流媒体远程网络教育系统研究

远程网络继续教育需求\"关键词：远程网络教育系统；P2P模式；流媒体技术；视频流中图分类号：TP391.6 文献标志码：AResearch on Streaming Media Remote Network Education SystemLIU Fusheng(Information Center, Xining Education Bureau, Xining 810001)Abstract: With the development of streaming media technology, the advantages of data stream transmission and playback at any

time provide a powerful support for distance learning. This paper mainly studies the remote network education system and ana­lyzes the status quo of network remote continuing education. On the basis, the design of the remote network teaching system is completed, and the construct6on mode of the P2P v6deo platform arch tecture6s emphas6zed. The remote teach6ng v6deo on de­

mand funct on of the system platform6s6mplemented based on P2P stream6ng med6a.Theremotenetworkeducatonsystem

basedonstream6ngmed6atechnologyadoptsP2P mode.Theefectveconvers6onofvar6ousInternetnodestov6deostreamstor- ageandplaybackpo6ntsenablesthetransm6ss6onofteach6ngv6deostream6ngandthequaltyofd6stanceeducat6ontobetermeet theneedsofmodernremotenetworkcontnu6ngeducaton.Key words: Remote network education system； P2P mode； Streaming media technology % Video streaming生的认知和学习方式发生了极大的改变，学生由传统课堂中

0引言近几年作为网络应用的重要领域之一，远程教育得以迅

速发展，快速发展完善的信息及计算机多媒体技术为网络通

的单纯听讲者逐渐向课堂的主体转变’作为有机结合了网

络技术与音视频技术的流媒体技术以Internet作为主要媒

介完成音视频到PC机的传送，包括音视频在内的媒体信息

信平台的构建和实现提供了有力支撑，丰富了教师教学模式 及学生的学习模式，随着教学理论和学习心理学理论的更新 和发展’教学内容及学习工具通过将现代数字化技术有效

以流作为网络传输的主要方式，通过流媒体技术的使用即可

实现边下载边观看视频，流媒体技术因使多媒体信息传输不 再受网络宽带的限制已在多种领域(包括电子商务、视频点 播、网上直播等)得以普及应用。流媒体技术以流式作为主

融入到教育环境中实现了数字化和信息化水平的显著提升, 改变了传统教学模式及教学对象的固有关系(包括教师、教 材、教学媒体间以及教师、教学内容与学生间)，实现了新的

要传输方式实现了随时传送和播放数据流的功能(1)。近年

来在远程教育平台中运用流媒体技术实现将优质教育资源 提供给更多的学习者，使传统教学模式及对象间的关系得以

学习与教学模式的构建，为发展、优化和更新传统教育观点

及模式起到了良好的推进作用’远程网络教育基于互联网 上音视频模式的多媒体数据信息，有效弥补了传统数据量小

优化，本文在此基础上进一步发掘流媒体技术的优势，结合

多媒体技术完成远程教学平台的设计及突破时空限制的在 线学习与教学模式的构建，提高教学模式通信效率及教学

内容单一的纯文字教学模式的不足()'1质量。1现状分析迅速发展的信息技术促使各行各业的信息化得以实现,

催生了在线教学这一新的教育模式，随着远程教育的深入开 展，使教学模式呈多样化发展趋势，促使教学方式、内容及学

2基于流媒体的远程教育系统设计2.1 流媒体的传输方流式传输技术是实现流媒体的关键所在，流媒体系统结作者简介:刘福生(1978-),男，门源，本科，一级教师，研究方向：信息化管理及应用。・121・Microcomputer Applications Vol. 35, No. 12,2019构如图1所示-流服务器原始压缩. 压缩视频—1的视频原始压缩.音频教育探索微型电用2019年第35 ）第12期网络后即可进入课堂听课，突破时间和空间的限制拓展实体

接收机|视频解码器+H音频解码器|教室以外的教学内容。本系统以实现一个以实现的实时与 非实时教学通用（采用非专用硬件方式）的远程教育系统作 为主要设计目标，远程教育系统功能架构具体如图2所示。|流媒体远程弓络教育系统|压缩 的音频--A应用层产Qos控制」♦|应用层Qos控制-----

」1传输协议1|传输协议|1 ;;|权限管理模块11检索模块11教学资源展示模坷|资源管理模块11教学内容推荐模坷|导航模块|■

丄管理员权限

丄

管理员登录

，丄ZL用用户户注管册 理

丄

教学资源联合检索一

教

学资源分类检索一

丄

教学视频点播 一

丄教学音频点播

丄TL教教学学文图档片展展示 示

丄

资源目录妙罰

TL教学资源舞罰

（因特/IP网络）图1流媒体系统结构主要包括两种传输方法即实时流和顺序流（按顺序下

匸推荐同步展示 一

载）传输，音视频信息采用实时流式传输可实现实时观看功

一

一 一一 一一一

，丄教学音视频推荐一

ZL教

学文档及图片推荐一

推

荐导航

丄

一级学科导航

TL二级学科导航

L|

一一一

图2远程教育系统功能架构能，通常为直播的视频形式，但实时流式传输在网络传输存 在不流畅的情况下会降低服务器接收信号的效果，降低整体

观看效果。顺序流传输方式对质量高的短片段较为适用，用 户同样可以边下载音视频等内容边收听和观看，但其与服务 上的 传输 同 ! 户 看 的 信息主要由权限管理（负责引导用户进行注册、登录等操

作）、教学资源浏览、教学内容推荐。信息导航等模块构成, 作为系统的关键部分教学资源展示模块主要负责将教学资 源（教师上传的教学音视频、文档等）提供给学生，以供学生

在线浏览学习或下载后离线学习；信息导航模块可有效满足

（存在一定的时间延迟）无法直接跳转到未下载部分⑵。开 发流媒体 软 的 FMS 的 户 多 媒 体 互特点的Flash Player,FMS在互动性方面具备显著的优势，能 够集成其他应用程序和流媒体，实现功能强大的富媒体应用

课程资源不断丰富拓展的需求，完成大型分类资源的系统展

示，帮助用户快速定位所需资源；教学内容推荐模块顺应了

大数据的发展趋势，使多媒体教学资源通过数据分析和处理 实现相关学习资源的主动及有针对性的推荐过程，更好的发 挥岀资源的潜在价值，满足多样化教学需求⑸-3系统核心模块的实现程序的构建,可实时传输音视频流，提供良好的开发和运行 环境，支持网络用户间的互相通讯，开发无需对数据传输机 制、终端环境、解压等问题进行考虑，更好的满足开发需求, 本文通过FMS服务器的使用完成网络中音视频等信息的储 存过程，实现多媒体数据信息向多个客户端的传输及共享, 从而实现不同用户间的信息实时共享⑶-

2.2系统设计3. 1系统框架系统具体设计过程中采用混合体系结构，核心服务器为 视频服务器（位于教学中心），实现同互联网的连接，并将系

计的 远 络教育系统采 P2P 模 （ 点播使用的主流技术）,P2P技术模式弥补了传统C /S模式的

统的节点（即进行远程点播的学生）设计为P2P中的对等节 点，使系统点播的并发节点数目显著增加，并实现基于P2P 的网络拓扑结构（在网络抽象层），针对对等网络中节点存在

不足，广泛应用于各类视频系统中，突破了客户机和服务器 的限制，位于网络中的各节点作为信息服务的提供者和调用

者属于对等关系，使计算资源和空闲带宽（服务器和各网络 点） 以 有 的 ! 传 输 质 率的主要问题（包括延迟、不确定性、分散性等），根据实际教学

需要完成针对节点网络的树型算法的构建和维护。本文根 据P2P模式对音视频等多媒体素材的质量要求，完成了对应

以显著提升，P2P模式不受具体操作系统和硬件的限制，显

著降低了系统维护的工作量，适用于分布教学管理及分布学 习，采用采用流式传输方式的远程教育系统可通过浏览器实

结构的设计,包括可满足热门资源（位于架构视频直播或点

播系统中）的服务策略的应用层组播树结构和非树型P2P结 构，P2P结构适用于请求率较低且并发请求少的资源-

3.2节点体系结构现交互功能，有效降低了启动延时并节省了大量的存储空 软 解

间，用户无需等待文件全部下载完即可在客户端的播放器等

观看 流 多媒 体 ! 的本文基于P2P的节点软件体系结构如图3所示-继续下载剩余多媒体文件，提升了系统的交互性和实时

性⑷。本文所设计的基于流媒体的远程网络教育系统以高

效师生作为主要服务对象，以优质教学和学习资源的提供为 目的，其主要功能为：（1）开通远程教育系统的课程，需任教 老师针对所要开设的Web课程向教务处提岀申请并得到批, 向 系统 的 络 心 课 基 信 息 （ 教 师

信息、教学内容、课时、素材等），由网络中心完成备录及准备 工作后，由教务处发布开课通知-（2）完成远程教育系统教 学过程，学生按照规定流程申请已开通的课程，加入到教师 在系统内创建的虚拟教室，学生通过移到终端或PC端连接

图0节点体系结构参照TCP /IP网络结构及OSI体系结构，各节点上的 软 基 P2P 的 系统 供 3 主 功 ! 络点连接、媒体播放及控制，同时为有效支持流媒体应用，将・122Microcomputer Applications Vol. 35,No. 12,2019教育探索微型电脳％用2019年第35 ）第12期层软件体系结构设置于远程网络教育系统中的各节点上, 具体实现功能分别为：（1）采用HTTP协议的网络抽象层,

三教学管理及分布学习的需求，该远程教育系统可通过浏览器

实现交互功能节省了大量的存储空间，用户无需等待文件全 部下载完即可在客户端的播放器等软件解压并观看视音频

主要功能在于在SOAP应用中封装对象信息，并完成P2P

节点树的建立和维护以及信息在节点间的交换处理。（2）媒

等流式多媒体文彳，后台的服务器会继续下载剩余多媒体文

体控制层（整个节点树对于该层处于透明状态），传输流数据 件,实现多种形式教学内容的实时传递和接收，学生根据实 际需要点播教学视频、同老师进行信息交互，教师则可根据

时采用RTP /TCP协议，主要功能在于完成流数据的发送和

接收，连续流媒体（一个或多个、时间同步）采用RTSP协议

完成建立和控制过程学生具体情况进行有有针对性的教学，同时通过P2P数据传

（3）媒体播放层，通过操作系统播

输树的建立，可以网络拓扑状况的变化情况为依据对树的结 构进行实时更新，动态调整树结构及相应树节点的退出策

放软件的调用完成流媒体数据（节点收到）的播放过程。3.3 P2P数据传输树的建立略，提升了系统的交互性和实时性，该系统具有较高的实际 应用价值。系统中运用P2P模式的流媒体服务时按照用户情况以

对同一节点进行同时请求为准划为一组，P2P数据传输树则

是以此组用户作为节点形成的，在数据传输树结构中最底层

的根为各个服务器，第一层用户通过服务器实现数据的直接

4总结基 P2P 流 媒 体 技 术 完

远 络 教 学 系 统 的获取，第二层用户则通过第一层用户完成数据的获取，按层

设计，使教学过程的质量和效率得以有效提升。搭建和维护 网络教育平台作为一项系统性工作，需不断发展和完善，基

递进，采用此种树型结构的优势在于可确保各用户计算机之 间传送不同的数据，从而有效避免数据风暴的形成。处于树 型结构中的所有用户均能够实现稳定的流媒体数据的获取- 本文建立的P2P数据传输树结构如图4所示-于流媒体的远程网络教育系统将形象生动的丰富视音频资

源及高质量的视频学习接口提供给学习者，丰富了教学形式

及内容，提升了教学资源的享性程度，可有效解决教育资源

分布不均的问题,对于营造良好的教学氛围及师生交互效果

起到了重要作用。参考文献%1& 牟智佳，俞显，武法提.国际教育数据挖掘研究现状的

可视化分析：热点与趋势［J&.电化教育研究，2017（4）:108-114.图4 P2P数据传输树的建立当序增加一个新用户首先向服务器（由［2& 陈丽，沈欣忆，万芳怡，等.“互联网+”时代的远程教

育质量观定位［J&.中国电化教育，2018（1）:15-21.P16时的具体流程为：#）用户P16

［3& 张伟远，谢青松，王晓霞.东盟终身教育资历参照框架

和质量保证系统的构建及启示［J&.现代远程教育研

R表示）发送相应请求；（2）服务器以之前

保存的信息为依据进行判断，完成满足需求的能够再接入

究,2017（5）:12-20.新用户的节点信息（由扑上同I表示）集合的选择，确保其在物理拓

%4& 庄科君，贺宝勋.网络学习个性化推荐系统学习者模型

P16较近，在图4中可选择由Pn、？12、？13、？15、？3构

；（3）接下来P16会根据自身需要主动从从I集合中

4结构中选择了 ?3节

研究［J&.中国教育技术装备，2015（18）:67-69.［5& 岳俊芳，陈逸.基于大数据分析的远程学习者建模与

成的集合选择一个较为适合的节点，本文在图点；#）个性化学习应用［J&.中国远程教育，2017（7） ）4-39.［6& 赵学孔，徐晓东，龙世荣.协同推荐：一种个性化学习

P16完成选择后会将请求连接发送给?3，获取?3允

许连接后即可接收到由?3发送的数据；（5）?3将更新信息

路径生成的新视角［J&.中国远程教育，2017（5）：

的要求发送给服务器，此时?3同两个用户树相连；#）P16再

24-34［7& Patricia A Rehak,Lyle McKinney. Utilizing Course E­

将更新信息的要求发送给服务器后即可将相应的服务提供 给其他的节点⑻。建立完数据树后需以网络拓扑状况的变

valuation Data to Improve Student Learning and Suc­

化情况为依据对树的结构进行实时更新，动态调整树结构及 相应树节点的退出策略，若需对树结构进彳重新建立，则需

cess in Developmental Math Courses % J&. Community

College Journal of Research and Practice, 2016 （2）：

对树结构的稳定性及扩展性进行充分考虑以有效降低系统 的通信延迟,更好的提供高质量的流媒体数据传输服务，实

199-203［8& 刘允，罗先辉.从精品课程共享到MOOC化教学：“技

术平台+内容资源”模式转变的启示［J&.当代教育实

现P2P数据传输树的有效控制凹。P2P流媒体技术的远程网络

3.4系统的应用效果为验证本文所设计的基于践与教学研究，2017（7） ：24-26.［9& 张庆堂，曹伟.学习者和管理者视角下现代远程教育

服务质量评价体系研究［J&.中国远程教育，2016（10）:

教学系统的有效性和稳定性，经调试后将其应用到实际网络

教学过程中，由于P2P模式不受具体操作系统和硬件的限

44-50制，简化了系统使用和维护工作流程，能够更好的满足分布

（收稿日期：2019. 05. 09）・123