（计算机应用技术专业论文）远程网络教学平台技术研究与实现.pdf

远程网络教学平台技术研究与实现摘要随着w w w 的迅速发展和普及，在线电子信息日益增多，人们已经从信息资源匮乏的时代迅速过渡到信息极为丰富的数字化时代，而社会对教育的需求也就随之增加，传统的教学模式已经难以满足现在社会对高等教育的需求，教育资源也因为时间和空间上的限制造成一定程度的浪费。网络教学凭借其信息量大、交互性强、覆盖面广等特点在教育领域发挥着越来越重要的作用，并日益深刻地影响着教学内容、教学方法、教学模式的变革。与传统的教学模式相比，网络教学即具有普通计算机辅助教学的各种优势，又克服了其运用于单机的局限性，可以随时随地为受教育者提供相应的教学资源。因此，它更能满足信息时代人才培养的要求，已经广泛应用于远程教育、职业教育以及学校辅助教学等领域。本文首先讲述了现有的远程教学平台中的关键技术，通过对现有流调度算法的深入研究，提出了一种新的流媒体调度算法一补丁优先的平均流调度算法。该算法依据请求等待队列的权重来选择服务队列，使系统获得效率和公平性之间的平衡，可以有效减少了用户请求的撤消率、平均等待时间、不公平性，提高了系统的吞吐量，是一种有效的调度策略。并通过对现有电子白板技术的深入研究，在p 2 p 技术的基础上探讨了适用于师生实时在线交互的电子白板系统的实现技术。系统采用基于b s 体系结构和模块化组织，通过加锁技术实现多用户并发控制，使用组播技术提高交互效率和状态一致性，并且同时使用t c p i p 协议和u d p 协议进行网络通信，提高了网络电子白板的传输效率。给远程网络教学平台的发展提供了新的方法。关键词：网络教学，流媒体，调度算法，补丁优先，电子白板r e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no fk e yt e c h n o l o g yi n腑b b a s e di n s t r u c t i o np l a t f o r mg e n gz h i w e i ，y i ns i q i n ga b s t r a c tw i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n ta n dp o p u l a r i t yo fw o r l dw i d ew e b ，t h en u m b e ro fo n l i n ee l e c t r o n i ci n f o r m a t i o ni n c r e a s e se x p o n e n t i a l l y , a n dp e o p l eh a v ea l r e a d yt r a n s i t e di n t ot h ea g e si nw h i c hi n f o r m a t i o ni se x t r e m e l ya b u n d a n ta n dd i g i t i z e df r o mt h ea g el a c k si n f o r m a t i o n ，t h ed e m a n do fe d u c a t i o ni ss og r e a tt h a tt r a d i t i o n a le d u c a t i o np a t t e r nc a n ts a t i s f ys o c i e t yr e q u i r e m e n t t h el i m i to ft i m ea n ds p a c ep r e v e n ts u f f i c i e n tu t i l i z a t i o no fe d u c a t i o nr e s o u r c e n e t w o r kt e a c h i n gi sb e c o m i n gm o r ea n d m o r ei m p o r t a n ti ne d u c a t i o nf i e l db yi n f l u e n c i n gt h ec h a n g e si nc o u r s ec o n t e n t s ，t e a c h i n gm e t h o d sa n dt e a c h i n gm o d e s 弱w e l l c o m p a r ew i t ht r a d i t i o n a lt e a c h i n gm o d e s ，n e t w o r kt e a c h i n gh a sa l lt h ea d v a n t a g e so ft h eo r d i n a r yc o m p u t e r - a s s i s t e di n s t r u c t i o na n di ta l s oo v e r c o m e st h el i m i t a t i o n sc a u s e db ys i n g l ec o m p u t e ru n i t w i t haw i d ec o v e r a g e ，n e t w o r kt e a c h i n gp e d a g o g yi sf l e x i b l ea n di t se d u c a t i o nr e s o u r c ea n ds t u d ya r cn o tr e s t r i c t e di nt e r m so fs p a c ea n dt i m e t h e r e f o r e ，n e t w o r kt e a c h i n gc a np r o v i d ep e o p l ew i t he d u c a t i o ns e r v i c ea ta n yt i m e ，a n yp l a c ea n di ti sw i d e l ya p p l i e di nt h el o n g - d i s t a n c ee d u c a t i o n ，v o c a t i o n a ls t u d i e se t c n e t w o r kt e a c h i n gh a sg r e a t l ys a t i s f i e dt h er e q u e s tf o rp e r s o n n e lt r a i n i n gi nt h en e we m t h et e x tf i r s ti n t r o d u c e dk e yt e c h n o l o g yi nw e b - b a s e di n s t r u c t i o np l a t f o r m ，t h e nt h r o u g had e e pr e s e a r c ho ns t r e a m i n gd e l i v e r ya l g o r i t h m sae q u a la l g o r i t h mi sp r e s e n t e d ，w h i c hi sc a l l e dp a t c h i n gf i r s tm a x i m u mw a i t i n gq u e u el e n g t h - - m e q lt h ea l g o r i t h ms e l v e st h ec l i e n tw i t ht h eh i g i l e s tw e i g h to fi t sw a i t i n gq u e u ea n db a l a n c e st h ee f f i o e n c ya n df a i r n e s s t h et h e o r e t i c a la n a l y s i sa n ds y s t e ms i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h ep r o p o s e da l g o r i t h mi se f f e c t i v ei nr e f u s a l r a t i o ，u n f a i r n e s sa n dt h ea v e r a g ew a i t i n gt i m e i nc o n c l u s i o n ，t h es c h e d u l i n gp o l i c yi sa ne f f i c i e n ta n de c o n o m i c a lp o l i c y a n dt h r o u g had e e pr e s e a r c ho ne l e c t r o n i cw h i t e - b o a r d ，a l le l e c t r o n i cw h i t e b o a r ds y s t e mw h i c hi ss u i t a b l ef o rt h ep 2 pb e t w e e nt e a c h e r sa n ds t u d e n t si sd i s c u s s e d t h ea r c h i t e c t u r eb a s e do nb si sa d o p t e d ，a n do r g a n i z e db ym o d u l e s f o rc o n c u r r e n c yc o n t r o l l i n g , t h el o c ks c h e m ei su s e d ；t h em u l t i c a s tt e c h n o l o g yi sa l s ou s e dt oi m p r o v et h ee f f i c i e n c yo fc o m m u n i c a t i o na n dt oa c h i e v et h ec o n s i s t e n c y a n du s e st c p i pp r o t o c o la n du d pp r o t o c o l ，i tc a ni m p r o v et h et r a n s m i t t i n ge f f i c i e n c yo ft h ee l e c t r o n i cw h i t e b o a r d s os u p p o r tn e ww a y sf o rt h ed e v e l o p m e n to fw e b b a s e di n s t r u c t i o np l a t f o r m k e yw o r d s ：n e t w o r kt e a c h i n g , s t r e a mm e d i a , d e l i v e r ya l g o r i t h m ，p a t c h i n gf i r s t ,e l e c t r o n i cw h i t e b o a r d原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。、论文作者签名：关于学位论文使用权的说明本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) 。签名：导师签名：日期：逊尘：鎏：，扩日期：巡兰! 鉴，日期：丝里臣，上= 啦尘中北大学学位论文1 1 选题背景及意义1 绪论随着知识经济时代的到来，传统的教学模式已经难以满足现代社会对高等教育的需求，教育资源因受时间和空间的限制造成了一定程度上的浪费。信息技术，特别是计算机网络和多媒体技术已经渗透到现代社会的各个领域当中，并且为教育资源的优化与共享提供了广阔的发展空间。在这样的背景下，现代远程教育显示了其巨大的优越性和可行性。与此同时，计算机的普及和i n t e r a c t 技术的发展，也正以惊人的速度改变着人们的生活方式和学习方式，同时也引起教育领域的深刻变革，促使教育体制和教学模式产生新的重大的飞跃。随着i n t e r n e t 的迅速发展以及普通高校信息化教育程度的不断提高，网络教育资源日益丰富，基于i n t e m e t i n t r a n e t 的教学方式已经深入人心，推动了我国教育改革的进程和人们学习观念的改变。同时网络的迅速发展也使原有的网络技术面临着种种挑战，网络教育也不例外。因此，人们不断开发新技术以适应网络发展的需要，构建适合于大众使用的网络远程教育体系己经成为网络教育的一个重要发展趋势。由此可见，建设一个多功能多远程网络教学平台，能够支持教师应用各种教学手段进远程课堂教学活动，将各种媒体形式的教学资源以最佳的效果呈现给师生，让学生在一个更加方便、生动的环境中进行自主学习是十分必要的。通过网络远程教育平台，人们无论身处何处，只要有一台连接互联网的电脑，便可以随时随地的找到自己所需要的学习资源。虽然网络教育的观念已经深入人心，而且现在的远程教育平台已经有不少，各个学校也在网络教学方面有了一定的规模，但是网络资源的浪费，以及在很小的带宽下如何能够更好的传输网络资源，还在继续约束着网络远程教育的发展，人们在资源的使用过程中总会遇到这样或者那样的问题，网络远程教学平台的关键技术还需要进一步的提升，以适应众多用户学习的需求。本文当中我们将对远程教育平台中的流媒体调度、电子白板等关键技术做一些研究，并提自己的看法，将设计当中的种种新的思路应用于远程教育平台的模型当中，建立起了一个新的远程网络教学平台模型。1中北大学学位论文1 2 远程网络教育平台现状远程教育目前遍及世界各地，可以满足不同层次不同要求人们的需求。在大学，远程教育为更多的人创造了接受高等教育的机会，使得他们掌握更多的课堂知识；在公司，远程教育可用于员工的技能培训，使他们适应技术的进步；对于个人，通过远程教育接受职业技能培训，可为自己创造更多的就业机会；对于政府，利用远程教育的在线师资培i ) l i ，提高了传统中小学校的教学质量；而对于边远地区，远程教育解决课程传输难、受教育难的问题n 1 。( 1 ) 国外远程教育的发展总体来说，国外的远程教育的产生时代是远远早于国内的，并且在发展速度上也是国内无法比拟的，有着其自身的优势。在国外远程教育开展的早期，尽管一些传统性的大学已开始实施远程教育，但大多数仅仅是在做尝试，而促使他们这样做的原因也多是为了满足高等教育日益增长的需求。随着远程教育发展的日益火爆，一些过去不打算进入远程教育领域的著名大学也逐渐涉及这一领域口3 。例如：美国约翰霍普金斯大学在其“医务管理”专业的课程中，尝试利用声像和计算机技术开设一些护理课程。杜基大学面向全球开m b a 课程，远程网络技术使他们可以将课程传输给到远在欧洲、亚洲和拉美的学生。远程教育能够吸引到更多的海外生源这正是人们开展远程教育的动机之一，所以远程网络教育平台已经渐渐在教育界占据了一定的地位。( 2 ) 国内远程教育的发展远程教育在我国的发展经历了三代：第一代是函授教育，这一方式为我国培养了许多人才，但是函授教育具有较大的局限性，有着很多的不足之处，在资源的传播过程中比较死板，以本照宣；第二代是2 0 世纪8 0 年代兴起的广播电视教育，我国的这一远程教育方式和中央广播电视大学在世界上享有盛名，与第一代远程教育相比来说，它的学习资源更加生动丰富；2 0 世纪9 0 年代，随着信息和网络技术的发展，产生了以信息和网络技术为基础的第三代现代远程教育，这也正是我们现在所讲的远程教育。1 9 9 4 年底，在当时国家教委的主持下，“中国教育和科研计算机网( c e r 删示范工程 由清华大学等1 0 所高校共同承建。这是国内第一个采用t c p i p 协议的公共计算机网。1 9 9 6 年清华大学王大中校长率先提出发展现代远程教育；1 9 9 7 年，湖南大学首2中北大学学位论文先与湖南电信合作，建成网上大学。清华大学则在1 9 9 8 年推出了网上研究生进修课程。自此远程教育试点院校像雨后春笋般成长起来。毫无疑问，今天的教育正在经历一场巨大的变革，现代远程教育模式已经备受关注。由于巨大的市场效应，各类教育机构以及社会组织正以极大地投入来开展网络远程教育教学计划，同时由于信息网络技术的快速发展以及在各行业的渗透和应用，远程教育将成为一种速度更快、传播空间更大、边际成本更低的新型教育形式。( 3 ) 现代远程教育平台的特点在现阶段，网络教学支持平台是以互联网技术和数据库技术为基础，同时又具有其不可或缺的教学思想于其中，它具有以下特点：以基于w e b 的教育信息服务为核心，具有实时交互、信息获取方便等优势：其核心技术为网络数据库技术，数据的检索、查询、下载自动化，便于教育资源流通和共享；重点针对教学，运用先进的教育教学思想，为学生的自主化学习、教师教学效率的提高提供优越环境，并且突破了时间和地域上的限制。在多媒体资料的传输方面，应该采用适当技术，以便在有限的带宽资源下，取得无限的资源。远程教育平台的发展，使得更多的人随时随地可以得到自己所需要的知识，所以我们可以说发展现代远程教育将为构建终身教育服务体系奠定坚实的基础。1 3 远程网络教学平台的技术难点及突出问题通过对多方面资料的整理，我们发现，国内外的远程网络教育平台都有自己独特及优点，并且都在实践教学当中取得了一定的效果，在远程教育体系中已经得到了广泛的应用。但是随着平台的使用越来越广泛，众多的用户对其的功能、界面设计等等诸多方面也不断提出新的要求，虽然经过了最近一段时期的不断发展，但是还有一些有待提高的地方，为此我们将其的相关重点总结如下：( 1 ) 远程网络教学平台的技术难点流媒体调度技术随着网络技术的不断发展，网络资源也就愈发的丰富，人们可以随时随地的通过网3中北大学学位论文络来获取自己所需要的资源，但是由于带宽的限制以及网络本身种种条件的限制，网络的资源还大多以文字图片为主，视频音频的资源由于其本身大小以及网络带宽的限制，还不能满足大多数用户的基本需求，同时，即使是最好的服务器也有一定的访问数额限制，如果在同一时刻有大批的访问信息，则难免会造成网络阻塞，服务器崩溃，所以在多媒体资料传输的过程中应该注意选择其相应的流调度算法，以合理利用网络，达到最佳效果。电子白板远程教学平台中至关重要的一环就是师生之间的互动交流，于是实时交互性能比较好的电子白板系统也就成为了网络远程教学平台中不可缺少的一个重要组成部分。现在的电子白板由于是信息通过服务器中转，难免在速度上，或者信息的丢失率上有着明显的缺陷，需要进一步提高。( 2 ) 远程网络教育平台中的相关问题研究和调研发现目前的远程网络教学平台，缺乏针对性和适用性，这样就造成了，每个学校，甚至每个老师进行教学时不得不进行很大的调整，以适合自己的实际需求，如果商家跟学校或部门在沟通的时候协商不够，就会出现很大的问题，给以后的维护、教学以及升级带来很大的困难，所以平台的标准化是一个很值得关注的问题。教学环节中最终要的就是师生间要有良好的沟通，所以交互性在远程网络教学平台中将起着非常重要的作用，而现有的平台在师生间的交互问题上还没能够做到很好，这也就成了远程网络教学平台一个急需解决的问题。( 3 ) 在视频音频播放时，学习者希望在观看视频的同时能够看到视频的相关的信息，比如学习中应该注意的要点，主要内容等等，从而更好了解视频的内容，但是目前的相关平台的视频制作中还有所欠缺。1 4 本文工作及内容安排本文根据国内外现有网络教育平台的运行状况，围绕着网络远程教育平台的相关技术缺陷，结合新的技术手段，对远程网络教育平台的关键技术及其总体结构做了相关的研究。本文的结构安排如下：4中北大学学位论文第一章：绪论，主要介绍当前国内外远程网络教育平台的相关状况，并对其技术难点和主要存在的问题做了简单的分析。第二章：远程网络教育平台及其相关技术，主要介绍目前远程网络教育平台的信息，及流媒体技术、计算机协同工作理论以及关键技术实施过程中所需的一些技术知识。第三章：对远程网络教学平台中流媒体调度的静态，动态算法做了简单的介绍，并结合现有网络教学平台的实际情况，提出了一种新的基于补丁优先的均衡流媒体调度算法一m e q l ，并且给出了实验验证的结果。第四章：在原有网络电子白板技术的基础上，提出了一种新的基于p 2 p 技术，并且适用于师生实时在线交互的电子白板系统。系统采用基于b s 体系结构和模块化结构组织，并且同时使用t c p 口协议和u d p 协议进行网络通信，提高了网络电子白板的传输效率。第五章：通过对远程网络教学系统进行分析，确定系统需求的内容、以及所有涉及到的要素、为当前需要解决的问题建立相应的模型等工作，引入a g e n t 智能化技术、x m l标准化程序设计语言。并且将第三章与第四章的网络教学平台关键技术的改进应用到系统当中，建立了一种新的远程网络教学模型。第六章：结论与展望，对全文工作进行了总结，并提出下一步的工作展望。5中北大学学位论文2 远程网络教育平台及其相关技术在当前比较成熟的远程网络教育平台中系统中，其关键技术包括流媒体调度技术、网络电子白板技术以及x m l 标准化语言，涉及到数学及计算机领域的多门学科方向。本章将分别介绍远程网络教育平台以及其主要的相关技术。2 1 网络教学及远程网络教育平台简介远程网络教育平台就是利用计算机网络及其技术进行全部或部分教学的一个交流平台，它是一种在计算机与网络技术基础上发展起来的新的教学模式。随着网络基础设施的完善，计算机及网络技术的广泛应用，上网人数的增加和范围的扩大，近年来远程网络教育平台发展很快。现在教育部批准成立的网络学院以及许多社会办学机构都积极采用网络教学实现各类教学与培训活动，网络教育平台还成为许多办学机构的主要网络教学平台甚至是唯一的网络教学平台。而网络教学作为一种新的教学手段，充分利用了最新的计算机技术、网络技术、多媒体技术等，使教学过程能够跨越时间、空间的限制，有极大的灵活性和交互性，网络教学使教学材料的展示越来越灵活、形象、生动等，而这些都是大家公认的d 1 。除了具备传统教学的普通功能之外，网络教学在某些方面还有着传统的面授教学无法实现的作用，比如答疑与讨论，在传统教育中，由于心理作用以及时间、空间的限制，师生间的答疑、交流有局限性，但网络教学可以容易地克服心理障碍，克服时间和空间限制，以各种方式进行交流，而师生间的大量的交流对实施研究型教学、培养创造性人才产生一种潜移默化的作用。根据这些数据，可以对教学效果做出客观的评价，对这些数据进行保存、统计分析、数据挖掘，可以为教学活动和教学决策提供有用的信息。虽然在高校校园内网络教学不可能取代面授教育，但网络教学有其自身诸多的优点，是推进教学改革的重要动力，特别是高校以培养创造性人才为己任的今天，网络教学是一个重要教学手段，校内网络教学的发展也将有助于面向社会的远程教育的进展口1 。6中北大学学位论文2 2 流媒体技术流媒体技术是一个综合的技术，它包括采集、编码、传输、储存、解码等多项技术。流媒体应用系统一般由编码端、服务器端和用户终端三部分组成。流媒体技术在学校的应用前景广阔，可用于课件点播、交互教学、电视转播、远程监控、视频会议等，尤其在网络教学方面有着极大的优势h 3 。2 2 1 流媒体在远程教育平台中的应用以前，由于受到网络带宽的限制，远程网络教学平台中的数据都是以文字、图片之类的静态内容为主，而那些音频、视频数据很难在教学平台上发布，因为一般非压缩的广播级品质视频需要1 6 0 m b p s 的网络带宽；非压缩c d 音质的音频则需要大约2 8 m b p s的网络带宽。目前，大部分网络用户的带宽还只是1 m b p s ，这与音频、视频的传播要求相差甚远。网络带宽很难在短期内得到迅速提升，因此在远程教学平台上实现音频、视频传播就必须在传播文件本身下功夫，这样就出现了流媒体技术( s t r e a m i n g ，即把音频、视频数据经过压缩存放在网络服务器上，用户在访问平台时就可以使用计算机边下载解压缩边播放嘲) 。通过使用先进的流媒体调度技术，可以使得用户在有限的网络带宽下，尽可能享受到多的网络资源，所以流媒体技术对远程教育平台中资源的多元化、动态化的实现起到了至关重要的作用。2 2 2 流媒体传输原理图2 1 流媒体传输原理图7中北大学学位论文流媒体实现的关键技术就是流式传输，实现流式传输要有以下3 个必要条件1 ：( 1 ) 多媒体数据必须进行预处理才能适合流式传输，这是因为目前的网络带宽对多媒体巨大的数据流量来说还显得远远不够。预处理主要包括两方面：是采用先进高效的压缩算法，二是适当降低质量。( 2 ) 流式传输的实现需要缓存。这是因为i n t e r n e t 是以包传输为基础进行断续的异步传输。数据在传输中要被分解为若干包，由于网络的动态变化，各个包所选择的路由可能不尽相同，故到达客户端的时间延迟也就不等。为此，使用缓存系统来保证数据包的顺序正确，并弥补延迟和抖动的影响，从而使媒体数据能连续输出，而不会因网络暂时拥塞使播放出现停顿。( 3 ) 流式传输的实现需要合适的传输协议。人们熟悉的w w w 技术是以h t y p 协议为基础的，而h i t p 又以t c p 协议为基础。由于t c p 需要较多的开销，故在传输实时数据时有缺陷。在流式传输的实现方案中，一般采用h 盯p 他p 来传输控制信息，而用r t p u d p 来传输实时声音数据。2 2 3 流媒体压缩格式流式媒体和普通的非流式媒体一样都需要对原始的媒体数据进行压缩，因为原始的媒体数据会占用很大的存储空间并且需要很高的传输带宽。我们可以将流媒体文件理解成为对普通媒体压缩格式的一种再封装，也就是对压缩文件进行一些特殊的处理，加入一些附属信息，比如计时、压缩和版权信息等。常见的音频和视频压缩格式采用相关的音视频编码标准，常见的音频编码标准有：g 7 1 1 、g 7 2 1 、g 7 2 8 和m p e g 音频编码标准等，常见的视频编码标准有：j p e g 、h 2 6 x 系列和m p e g 系列口1 。2 2 4 流媒体发布格式媒体发布格式不是压缩格式，也不是传输协议，其本身并不描述视音频数据，也不提供编码方法。更通俗一点可以把它理解为播放列表。播放列表是你想观看或收听的文件的自定义列表。播放列表使你可以将不同媒体内容集中在一起，按你所指定的任意顺序播放。m i c r o s o f t 和r e a ln e t w o r k s 各自定义了自己的播放列表格式。媒体发布格式并不包8中北大学学位论文括媒体的物理数据，它仅仅说明数据类型和安排方式，大多数的这种文件都可以用文本编辑器随意打开和修改。这样就为应用不同压缩标准和媒体文件格式的媒体发布提供一个事实上的标准方法。单个媒体发布格式能包含不同类型媒体的所有信息，如计时、多个流同步、版权和所有人信息。实际视听数据可位于多个文件中，而由媒体发布文件包含的信息控制流的播放阳9 1 。2 3 计算机协同工作( c s c w ) 相关理论2 3 1c s c w 概述计算机支持协同工作( c o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k ，c s c w ) 是在信息时代发展起来的一门新兴学科领域。它的意义是在计算机技术支持的环境下，尤其是在计算机网络环境下，由一个群体协作完成一项共同的任务，其目标是要设计支持各种协同工作的应用系统。c s c w 支持一组用户参与一个共同的任务，并提供给他们访问共享环境的接口，即一个任务、多个用户，多个用户为完成一项共同的任务而组成一个用户群，c s c w 为这个用户群提供协同支持。因此，c s c w 通常也称为群件( g r o u p w a r e ) 。c s c w 以计算机互连、互操作和协同工作构成的网络计算和协同计算为基础，依托通信和计算机技术的飞速进步得以发展。它具有大规模协作的特性，即交互群体地域范围的分散性、环境的异构性、业务和学科领域的广泛性、信息的多样性等。c s c w 的研究内容涉及很多方面，主要包括群体协作模式、协作控制机制、协作同步机制、c s c w模型和体系结构、c s c w 应用开发环境、群组通信支持、协作安全控制和应用共享技术等。c s c w 技术是- i - j 交叉学科，涉及的领域非常广泛，其中包括计算机网络通讯，并行和分布式处理，数据库，多媒体，人工智能理论等，另外还涉及到认知科学，行为科学，心理学乃至艺术和哲学等n0 1 1 j 羽。2 3 2c s c w 在远程教育中的应用计算机和网络技术的发展，给教育带来了巨大的冲击力，教育不再局限于传统的课堂式的教学，在线式远程教育的产生和发展使得知识得以更广泛迅速地传播。然而目前大多数基于w e b 的远程教育仅仅是以单个文件的形式存在，使用固定的媒体播放形式，9中北大学学位论文所以一方面难以修改；另一方面不具有开放性，难以进行多人的异地合作，远程教育的发展规模和水平难以壮大。因此，在远程教育领域进行计算机协同工作越来越有必要和意义。在远程教育领域，应用c s c w 技术，可以借助于多种类型的信息网络，一方面实现远程交互式授课、交互式讨论和辅导等，使得人们可以不受地域与时间的限制来使用那些优秀的教学资源；另一方面可以使用协同式授课，由一群体异地共同完成某一个教学文档，集百家之长，缩短教学资源的制作时间，提高效率。网络虚拟教室是计算机支持协同工作c s c w 的应用。c s c w 的应用是虚拟学习过程中的协商讨论、相互交流和信息共享，形成一种新型的群体协作教学模式，强调协同工作、交互讨论，分工合作、共同完成某项教学任务。c s c w 已经成为研究热点，国际上的许多大学、研究机构和软件公司纷纷在这方面做研究，到目前为止，c s c w 及其在虚拟教室方面的应用已经取得了一定的成果。例如，同步会议系统，它是以会议形式来协同工作的系统。协作方之间的信息交流是实时的，具有很短的延迟限制。交流的内容包括文字、图形、图像乃至音频、视频信息。网络虚拟教室的基本功能模块的实现就是属于这个范畴n 羽。2 4x m l2 4 1x m l 概述x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 即“可扩展标记语言 ，是用于标记电子文件的结构化语言。1 9 9 8 年2 月l o 日w 3 c ( w o d dw i d ew e bc o n s o r t i u m ) 正式公布了x m l l 0版本标准n 3 1 。与h t m l 相比，x m l 是一种真正的数据描述语言，它没有固定的标记符号，允许用户自己定义一套适合于应用的文档元素类型，因而具有很大的灵活性。x m l包含了大量的“自我解释 型的标识文本，每个表示文本由若干规则组成，这些规则可用于标识，使x m l 能够让不同的应用系统理解相同的意义，正是由于这些标识的存在，x m l 能够有效地表达网络上的各种知识，为信息交换提供了载体，x m l 也可以说是网络信息的标准代码。x m l 虽然发布不久，但它发展得非常迅速。作为表示结构化数据的一个工业标准，x m l 为组织、软件开发者、w e b 站点和终端使用者提供了许多有利条件。x m l 可广泛1 0中北大学学位论文用于i n t e m e t 、出版业、电子商务等当今热门的市场。每个行业的组织和开发人员都可用x m l 创建他们自己的标识语言，用于在他们各自的领域中实现信息的交互。2 4 2x m l 在网络教育平台中的应用x m l 在设定特定领域的标记语言、自描述数据、在不同的应用程序之间交换数据以及结构化和集成数据方面具有h t m l 无可比拟的优势。在网络教育领域，关于x m l技术的研究和应用方兴未艾，构建基于x m l 的网络教育体系已是大势所趋。具体来说，x m l 在构建网络教学平台中的意义如下：( 1 ) 有利于教育界共享网络资源。网络教育中存在大量不同应用程序之间以及w e b 页面、应用程序和数据库之间的数据交换，x m l 易于读写，功能强大，是交换语言的首选。( 2 ) 增强教育资源的表现力。x m l 借助于样式表定义文档数据显示方式，使得显示方式更加灵活和富有表现力。样式表是一种专门描述结构文档表现方式的文档，它既可以描述这些文档如何在屏幕上显示，也可以描述它们的打印效果，甚至声音效果。( 3 ) 有利于教育资源的准确定位和数据查询。由于h t m l 数据缺乏结构性和描述能力不足，不仅难于实现精确查询，而且可能会有很多无关的查询结果被提交给客户。与之相比，x m l 标记描述的是文档的结构和语义，以x m l 为基础的新一代网络环境是直接面对数据的，不仅可以很好地兼容原有的w e b 应用，而且可以更好地实现w e b 中的信息共享与交换。综合x m l 的主要特征：良好的数据存储格式、可扩展性、高度结构化、利于信息表达和便于网络传输，决定了x m l 可以在涉及经济生活的几乎各个领域中一展身手。所以x m l 完全有可能在网上教学资源的建设中发挥应有的作用。2 5j a v a 相关技术j a v a 语言由s u nm i c r o s y s t e m s 公司开发，是一种面向对象和平台无关的编程语言。s u n 将j a v a 描述为一种具有简单性、面向对象性、动态性、分布性、可移植性、多进程、平台无关性、高性能、健壮性和安全性的语言。自从1 9 9 5 年正式问世以来，j a v a 的快1 1中北大学学位论文速发展已经让整个w e b 世界发生了翻天覆地的变化。随着j a v as e r v l e t 的推出，j a v a 在电子商务方面开始暂露头角，最新的j a v as e r v e rp a g e ( j s p ) 技术的推出，更是让j a v a 成为基于w e b 的应用程序的首选开发工具口幻。2 5 1s e r v l e t 技术j a v as e r v l e t 是一些能够动态扩展w e b 服务器功能的j a v a 组件，整个j a v a 服务器构建在s e r v l e t 上n 耵。s e r v l e t 是一种j a v a 类，是运行在请求响应模式的服务器上的模块，是独立于平台和协议的服务器端的j a v a 应用程序。j a v as e r v l e t 能够像c g i ( c o m m o ng a t e w a yi n t e r f a c e ) 脚本一样动态的扩展w e b 服务器的功能。因为s e r v l e t 是用j a v a 编写的，所以它能够访问j a v a 全部的高级特性，如数据库连接、网络有关的特性、面向对象特性和对多线程处理的内嵌支持等。这些特性可以用来分发完全功能的应用程序到w e b客户，而不需要任何特殊的客户配置。因为它们使用普通的超文本作为其接口，所以在任何的浏览器环境中运行都是一样的 1 2 1 。s e r v l e t 技术是j a v a 实现动态w e b 应用的技术基础，s e r v l e t 的主要功能在于交互式地浏览和修改数据，生成动态w e b 内容n 钉。其基本流程为：( 1 ) 客户端通过l - r i t p 发送对s e r v l e t 的请求至w e b 服务器端；( 2 ) w e b 服务器识别出这是对某个s e r v l e t 程序的请求，将这个请求转发给具有s e r v l e t 引擎的应用服务器；( 3 ) s e r v l e t 引擎检查被请求的s e r v l e t 程序是否已经加载。如果未加载，则应用服务器将把它加载到j a v a 虚拟机里，执行该程序，执行结果被应用服务器返回到w e b 服务器；( 4 ) w e b 服务器将从应用服务器端接收到的应答发送给客户端。2 5 2a p p l e t 技术j a v a 的主要设计目的之一是建立a p p l e t ，也就是建立运行在w e b 浏览器上的小应用程序。j a v a a p p l e t 是一种特殊的j a v a 应用程序，它由网络服务器提供，在网络上传输，并由浏览器装载，作为网页的一部分来执行。当a p p l e t 到达网络客户服务端时，它能够1 2中北大学学位论文提供多媒体的界面，使网页“动起来，变得更加的生动。同时，由于它们必须是安全的，所以a p p l e t 在运行时必须加以限制。由于j a v a 对a p p l e t 所作的安全性限制，用户在下载a p p l e t 的时候，不必担心病毒的侵入或者对数据完整性的破坏n 别。2 5 3j a v a 语言在远程教育平台中的应用远程教学平台中，师生之间的交流方式有很多种，但实时的交流方式是必然不可缺少的，而电子白板作为一种实时的交流系统在远程教育平台中的作用就显的愈发重要。电子白板采用b s 模式，由服务器端和客户端组成。服务器端监听客户对某个特定端口的网络连接请求，并与之建立连接。这样，客户的数据就可以发送到服务器，再由服务器转发给其他客户。客户端的任务是将用户的输入数据发送给服务器，并在服务器端保存，同时接受由服务器转发而来的其它用户的数据。在此系统中，服务器端接收各个终端的数据包并保存，然后发送数据包至指定的客户端。随着终端用户的增加，可能同时有多个用户发向同一个客户端的情况。因此，服务器必须支持分布式、协同工作，而j a v a 语言的优势正好可以使得我们快捷方便的完成电子白板的功能。1 3中北大学学位论文3 流媒体调度算法的研究与改进在本章节当中我们将对现有的网络远程平台当中的流媒体调度技术做详细的研究。鉴于我国目前带宽速度普遍滞后的特点以及网络资源传输过程中遇到的种种问题，流媒体调度也就愈发的重要，通过流媒体缓存代理的技术我们可以在普通带宽平台的基础上加快资源的网络传输速度，以便远程网络教育平台发挥其最佳的功效，提高使用者的学习效率。3 1 流媒体代理的技术研究现状流媒体代理相关技术是远程教学平台流媒体研究领域的一个重要话题，随着视频传输在互联网上应用的越来越普遍，流媒体的传输技术也就变的愈发的重要。流媒体代理相关技术主要集中于代理缓存策略( c a c h i n gp o l i c y ) 、代理体系结构、流媒体调度算法、缓存替换算法以及代理缓存结合原始服务器流调度技术。在流媒体代理的相关技术当中，流媒体缓存调度算法是视频代理管理缓存的最主要的方法，也是决定代理缓存性能的核心因素。但是，流媒体代理缓存的磁盘i o 带宽和网络带宽不能无限制的提高，这决定了代理系统能服务用户的最大数目，所以流媒体调度算法也是影响代理系统服务用户规模的重要因素。3 1 1 流媒体w e b 缓存方式w e b 代理缓存一般来说可以放置在三个地方t 客户端( 或浏览器端) ，w e b 服务器端和客户机与w e b 服务器之间的网络上。对应的方式有以下三种n 氐1 7 h( 1 ) 客户端缓存目前，几乎所有的i n t e r n e t 浏览器应用程序都允许用户在其内存或本地硬盘上缓存访问过的网页( 如h t m l 文本、图像、声音等) 。通过菜单中的选项，用户可配置用于缓存的磁盘空间大小。用户第一次请求w e b 服务器上的网页时，其请求的内容以文件形式存储到用户本地硬盘的某个子目录中，如果用户再次请求这些内容，浏览器首先查找自己的缓存；如果有缓存副本，就可以直接打开它而不必从i n t e r n e t 上下载，省掉了网1 4中北大学学位论文上缓慢传输的过程，加速了浏览速度；如果未找到，则去访问u r l ( u i l i f 0 册r e c o u r s el o c a t o r ，统一资源定位器) 所指向的w e b 服务器。客户端缓存有两个缺点：一是由于缓存容量小，能存储的网页比较少，网页命中率较低。虽然可以通过增加存储空间来提高命中率，然而这样做的代价较高；二是每个客户机都有自己的缓存，但客户机之间不能共享缓存数据，造成缓存数据冗余。由此可见，客户端缓存的内容和效果相当有限。( 2 ) 服务器端缓存将缓存设在服务器端的目的并不是为了提高网页访问的命中率，而是为了减轻w e b服务器的负载。通常在服务器端实现二级或三级缓存( c a c h e ) 作为缓存空间，它比存放网页的硬盘空间具有更高的访问速度。当服务器响应用户对某个网页请求后，也在缓存空间中保留一个副本，下一次如果有相同的请求时，就直接将副本提供给用户。服务器端缓存能适当地降低访问延迟，但对服务器的要求较高，增加了服务器软件的复杂度。( 3 ) 代理缓存代理缓存是在代理服务器上实现的缓存机制，代理服务器通常安装在l 台同时连接i n t e r n e t 和局域网的计算机上，处于客户机和w e b 服务器之间，为许多用户提供服务。若局域网用户要访i n t e r n e t ，首先要和代理服务器建立通信连接，根据需要，代理服务器再和i n t e r n e t 的服务器建立通信连接。代理缓存有以下几个方面优点n 8 19 矧：减少网络流量代理服务器有一个较大的缓存空间，负责暂存用户近期访问过的数据。这样被频繁访问的数据就会被暂时缓存，避免了已有内容的重复请求和传送，减少了网络流量，从而减少了用户所消耗的网络带宽和网络阻塞。减少用户访问延迟代理缓存一般是靠近用户的，当有h t t p 请求时，可以直接由邻近代理缓存满足请求和响应，不用重新访问远程服务器。减轻服务器的负载对于被频繁访问的服务器，如果它的内容总是被重复请求；那么因为处理能力的限制，很可能导致服务器过载；造成服务质量下降和响应时间延长。通过在代理服务器缓1 5中北大学学位论文存它的网页，使服务器能够更好地服务新的请求。提高了w e b 服务的健壮性如果远程服务器崩溃或者重新划分网络，客户不能访问远程服务器，它可以从代理服务器获得缓存副本，提高了w e b 服务的强壮性。通过代理缓存，可以分析用户的访问模式因此，代理缓存是最有效的w e b 缓存方式，将网页缓存在代理服务器上可以显著提高w e b 的性能。3 1 2 流媒体的静态调度算法流媒体在网络传送