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网络课堂:一个大型互动远程教学平台 林,SW1,程,K L2,王,R3,周,H4 和 H5 陈,S 1 cs_lswaastu.ust.hk 2 cs_cklaastu.ust.hk 3 cs_wrxstu.ust.hk 4 cs_zhxaastu.ust.hk 5 gchancs.ust.hk 香港科技大学计算机科学系摘要: 传统上,为了与教员进行更好的交流互动,讲座一般在学生所处的教室进行。
这种模式对于有些学生并不是很方便和划算,例如对于那些正在工作的、行动不便的、生活在偏远地区的,或者类似在 SARS 期间被社会隔离的人来说。
伴随着宽带互联网连接和无线媒体 (Wi-fi 和 3G) 的普遍渗透,我们开发了一个平台,让讲座可以通过互联网以交互方式进行。
该项目被称为 “网络 ,课堂” 提供了一种类似于现今的传统教室,但学生们分布在互联网的教学体验。
学生可以在任何时间任何地点使用他们的 PC 或便携式计算机通过互联网和无线媒体向他们的导师提问题。
视频、音频、以及白板也流向实时的用户终端。
利用现有现成的计算产品和最先进的网络技术,该系统可扩展到数百名学生。
它具 能有成本效益, 够 有效地突破地域限制让学生来听取讲座。
使用该系统的学生传来的最初反馈是积极和鼓舞人心的。
关键词:远距离学习,网络课堂,互动、 教育、 分布式系统、 多媒体应用和通信网 引言 随着计算设备和计算机使用的巨大增长,人与人之间的地理距离已显著减少。
简单举几个目前正在使用的互联网软件的例子:网络会议,网络电话,ICQ聊天等等。
利用这些,人们可以在世界的各个角落,与他人进行比以往任何时候都更
经济、更有效地沟通。
近来,香港政府一直在努力推行“终身学习”的理念。
然而,在香港的
工作时间和生活节奏,让人们几乎不可能在一个固定的时间,固定的地点进行
学习。
在香港科技大学计算机科学系我们已经开发了一个名为“网络课堂quot的交互式远程学习平台。
该项目旨在为广大学生提供现场讲座。
它允许学生在任何时间任何地点通过任何一台
计算机来参加课程。
我们在下图展示所开发的系统。
它由学生的分布组成网络。
教授可以通过互联网提供他/她的讲座录音和
课件,也可以通过轮询与学生进行交流。
该平台有以下几个独特的功能和技术项目: 网络模块:我们设计并实现了一个传输机制,以便容纳成千上万没有强大的服务器的学生和客户的需要。
我们的网络协议在最近召开的重大会议和研讨会上得以展示,并引起了广泛的关注。
2、音频模块:在该模块中音频能够被很好地传递给学生。
在传递过程中,我们使用了一个高度压缩的音频,并不会占用大量的网络带宽,使用的编码标准称为 G.723。
3、视频模块:我们已经实现了最新的 H.264 视频压缩编码技术。
它在保证了视频的高质量的同时,对于网络和系统资源的使用显著减少了,也因此,这个软件的带宽的要求大大降低。
4、网络接口:这一部分的重点是支持一个网络接口。
有了这项功能,学生就可以在任何能找到一台计算机上网的地方学习。
为了进一步提高用户友好性,网络课堂项目还提供安装文件。
根据指导进行简单的鼠标点击使安装更方便。
完全无需编译或链接,而这在去年的项目里是必要的。
下面,我们来详细解释一下模块。
1、网络模块 由于网络课堂属于实时应用,并且 听课人的数量通常都是很大的,因此稳定的和可扩展的
网络层显得极为重要。
网络的主要功能是将演讲材料,即,视频和音频,分发给所有参加讲座的学生。
这项技术被称为多播。
传统上,多播有两种方式:应用层组播(ALM)和 IP 组播。
应用层组播,组播是沿节点/用户逻辑树序列的单播来做的。
它是用来解决 IP 组播的适应性问题。
由于数据向一组 ALM 主机的传输是通过如 TCP 和 UDP 之类的单播协议来完成的,它支持互联网上的任何路由器。
然而,所有的数据传输是通过单播,冗余传输,从而导致带宽利用效率低下,这将成为层组播使用的主要问题。
相比之下,利用 IP 组播技术,数据只需发送一次,同一组内的每个主机都能收到它。
与多播
通信相比,IP 组播能够更有效的消除冗余传输,节省带宽。
在 ALM 技术和 IP组播技术的基础上, 将 我们设计并实现了一个新的架构, 其 命名为“岛组 ” 播(IM)。
岛组播,即课堂上教师与学生,分成几个较小的多播能力的地区(或者 ) “岛”。
当所有这些层组播(ALM)协议在同一个岛上,就使用 IP 组播。
岛组播(IM)是一个通用的应用层框架,它适用于任何层组播协议。
对于 网络课堂项目,我们决定再次使用 ALMI 为岛间通信。
岛组播 采用这种结构,会话中的成员可以是一个父节点的其他成员,这需要将所有的数据包从邻居节点传送到到其他所有的邻居。
这种对等结构使系统在多播期也能保证信息的高效传播。
这种结构的主要
问题是数据传输