教育资源共享与远程多媒体网络创新平台构建

孟利民， 胡晓锋， 华惊宇， 彭 宏， 徐志江， 张江鑫

(浙江工业大学 信息学院； 浙江省通信网技术应用研究重点实验室， 浙江 杭州 310023)

0 引 言

随着知识经济时代的到来，高等教育变得越来越普及。而作为高校进行科研实验的主要场所实验室也开始面临着许多问题。高校实验室是学生进行实践的主要场所。然而目前高校实验室资源稀缺、资源分布不均匀、不能共享等问题也日益突出[1]。

在综合分析目前高校实验室教学所出现的问题的基础上，结合现代行业应用需求的特点，提出了建设远程多媒体网络创新平台。通过该平台的建设，实现高校教育资源的优化配置和合理利用。同时调动学生学习积极性，达到培养高校复合型应用人才的目标[2]。

1 高校实验室建设现状

随着信息时代的发展与教学要求的提高，目前高校实验室[3]面临不少的问题，主要有：① 实验室经费资源短缺。实验室运作经费主要来自财政拨款，但这方面资源是有限的，而实验室管理成本越来越高。同时由于科研实验的需要而购买的各类仪器，以及维护这些实验仪器所进行的投入也在不断增加，由此造成实验室经费资源越来越短缺。② 实验室用房资源短缺[4-5]。学生实验必然需要有实验空间，而实验用房则由学校分配。在目前高校扩招的大背景下，学生的实验需求越来越大，而原有的实验用房已经很难接受更多的学生来进行科学实验。因此目前主要采用的办法错时进行实验，然而有限的用地必然会对学生实验效果以及实验积极性产生影响。③ 学生动手能力有待加强。从实际学生实验效果上看，一些学生并不能很好的完成基础课程所要求的实验。同时学生对于自己所做的实验理解不深，并不清楚自己所做的实验的意义。而由于实验室资源的限制，也间接导致学生不能有足够机会进行实验操作，加深对实验的了解。④ 外界诱惑大，影响学生积极性。一方面，是高校实验资源的短缺，导致学生没有充分时间来掌握所做的实验，影响学生学习积极性；另一方面，由于大学相对宽松的环境，以及实用主义盛行导致的大学学习的功利性[6]，同样也导致了学生不能完全把精力投入学习当中。

同时，高校实验室出现的问题还包括高校实验教学与实际行业应用之间的脱轨[7]。现在学生对行业性需求认识模糊，对行业应用方面的了解更是缺位，尤其是信息行业系统概念、国家和行业标准、设计理念、设计方法等更新换代很快。这导致许多学生宁愿花更多钱去参与社会培训。

针对以上问题，本文提出构建远程多媒体网络创新平台。以该平台为基础，结合互联网及行业应用，共同开设电子、通信、计算机、控制等专业的原理性基础实验。同时针对不同专业开设不同系统实验，加强高校人才培养。

2 远程多媒体网络创新平台

目前关于远程多媒体网络创新平台方面的研究还相当少，下面将通过对远程多媒体网络创新平台的框架、特点、布局计划三方面对其进行介绍。

2.1 远程多媒体网络创新平台框架

远程多媒体网络创新平台是为了缓解学生和实验室供求矛盾，帮助学生更好学习为目的而搭建的。其以远程，开放，共享为基本思想进行设计，以学生为主体，实现多种接入和交互手段帮助学生进行学习，同时能够支持实时和非实时交互式教学[8-9],该平台总体框架见图1。

图1 远程多媒体网络创新平台框架

创新平台以3G/互联网为通信媒介，以智能手机、电脑、嵌入式实验设备为平台的接入设备，实现平台所要求的远程、开放、共享。通过远程多媒体通信交互系统，学生可以用手机或者PC端等接入设备，接入平台，并在平台上进行操作。创新平台的所有数据，包括学生数据(比如学生姓名，学号，成绩)、教师数据(比如教师用户名，教师ID，所教科目)、实验数据(比如实验名，实验步骤，实验关键字)均存放在数据库中，允许学生和教师调用数据库的数据进行实验和教学。

2.2 远程多媒体网络创新平台特点

(1) 支持三种教学模式。离线，在线，离线和在线相混合。该创新平台的设计不仅允许学生在正常实验时间可以上平台进行实验，完成实验操作，即使不登录平台，也可以在本地离线学习，进行相关实验的学习。同时，该平台支持在教师端查看学生的离线，在线状态。教师可以方便的通过平台实现对学生的实验进行单独的实时指导与教学，帮助学生解决困难[9]。

(2) 实现学生自主自愿学习。① 该创新平台开设的实验涵盖了大部分信息工程基础和专业课，如通信原理、移动通信原理、现代交换原理、嵌入式系统原理及应用、信息安全基础、数字信号处理、数字图像处理、多媒体通信、流媒体技术、XML编程、数据通信与计算机网络、TCP/IP原理及网络编程、DirectX编程等。学生通过平台实验教学，对所学课程加深理解，方便地进行二次实验开发；② 由于平台上可以开设不同专业的不同系统实验，比如电子专业开设的感知类实验，通信专业开设的移动互联类实验，控制专业开设的远程控制实验，因此学生可以根据自己的兴趣，发挥主观能动性，自主选择喜欢的实验进行了解与学习。

(3) 学生、教师共享。登录该平台的学生与教师，均可以发挥自己的聪明才智，在平台上设计新实验，并在该平台上完成实验。而创新平台则可以对该新实验进行审核、确认，然后在该平台上进行正式发布推广，开放其他的学生和教师操作该实验。

2.3 远程多媒体网络创新平台布局规划

以上是对该网络创新平台的框架介绍以及特点阐述。关于该网络创新平台的具体建设方案有三种。

(1) 局域网方案。需要部署2或3台服务器作为信令和媒体中转站，占大约10 m2的场地，服务器由局域网互联，服务器数量根据应用不同可以增加或减少。学生实验接入设备根据需要可配置30～40台不等，备有上机操作的电脑和桌椅，一般需要100 m2的场地。学生客户端配置在每台上机操作的电脑中，而教师客户端则可以选择配置在教师机中。

(2) 广域网方案。除了局域网方案需要配置的设备和场地，另需申请1条外网专线，可以是电信、移动或者联通，实验接入设备可以放置在任意一个可以上网的地方，并可以不配备专门的实验用房，实验场地灵活选择(可以在学生宿舍或老师家里)。该方案可以充分实现创新平台的远程，开放，共享的目标。只要有授权的用户名和密码，学生便可以登录该平台，并且操作该平台上所上线的实验设备，达到高校间实验仪器和设备的资源共享。并且突破学校实验室的限制，使学生实现远程登录与操作。

(3) 租赁方式。向已经建立平台的学校或企业租赁进行网上实验和测试。因为学校经费资源和用房资源的限制，并不是每一个学校都有足够成本完成服务器的购置、平台的设计和搭建的。因此，可以选择租赁的方式帮助本校学生利用创新平台进行实验学习与操作，只需要自己拥有上网设备即可。

3 创新平台核心技术和接入设备

要完成该网络创新平台的建设，需要采用相关网络技术，同时需要有相关硬件进行支持。下面介绍相关协议技术以及相关接入设备。

3.1 创新平台核心技术

该平台所采用的核心技术，主要围绕实现远程开放共享的目标，包括设备、服务器、学生端、客户端之间的信令通信与媒体流数据的传输。

目前平台采用的技术包括信令流和媒体流分离技术、P2P技术、网格技术、负载均衡技术、视频序列喷泉码编码技术[10]等。其中，信令流与媒体流分离技术可以通过使用信令服务器和媒体传输服务器实现，完成包括平台间教师端与学生端之间的一些信令通信，以及设备端与客户端之间的媒体流传输。而网络技术包括网络计算、存储、数据、信息等资源共享[11]，完成平台上网络数据的计算、数据库的存储、客户端信息的查询等。负载均衡技术和视频序列喷泉码编码技术可以通过嵌入到设备端和客户端的相关算法，改进流媒体传输协议，从而增加平台上视频画面的清晰度，改善用户体验。

应对以上技术，平台采用了一系列相关协议，包括SIP协议、RTP协议[12]、RTMP协议等，分别实现远程信令交互、实时音视频数据的传输。而RTMP协议建立在TCP协议或轮询HTTP协议之上[13]，用于流媒体的封装与传输。

3.2 创新平台接入设备

该创新平台实现多设备，多终端接入。该设备以ARM9为核心，包括GM8180+TW2835的开发板[14]、高清显示屏、摄像头、仿真器。将该设备接入创新平台，学生可以对其进行操作，包括进行嵌入式基本实验、视频实验、GPS实验、远程控制实验等[15]。同时，该设备支持二次开发，让教师和学生对其开发新的实验。其余的接入设备包括远程摄像头、智能手机等。

终端接入则包括PC端和移动端。只要在终端安装平台提供的相关软件，便可以实现远程接入，在平台上进行实验学习与操作。

4 结合行业应用的建设方案案例

该平台并不仅仅局限在进行高校实验领域，还可以根据自身技术特点，结合当前行业发展趋势，为行业相关问题提供解决方案，以培养学生动手解决问题的能力以及加深对所学行业的理解。该平台以信息类专业为主体，因此可在信息行业相关领域有所作为。比如，智能家居应用、GPS定位应用、移动互联应用。创新平台在视频监控方面的应用。如图2所示：

该方案包括前端采用远程摄像头进行视频采集，然后通过开发板对视频数据进行压缩，经过网络传输，服务器中转，最后在终端显示设备所获取的视频画面。因此，通过创新平台应用，人们可在PC终端，也可在移动终端查看相关视频画面，对目标区域进行监控。

5 结 语

综上所述，远程多媒体网络创新平台有众多优势，包括辐射面广。可以应用于多个专业。适合工科类学生在平台上进行实验学习。同时，平台可以针对每个行业的应用，开展针对性实验，加强学生动手能力，培养学生创新能力，提高毕业生就业竞争力。而教师则可以在该平台进行科研实验，提高专业技术水平。然而，创新平台同样还拥有较大的改进空间。高校可以基于此创新平台提供的软硬件接口，开展一些软件、应用、实验、开发、认证、培训等的增值服务。同时，使实验室成为其它行业信息化建设的演示平台、实训基地，向当地社会提供技术交流、课题研究支撑，为实验教学和科学研究提供有力保障[16]。

图2 视频监控

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