云桌面在多媒体教室建设中的应用与实践

张汉君　张钰松

摘 要：为有效保障高校多媒体教室的稳定可靠性，满足学校不同学科、课程教学的个性化需求，不断适应信息技术与教育教学深度融合的发展趋势，更有效地发挥多媒体教室的作用，除了加强多媒体教室设备的日常运行维护外，湖南工业大学多媒体教室云桌面项目总体框架采用“层次化”的结构和控制方案，分为客户端层、云主机层和管理层三个实施层面，满足了学校提出的针对如服务器出现故障、网络出现断网故障等问题时也可确保基本的课堂教学的设计要求。

关键词：虚拟化技术；云桌面；多媒体教室

中图分类号：G484 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2017）14-0092-03

信息化时代的到来推动着高等教育走向信息化的发展道路，不断促进信息技术与教育教学的深度融合。多媒体教室以其在教学中具有多媒体视听结合、知识呈现多样化、教学形式生动形象以及网络环境下的教学资源共享等特点，越来越成为各大高校深化教学改革、提高教学质量的主要支撑平台。

一、目前多媒体教室管理中的问题

高校传统的多媒体教室设备普遍由计算机、中控、投影仪、功放及音响等组成，这种模式约占高校多媒体教室数量的90%以上。计算机作为其中的核心组件，其可靠性直接决定着课堂教学是否能够正常运行。大量的现场教学运行实践表明，以计算机为核心的高校多媒体教室在建设与管理中主要存在以下问题：

1.数量多，分布广，独立管理，运维任务重

多媒体教室建设从上世纪90 年代中后期开始在各大高校兴起，由于多媒体教学手段传输的信息量大，学生可通过视觉及听觉全方位地接收信息，教师越来越多的选择了多媒体教学手段进行教学，对多媒体教室的依赖性也越来越重。如今多媒体教室已经非常普及，一所高校动辄上百间甚至几百间多媒体教室，分布在不同的教学楼中，加之高校多媒体教室维护技术人员紧缺，导致运行维护任务重，甚至发生教学管理事故。

2.计算机故障频发

多媒体教室管理与维护中最容易出问题的是计算机，据我们统计，多媒体教室所发生的故障中，70%以上与计算机有关，因为是公共应用场所，使用的教师多，教室环境也没有机房好，应用的软件种类多，再加上病毒的侵害和误操作等，很容易引起计算机系统崩溃。同时，计算机使用了几年以后，很多接插件容易接触不良，经常出现原因不明的故障等。

3.计算机操作系统和应用软件的升级更新耗时费力

众多多媒体教室承担着一所高校所有课程的日常授课，涉及到多个专业和多门课程，每个学期的课程及应用软件等都会有变化，每位教师上课的教室也是变化的，因此多媒体教室的计算机上一般需要安装几个操作系统和很多应用软件，不仅造成计算机速度变慢，更重要的是当需要更新操作系统或升级各类应用软件时，需要管理人员花费大量的时间进行更新和安装。同时，不同软件安装在同一个环境中，常常会引起软件的冲突。为了安装好一台“母机”，需要不断地去测试软件。如果有的多媒体教室没有局域网，就需要一台一台地更新，其工作量可想而知。

如何有效保障数量庞大的多媒体教室的稳定可靠性，满足学校不同学科、课程教学的个性化需求，不断适应信息技术与教育教学深度融合的发展趋势，更有效地发挥多媒体教室的作用，是高校现代教育技术部门、教学管理部门都无法回避且必须着力探索与解决的普遍性的现实问题。因此，除了加强多媒体教室设备的日常运行维护外，如何解决多媒体教室中占故障率70%以上的计算机问题，满足现代化教学过程中海量资源共享需求，就成了我们关注的重点。

二、桌面虚拟化技术

虚拟化（Virtualization）是一个广义的术语，简单来说，是指计算机相关模块在虚拟的基础上，而不是真实的、独立的物理硬件基础上运行，这种把有限的固定资源根据不同需求进行重新规划以达到最大利用率，从而实现简化管理，优化资源等目的的解决方案，就叫做虚拟化技术之一。

计算机虚拟化技术当前主要包括服务器虚拟化、应用虚拟化、桌面虚拟化、网络虚拟化等。而桌面虚拟化技术是当前发展最快的技术之一。

桌面虚拟化是指将服务器物理资源抽象成逻辑资源，CPU、内存、磁盘、I/O等硬件变成可以动态管理的资源池，通过虚拟机控制器将资源重新按逻辑组合成一个或者多个虚拟机，最后通过远程桌面连接协议将虚拟机的画面交付给云终端的整体解决方案，桌面虚拟化技术也被简称为云桌面技术。

根据多媒体教室应用的场景，多媒体教室的计算机如采用云桌面技术，将大大减轻管理人员的维护工作量，极大的保证了多媒体教室的稳定性和可靠性。同时云桌面不仅能满足教师的个性化需求，而且能更好地满足教师在教学过程中的海量资源共享。

但由于云桌面对服务器有强依赖性，一旦服务器或网络中断，将造成多媒体教室的灾难性故障，所有采用云桌面的多媒體教室都将无法使用，这也是许多学校对多媒体教室建设采用云桌面非常谨慎的重要原因。

三、基于云桌面的多媒体教室设计方案

本多媒体教室云桌面项目总体框架由锐捷网络提供，采用“层次化”的结构和控制方案，分为客户端层、云主机层和管理层三个实施层面，满足了学校提出的服务器出现故障、网络出现断网故障时也可确保基本的课堂教学的设计要求。

1.在云主机层，采用集群技术的服务器保障体系

由于云桌面对服务器的可靠性要求较高，采用了服务器集群的方案，保证了一台服务器出现故障后不会影响到服务器对所有的云终端提供服务的能力。同时，在云终端数量较多楼栋建设备用集群的方案，当主服务器集群出现故障或主服务器与教学楼网络中断时，由设置在教学楼内备用集群的云主机提供服务来保证教学楼内的云终端正常运行和工作。

2.在客户端层，云终端采用了瘦客户机模式

云终端采用了瘦客户机模式，云终端内无任何接插件，保证了云终端的稳定性和可靠性，同时，云终端提供了离线模式，当服务器无法对云终端提供服务时，云终端也能保证基本的课堂教学模式，即播放PPT或者播放视频，这样保证了基本的教学过程不中断。

3.化出专门vlan和单独的IP地址段用于云桌面在全校的部署

为了保证网络的可靠性，本设计方案对校园网络也进行了优化，化出专门vlan和单独的IP地址段用于云桌面在全校的部署，这样便于维护和管理，当我们更换云终端时，只需将网线和键盘鼠标接上就可以使用。同时，我们对有140间多媒体教室的公共教学楼单独建设了多媒体专网，用来保证网络的安全可靠。

4.教学资源分类部署

根据学校教学要求和各类教师对教学资源使用的不同，建设了满足教师个性化需求的教学资源类型，如图形视频类制作的教学课程、基础类教学课程、文科类教学课程、经济类教学课程等类型。对不同的教学类型建设不同的操作系统的教学课程模块，用来满足不同类型教师的需求，这样多个教师共用一个类型模块，可以降低云桌面建设的成本，对个别教师有特别要求的，提供单独的教学账号来满足其个性化要求。

5.开发了移动手机APP辅助教学工具

为了充分发挥移动教学的优势，我们开发了移动手机APP辅助教学工具。它是一款基于无线WiFi网络，实现移动终端与云终端之间互联互动的移动应用软件。在多媒体教学中可利用手机将资料、讲义、实物、幻灯片等清晰地在投影幕布或者大屏上展示出来，实现对照片展示及编辑、媒体文件展示和PPT控制等操作，实现教师在教室任何地点均能通过移动设备掌控教学内容，将教师的授课中心从讲台下移到学生中间，实现移动授课、智慧互动教学等功能。

四、技术特点

1.云服务器虚拟化技术

云桌面服务器端使用的服务器虚拟化技术，是基于当前流行的开源内核虚拟化技术，将调度等任务委托给Kernel相关模块，并且配套使用用户态仿真软件，模拟真实硬件行为，具备包含动态虚拟机资源调度、虚拟内存超载和共享及虚拟磁盘数据安全隔离三种核心功能，采用的是一种在成本、系统管理、灵活性、稳定性等方面都有明显优势的虚拟化技术。

2.虚拟桌面传输协议

云桌面技术需要将虚拟机通过一条专属连接协议将多条任务如图形显示输出、键盘输入、用户接口设备、光标移动等功能封入通道并显示在云终端上。但正常开课时每台云服务器需并发运行几十台虚拟机，如果教师播放高清画质教学视频或启动图像动态变化量较多的应用（如Flash），服务器就需要耗费大量资源在视频流编解码上，并发严重时会带来虚拟机运算性能下降的情况。为了保障教师教学应用的全面支撑及高性能体验，云桌面传输协议的优化就变得更加重要。本方案云桌面的桌面传输协议采用的是EST增强型图形传输协议，EST高性能协议利用终端解码器加速图形渲染让教学应用及视频播放更流畅，图形数据缓存可避免传输重复数据，大幅降低带宽和服务器开销，提高外设的兼容性和连接在云终端的高识别率。

3.虚拟机加速技术

第一虚拟机访问操作系统模板服务器会把模板放入内存中作为热数据，之后其他虚拟机只要从内存热数据中读取数据，大大加快了读取操作系统数据，这样用户批量登录虚拟机只需要20～30s就可以启动。我们采用了如下虚拟机加速技术：

（1）智能镜像加速技术。所有定制好的系统镜像会由云服务器自动优化，在该技术的支持下，五十台虚拟机启动时间只需短短几分钟，同时还提供教师在上课过程中可随时切换教学操作系统的选择，从而方便地改变教学应用，演绎云技术带给传统教学的创新和优化。

（2）多级Cache缓存技术。实现镜像启动加速、IO加速，使云桌面启动和应用程序运行速度大幅度提升。在该技术帮助下，教师常用教学课件、专用软件启动、运行速度比同配置物理机提升200%，大幅提升教师的用机体验。

从2015年10月开始，湖南工业大学多媒体教室的云桌面采用了本设计方案，目前应用情况良好，保证了学校教学的正常运行。云桌面在多媒体教室的应用，不仅仅只是减轻了維护人员的工作量，更重要的是云桌面应用于多媒体教室后，将对教学活动产生较大的影响，教师可随时将其存于云端的教学资源用于教学过程，学生可将其问题通过网络传到云端，师生的课堂互动性必将会更加频繁，基于云端的大数据分析也必将成为多媒体教室应用的另一个方向。

参考文献：

[1]吴坤喜，冯广，卢志祥，方道坤.虚拟云桌面的系统架构研究与设计[J].广东工业大学学报，2015（2）.

[2]陈甜远.浅析云桌面在高校网络多媒体教室中的应用[J].无线互联科技，2015（2）.

[3]焦飞.改进多媒体教室管理方案的探索[J].实验技术与管理，2016（5）.

[4]陈敏.高校多媒体教室开放式管理的构建与探索[J].实验室研究与探索，2014（5）.

[5]赵志鹏.云桌面技术在多媒体教学中的应用[J].电子技术与软件工程，2016（9）.

（编辑：鲁利瑞）