摘? 要: 基于衛(wèi)星IP廣播的準同步主從式遠程教育管理信息系統(tǒng)在互聯(lián)網(wǎng)接入帶寬受限情況下，為滿足點對多點傳送大量多媒體課件的需要，采用衛(wèi)星IP廣播方式傳送多媒體課件，并使用地面網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)從站管理信息向主站的回傳。本系統(tǒng)適用于互聯(lián)網(wǎng)接入帶寬窄、無法滿足多媒體資源傳送要求的單位和地區(qū)，并實現(xiàn)了教育資源提供方對自身所提供資源進行有效管理。?

　　關(guān)鍵詞: 主從? 遠程教育? 準同步? 管理信息系統(tǒng)

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　　Internet 的飛速發(fā)展為遠程教育提供了新的傳播途徑。但由于大多數(shù)學(xué)校和機構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)接入帶寬窄，流量費用及接入服務(wù)費用也相對較高，影響了互聯(lián)網(wǎng)有價值的信息資源、教學(xué)資源有效傳播。?

　　相對于Internet，衛(wèi)星IP廣播既有衛(wèi)星覆蓋地域廣、通信距離與費用無關(guān)、傳輸容量大、通信質(zhì)量高的優(yōu)點，又能夠與互聯(lián)網(wǎng)通過通信協(xié)議互通，可以快速地、不受接收站數(shù)量限制地廣播大量有價值的信息與教學(xué)資源。在信息流量不對稱的情況下，無疑是最佳傳輸方式之一。在需要交互的場合，采取外交互以及分布式管理等技術(shù)，在相當程度上滿足用戶的交互要求。?

　　遠程教育的網(wǎng)絡(luò)運行模式通常為兩種:用戶直接通過互聯(lián)網(wǎng)連接網(wǎng)校或?qū)⒄n件下載到局域網(wǎng)內(nèi)。前者由用戶聯(lián)網(wǎng)后下載課件或進行在線學(xué)習(xí)，由于課件數(shù)據(jù)量比較大，多次重復(fù)傳送會造成互聯(lián)網(wǎng)帶寬資源的極大浪費。后者將網(wǎng)校的課件下載到本地局域網(wǎng)后由本地管理者支配、修改、使用，完全脫離了原網(wǎng)校的管理，使資源提供方無法介入，不利于知識產(chǎn)權(quán)保護和經(jīng)濟利益回收。?

　　采用準同步、主從管理方式可以較好地解決以上運行模式的缺陷。準同步指主站和從站之間管理信息的互傳采用準同步方式，每固定時間間隔(如一天)主站和從站之間進行管理信息交互，主站對從站的管理信息進行完全更新，確保主站能夠?qū)Ω鲝恼镜募薪y(tǒng)一管理，以利于在主站辦學(xué)的各網(wǎng)校能夠獲得應(yīng)得的經(jīng)濟利益。主從式是指系統(tǒng)有主站從站兩層管理，從站的管理信息附屬于主站，由主站每固定時間間隔(如一天)完全更新。?

　　對于貧困地區(qū)、邊遠地區(qū)等互聯(lián)網(wǎng)接入條件比較差的地區(qū)，通過衛(wèi)星單向廣播建立從站的接收系統(tǒng)，安裝衛(wèi)星地面接收站、配備計算機等必要設(shè)備，實現(xiàn)信息接收。因此，對于不發(fā)達地區(qū)及其他資金不足、互聯(lián)網(wǎng)接入條件差的單位，采用衛(wèi)星IP廣播和局域網(wǎng)結(jié)合的主從式遠程教育管理信息系統(tǒng)，符合中國國情，是利用互聯(lián)網(wǎng)信息資源、教學(xué)資源的有效模式。?

1 系統(tǒng)描述?

　　本系統(tǒng)由主站MIS系統(tǒng)、從站MIS系統(tǒng)、連接主站與從站的通信單元組成。主站MIS每固定時間間隔(每天)通過衛(wèi)星IP廣播系統(tǒng)對從站MIS的管理信息、資源信息進行更新;從站利用主站發(fā)送的管理信息、網(wǎng)校資源信息在本地局域網(wǎng)建立鏡像網(wǎng)校，招收學(xué)員，進行管理。系統(tǒng)框圖如圖1所示。?

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　　虛線框內(nèi)是本系統(tǒng)通信單元中的衛(wèi)星IP廣播部分，符合DVB-S有關(guān)標準。通信單元中的從站到主站部分配備電話調(diào)制解調(diào)器，采用外交互通信方式來實現(xiàn)雙向通信，完成管理信息的回傳。采用外交互通信時可以撥號到本地ISP，然后通過ISP建立與中央站的連接，也可以直接撥號到中央站建立連接。衛(wèi)星接收站在計算機內(nèi)安裝一塊衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收卡來接收數(shù)據(jù)。衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收卡可接收中央站下發(fā)的各種多媒體數(shù)據(jù)流，實現(xiàn)主站數(shù)據(jù)對從站管理信息、課件等資源信息的下傳。?

　　主站MIS系統(tǒng)與衛(wèi)星IP廣播發(fā)送部分相連。在主站辦學(xué)的各網(wǎng)校(網(wǎng)校1、網(wǎng)校2……網(wǎng)校n)通過Internet與主站網(wǎng)校編輯管理集成系統(tǒng)相連，對本網(wǎng)校的辦學(xué)情況進行管理、監(jiān)控。編輯管理集成系統(tǒng)直接與后臺數(shù)據(jù)庫相連，為保證系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫安全，與互聯(lián)網(wǎng)之間設(shè)有防火墻。編輯管理集成系統(tǒng)包括內(nèi)容收集、整理、壓縮、打包以及適配發(fā)送等子系統(tǒng)，主要功能是將各網(wǎng)校待發(fā)送的多媒體課件按網(wǎng)校、專業(yè)、課件三層結(jié)構(gòu)存放在發(fā)送目錄下，并將主站及各網(wǎng)校對從站的管理信息編輯成與從站事先約定好的格式放到各從站管理信息的發(fā)送目錄下，然后將欲發(fā)送的管理信息和各類資源信息按DVB-S格式打成IP數(shù)據(jù)包，以便衛(wèi)星IP廣播發(fā)送。由于發(fā)送集成系統(tǒng)及后臺數(shù)據(jù)庫功能復(fù)雜，性能要求高，采用UNIX操作系統(tǒng)和ORACLE數(shù)據(jù)庫。本系統(tǒng)中主站部分編程語言使用PHP腳本語言。?

　　與衛(wèi)星IP廣播接收站相連的是集成化鏡像網(wǎng)校系統(tǒng)，即從站MIS系統(tǒng)。從站由多臺通過局域網(wǎng)連接的計算機組成，其中一臺作為服務(wù)器與通信單元相連，該服務(wù)器裝有從站接收管理系統(tǒng)、從站數(shù)據(jù)庫和鏡像網(wǎng)校自動生成系統(tǒng)。其他從站計算機(局域網(wǎng)上各用戶)通過從站內(nèi)部局域網(wǎng)與從站服務(wù)器相連，用戶登錄后使用從站數(shù)據(jù)庫提供的課件資源。從站將從衛(wèi)星接收下的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換成從站需要的文件格式，分類整理后，將其中的多媒體課件保存在相應(yīng)目錄下，并利用管理信息對從站數(shù)據(jù)庫進行更新，然后分別形成鏡像的網(wǎng)校(網(wǎng)校1、網(wǎng)校2……網(wǎng)校n)，便于在局域網(wǎng)運行。由于要在帶衛(wèi)星IP廣播接收功能的各個局域網(wǎng)內(nèi)都獨立建一套從站系統(tǒng)，為降低成本，利用NT平臺或LINUX平臺，后臺數(shù)據(jù)庫用SQL。該接收MIS系統(tǒng)應(yīng)對從衛(wèi)星接收下的IP數(shù)據(jù)包進行內(nèi)容解包、分類整理，然后分別形成鏡像網(wǎng)校，便于在局域網(wǎng)運行。?

　　與衛(wèi)星IP廣播接收站相連的是本實例的從站。本系統(tǒng)的從站由多臺通過局域網(wǎng)連接的計算機組成。其中一臺作為服務(wù)器與通信單元相連，該服務(wù)器裝有從站管理信息系統(tǒng)、從站數(shù)據(jù)庫和防火墻。其他從站計算機通過從站內(nèi)部局域網(wǎng)與從站服務(wù)器相連，供用戶登錄后使用從站數(shù)據(jù)庫提供的課件資源。從站將從衛(wèi)星接收下的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換成從站需要的文件格式，將其中的多媒體課件保存在相應(yīng)目錄下，并利用管理信息對從站數(shù)據(jù)庫中需要主站審核授權(quán)的內(nèi)容進行完全更新，然后分別形成鏡像網(wǎng)校，便于在局域網(wǎng)運行。從站每天通過Modem、ISDN等將本從站當天的管理信息回傳給主站，請網(wǎng)校、主站的管理員審核后，更新主站數(shù)據(jù)庫的相關(guān)內(nèi)容。本實例中從站部分編程語言使用ASP腳本語言。?

2 系統(tǒng)運行平臺及開發(fā)工具的選擇?

2.1 對主站管理信息系統(tǒng)的運行平臺及開發(fā)工具選擇?

　　操作系統(tǒng):考慮到主站對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性要求比較強，目前采用Linux操作系統(tǒng)，今后可直接向Unix進行移植。選擇Linux操作系統(tǒng)是因為它是多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)，具有安全性、可靠性強的優(yōu)點。?

　　數(shù)據(jù)庫:鑒于主站的數(shù)據(jù)量較大，對于數(shù)據(jù)處理的速度和可靠性的要求較高，因而選擇Oracle數(shù)據(jù)庫。盡管其價格不菲，但由于一個主站MIS可以帶很多從站，這種投資從性能價格比而言，是值得的。?

　　Web服務(wù)器:選擇Apache。Apache是一個免費軟件，其性能在同類產(chǎn)品中是首屈一指的，目前在世界范圍Web Server的安裝情況來看，是最多的;而從軟件發(fā)展來看，自由軟件的發(fā)展趨勢愈來愈好，Apache便是一個很好的例子。選擇它，不僅可以用很小的代價換來高性能，而且在安全等方面也有很好的保證。?

　　開發(fā)工具:選用PHP腳本語言。PHP是一種服務(wù)器端嵌入式腳本描述語言，執(zhí)行效率高，易于與現(xiàn)有網(wǎng)頁整合。同時，其可以對市面流行的各種數(shù)據(jù)庫進行操作，易于編寫基于數(shù)據(jù)庫的動態(tài)網(wǎng)頁。?

2.2 從站運行平臺的選擇?

　　操作系統(tǒng):Windows NT平臺。NT是目前國內(nèi)最普及、最通用的操作系統(tǒng)，操作簡單方便，用戶群最大，使用該操作系統(tǒng)可以降低對從站管理員的要求，同時也可以達到對從站性能的要求。?

　　數(shù)據(jù)庫:采用SQL Server數(shù)據(jù)庫。因為從站的數(shù)據(jù)量相對較小，且從站數(shù)據(jù)庫所有數(shù)據(jù)在主站都留有備份。因而對從站數(shù)據(jù)庫的要求不是很高，SQL Server數(shù)據(jù)庫對較小數(shù)據(jù)量在檢索速度、穩(wěn)定性等方面都有較好的表現(xiàn)，性價比也較高。選用SQL Server來降低從站的開辦成本，同時SQL Server與 Windows NT操作系統(tǒng)均為Microsoft家族的成員，具有無縫集成的特點。?

　　開發(fā)工具:選用ASP腳本語言。ASP具有創(chuàng)建運行動態(tài)交互的Web應(yīng)用程序和探測現(xiàn)有系統(tǒng)的能力，且ASP是微軟的產(chǎn)品，與SQL Server、NT都有很好的契合性。?

3 衛(wèi)星廣播系統(tǒng)運行環(huán)境?

　　圖2為衛(wèi)星IP廣播部分系統(tǒng)框圖。衛(wèi)星廣播是本系統(tǒng)的運行環(huán)境。?

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　　衛(wèi)星IP廣播發(fā)送部分由室內(nèi)單元和室外單元組成。?

　　室內(nèi)單元包括DVB網(wǎng)關(guān)、衛(wèi)星調(diào)制器和衛(wèi)星解調(diào)器(如不需接收雙向信息，則不必安裝衛(wèi)星解調(diào)器)。?

　　IP/DVB網(wǎng)關(guān)是將IP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為DVB數(shù)據(jù)的專用設(shè)備。將TCP/IP重新封裝成DVB傳輸流數(shù)據(jù)后傳輸出去。這時數(shù)據(jù)流可直接進行QPSK調(diào)制，在衛(wèi)星鏈路上傳輸。?

　　衛(wèi)星調(diào)制器將DVB傳輸流進行信道編碼(包括RS編碼和卷積編碼)和QPSK調(diào)制變成70MHz中頻，再送到功率放大器。?

　　如果需要接收從雙向站發(fā)送回來的信息，中央站還要配備有衛(wèi)星解調(diào)器，接收回饋信號，并且通過LAN/WAN轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)送到局域網(wǎng)上。?

　　室外單元包括上變頻器、高功放和天線。上變頻器將中頻信號變換成可發(fā)射的Kv或C波段信號，功放對信號進行功率放大然后由天線發(fā)射出去。?

　　由于采用C波段衛(wèi)星傳輸，易受地面微波干擾，接收天線口徑大，不利于運輸、安裝，因此本系統(tǒng)采用Ku波段衛(wèi)星進行傳輸。目前我國已有多顆衛(wèi)星可以提供Ku波段頻率資源，如亞太2號、亞洲3號、鑫諾等均可提供大功率的Ku轉(zhuǎn)發(fā)器，可根據(jù)性能價格比，擇優(yōu)租用。?

　　為了使偏遠地區(qū)都能夠通過小口徑天線接收信號，遠程教育節(jié)目需要采用大型衛(wèi)星地球站上行發(fā)送。這需要在系統(tǒng)方案和衛(wèi)星資源確定之后，通過鏈路計算來決定發(fā)射站的天線口徑和發(fā)射功率。?

　　衛(wèi)星接收站由接收天線(口徑在0.6～1.2米之間)、LNB(低噪聲放大和頻率變換器)和裝有衛(wèi)星接收卡的PC機組成。衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收卡可接收中央站下發(fā)的各種管理信息和多媒體數(shù)據(jù)流，實現(xiàn)從站對管理信息、課件資源信息的接收。在從站配備電話調(diào)制解調(diào)器，采用外交互通信方式來實現(xiàn)雙向通信，完成管理信息的回傳。采用外交互通信時可以撥號到本地ISP，然后通過ISP建立與中央站的連接，也可以直接撥號到中央站建立連接。?

4 系統(tǒng)功能?

　　首先，主站本身是一個可接受外部訪問的網(wǎng)站，允許普通用戶瀏覽訪問。使訪問者了解本系統(tǒng)的特點和辦學(xué)方式，并提供站上各網(wǎng)校及其開設(shè)課程的介紹、從站的具體分布情況等，使對本系統(tǒng)感興趣的學(xué)員可以選擇適合自己的網(wǎng)校進行注冊學(xué)習(xí)。?

　　此外，主站MIS系統(tǒng)是從站與網(wǎng)校之間的辦學(xué)平臺。它負責將從站上傳的各種管理信息進行分類，對與具體辦學(xué)無關(guān)的直接進行處理(如:注冊用戶的身份認證、從站學(xué)員的漫游申請等)。而對于與具體網(wǎng)校辦學(xué)有關(guān)的信息分類組織好后，交由各網(wǎng)校管理員處理(如:從站課程定制、對學(xué)員選課信息進行認證等)，不參與具體辦學(xué)，也不對外招收學(xué)員。對從站的具體學(xué)員而言，主站就相當于是透明的，仿佛只有從站和網(wǎng)校在對他進行管理。當然，主站管理員對網(wǎng)校及從站的具體辦學(xué)情況、學(xué)員的學(xué)習(xí)情況，可以進行統(tǒng)計、查看，但不參與從站與網(wǎng)校的具體辦學(xué)活動。?

　　網(wǎng)校管理員通過訪問主站，直接對自己的網(wǎng)校進行管理(開設(shè)課程、對從站學(xué)員選課申請作出回應(yīng)等)。?

　　主站MIS主要功能歸納總結(jié)如下:?

　　(1)對網(wǎng)校、從站、學(xué)員進行管理;?

　　(2)收集、整理各網(wǎng)校課件，并進行編目、數(shù)字化壓縮等處理;?

　　(3)高速接入互聯(lián)網(wǎng)，與遠端構(gòu)成外交互式衛(wèi)星通信系統(tǒng);?

　　(4)將發(fā)送數(shù)據(jù)封裝、打包成標準格式，由衛(wèi)星地球站向遠端廣播。?

　　從站MIS系統(tǒng)的功能主要是:?

　　(1)介紹本系統(tǒng)主要功能特點，引導(dǎo)學(xué)員在從站選課;?

　　(2)接收主站信息;?

　　(3)通過專線或電話線接入互聯(lián)網(wǎng)，向主站發(fā)送管理數(shù)據(jù);?

　　(4)局域網(wǎng)內(nèi)部相當于一個獨立的網(wǎng)站，有自己的管理員、輔導(dǎo)老師和注冊用戶;學(xué)員在從站進行選課、學(xué)習(xí)，是本系統(tǒng)遠程教育的最后實現(xiàn)的環(huán)節(jié);?

　　(5)從站沒有自己獨立的管理信息，它的管理信息由主站每天通過衛(wèi)星廣播的方式播放，包括從站所有用戶的基本信息、學(xué)員的學(xué)習(xí)情況等。主站對從站具有完全的控制權(quán)。?

5 系統(tǒng)特點?

　　本系統(tǒng)具有易用性、安全性和可擴展性，即性能、功能均可擴展，是一個開放性的系統(tǒng)。并有以下一些獨特功能:?

　　(1)網(wǎng)校的自主管理?

　　主站MIS系統(tǒng)不參加具體辦學(xué)，各網(wǎng)校獨立自行管理。?

　　(2)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)交換?

　　全部數(shù)據(jù)在主站數(shù)據(jù)庫，每天對從站數(shù)據(jù)庫進行更新，從站通過Modem、ISDN等均可滿足管理信息回傳，不必隨時在線。?

　　(3)學(xué)員在從站間的漫游 ?

　　(4)從站的電子傳達室?

　　可集中對外收發(fā)email，方便局域網(wǎng)用戶。?

??? (5)在局域網(wǎng)上實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)一些常用交流方式?

　　從站局域網(wǎng)設(shè)有BBS、聊天室等互聯(lián)網(wǎng)基本功能。?

參考文獻?

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