虚拟云教室的架构研究.doc

1、1虚拟云教室的架构研究摘要：目前学校规模不断扩大，校区不断增多，但受制于国家事业编制的改革管理，教师编制数量严格控制，导致运用传统模式的教学出现了师资严重短缺。虚拟云教室的发展为解决师资问题提供了技术支撑，本文提出了虚拟云教室的体系架构。 Abstract： At present， the school scale is constantly expanding， the campus is constantly increasing， but subject to the reform and management of national institutions， the number o

2、f teachers did not get the corresponding increase， leading to the bottleneck of traditional teaching. The development of virtual cloud classroom provides technical support for solving the problem of teachers， and the system architecture of virtual cloud classroom is proposed in this paper. 关键词：云；教室；

3、架构 Key words： cloud；classroom；architecture 中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）31-0187-02 0 引言 虚拟云教室是指基于云基础之上的综合运用计算机技术、虚拟现实2技术、云存储技术、流媒体技术、多媒体技术、网络通信技术等多种现代化技术与手段，将信息化技术应用到教育学领域所产生的一种解决物理空间分散的教室教学的管理系统。虚拟云教室的所有应用资源都数字化后通过网络存储到云存储空间，云存储空间就是用一个时刻连接着互联网的数据存取空间，取代了原来存储于单台 PC 硬盘。只要教师能联网，就可以不受时空的限制进行资

4、源上传、下载、备课、教学、答疑、解惑等教学活动，学生也可以享受实体课堂所应有的一切教学过程。 虚拟云教室从本质上来讲是为了打破时空的限制，将教学资源和教学过程共享，从而降低教学成本，扩大教学范围，提高了教学效率，是一种利用信息化技术解决教育资源不足与不均衡的技术手段。虚拟云教室通过信息化技术来实现实体课堂的教学资源和教学过程网络化，为物理空间分散的但拥有网络的师生提供一个共同学习空间。 1 文献回顾 虚拟云教室的理论与实践发展并不是单一学科的发展，而是依赖于各种信息技术的不断发展。随着计算机、虚拟现实、云存储、流媒体、多媒体、网络通信等众多技术的产生与发展成熟，才逐步形成了虚拟云教室。 目前理

5、论界的研究主要集中在远程教育与虚拟教室视角，在 CNKI 数据库中以远程教育为主题词搜索，自 1987 年至今共有 20437 篇文章对之进行了研究，而对虚拟教室的研究也有 115 篇，而由于云技术是近几年才出现的新技术，对云教室的研究也已经有了 33 篇。理论界主要研究了虚拟云教室的真实性、交互性、智能性以及场景自然再现，主要体现在3协同浏览、在线观看与研讨、电子白板等功能的开发。 虚拟云教室主要是以校园信息网为依托，从最初的上传下载传各种电子教材教案、教学音视频等资料，发展到按需在线点播教学录相，到现在的实时在线共同学习，但目前虚拟云教室的整体功能还是比较简单，形式不够丰富，师生之间的交流

6、沟通与实时互动还是不够。 2 理论与技术支持 2.1 网络通信技术 网络通讯技术主要是指诸如计算机之类终端之间通过通信网的连接将图形、文字、音频和视频等资源进行采集、存储、处理和传输，使得相关资源能被最大化分享利用的现代通信技术。 2.2 流媒体技术 流媒体技术主要是指把连续的音频与视频资源通过压缩处理，然后通过视频服务器向终端传送相关压缩数据，终端用户创建一个缓冲区，在使用前预先下一段数据作为缓冲，使用程序取用缓冲区内的压缩数据，让终端用户在下载的同时使用，而不要等整个压缩文件下载到自己的计算机上才可以使用的技术。 2.3 云存储技术 云存储技术是指通过网络、集群和分布式文件系统等功能，将网

7、络中大量异构的存储设备集中起来进行协同应用，共同对外提供数据服务的一种存储技术。 2.4 虚拟现实技术 虚拟现实技术是整合仿真、计算机图形学人机接口、多媒体、传感、4网络等多种技术模拟实体环境，并使用户能感受到实体环境并产生仿真互动的一种技术。 3 虚拟云教室总体框架 虚拟云教室是在云计算技术兴起后发展起来的新型学习系统，该系统由多个分散在各地的分校区组成的分布式物理网络架构。从当下的实体教室到虚拟教室，从分散的物理教室到虚拟云教室，这其中融合了最新的虚拟“云”理念，该系统全面整合了传统的教学理念，优化了传统的教学过程，提升了多校区管理水平，并制定与完善了标准、安全、管理与维护制度。本文在充分

8、借鉴国内外企业与学校远程直播与远程会议系统的基础上设计了虚拟云教室的总体框架模型，具体包括物理架构和系统架构两大部分1。 3.1 物理架构 虚拟云教室是以云计算为中心，采用分布式的数据存储方式，各分校区教室是虚拟云教室系统的网络终端，通过校园网、移动网以及 VPN等技术与手段实现各个端点与虚拟云教室数据中心的内、外部数据的存储、转换与数据传输，并通过门户站点实现统一使用服务。各校区的教室作为整个系统的终端，需具备虚拟云教室的基础条件，具体包括客户端、异构网络、用于本地服务的数据存储。作为虚拟云教室系统的终端，各异地分校区教室结合自身实际，进行相应的远程服务和数据存储工作，其物理架构见图 1。

9、3.2 系统架构 虚拟云教室系统主体架构主要包括数据存储层、数据采集层、网络转输层、服务发布层和应用实施层等五个方面，通过统一门户平台为最5终展示平台，为师生员工提供虚拟教室服务。虚拟云教室系统的标准与规范从制度层明确了系统正常运行所需的接口、服务和数据等基本原则，管理与维护制定了系统正常运行所需的各种管理制度、操作手册、维护指南，两者有效地支撑了虚拟云教室系统的运行，其系统架构见图 2。 数据采集层。 数据采集层是虚拟云教室系统正常运行的前提与基础，借助视频采集器、音频采集器等信号采集设备，对分校区终端教室的教学全过程进行数据采集。并将实时采集师生、设备、资源等教学信息进行整合，为虚拟云教室

10、提供海量基础数据。 网络传输层。 网络传输层主要是将移动网、校园网、互联网等异构网络进行融合，并使分校区之间、异构网络之间、校园网内部等实现互联互通。网络的整体融合与互联互通为教学信息传输、教学资源共享提供了基础，使得泛在教学与异地实时教学得到保障。 数据存储层。 数据存储层是整个系统的核心所在，存储了所有教学的各类信息2，是教学资源、教学过程、教学反馈、教学日志等数据的大综合，是教学质量、辅助决策、数据挖掘和智能分析的基础。通过对数据库的数据挖掘和智能分析，能有效掌握教学效果和各校区间学习的差异，从而为提升教学水平提供了条件。 服务发布层。 服务发布层是虚拟云教室系统在云的基础之上以平台在线

11、服务这种6方式来实现各种功能，具有不同权限的用户可以定制个性化的服务3。例如对学生用户而言，服务功能以统一、友好的入口界面展现，学生只需要访问统一门户平台，就可以选择相应的教室进行各种正常的教学活动。 应用实施层。 应用实施层主要是将服务发布层针对不同用户提供的个性化服务功能进行整合，包括面向学生用户的移动学习、题库学习、考试等，面向教师用户的视频采集、答疑、互动等。通过应用实施层实现服务与应用之间的低耦合，从而可以更加灵活的实现各种应用，同时可以将各异地校区的终端教室个性化，使整个虚拟云教室系统的运维与升级改造更加简单易操作。 4 总结 虚拟云教室系统通过数据采集层将教师进行教学过程的所有数据如视频、音频、课件等进行采集，然后通过互联网、移动网、校园网等网络传输层将教学数据传输到数据存储层，并在数据存储层按系统要求对信息进行标准化处理，学生只需要登录统一门户平台，选择教室进行实时课程学习或滞后的视频学习。 参考文献： 1詹卫国.基于云的党校智慧校园架构研究J.信息与电脑，2015（6）：11-16. 2徐正东，陈美娟，周静.基于虚拟化的高职图书馆服务器容灾架构研究J.江苏工程职业技术学院学报，2015（3）：6-8. 73喻争荣，夏小玲.一种基于云存储的 VOD 系统J.计算机与现代化，2014（8）：72-74.