【摘要】針對高校建設的CAN、單向HFC獨立網(wǎng)在教育教學服務中的不足，提出一種以軟交換技術、WiMAX無線寬帶接入技術構建的校園綜合移動教學網(wǎng)絡平臺方案，并以此平臺對M-learning方式的新模式即群播教學模式、網(wǎng)絡微格教學模式、點播輔助教學模式進行探討。

【關鍵詞】M-Learning；CAN；HFC；WiMAX

【中圖分類號】G40–057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009—8097（2009）06—0073—03

引言

M-learning方式是移動通信、網(wǎng)絡技術與教育的有機結合，它突破了有線連接所帶來的束縛，學習者可根據(jù)自己的學習需要，隨時、隨地訪問任何網(wǎng)絡的教育資源，提高學習和工作效率，充分調(diào)動學習者的學習興趣。

校園計算機通信網(wǎng)（CAN）是為學校師生提供教學、科研和綜合教育信息服務的多媒體網(wǎng)絡，主要以園區(qū)局域網(wǎng)為主。以校園計算機通信網(wǎng)搭建的教學平臺具有較好的雙向互動功能，教育教學信息資源豐富，但在多媒體教學應用中，由于網(wǎng)絡帶寬等因素影響導致實時教學功能及圖像清晰度欠佳。而校園閉路電視教學平臺主要優(yōu)勢在于實時廣播、頻帶寬、圖像畫面清晰，其劣勢是教育教學信息資源相對較少，特別對單向HFC網(wǎng)來說不具備實時教學互動功能、無交換和網(wǎng)絡管理。

多數(shù)高校（主要是早期建設）的CAN一般在教室里都未設網(wǎng)絡終端，而閉路電視網(wǎng)均為單向HFC，在各教室里均設有接收終端，兩網(wǎng)絡在校園內(nèi)相互獨立發(fā)揮自己的功能。為改變此現(xiàn)狀，使瀕臨淘汰的單向閉路電視網(wǎng)重新整合到校園網(wǎng)絡教學平臺中，發(fā)揮校園計算機通信網(wǎng)、校園單向閉路電視網(wǎng)在教育教學中的優(yōu)勢作用，本文提出了用軟交換技術、WiMAX無線寬帶接入技術將CAN、單向HFC獨立網(wǎng)綜合為統(tǒng)一的移動教學網(wǎng)絡平臺方案，以及針對該移動教學平臺開展的移動教學、學習的幾種模式進行探討。此方案既不需要繁鎖的（教室增設CAN網(wǎng)絡終端、單向HFC網(wǎng)變?yōu)殡p向HFC網(wǎng)）建設改造，又能融合兩獨立網(wǎng)絡并能提供靈活的M-learning學習方式，極大地拓展了網(wǎng)絡的教學功能。

一 WiMAX及軟交換支撐技術的特點

WiMAX（World Interoperability for Microwave Access）為全球微波接入互操作性，是基于IEEE802.16標準的無線城域網(wǎng)技術，其最大特點就是覆蓋面廣、傳輸速度快、容量高[1]。WiMAX最遠可以達到50公里的覆蓋范圍，屬于無線城域網(wǎng)（WMAN）的范疇，其典型應用的覆蓋范圍是6～10公里，傳輸速度可高達74.81Mb/s，一個基站可以同時接入數(shù)百個遠端用戶站。WiMAX組織還開發(fā)了新的無線傳輸協(xié)議802.16a和802.16e，提高了信號繞過障礙的能力，即使基站和用戶終端之間有樹木或者建筑物的阻擋也不會妨礙信號的傳輸，并確保了手持、PDA步行或使用移動計算設備無線連接也不會中斷。

軟交換技術是實現(xiàn)新一代的語音通信、多媒體和數(shù)據(jù)交互的核心技術，它主要處理實時業(yè)務，其中包括語音業(yè)務、視頻業(yè)務和其它多媒體業(yè)務。軟交換技術的網(wǎng)絡體系結構分成媒體接入層、傳輸服務層、控制層和業(yè)務應用層，整個體系涉及的協(xié)議較多，其中有H.248、SCPT、ISUP、TUP、INAP、H.323、RADIUS、SNMP、SIP、M3UA、MGCP、BICC、PRI、BRI等。基于綜合性的平臺加開放的協(xié)議接口，軟交換體系為用戶提供了更多更快的業(yè)務解決方式，是三網(wǎng)融合的最佳實現(xiàn)途徑。由于具有開放性、靈活性和擴充性等優(yōu)勢，軟交換技術將在下一代網(wǎng)絡（NGN）的業(yè)務層面發(fā)揮核心作用[2]。

二 綜合網(wǎng)絡移動教學平臺的構建

在校園閉路電視前端設置一基于軟交換技術的核心服務器，用于跨校園單向HFC網(wǎng)與CAN，滿足IP-QAM、SOFT-SWITCH運行模式。核心服務器由視頻服務器、數(shù)據(jù)服務器、媒體路由器、IP視頻網(wǎng)關等設備構成，配備HFC網(wǎng)、以太網(wǎng)、ASI網(wǎng)等接口，并配以多種業(yè)務運營管理軟件，確保多種教學業(yè)務的開展。CAN是IP網(wǎng)絡的一種，既可傳輸數(shù)據(jù)信息，又可用來傳輸符合IP協(xié)議的數(shù)字視頻和數(shù)字音頻信號，進行多媒體通信。通過軟交換協(xié)調(diào)單向HFC網(wǎng)與CAN之間的數(shù)據(jù)流和控制流的傳輸，實現(xiàn)視頻服務器和CAN及校園單向HFC網(wǎng)的各用戶終端之間的教學交互操作、控制，以及上傳許可教室終端的音視頻信號到視頻服務器中，通過校園單向HFC網(wǎng)的下行高速以及完善的QoS將上載的音視頻信號高質量地實時傳輸?shù)叫@HFC網(wǎng)各用戶終端。校園閉路電視前端的衛(wèi)星教學電視節(jié)目信號、自辦教學電視節(jié)目信號也可通過軟交換變成IP流進入CAN，CAN的終端用戶也可通過電腦收看教學電視節(jié)目。

將CAN與WiMAX系統(tǒng)連接構成一個無線移動網(wǎng)絡教學平臺，用戶可在校園的任何地方實現(xiàn)CAN的無線寬帶接入。WiMAX系統(tǒng)中的基站（BS）提供用戶基站（SS）與核心網(wǎng)絡間的連接，通常采用扇形/定向天線或全向天線，可提供靈活的子信道部署與配置功能，并根據(jù)用戶群體狀況不斷升級擴展網(wǎng)絡。用戶基站（SS）提供基站與用戶終端設備（TE）間的中繼連接，通常采用固定天線，并被安裝在屋頂上?；荆˙S）與用戶基站（SS）間采用動態(tài)適應性信號調(diào)制模式。校園綜合網(wǎng)絡的移動教學平臺組成如圖1所示。

用戶終端由校園單向HFC網(wǎng)用戶和CAN用戶共同組成，可以是教室、辦公室、宿舍、戶外等任一場所的用戶。其終端設備有筆記本電腦、PC機、多功能CABLE MODEM、電視機、攝像機、話筒等，設備可根據(jù)不同使用場合進行選擇配置。教室終端用戶在教學時可通過校園單向HFC網(wǎng)的下行高質量的信號進行收看，同時利用筆記本電腦、PC機、

多功能CABLE MODEM通過WiMAX系統(tǒng)在CAN上訪問視頻服務器實現(xiàn)實時申請?zhí)釂?、發(fā)言以及本地音視頻上傳等互動操作。

三 綜合網(wǎng)絡的移動教學與學習模式

校園綜合網(wǎng)絡的移動教學平臺可實現(xiàn)CAN與單向HFC網(wǎng)的教學數(shù)據(jù)和教學節(jié)目的互通、教學方式的互動，以及無線寬帶接入功能，為開展多功能M-learning帶來了便利。隨時隨地進行無線連接，教師可以在移動中進行教學，而不僅僅局限于一個固定的場所和固定的時間；學生也不再局限于某一固定場所，可以根據(jù)自己的學習需要隨時隨地學習。這種靈活的學習方式，實現(xiàn)了人們跨越時空，隨時隨地學習的夢想，學生可以根據(jù)自己的實際情況，利用輕便、小巧的移動設備靈活地進行學習。M-learning是E-learning的一個發(fā)展，與E-learning相比較M-learning具有明顯的優(yōu)勢，而該綜合網(wǎng)絡的移動教學平臺還賦予其獨特的教學、學習方式。

1 群播教學模式

隨著高校生源的擴招，一些面向全校學生開設的課程在實施過程中面臨很大的困難，如我校師范類專業(yè)的學生在校期間需要學習《教育學》、《心理學》、《教育技術學》等公共課程，由于選課學生較多、師資不足，加上多媒體教室有限，所以教授公共課的教師授課學時偏多，而且許多課程不得不放在晚上或周末，這給教師、學生以及教學管理者帶來了極大的不便，使用校園綜合網(wǎng)絡移動教學平臺的群播教學功能可以很好地解決這個問題，并能充分發(fā)揮、擴大優(yōu)秀教師的示范作用，節(jié)省師資力量。

設單向HFC網(wǎng)用戶終端1（教室1）為主教室，單向HFC網(wǎng)用戶終端2、單向HFC網(wǎng)用戶終端3…（教室2、教室3…）為分教室，當主講教師在主教室上課時，主講教師上課的視音頻信號上傳接入核心服務器，實現(xiàn)校園單向HFC網(wǎng)上的DVB直播。設置的各分教室學生可實時地通過電視收看主教室上課的內(nèi)容，同時也可通過WiMAX無線寬帶接入實時向主教室老師提問，主教室老師在第一時間及時解答，這樣分教室的學生如同在主教室環(huán)境下一樣上課。

由教室2通過CAN上傳向核心服務器內(nèi)的視頻服務器提出申請發(fā)言請求，再由視頻服務器向主教室轉發(fā)分教室2的發(fā)言請求，經(jīng)主教室老師同意后方可獲得發(fā)言權，既教室2啟動音視頻信號上傳，視頻服務器開始轉發(fā)教室2的音視頻信號，并送入單向HFC網(wǎng)，而未經(jīng)主教室獲準的分教室發(fā)言請求將不能實現(xiàn)上述功能。各分教室能收看到主教室和獲得發(fā)言權的教室2的音視頻信號；主教室能收看到獲得發(fā)言權的教室2音視頻信號和個別未獲得發(fā)言權的分教室當前狀態(tài)（由主教室選擇分教室，實現(xiàn)程序同上），并能使某分教室提出的發(fā)言請求獲得批準。分教室向主教室申請發(fā)言程序如圖2所示。

CAN在實現(xiàn)上述操作過程中，采用HTTP協(xié)議實現(xiàn)教室與視頻服務器間的交互操作控制，各教室通過WiMAX系統(tǒng)無線接入，實現(xiàn)音視頻信號向視頻服務器的上傳和QoS控制則由RTP/RTCP協(xié)議完成，RTCP配合RTP控制協(xié)議，通過反饋包的方式為傳輸提供QoS。

2 網(wǎng)絡微格教學模式

傳統(tǒng)的微格教室是采用錄制重放設備而構成，分為錄制教室和回放教室兩部分，此種微格教室在微格教學時不能自由分配，一次只能對少數(shù)學生進行教學技能訓練，影響了微格教學的普及率和實用性[3]。利用綜合網(wǎng)絡的移動教學平臺進行微格教學方便靈活，可將任一教室（設為主教室）作為微格錄制教室，通過WiMAX無線寬帶將學生的教學錄像上傳至核心服務器內(nèi)的視頻服務器中，指導教師和觀摩的學生可在其它的某一教室（分教室）里由單向HFC網(wǎng)下傳的信號或任一網(wǎng)絡接收點通過直播和任一時間隨時點播回放收看，進行觀摩分析、評價、講解指導。該網(wǎng)絡微格教學系統(tǒng)既可使學校節(jié)約專項建設微格設備的經(jīng)費，充分高效利用現(xiàn)有教學設備資源，同時也使微格教學在功能上更加智能化、精確化，為教學技能的培養(yǎng)發(fā)揮更大的作用，這對于師范類院校來說尤為重要。

3 點播輔助教學模式

教師在使用電視輔助上課時，所使用的教學課件、電子白板行書、圖片展示等內(nèi)容，若通過單向HFC網(wǎng)視頻傳送，因信號經(jīng)過壓縮編碼處理，該方式接收圖像清晰度不高，故可將這些信息實時通過WiMAX系統(tǒng)點播并以數(shù)據(jù)形式發(fā)送到各分教室，配合當前的教學[4]；其次，在校園的任何終端也可隨時點播收看單向HFC網(wǎng)或CAN的教學節(jié)目或教育信息，點播請求通過CAN上傳，可將IP流信息、TS流信息從服務器中調(diào)出經(jīng)軟交換在單向HFC網(wǎng)上或CAN上傳送。

四 結束語

綜合網(wǎng)絡的移動教學平臺音視頻信號下傳可分別依靠單向HFC網(wǎng)、CAN，校園單向HFC網(wǎng)下傳的視頻圖像清晰度明顯優(yōu)于CAN傳送的圖像清晰度，而CAN在綜合移動教學平臺中可上傳信號，彌補了單向HFC網(wǎng)的不足，較好實現(xiàn)了互動教學功能，群播教學模式、網(wǎng)絡微格教學模式、點播輔助教學模式的運用充分體現(xiàn)了移動學習方式的靈活性、個體性的特點。校園綜合網(wǎng)絡的移動教學平臺方案主要是針對分期建設、各成獨立的CAN和單向HFC網(wǎng)而提出的，對于新建校園網(wǎng)絡的高校來說，可考慮采用閉路電視信號與通信數(shù)據(jù)、多媒體一并在寬帶雙向HFC網(wǎng)上傳送，并通過WiMAX系統(tǒng)實現(xiàn)寬帶無線接入，這樣平臺的實現(xiàn)就更加簡捷、方便。

參考文獻

[1] 張智江,李正茂,王兵等.寬帶無線接入系統(tǒng)WiMAX及工程建設[M].北京:人民郵電出版社,2007:38-44.

[2] 景曉軍,周賢偉,姜美.現(xiàn)代交換原理與應用[M].北京:國防工業(yè)出版社,2005:211-216.

[3] 穆陟晅.基于網(wǎng)絡的微格教學系統(tǒng)及其設計芻議[J].中國電化教育,2007,(10):106-109.

[4] 韓建華.基于有線數(shù)字電視的互動教學技術探討[J].中國電化教育,2006,(4):99-101.

The Mobile Learning Mode Based on Campus Merging Network Teaching Platform

HAN Jian-hua

(School of Education, Anqing Teachers College, Anqing, Anhui, 246133, China)

Abstract: In order to solve the defects of CAN and one-way HFC in education service, the article propose a campus merging mobile teaching network platform constructed by soft switching technology and WiMAX broadband wireless access technology, discuss the new modes of mobile learning, they are multicast teaching mode, network microteaching mode and distance education mode.

Keywords: M-Learning; CAN; HFC; WiMAX