馬振中

（長(zhǎng)沙師范學(xué)院 電子與信息工程系，湖南 長(zhǎng)沙410100）

云終端在多媒體教學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究*

馬振中

（長(zhǎng)沙師范學(xué)院 電子與信息工程系，湖南 長(zhǎng)沙410100）

目前高校多媒體教學(xué)系統(tǒng)的建設(shè)與使用管理存在諸多問(wèn)題，文章在對(duì)此進(jìn)行剖析的基礎(chǔ)上，利用云計(jì)算技術(shù)，根據(jù)云終端的工作原理，結(jié)合高校的實(shí)際情況，提出了兩種適合大多數(shù)高校多媒體教學(xué)系統(tǒng)的解決方案，并提供了應(yīng)用案例，總結(jié)并分析了其優(yōu)缺點(diǎn)，具有一定的推廣價(jià)值。

云終端；多媒體教學(xué)；云服務(wù)器

隨著云技術(shù)（Cloud technology）的不斷發(fā)展，云計(jì)算（Cloud Computing）已開(kāi)始逐漸走向大眾，相應(yīng)而生的云終端（Cloud terminal）技術(shù)也在眾多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，如教育、企業(yè)、醫(yī)院、電子政務(wù)和家庭等。特別是在高校，將云終端應(yīng)用到校園網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)機(jī)房系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)、校園辦公系統(tǒng)、圖書(shū)館電子閱覽室系統(tǒng)以及多媒體網(wǎng)絡(luò)教室系統(tǒng)中，各種不同的應(yīng)用手段和方式，可以較有效地解決設(shè)備維護(hù)難題、降低管理成本、提高管理效率、甚至增加數(shù)據(jù)安全、簡(jiǎn)化操作等等，很多科研人員對(duì)此進(jìn)行了研究及應(yīng)用[1]～[8]。本文將進(jìn)一步探討云終端技術(shù)在多媒體教學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

一、現(xiàn)狀分析

利用多媒體進(jìn)行教學(xué)是目前每個(gè)高校不可或缺的教學(xué)組織形式，一臺(tái)PC、一臺(tái)投影儀加一些多媒體外設(shè)和管理軟件已成為多媒體教學(xué)系統(tǒng)的標(biāo)配。從系統(tǒng)的建設(shè)、使用、管理和維護(hù)來(lái)說(shuō)，普遍存在如下一些問(wèn)題：

（1）建設(shè)成本高。每間教室都配備了一臺(tái)高標(biāo)準(zhǔn)的PC，附屬設(shè)施設(shè)備也相應(yīng)提高，使得建設(shè)成本高，一些資金不足的學(xué)校就不能保證每間教室都配備多媒體設(shè)備，導(dǎo)致多媒體教室供求緊張。

（2）使用成本高。PC耗電且淘汰速度快，多媒體設(shè)備一旦打開(kāi)，耗損費(fèi)就隨之而來(lái)，如電費(fèi)、設(shè)備耗損維修維護(hù)費(fèi)等，因此使用成本高。

（3）管理成本高。由于各教學(xué)樓地理位置分散，教室分布較廣，每個(gè)多媒體教室設(shè)備獨(dú)立、分散頻繁使用，PC帶來(lái)的設(shè)備故障率又高，大大增加了管理維護(hù)的難度，使得管理人員增加或疲于奔命，因此管理成本高。

（4）安全性能低。用PC進(jìn)行多媒體教學(xué)，必然會(huì)使用USB接口，病毒感染、木馬入侵、數(shù)據(jù)泄漏等安全問(wèn)題時(shí)時(shí)出現(xiàn)，不時(shí)侵入校園網(wǎng)系統(tǒng)，安全性能低。

二、需求分析

為解決以上多媒體教學(xué)系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，各高校都希望在建設(shè)多媒體教學(xué)系統(tǒng)時(shí)易建、易用、易養(yǎng)、安全。即低成本配置多媒體教學(xué)設(shè)備，這樣可以以有限的資金建設(shè)更多的多媒體教室，并使每間教室都和校園網(wǎng)相連，實(shí)現(xiàn)信息、資源和應(yīng)用相通，滿(mǎn)足日常教學(xué)需求；要能方便使用，盡可能減少設(shè)備故障的來(lái)源，降低設(shè)備的故障率；要能對(duì)教室多媒體設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化管理，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中管理，及時(shí)遠(yuǎn)程排除故障，減少因故障不能及時(shí)解決而影響教學(xué)的事件發(fā)生，同時(shí)減少專(zhuān)職管理人員。

為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，各高校及系統(tǒng)集成商都推出了一些解決問(wèn)題的辦法，如網(wǎng)絡(luò)多媒體系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控管理等軟硬件措施[9]～[11]，但都不能面面俱到，或多或少存在一些不足。近年來(lái)，隨著云計(jì)算的應(yīng)用推廣，通過(guò)使用云終端（瘦客戶(hù)端）替代傳統(tǒng)PC（胖客戶(hù)端）來(lái)構(gòu)建高校多媒體教學(xué)系統(tǒng)，可以有效解決目前存在的種種問(wèn)題，為高校構(gòu)建一個(gè)經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、易于管理維護(hù)的多媒體教學(xué)系統(tǒng)。

三、工作原理

云終端，即云計(jì)算終端，是基于云計(jì)算商業(yè)模式應(yīng)用的終端設(shè)備和終端平臺(tái)服務(wù)的總稱(chēng)。具體來(lái)說(shuō)，是一臺(tái)不需要CPU、硬盤(pán)和CD-ROM的Windows多用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備，具有小巧精致、價(jià)格低廉、節(jié)電環(huán)保、安裝簡(jiǎn)便、易于操作、兼容性好、安全可靠、無(wú)需升級(jí)、使用期長(zhǎng)、故障率低等特點(diǎn)，相當(dāng)于一臺(tái)迷你PC，具有PC的潛能，可以運(yùn)行大多數(shù)Windows和Linux上運(yùn)行的程序。云終端與一臺(tái)主機(jī)（云服務(wù)器）相連，各終端共享主機(jī)上的軟硬件資源，桌面應(yīng)用終端無(wú)需許可，這樣大幅減少了硬件和軟件許可投資，是最為經(jīng)濟(jì)、理想的多媒體網(wǎng)絡(luò)教室PC替代產(chǎn)品。

云終端不需要操作系統(tǒng)，但嵌入了必要的工具軟件，可以作為迷你PC單獨(dú)運(yùn)行，也可以作網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)共享計(jì)算網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)作網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)時(shí)，通過(guò)TCP/IP協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與公共的云服務(wù)器相連，使用虛擬桌面協(xié)議（VDP）進(jìn)行通信，完成PC的功能。

每個(gè)云終端使用各自的用戶(hù)名和密碼登錄云服務(wù)器，云服務(wù)器會(huì)為每一個(gè)云終端用戶(hù)創(chuàng)建獨(dú)立的會(huì)話(huà)，使得每個(gè)云終端占用獨(dú)立的內(nèi)存空間，因而各云終端之間可以獨(dú)立運(yùn)行而不會(huì)受到干擾。用戶(hù)只需要將鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、顯示器以及其他外設(shè)接入云終端，云終端會(huì)通過(guò)校園網(wǎng)絡(luò)將外設(shè)信息傳送到云服務(wù)器上，云服務(wù)器接收并處理后，再將結(jié)果傳回云終端，在云終端用戶(hù)的界面上顯示出來(lái)，使用效果和操作習(xí)慣與普通PC一樣。由于云終端自身不帶操作系統(tǒng)，免除了升級(jí)、修補(bǔ)漏洞及因使用U盤(pán)帶來(lái)的病毒入侵等問(wèn)題，因而更加安全可靠。

云終端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)輕松使用云服務(wù)器甚至計(jì)算網(wǎng)絡(luò)上的海量資源，最大限度地利用了云服務(wù)器的海量處理性能，使得每一個(gè)云終端都可能具備較強(qiáng)的計(jì)算和處理能力。

四、解決方案

由于各高校在多媒體教室建設(shè)方案方面存在差異，可結(jié)合各高校的實(shí)際情況，來(lái)選擇不同的云終端配置方案。下面介紹兩種實(shí)用的解決方案。

1.經(jīng)濟(jì)方案

每個(gè)教室配備一臺(tái)云終端，每臺(tái)云終端配備一套USB的鼠標(biāo)鍵盤(pán)和一臺(tái)顯示器，通過(guò)局域網(wǎng)與一臺(tái)云服務(wù)器連接。依據(jù)教室數(shù)量多少，可以選擇配置一臺(tái)或多臺(tái)云服務(wù)器放置于教學(xué)樓的管理辦公室或機(jī)房?jī)?nèi)，通過(guò)校園網(wǎng)來(lái)連接。一般情況下每20間左右的教室需要配備一臺(tái)云服務(wù)器，少于20間可以配備一臺(tái)配置稍高的PC作為服務(wù)器，多于20間教室需要配備一臺(tái)專(zhuān)業(yè)服務(wù)器或多臺(tái)PC式服務(wù)器，多組PC服務(wù)器通過(guò)校園網(wǎng)再與頂端的專(zhuān)業(yè)服務(wù)器相連（見(jiàn)圖1），可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)資源共享，得到更多的應(yīng)用服務(wù)；也可以選擇不同的顯示設(shè)備，比如投影儀、電子白板、電視等，來(lái)建設(shè)不同類(lèi)型的云終端多媒體教室；操作系統(tǒng)根據(jù)接入用戶(hù)的數(shù)量來(lái)選擇，一般使用服務(wù)器版操作系統(tǒng)，如Windows Server 2003或2008，這樣對(duì)接入用戶(hù)數(shù)量沒(méi)有限制。

圖1 云終端多媒體教室結(jié)構(gòu)圖

與傳統(tǒng)PC多媒體教室相比，該云終端多媒體教室具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）降低成本。一臺(tái)普通云終端不過(guò)幾百元，好的也就上千元，遠(yuǎn)低于一臺(tái)普通PC，因此可以大大降低建設(shè)成本；云終端單機(jī)能耗通常在5W左右，而一臺(tái)普通PC通常在350W左右，因此能為學(xué)校節(jié)約能耗；通常20臺(tái)云終端配備一臺(tái)云服務(wù)器，因此可以減少維護(hù)人員，節(jié)約了人力資源成本；云終端通常是3年免費(fèi)保修，而且故障率低，而普通PC通常是1年免費(fèi)保修，即便是3年免費(fèi)保修，3年之后故障率升高，更換配件的成本比云終端整體更換都高，因此節(jié)約了維修成本；由于整個(gè)系統(tǒng)的性能取決于云服務(wù)器，當(dāng)系統(tǒng)性能無(wú)法滿(mǎn)足教學(xué)需求時(shí)，只需要對(duì)服務(wù)器進(jìn)行升級(jí)或更換，無(wú)需對(duì)終端升級(jí)，而普通PC如果無(wú)法滿(mǎn)足教學(xué)需求，就要對(duì)CPU、硬盤(pán)、內(nèi)存進(jìn)行升級(jí)，以20臺(tái)普通PC來(lái)說(shuō)，升級(jí)成本高于服務(wù)器更換成本，因此節(jié)約了升級(jí)成本。

（2）提高穩(wěn)定性。普通PC通常由于操作不當(dāng)，如非法關(guān)機(jī)等，都有可能損壞硬盤(pán)，丟失數(shù)據(jù)，甚至系統(tǒng)崩潰。采用云終端模式，系統(tǒng)開(kāi)機(jī)速度快，開(kāi)機(jī)后直接進(jìn)入程序，不會(huì)受到非法關(guān)機(jī)等操作的影響，系統(tǒng)和數(shù)據(jù)不會(huì)受到損壞，完全可以避免由于斷電或誤操作引起的一系列問(wèn)題。

（3）提高安全性。由于云終端沒(méi)有硬盤(pán)、光驅(qū)、軟驅(qū)等設(shè)備，也沒(méi)有操作系統(tǒng)，因此沒(méi)有病毒入口；所有數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在云服務(wù)器里，安全可靠，具備完美的防病毒特性。

（4）集中管理，維護(hù)方便。在普通PC模式中，應(yīng)用程序的安裝和升級(jí)需要到各個(gè)點(diǎn)（教室）去操作，而云終端模式中，所有的數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序都集中在云服務(wù)器，所有的應(yīng)用程序安裝和升級(jí)都只需要在服務(wù)器上操作即可；由于云終端體積小巧，連接方便，因此萬(wàn)一云終端發(fā)生故障也可以很方便的整體更換，這樣大大減少了維護(hù)的工作量，基本達(dá)到零維護(hù)。

該解決方案不僅適用于一般高校，也適用于中小學(xué)甚至幼兒園，但最大的問(wèn)題是數(shù)據(jù)傳輸量太大時(shí)會(huì)遇卡滯，例如在需要播放視頻等較大傳輸文件時(shí)。解決這一問(wèn)題的辦法也很簡(jiǎn)單，只是要增加建設(shè)成本并提高網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量。

2.優(yōu)質(zhì)方案

為解決上述經(jīng)濟(jì)方案的不足，我們可以在原有方案上加以改進(jìn)：一是高配云主機(jī)即云服務(wù)器并集中部署在學(xué)校數(shù)據(jù)中心；二是對(duì)校園網(wǎng)進(jìn)行提質(zhì)，爭(zhēng)取千兆到桌面，云終端通過(guò)校園網(wǎng)與云主機(jī)相聯(lián)，如能建設(shè)多媒體教學(xué)專(zhuān)網(wǎng)當(dāng)然更好；三是開(kāi)發(fā)使用云課堂集中管理平臺(tái)以及針對(duì)視頻等大數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓芾韮?yōu)化軟件，確保圖形視頻類(lèi)課件的流暢播放。該方案的基本架構(gòu)如圖2所示。

圖2 多媒體教室云課堂拓樸圖

該方案能較好地滿(mǎn)足高校多媒體教學(xué)的主要需求，不僅能滿(mǎn)足常見(jiàn)的基礎(chǔ)的非圖形類(lèi)教學(xué)軟件的要求，如Office等，也能滿(mǎn)足使用視頻或圖形制作類(lèi)教學(xué)軟件的要求，如 PS、Flash等，甚至包括 3D圖形制作，如3Dmax、MAYA、AutoCAD等，是目前為止性?xún)r(jià)比較高的解決方案之一。同時(shí)，該方案拓展性強(qiáng)，通過(guò)適當(dāng)?shù)膬?yōu)化或加減某些軟硬件配置，可以更加多樣化地滿(mǎn)足教師的個(gè)性化教學(xué)需求。該方案對(duì)校園網(wǎng)的要求較高，不過(guò)目前一般高校的校園網(wǎng)都能滿(mǎn)足要求。當(dāng)然，使用中也不用擔(dān)心會(huì)因校園網(wǎng)的中斷而影響教學(xué)，因?yàn)樵平K端具有本地播放課件功能，短時(shí)間不會(huì)影響教師的正常教學(xué)。

五、應(yīng)用案例

長(zhǎng)沙師范學(xué)院原教學(xué)樓采用的是第一種方案，基本能滿(mǎn)足一般教學(xué)需求。而最新以藝術(shù)教學(xué)為主的教學(xué)樓則采用了上述多媒體云教室優(yōu)質(zhì)方案，由云終端層、云主機(jī)層和云管理層組成。云終端采用RG-Rain200S型設(shè)備（銳捷產(chǎn)品，自帶顯示器，減少了外接顯示器的投入）；云主機(jī)采用RG-RCD 6000型設(shè)備，每臺(tái)主機(jī)管理60個(gè)終端組成一組，多臺(tái)云主機(jī)集群部署，組成一個(gè)桌面虛擬化資源池；其中2臺(tái)云主機(jī)作云系統(tǒng)管理主機(jī)，通過(guò)自帶的Web管理平臺(tái)對(duì)集群進(jìn)行管理，可同時(shí)對(duì)所有教室內(nèi)的云終端進(jìn)行集中的統(tǒng)一管理，用2臺(tái)是為了互為熱備，保證數(shù)據(jù)和使用的安全。本方案每組另多配備了一臺(tái)RG-RCD Office云課堂多媒體輔機(jī) （普通PC），目的是為了對(duì)教師上課的各種應(yīng)用程序進(jìn)行管理。云主機(jī)和終端之間使用銳捷專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的EST（Enhanced Stream Transmission）增強(qiáng)圖形傳輸協(xié)議，該協(xié)議僅傳輸適量圖形而非數(shù)據(jù)，不會(huì)大量占用學(xué)校網(wǎng)絡(luò)帶寬，僅需使用普通千兆交換機(jī)將主機(jī)和終端相連。

六、結(jié)果分析

無(wú)論采用哪種方案，在實(shí)際教學(xué)中都發(fā)揮了不同作用，都有存在的價(jià)值。在大面積多媒體教學(xué)中利用云終端技術(shù)可以解決原來(lái)全PC模式存在的諸如不易管理、耗電量大等一些弊端，是目前較為流行的多媒體教學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建方式?？傊?，在高校多媒體教學(xué)中應(yīng)用云終端模式，可以構(gòu)建一套節(jié)能環(huán)保、穩(wěn)定可靠，效率高、成本低、安全性高、易于管理維護(hù)的多媒體教學(xué)體系，具有零維護(hù)、數(shù)據(jù)隨身、資源共享三大優(yōu)勢(shì)。

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（編輯：魯利瑞）

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1673-8454（2016）24-0094-03

2013年度湖南省哲學(xué)社會(huì)科學(xué)規(guī)劃基金一般項(xiàng)目“數(shù)字化幼兒園與家園協(xié)同教育研究”（13YBA024）。