教育互联远程教育系统技术方案.doc
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1、“教育互联”远程教育系统技术方案浙江大学网络信息系统有限公司福建报捷资讯网络技术有限公司2005年4月目录一、教育互联远程教育系统概述1二、远程教育的技术模式3三、教育互联远程教育的技术架构5四、教育互联远程教育服务质量8五、附录102.H.323技术介绍11一、教育互联远程教育系统概述教育互联远程教育系统基于Internet网络,技术基于T120标准开发, 支持真正的多点实时课堂,且支持在HTTP协议上的数据交换。系统为实时传输声音和图像文件教育互联特别设计了一套特殊的超高压缩算法,视频流畅、音频清晰;数据协作功能非常强大,高分辨率、低带宽需求,提供给用户真正的应用软件共享和协同浏览的能力,
2、以出众的性能达到自如的网上教学辅导目的。教育互联远程教育系统采用国家远程教育信息化标准,支持各种格式的教学课件,独特的同步数据协作技术和异步辅导相补充,在学习辅导中占绝对的优势。本系统对远程授课和辅导进行专业化的整体功能和交互性设计,突破传统的网络教育的局限,实现实时的,交互式的,数据、语音、视频结合的远程学习环境,提供可视环境的真正的虚拟学校,虚拟教室。具有实时性强,交互性好,低成本,高效率等特点。 教育互联远程教育系统率先将网上即时通讯技术应用于教育领域。系统主要功能模式分为视频答疑课堂系统为主的实时在线远程教学模式和基于WWW的异步远程教学模式,主要应用包括即时通讯、视频答疑课堂、聊天室
3、、移动短信、Bbs、Email等技术。同步教学具有空间上的自由度,异步教学在空间和时间上均具有很大的自由度。教育互联远程教育系统把同步学习和异步学习的功能和交互设计在一起,教师上课和辅导的同时自然录制了答疑课堂内容。教学双方既可以同步上课,也可以异步听课;既可以同步辅导,也可以异步答疑,十分便利。教育互联远程教育系统近乎完美地解决了教师和学生的交互和学生与学生的交互。教育互联远程教育系统为教学双方提供了具有先进性、稳定性、可扩展性的技术平台,实现教师同步教学,学生协同学习,共同探索,培养学生的团队精神和协同解决问题的能力,从而形成了一种最理想的终生多媒体网络教学环境,代表了多媒体教学应用的最新
4、发展和必然趋势。教育互联远程教育系统的安全性的出色表现也为企事业单位的远程培训和招聘提供了新的天地。教育互联简介:“教育互联”是2003年12月浙大网络宣布投资5000万打造的中国综合性教育门户网站,是浙大网络在成为国内最强势的教育软件品牌后全面进军教育服务市场的重要举措。2004年1月,教育互联提出了“全国教育互联计划”,“教育互联”在全国各省、市建立教育资源合作站点,形成全国范围的连锁加盟网络“教育互联”以提供远程教育服务大平台为宗旨,以各类丰富的教育资源为核心,辅之以更为全面、新颖、人性化、智能化的C2C电子商务平台,建设集教学资源生成和交流、远程教学服务以及社区交流服务、内容服务为一体
5、的教育门户网站,全面实现全社会教育资源共享信息资源共享、教学资源共享、人才资源共享、用户资源共享。教育互联首次实现跨平台操作,形成支持国产LINUX的远程多媒体教学的应用解决方案,提供完善的教育交流、互动网络应用。根据基础教育教学资源元数据规范CELTS-42和国家新课标开发的教学资源发布和管理中整合了定价系统、诚信排名系统,并以校内备课校外交易的双重功能实现教师进行资源交流的全过程,方便,快捷,可靠 。二、系统技术解决方案1 系统机构和优势简介教育互联远程教育系统结构如上,核心优势有:1. 与防火墙兼容的通讯。2先进的、电信级的、可分布的多媒体通讯系统平台。3国内率先推出支持H.264的软件
6、视频压缩技术,可在低带宽,保持高品质的视频。4独特的数据协作技术与音视频通信构成完整的多媒体通讯环境。5高分辨率、低带宽需求、并任意缩放Powerpoint和其他格式文件。6.负载均衡功能,确保在各种网络状况,环境状况下都能正常的工作。7.具有身份认证、SSL数据加密等高级安全特性。 8部署迅速、使用简便、维护升级方便。 教育互联远程教育系统解决的关键技术问题有1IP网的带宽问题由于视频数据对带宽占用比较大,在原有H.263基础上,我们增加了MPEG-4的编码方式,以降低网络传送的负荷,在今后扩充网络带宽的条件下,可进一步升级为H.264方式。2交互式通信在时延和抖动上的问题交互式通信对时延和
7、抖动很敏感。教育互联采用UDP作为传输层协议(TCP中的接收确认会引入很大时延),并且引入RTP/RTCP协议来作为视频音频码流的同步机制,这些方法使局域网上的H.323通信具有较好的实时效果。但当网络中涉及到IP路由器,时延又成为一个制约因素。根据经验,路由器应采用OSPF等处理较快的协议,并且在网内,网络管理员应对其路由器进行专门设置,如RSVP,以确保网络时延在一定范围内。3提供的技术保证若想在IP专网上顺利的召开某个会议或进行视频通信,那就要保证网络的足够带宽,同时要把此网络上进行数据通信时对视频的影响减少到最小。在此基础上,教育互联制定了一系列的技术,来保障IP网上的视频通信。如图所
8、示,IP协议层位于传输的最底部,它的作用是确认各自的身份(IP地址),并把信息发送到目的地,而不对信息的安全性和实时性等作出保证。IP协议是面向非连接的协议,用于传输多媒体信息是不合适的。多媒体会议要求传输信息过程中提供以下保证:按顺序传送信息数据包;主动丢弃错误的信息数据;按时进行传送;保证信息流的同步传输;数据包传送的间隔尽量得小。如何实现以上几个方面的要求,使基于IP的会议达到令人满意的程度呢?教育互联在IP通信协议的基础上,利用更为可靠的协议:TCP(传输控制协议):TCP是比IP更高一层的协议,提供了许多IP所缺少的功能:面向连接的协议,提供对目的地址的检查;提供可靠连接:检测错误并
9、通过预制的途径反馈信息;保证数据的顺序传送;支持双工通信;确认通道中信息的归属;根据以上功能,利用TCP协议来传送H.323的控制信息和T.120数据。4UDP(用户数据报协议)UDP与TCP协议同处一个协议层,除提供TCP协议所具有的一些功能之外,还提供一个双向连接,并允许多通道标识。但UDP和TCP一样,并没有定义适合多媒体数据的实时传送的机制,教育互联为使在UDP协议中能实时、安全的传送多媒体数据包,采取了一系列的措施:首先,在UDP协议中增加RTP(实时传输协议),用于数据包的实时传送。通过在传送的数据包上加入时间戳、序列号、确认信息等手段,可以保证数据的实时传送。其次,在UDP中加入
10、RTCP(实时传输控制协议)。接受端RTCP协议可根据RTP的时间戳来监视网络的繁忙程度,动态的反馈给发送方的RTP,使发送方能快速作出反映,进行弹性调整,使发送的信息更适合网络的现状。2 基本功能教育互联远程教育系统基本功能包括 l IP音频领先的音频压缩技术,使用户可以通过IP网络传递声音信息。自动调整语音至最佳状态,具有全双工处理、动态回声抑制、麦克风自动增益调节等功能,确保音频效果达到最佳。同时,通过专有的软件算法,确保唇音同步l 多路视频支持显示多路视频图像,可同时显示4路视频图像。也可根据客户需要,增加视频图像的分屏数,如9分屏、16分屏课堂,进行时,主会场实现查看分会场的画面,并
11、随意切换,任意呼叫。教育互联多媒体网络课堂不仅包含了H.261、H.263、MPEG-4等协议,还在国内率先推出支持H.264的软件视频压缩技术;实现相同的画面质量,与MPEG-4、H.263相比,H.264可以节省50的带宽。系统支持全屏高清晰度画面及摄像头远程遥控。l 电子文档共享几乎所有的电子文档都可以共享,这些文档格式包括 Office、PDF、Visio、AutoCAD、Pagemaker、photoshop等各种形式的文档,高清析度全屏显示。l 浏览器协作浏览以网络为基础轻松实现信息共享。任何参加者都能与其它参加者实现完全交互的共同浏览。任何参加者都可控制,使用户共同完成网络格式,
12、给任何网页加注。l 应用软件共享演示者们可共享他们个人电脑系统中的任何资料,包括大多数应用软件,来进行需要多个应用软件的现场演示和培训。 l 电子白板允许与会人员借助使用书写和绘画工具建立文件l 文件传送用户可方便的向上传送和下载所需文件。(但不需共享所传文件)l 数据协作教育互联多媒体网络课堂独特的数据协作技术能够根据授权, 对运行在同一群集网络中不同计算机上的文件、程序及桌面控制进行实时共享、修改、交换控制权限等交互操作。l 多服务器网络负载平衡教育互联多媒体网络课堂支持在网络建设中充分考虑负载平衡,确保用户在允许范围内的快速接入和节点资源的高效使用。l 用户管理可以灵活地添加、删除网络课
13、堂的用户,可以灵活地修改已有的用户信息。管理员开设答疑课堂,设定教师,开启课堂。一个课堂支持多个助教,助教的权限由教师分配。默认助教的权限和教师一样。教师可以对任一听课者和多位听课人进行控制。可以对其的权限进行控制。所有会议中的用户终端,均可以通过管理员对终端进行批量操作,包括群邀、群退、设定助教、设定教师、删除等所有终端的操作。这样就可以避免没有权限的其他人员进入课堂系统。l 方便的直接上课功能管理员设置好教师,教师安排好辅导计划。教师登录,直接开课,简单方便。l 完善的消息提醒功能 系统具有完善的消息提醒功能,在发起课堂时系统可通过邮件自动通知参加者、同时,用户通过网页可看见课堂信息。系统
14、预留短信接口,支持短信通知。l 课堂录制、播放功能系统可以将课堂内容(包括音频、视频、数据内容中的全部或一部分内容)在课堂进行时录制。上课和答疑自动录制,并且能够由教师管理。对于未能参加课堂的人员,可在网页上搜索和播放课堂内容,非常方便。l 学生听课确认和试听。学生根据时间进行试听。在试听期间可以听所有开放试听的课程。l 在线升级和网络设置,登录设置,文件传输选项,提醒和声音选项,自动回复3 与众不同的技术优势教育互联远程教育系统的突出技术优势有:优良的音频和视频效果教育互联远程教育系统提供基于IP的语音功能,可测试并自动调整语音至最佳状态,具有全双工处理、动态回声抑制、麦克风自动增益调节等功
15、能,确保音频效果达到最佳。同时,通过专有的软件算法,确保唇音同步。在视频方面,教育互联远程教育系统不仅包含了H.261、H.263、MPEG-4等协议,还在国内率先推出支持H.264的软件视频压缩技术;实现相同的画面质量,与MPEG-4、H.263相比,H.264可以节省30%-50的带宽,支持全屏高清晰度画面及摄像头远程遥控。支持显示多路视频图像,可同时显示4路视频图像。也可根据客户需要,增加视频图像的分屏数,如9分屏、16分屏课堂,进行时,主课堂实现查看分课堂的画面,并随意切换,任意呼叫。教育互联远程教育系统采用了实时传输协议(RTP)来传输音视频实时数据,最大限度的减少了因为网络的不稳定
16、而产生的延时。另外,通过专门的丢包恢复机制,尽可能的恢复因为网络拥塞造成的通话质量下降。基于现有IP网络、与防火墙兼容的通讯教育互联远程教育系统所有功能,从底层到集成了的声音、视频和数据通讯,都是完全基于互联网技术的。对于各种有线、无线网络,系统都可通过WEB方式,有效运行。教育互联远程教育系统采用HTTP通道协议,对被传输的数据进行特别的压缩,使不同协议携带的数据通过一个标准浏览器连接就能被安全地传递。也就是说,教育互联远程教育系统的通讯是基于互联网HTTP协议的,而无需打开其他任何端口。而目前市面上的其它课堂软件,则需要客户打开更多的端口,这将大大降低客户系统的安全性!带宽自适应对于网络出
17、现带宽波动的情况。如果带宽的波动幅度使得课堂本身的音视频数据无法正常传输,就会造成音视频质量的下降。这时候往往会出现声音断断续续,视频出现大量马赛克等现象。当教育互联远程教育系统检测到网络带宽变化时,会首先降低视频帧率以保证声音的连续性。当系统发现带宽已经表现为充裕时,系统会自动通知客户端将帧率上调,但上调的速度是逐渐的,直至稳定在一个适合网络带宽的值附近。下表可为参考。带 宽图像分辨率传输速率(帧/秒)384K以上6404801525128K384K352288152564K128K17614451556K以下17614415可共享任何可打印的文件 在教育互联远程教育系统的课堂中,学习者可共
18、享所有可打印的文件,包括CAD图、OFFICE文档、网络工程图、各类格式图片等等。文档的极高保真度 在教育互联远程教育系统的课堂中,学习者教育互联远程教育系统的矢量成像技术能保证共享文档拥有极高的保真度。教育互联远程教育系统还能调整图象的尺寸来自动适应不同尺寸的屏幕。也就是说,当一个演示文档满屏播放时,学习者无论是用笔记本电脑还是用17寸的显示器,所看到的都是满屏显示的文档。高分辨率、低带宽需求、并任意缩放Powerpoint和其他格式文件教育互联远程教育系统的矢量成像技术不仅使共享文档能满屏显示,并任意缩放(从25%400),而不损失图象质量和清晰度。其另一个好处是,在图像传输时对带宽的要求
19、非常低。而目前市面上的类似产品多采用位图技术。这种技术不仅不能保证图像还原的质量,因此无法提供图像满屏和缩放功能;而且位图技术对带宽资源的要求也非常的高。完全互动、跨平台的应用软件共享和文件传递目前市面上的类似产品只能提供基于拷屏技术的所谓应用程序共享,而教育互联远程教育系统提供给用户真正的应用软件共享和数据协作能力!例如,一位老师能让他的学生共享他所做的Excel 电子数据表格,尽管在老师的系统里可能并没有Excel应用软件。假如老师选择与他的学生进行共享控制,那么该学生就可以实际进入并编辑远程运行在老师的系统里的 Excel 电子数据表格。教育互联远程教育系统 的文件传递功能弥补了应用软件
20、共享可能存在的不足。当课堂进行时,发言人可以把文件传送给所有的同学或他指定的部分师生。因此,老师也可以在与他的学生进行谈话辅导时,传送课件给学生。主持人和发言人角色的可转授功能与很多类似产品相同,在教育互联远程教育系统中,发言人的权限不必在课堂开始的时候指定,所有学习者可能随时被指派为发言人。在课堂的任何时刻,可以方便的转换主持人的角色,这特别适用于班级讨论协作学习。真正地基于浏览器的网页共同浏览功能教育互联远程教育系统提供网页推送功能,这是真正的网页共同浏览功能。这种方法的优点在于,发言人可以为其他学习者展示其感兴趣的内容,而不必担心学习者会误入其他页面。发言人可以引导听讲者到任何网站。还可
21、以与其他听讲者共享网页浏览的控制权。假如发言人不启用共享控制功能,则学习者只能被动地跟着发言人走,无法离开。目前,市面上的类似产品均只提供由发言人推给学习者一个URL地址的方式来进行页面共同浏览,而发言人不能控制学习者进行随意漫游,使发言人和学习者经常不在同一页面,因此学习者非常容易被弄糊涂。独特的基于T120标准,完全可升级分布的网络平台教育互联远程教育系统的技术是基于T120标准开发的,它提供高度可靠的、电信级的、基于转换的数据交换功能。T120是一套适于实时多点数据通信的网络协议标准。因此,教育互联远程教育系统支持真正的多点实时课堂。除了协作工作能力外,T120标准用来确保更多功能:数据
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