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淺析基于P2P的多媒體教學(xué)平臺(tái)的研究與設(shè)計(jì)論文
論文摘要:針對(duì)C/S,B/S結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的缺陷，該文提出基于P2P模式的多媒體教學(xué)平臺(tái)。詳細(xì)闡述了該平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案和功能模塊的設(shè)計(jì)，并利用JXTA技術(shù)實(shí)現(xiàn)了基于P2P的多媒體教學(xué)。
論文關(guān)鍵詞:多媒體教學(xué)平臺(tái);P2P;JXTA
網(wǎng)絡(luò)教學(xué)突破了時(shí)間和空間的限制，使得人們可以快捷方便地獲取知識(shí)和技術(shù)，毫無疑問，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)有著非常好的發(fā)展前景。目前C/S,B/S結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)在提供文字和靜態(tài)圖片、講義和課件資源方面做得不錯(cuò)，但缺乏教師和學(xué)生、學(xué)生和學(xué)生之間的即時(shí)交互交流功能，且所有的教學(xué)資源都放在服務(wù)器上，必須訪問服務(wù)器才能得到所需的資源，隨著客戶數(shù)目增多，服務(wù)器往往成為整個(gè)系統(tǒng)的瓶頸，特別是視頻直播的媒體數(shù)據(jù)量大，更會(huì)加重服務(wù)器帶寬的負(fù)擔(dān)，造成服務(wù)質(zhì)量下降影響教學(xué)。
為了解決C/S,B/S結(jié)構(gòu)教學(xué)平臺(tái)的不足，本教學(xué)平臺(tái)采用P2P和流媒體技術(shù)進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)，目標(biāo)在于改善和擴(kuò)展現(xiàn)有教學(xué)平臺(tái)的功能，緩解服務(wù)器的I/0壓力和帶寬限制，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的教學(xué)資源更加豐富，教學(xué)形式更加多樣化。
1、P2P技術(shù)
1.1P2P
P2P是一種用于不同PC用戶之間直接交換數(shù)據(jù)或服務(wù)的技術(shù)，它弱化了傳統(tǒng)的C/S模式、B/S模式中服務(wù)器處于中心地位的思想，P2P網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)地位平等，各節(jié)點(diǎn)既可以作為提供服務(wù)的服務(wù)器，也可以作為使用服務(wù)的客戶機(jī)。
1.2JXTA
JXTA、是Sun公司推出的一個(gè)P2P網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)，其目的是為P2P應(yīng)用所需的基礎(chǔ)服務(wù)提供支持。JXTA通過定義一套XML協(xié)議來完成P2P網(wǎng)絡(luò)的基本功能，由于這套協(xié)議獨(dú)立于操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和編程語言，因此JXTA可以在不同的軟.、硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，有望成為P2P網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)的統(tǒng)一平臺(tái)。
2、教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)
2.1需求分析
利用JXTA來構(gòu)建P2P應(yīng)用，對(duì)等點(diǎn)是P2P網(wǎng)絡(luò)中的基本單元，是P2P應(yīng)用中進(jìn)行各種交互活動(dòng)的實(shí)體;而對(duì)等組是構(gòu)建各類P2P應(yīng)用的基本單元，是一種組織對(duì)等點(diǎn)并在組內(nèi)發(fā)布特定服務(wù)的方式。本文構(gòu)建的教學(xué)平臺(tái)，以一個(gè)教師的一門課程來作為一個(gè)對(duì)等組，在課程對(duì)等組內(nèi)，設(shè)定了一個(gè)虛擬的教學(xué)空間，教師和學(xué)生的教學(xué)和學(xué)習(xí)活動(dòng)被限制在每個(gè)課程對(duì)等組內(nèi)，這樣不僅很好地反映了現(xiàn)實(shí)中的課程教學(xué)，也較好地解決了P2P網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用面臨的節(jié)點(diǎn)的組織和管理問題。
用戶要加人本平臺(tái)，首先要進(jìn)行注冊(cè)，注冊(cè)分為教學(xué)管理員、教師和學(xué)生三種身份，注冊(cè)內(nèi)容有:姓名，密碼，身份。注冊(cè)登錄后即成為基本對(duì)等組NetPeerGroup中的一員。教學(xué)管理員能建立與撤消各個(gè)課程對(duì)等組，同時(shí)要為新建立的課程對(duì)等組指定教師作為該課程對(duì)等組的管理員;學(xué)生要加人該課程對(duì)等組需要向教師提出申請(qǐng)經(jīng)批準(zhǔn)之后方可加人。教師和學(xué)生登錄平臺(tái)之后選擇進(jìn)人某門課程對(duì)等組就可以進(jìn)行交流、教學(xué)、資源共享等各項(xiàng)活動(dòng)。
2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
如圖1所示。中心服務(wù)節(jié)點(diǎn)用來控制用戶的認(rèn)證及注冊(cè)信息.幫助完成用戶節(jié)點(diǎn)間的初始連接。教師和學(xué)生節(jié)點(diǎn)之間直接互連實(shí)現(xiàn)在線文字交流、資源文件共享及課堂教學(xué)直播等功能，不需依賴中心服務(wù)節(jié)點(diǎn)。如中心服務(wù)節(jié)點(diǎn)故障，則只影響新用戶的加人，老用戶間仍舊可以自行組織交互，充分體現(xiàn)了P2P的精髓。
2.3功能設(shè)計(jì)
系統(tǒng)各功能模塊設(shè)計(jì)描述如下:
1)認(rèn)證及注冊(cè)管理
首先中心服務(wù)節(jié)點(diǎn)獲取請(qǐng)求認(rèn)證用戶節(jié)點(diǎn)的管道ID值。在認(rèn)證信息庫里尋找匹配用戶節(jié)點(diǎn)發(fā)送來的用戶名/口令/身份認(rèn)證信息。如果通過了認(rèn)證匹配，發(fā)送一個(gè)認(rèn)證通過回應(yīng)消息給用戶節(jié)點(diǎn)。同時(shí)更改注冊(cè)信息庫里當(dāng)前用戶節(jié)點(diǎn)的管道ID值。如果沒有通過認(rèn)證匹配，就發(fā)送一個(gè)認(rèn)證未通過的回應(yīng)消息給用戶節(jié)點(diǎn)。然后根據(jù)用戶節(jié)點(diǎn)在注冊(cè)信息庫里的注冊(cè)信息，向用戶節(jié)點(diǎn)發(fā)送其所注冊(cè)的每門課程對(duì)等組及其組成員的信息列表。當(dāng)用戶節(jié)點(diǎn)退出平臺(tái)時(shí)，向中心服務(wù)節(jié)點(diǎn)及其所屬的每門課程對(duì)等組的在線成員發(fā)送注銷消息。這樣其所屬課程對(duì)等組的所有在線成員節(jié)點(diǎn)就可在其組成員信息列表中修改此用戶節(jié)點(diǎn)的在線狀態(tài)。
2)在線文字交流
在使用教學(xué)平臺(tái)的過程中，學(xué)生與學(xué)生之間需要討論，教師和學(xué)生之間需要答疑。本模塊的功能設(shè)計(jì)中，用戶節(jié)點(diǎn)可以看到所在課程對(duì)等組中教師和學(xué)生的在線情況，可以選擇兩人交流形式或多人交流形式，在交流時(shí)，大家可以看到彼此輸人的文字，類似QQ軟件的私聊和群聊功能，給用戶提供方便的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的交流。 利用JXTA實(shí)現(xiàn)用戶實(shí)時(shí)通訊，其核心在于管道((Pipe)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。其中管道是JXTA中對(duì)等點(diǎn)之間傳輸數(shù)據(jù)的通道，它為開發(fā)人員在網(wǎng)絡(luò)底層的IP和路由之上建立了一個(gè)邏輯連接。在JXTA參考實(shí)現(xiàn)中提供了三種管道:單向管道((JxtaUnicast)、單向安全管道((JxtaUnicastSecure)、組播管道((JxtaPropagate)。本教學(xué)平臺(tái)的兩人交流和多人交流分別采用單向安全管道和組播管道�；镜倪^程是:接收方根據(jù)管道廣告創(chuàng)建一個(gè)輸人管道，并等待消息到達(dá);發(fā)送方得到了接收方的管道廣告，創(chuàng)建對(duì)應(yīng)該管道廣告的輸出管道。首先它給所有知道的對(duì)等點(diǎn)和匯集對(duì)等點(diǎn)發(fā)送一個(gè)管道綁定請(qǐng)求消息。接收方收到管道綁定請(qǐng)求消息后，檢查它的緩存看是否有匹配的管道，如果有，它就回復(fù)一個(gè)管道綁定響應(yīng)消息，其中包含它的對(duì)等點(diǎn)廣告。發(fā)送方收到管道綁定響應(yīng)消息后，從其中的對(duì)等點(diǎn)廣告中提取出端點(diǎn)信息創(chuàng)建一個(gè)輸出管道;創(chuàng)建后，發(fā)送方就可以給接收方發(fā)送消息了。
3)教學(xué)資源文件共享
本模塊設(shè)計(jì)課程對(duì)等組內(nèi)的所有用戶都可以共享自己的教學(xué)資料和學(xué)習(xí)資料給其他用戶使用，共享的資料可以是文字、圖片、聲音或視頻文件等。在此模塊中，用戶可以通過打開文件對(duì)話框的方式共享本地的文件，也可以從共享列表中移除不想再共享的文件。用戶可以搜索其他用戶共享的文件。通過將各個(gè)用戶的資料共享出來供其他用戶下載閱讀，每個(gè)用戶都可以成為資源的提供者和使用者，從而達(dá)到信息傳播與共享的目的。C/S,B/S模式的資源共享，資源都位于中心服務(wù)器，如果中心服務(wù)器出現(xiàn)故障，那么共享資源不再可以正常下載和閱讀;本教學(xué)平臺(tái)采用P2P模式的資源共享，即使中心服務(wù)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，用戶節(jié)點(diǎn)間仍然可以正常共享和下載。本教學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)為學(xué)生用戶也可以提供資源，不同于一般的教學(xué)平臺(tái)中只能教師用戶才能提供資源，從教師節(jié)點(diǎn)下載的教學(xué)資料，可以共享給其他學(xué)生節(jié)點(diǎn)使用，從而擴(kuò)大了提供資源的用戶范圍。
本模塊采用JXTA中的CMS(ContentManagerService)來實(shí)現(xiàn)，CMS是一個(gè)在對(duì)等組中的多個(gè)對(duì)等點(diǎn)之間共享內(nèi)容的服務(wù)，它充當(dāng)在JXTA對(duì)等點(diǎn)之間共享并交換內(nèi)容的框架。該服務(wù)使得對(duì)等點(diǎn)可共享自己的內(nèi)容以及定位和獲取其他對(duì)等點(diǎn)的內(nèi)容。
4)文件傳送
文件傳送分為一對(duì)一傳送和一對(duì)多傳送。教學(xué)資源文件共享功能用于文件接收方去搜索并下載才能獲取文件，而文件傳送用于文件發(fā)送方主動(dòng)的把文件直接傳送給接收方。當(dāng)教師布置作業(yè)、練習(xí)、實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以一下子給課程對(duì)等組內(nèi)的所有學(xué)生發(fā)送，也可以選擇學(xué)生來發(fā)送。學(xué)生之間也可以互相直接傳送文件。
5)課堂教學(xué)直播
本模塊設(shè)計(jì)的課堂教學(xué)直播，可以用于教師和學(xué)生都在機(jī)房上課的場合，也可以用于教師和學(xué)生異地的場合。將教師上課的音頻流、視頻流、教師機(jī)的電腦屏幕流傳送到學(xué)生機(jī)，可以模擬出教師上課的情景。本模塊包括媒體流采集和網(wǎng)絡(luò)傳輸兩個(gè)子模塊。利用基于Java的多媒體框架JMF(JavaMediaFrame)技術(shù)，將教師上課的音頻流、視頻流用聲卡、攝像頭等音視頻捕獲設(shè)備來捕獲;電腦屏幕流的捕獲使用JDK提供的Robot對(duì)象來對(duì)屏幕進(jìn)行連續(xù)的截屏操作，然后利用JMF將這些圖片轉(zhuǎn)換成連續(xù)的動(dòng)畫作分?jǐn)?shù)據(jù)源。網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊使用RTP進(jìn)行實(shí)時(shí)流媒體的傳輸。
JAVA媒體框架((JavaMediaFramework,JMF)是一組用來將時(shí)基媒體集成到JAVA應(yīng)用程序和JAVA小應(yīng)用程序的應(yīng)用程序編程接口。JMF主要包括兩部分:JMFAPI和JMFRTPAPIoJMFAPI主要功能是捕獲、處理、存儲(chǔ)和播放媒體，支持媒體捕獲并能夠滿足應(yīng)用程序開發(fā)人員對(duì)媒體處理和回放進(jìn)行控制的要求;JMFRTPAPI提供實(shí)時(shí)傳輸RTP的支持，主要實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸和接收媒體流。
6)教學(xué)課件點(diǎn)播
在課程對(duì)等組的共享教學(xué)資源的列表中，選擇課件來點(diǎn)播。共享的課件可以是教師提供，也可以是學(xué)生提供。每個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)，都要做好兩手準(zhǔn)備，即要作為課件點(diǎn)播的服務(wù)器，又要作為課件點(diǎn)播的客戶機(jī)。自己共享的媒體資源如果被別的節(jié)點(diǎn)點(diǎn)播，自己就充當(dāng)服務(wù)器的角色，反之，就充當(dāng)客戶機(jī)的角色。實(shí)現(xiàn)的技術(shù)亦是JMF。
7)教學(xué)公告板
教學(xué)公共板用于發(fā)布一些簡短的臨時(shí)性的通知或公告，主要是面向課程對(duì)等組成員進(jìn)行廣‘播，比如教師通知學(xué)生收看作業(yè)。公告板的工作原理與在線文字交流的多人交流基本一致，都是采用組播管道(JxtaPropagate)進(jìn)行通信，這樣可以在多個(gè)對(duì)等點(diǎn)之間對(duì)等的傳輸消息而不需要服務(wù)器的支持。
3、結(jié)束語
本文通過構(gòu)建基于P7.P的多媒體教學(xué)平臺(tái)，教師可以在任何地方給學(xué)生_h.課，資源和服務(wù)分散到教師節(jié)點(diǎn)和學(xué)生節(jié)點(diǎn)中，充分體現(xiàn)了P2P模式的“內(nèi)容位于邊緣”，不同于C/S模式的“內(nèi)容位于中心”。把P2P應(yīng)用到教學(xué)平臺(tái)中，能充分利用各節(jié)點(diǎn)的資源，使教師和學(xué)生、學(xué)生和學(xué)生之間方便的交流和共享資源，并且利用JXTA來開發(fā)，系統(tǒng)的擴(kuò)展性也好。
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