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云终端在多媒体教学系统中的应用研究

2017-04-15马振中

中国教育信息化·基础教育 2016年12期
关键词:多媒体教学

马振中

摘 要:目前高校多媒体教学系统的建设与使用管理存在诸多问题,文章在对此进行剖析的基础上,利用云计算技术,根据云终端的工作原理,结合高校的实际情况,提出了两种适合大多数高校多媒体教学系统的解决方案,并提供了应用案例,总结并分析了其优缺点,具有一定的推广价值。

关键词:云终端;多媒体教学;云服务器

中图分类号:G434 文献标志码:B 文章编号:1673-8454(2016)24-0094-03

随着云技术(Cloud technology)的不断发展,云计算(Cloud Computing)已开始逐渐走向大众,相应而生的云终端(Cloud terminal)技术也在众多领域得到广泛的应用,如教育、企业、医院、电子政务和家庭等。特别是在高校,将云终端应用到校园网络系统、计算机机房系统、实验教学系统、校园办公系统、图书馆电子阅览室系统以及多媒体网络教室系统中,各种不同的应用手段和方式,可以较有效地解决设备维护难题、降低管理成本、提高管理效率、甚至增加数据安全、简化操作等等,很多科研人员对此进行了研究及应用[1]~[8]。本文将进一步探讨云终端技术在多媒体教学系统中的应用。

一、现状分析

利用多媒体进行教学是目前每个高校不可或缺的教学组织形式,一台PC、一台投影仪加一些多媒体外设和管理软件已成为多媒体教学系统的标配。从系统的建设、使用、管理和维护来说,普遍存在如下一些问题:

(1)建设成本高。每间教室都配备了一台高标准的PC,附属设施设备也相应提高,使得建设成本高,一些资金不足的学校就不能保证每间教室都配备多媒体设备,导致多媒体教室供求紧张。

(2)使用成本高。PC耗电且淘汰速度快,多媒体设备一旦打开,耗损费就随之而来,如电费、设备耗损维修维护费等,因此使用成本高。

(3)管理成本高。由于各教学楼地理位置分散,教室分布较广,每个多媒体教室设备独立、分散频繁使用,PC带来的设备故障率又高,大大增加了管理维护的难度,使得管理人员增加或疲于奔命,因此管理成本高。

(4)安全性能低。用PC进行多媒体教学,必然会使用USB接口,病毒感染、木马入侵、数据泄漏等安全问题时时出现,不时侵入校园网系统,安全性能低。

二、需求分析

为解决以上多媒体教学系统中存在的问题,各高校都希望在建设多媒体教学系统时易建、易用、易养、安全。即低成本配置多媒体教学设备,这样可以以有限的资金建设更多的多媒体教室,并使每间教室都和校园网相连,实现信息、资源和应用相通,满足日常教学需求;要能方便使用,尽可能减少设备故障的来源,降低设备的故障率;要能对教室多媒体设备进行网络化管理,实现远程集中管理,及时远程排除故障,减少因故障不能及时解决而影响教学的事件发生,同时减少专职管理人员。

为实现上述目标,各高校及系统集成商都推出了一些解决问题的办法,如网络多媒体系统、远程监控管理等软硬件措施[9]~[11],但都不能面面俱到,或多或少存在一些不足。近年来,随着云计算的应用推广,通过使用云终端(瘦客户端)替代传统PC(胖客户端)来构建高校多媒体教学系统,可以有效解决目前存在的种种问题,为高校构建一个经济、实用、易于管理维护的多媒体教学系统。

三、工作原理

云終端,即云计算终端,是基于云计算商业模式应用的终端设备和终端平台服务的总称。具体来说,是一台不需要CPU、硬盘和CD-ROM的Windows多用户网络终端设备,具有小巧精致、价格低廉、节电环保、安装简便、易于操作、兼容性好、安全可靠、无需升级、使用期长、故障率低等特点,相当于一台迷你PC,具有PC的潜能,可以运行大多数 Windows 和 Linux 上运行的程序。云终端与一台主机(云服务器)相连,各终端共享主机上的软硬件资源,桌面应用终端无需许可,这样大幅减少了硬件和软件许可投资,是最为经济、理想的多媒体网络教室PC替代产品。

云终端不需要操作系统,但嵌入了必要的工具软件,可以作为迷你PC单独运行,也可以作网络计算机共享计算网络。当作网络计算机时,通过TCP/IP协议和网络环境与公共的云服务器相连,使用虚拟桌面协议(VDP)进行通信,完成PC的功能。

每个云终端使用各自的用户名和密码登录云服务器,云服务器会为每一个云终端用户创建独立的会话,使得每个云终端占用独立的内存空间,因而各云终端之间可以独立运行而不会受到干扰。用户只需要将鼠标、键盘、显示器以及其他外设接入云终端,云终端会通过校园网络将外设信息传送到云服务器上,云服务器接收并处理后,再将结果传回云终端,在云终端用户的界面上显示出来,使用效果和操作习惯与普通PC一样。由于云终端自身不带操作系统,免除了升级、修补漏洞及因使用U盘带来的病毒入侵等问题,因而更加安全可靠。

云终端通过网络轻松使用云服务器甚至计算网络上的海量资源,最大限度地利用了云服务器的海量处理性能,使得每一个云终端都可能具备较强的计算和处理能力。

四、解决方案

由于各高校在多媒体教室建设方案方面存在差异,可结合各高校的实际情况,来选择不同的云终端配置方案。下面介绍两种实用的解决方案。

1.经济方案

每个教室配备一台云终端,每台云终端配备一套USB的鼠标键盘和一台显示器,通过局域网与一台云服务器连接。依据教室数量多少,可以选择配置一台或多台云服务器放置于教学楼的管理办公室或机房内,通过校园网来连接。一般情况下每20间左右的教室需要配备一台云服务器,少于20间可以配备一台配置稍高的PC作为服务器,多于20间教室需要配备一台专业服务器或多台PC式服务器,多组PC服务器通过校园网再与顶端的专业服务器相连(见图1),可以进一步实现资源共享,得到更多的应用服务;也可以选择不同的显示设备,比如投影仪、电子白板、电视等,来建设不同类型的云终端多媒体教室;操作系统根据接入用户的数量来选择,一般使用服务器版操作系统,如Windows Server 2003或2008,这样对接入用户数量没有限制。

与传统PC多媒体教室相比,该云终端多媒体教室具有如下优点:

(1)降低成本。一台普通云终端不过几百元,好的也就上千元,远低于一台普通PC,因此可以大大降低建设成本;云终端单机能耗通常在5W左右,而一台普通PC通常在350W左右,因此能为学校节约能耗;通常20台云终端配备一台云服务器,因此可以减少维护人员,节约了人力资源成本;云终端通常是3年免费保修,而且故障率低,而普通PC通常是1年免费保修,即便是3年免费保修,3年之后故障率升高,更换配件的成本比云终端整体更换都高,因此节约了维修成本;由于整个系统的性能取决于云服务器,当系统性能无法满足教学需求时,只需要对服务器进行升级或更换,无需对终端升级,而普通PC如果无法满足教学需求,就要对CPU、硬盘、内存进行升级,以20台普通PC来说,升级成本高于服务器更换成本,因此节约了升级成本。

(2)提高稳定性。普通PC通常由于操作不当,如非法关机等,都有可能损坏硬盘,丢失数据,甚至系统崩溃。采用云终端模式,系统开机速度快,开机后直接进入程序,不会受到非法关机等操作的影响,系统和数据不会受到损坏,完全可以避免由于断电或误操作引起的一系列问题。

(3)提高安全性。由于云终端没有硬盘、光驱、软驱等设备,也没有操作系统,因此没有病毒入口;所有数据都存储在云服务器里,安全可靠,具备完美的防病毒特性。

(4)集中管理,维护方便。在普通PC模式中,应用程序的安装和升级需要到各个点(教室)去操作,而云终端模式中,所有的数据和应用程序都集中在云服务器,所有的应用程序安装和升级都只需要在服务器上操作即可;由于云终端体积小巧,连接方便,因此万一云终端发生故障也可以很方便的整体更换,这样大大减少了维护的工作量,基本达到零维护。

该解决方案不仅适用于一般高校,也适用于中小学甚至幼儿园,但最大的问题是数据传输量太大时会遇卡滞,例如在需要播放视频等较大传输文件时。解决这一问题的办法也很简单,只是要增加建设成本并提高网络传输质量。

2.优质方案

为解决上述经济方案的不足,我们可以在原有方案上加以改进:一是高配云主机即云服务器并集中部署在学校数据中心;二是对校园网进行提质,争取千兆到桌面,云终端通过校园网与云主机相联,如能建设多媒体教学专网当然更好;三是开发使用云课堂集中管理平台以及針对视频等大数据传输的管理优化软件,确保图形视频类课件的流畅播放。该方案的基本架构如图2所示。

该方案能较好地满足高校多媒体教学的主要需求,不仅能满足常见的基础的非图形类教学软件的要求,如Office等,也能满足使用视频或图形制作类教学软件的要求,如PS、Flash等,甚至包括3D图形制作,如3Dmax、MAYA、AutoCAD等,是目前为止性价比较高的解决方案之一。同时,该方案拓展性强,通过适当的优化或加减某些软硬件配置,可以更加多样化地满足教师的个性化教学需求。该方案对校园网的要求较高,不过目前一般高校的校园网都能满足要求。当然,使用中也不用担心会因校园网的中断而影响教学,因为云终端具有本地播放课件功能,短时间不会影响教师的正常教学。

五、应用案例

长沙师范学院原教学楼采用的是第一种方案,基本能满足一般教学需求。而最新以艺术教学为主的教学楼则采用了上述多媒体云教室优质方案,由云终端层、云主机层和云管理层组成。云终端采用RG-Rain200S型设备(锐捷产品,自带显示器,减少了外接显示器的投入);云主机采用RG-RCD 6000型设备,每台主机管理60个终端组成一组,多台云主机集群部署,组成一个桌面虚拟化资源池;其中2台云主机作云系统管理主机,通过自带的Web管理平台对集群进行管理,可同时对所有教室内的云终端进行集中的统一管理,用2台是为了互为热备,保证数据和使用的安全。本方案每组另多配备了一台RG-RCD Office云课堂多媒体辅机(普通PC),目的是为了对教师上课的各种应用程序进行管理。云主机和终端之间使用锐捷专门开发的EST(Enhanced Stream Transmission)增强图形传输协议,该协议仅传输适量图形而非数据,不会大量占用学校网络带宽,仅需使用普通千兆交换机将主机和终端相连。

六、结果分析

无论采用哪种方案,在实际教学中都发挥了不同作用,都有存在的价值。在大面积多媒体教学中利用云终端技术可以解决原来全PC模式存在的诸如不易管理、耗电量大等一些弊端,是目前较为流行的多媒体教学系统构建方式。总之,在高校多媒体教学中应用云终端模式,可以构建一套节能环保、稳定可靠,效率高、成本低、安全性高、易于管理维护的多媒体教学体系,具有零维护、数据随身、资源共享三大优势。

参考文献:

[1]程渊,曾峰.”云终端”校园网机房系统解决方案[J].数字技术与应用,2011(10):83.

[2]刘树林,李丽蓉,王天明.云终端在高校实验室应用之浅谈[J].电脑知识与技术,2012,8(6):1280-1281.

[3]李忠松.利用云终端技术架构的办公网络[J].福建电脑,2012(3):155.

[4]汪洋.虚拟云终端在高校中的应用[J].电脑知识与技术,2014,10(27):6358-6360.

[5]史智臣.云终端在学校多媒体教学的应用[J].潍坊学院学报,2014,14(2):48-50.

[6]罗文,张国兵.基于云平台的多媒体教学系统研究与设计[J].电视技术,2013,37(22):47-50.

[7]陈慧芬,彭玲.虚拟化云计算在高校多媒体教学中的应用研究[J].现代计算机,2013(2):51-53.

[8]张兵.应用云终端破解网络阅览室的现状[J].图书馆学刊,2011(6):117-118.

[9]曹晓春.浅议网络多媒体教学系统建设[J].科技展望,2015(19):198.

[10]张皓.网络多媒体教室建设探索[J].信息通信,2014(11):152.

[11]张桂宁.基于计算机网络的多媒体教室远程中央监管系统的探究[J].2015(4):84-85.(编辑:鲁利瑞)

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