何操作，以保证IC卡的金融功能。IC卡授权服务与管理程序通过教务课表数据交换程序和一卡通数据交换程序，实时获取课表和一卡通数据，生成教室使用授权数据，并下发到各教室IC卡控制器，形成每个教室的教室授权数据。管理软件将一卡通权限数据通过网络传给每间教室的控制器进行授权，教师或管理人员解锁时无需网络，断网不影响正常上课。

2.3 设备参数采集系统

设备参数采集子系统由设备参数采集服务器和后端设备参数采集通讯服务构成，备参数采集服务器负责通过RS232通讯接口采集投影、教师机等设备的运行状态参数信息，并通过网络传给设备参数采集服务器，负责解析信息。云平台网络集控教室运维管理平台对解析后的报警信息进行转换，最终生成服务请求。该系统可以对设备各种故障如灯泡故障、内存故障、温度异常等情况报警。

2.4 IP语音对讲系统

IP语音对讲子系统由IP语音网关、电话机和IP语音交换服务组成。教室终端直接拨通总控室电话，一键响应。总控室IP语音对讲电话可拔打所有教室，并具备录音回放功能。IP语音网关支持10/100Mbps以太网接口内置宽带路由功能、支持SIP、IAX2等多种协议和动态语音检测。检测系统可以对IP语音对讲子系统全面检测，通过运维平台将检测结果转换成服务请求。

3 云平台网络集控教室运维管理平台

3.1 运维管理平台模块

云平台网络集控教室运维管理平台是软件核心系统，是根据高校多媒体教学系统运维工作管理经验和教学运维保障工作特点设计的教学系统运维服务管理系统。平台采用服务运营模型，主要软件模块有：管理中心、请求管理、问题管理、变更管理、发布管理、CMDB配置项管理、服务水平管理、知识库管理、报表管理等模块。

3.2 运维管理平台管理功能

管理中心是服务管理基础架构中用户和服务组织的联系中心。运维管理平台管理中心是一个虚拟服务台可以根据监测系统传递来的事件自动生成服务请求。请求管理负责记录、归类和监控整个服务过程是流程管理，可以在不影响教学活动的情况下使恢复教学系统直到达到可运行的状态。请求管理还可以把问题管理中的故障问题按照类型整理并存入知识库。知识库则是运维管理人员的参考库，运维人员可在知识库中直接添加类似问题的解决方法，通过管理界面查看查询知识库。配置项管理是识别和确认系统的配置项、记录和报告配置项状态和变更请求、检验配置项的正确性完整等信息，为系统提供服务基础架构的逻辑模型，从而支持其他服务管理流程的运作。报表管理记录各项工作过程和结果和各项运维管理数据，为决策者提供业务数据和业务动态，提供决策的数据支持和内容依据。

3.3 运维管理平台系统监测

运维管理平台具有针对集控系统和硬件设备进行检测的功能，可以对重大事件自动生成服务请求，对网络中控系统全面监测，对教室硬件设备、网络中控等故障，如网络连接失败、控制面板通讯故障等进行自动报警生成服务请求。能对设备参数采集系统的监测，如设备状态信息、设备报警信息、预警信息。对权限控制进行系统的监测，如教学辅助系统授权控制系统故障信息，权限验证失败等重大事件。对语音对讲系统进行监测，如IP语音对讲系统服务器网络连接故障、教室端语音网关网络连接故障等面板通讯故障、以及未接听来电、通话记录及录音等重大事件。对网络视频监控系统进行监测，如服务器网络连接故障、教室端视频编码器网络连接故障等，或视频丢失等重大事件。运维管理平台系统监测可实时跟踪服务请求的处理进度；随时查询任何一件服务请求的处理进展状态；根据服务请求的不同性质，自动执行对应的流程；对于简单的请求有响应、处理中、处理完成等状态，对于引起变更的请求有响应、方案审核、变更审核、方案执行、处理完成等状态。

4 云平台网络集控教室实施方案

云平台网络集控终端教室设备配置包含：教师讲台中控主机、教师PC、IP语音对讲终端模块、高清投影仪、电子白板、网络高清摄影机、交换机、读卡器、移频功放、拾音器、音响等。学生课桌应设有线网络接口，教学楼要求覆盖WIFI。云平台网络集控教室总控室硬件设备清单如表1所示:

表1 云平台网络集控教室总控室硬件设备表

5 总结

云平台网络集控教室的实质就是扩展教学的空间和时间，提升教学质量和教学效果，实现了教育过程信息化；提高了教学管理水平；扩展了校园管理服务范围。云计算平台是未来教育的教育信息化的基础架构，也是网络集控教室的依托平台，实现了教育资源共享机制。云平台网络集控教室满足了教师、学生、运维管理人员的教学、管理需求，促进信息沟通、提供优质资源， 是一个高效共享的信息化平台。

[1] 国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)方针、任务[EB/OL].中华人民共和国中华人民政府网，http://www.gov.cn/jrzg/2010-07/29/ContPnt166697R.htm ,2010.

[2] 朱近之.智慧的云计算[M].北京:北京电子工业出版社，2010.

[3] 方慕真，孙雨，薛海峰，等.国家开放大学远程教育云的探索研究[J].中国教育信息化，2011,03.

[4] 俞文斌.宏基桌面云电教新时代下的云教室解决力案[J].中国电化教育，2014,18.

[5] 何一辉，向俊，黎竹娟.云计算与远程教育[M].南宁.广西民族出版社，2014.

[6] 贺媛靖.云教室应用模式探讨[J].软件导刊，2015,14.

Design and Implementation of Cloud Platform Network Centralized Control Room

Wu Jianing
(Shaanxi Xueqian Normal University, Xi’an 710100, China)

Cloud platform network centralized control room is the depth fusion of cloud computing technology and education information. This paper describes the construction of the cloud classroom ideas, infrastructure and implementation of the program from the construction needs of cloud classroom. Cloud platform network set control classroom teaching security system is designed, and the operation and maintenance management platform is analyzed.

Cloud Classroom; Cloud Computing; Network Centralized Control

TP311

A

1007-757X(2016)08-0043-03

2016.01.18）

陕西省教育科学规划课题（SGH13377）；陕西学前师范学院教学改革项目（15JG022Q）

武佳宁（1981-），女，西安人，陕西学前师范学院工程师，工程师，研究方向：网络技术、实验室管理，西安，710100