三網與云計算的融合式遠程教育范文

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1三網融合、云計算與遠程教育

1.1三網融合三網融合是指電信網、計算機網、廣播電視網打破各自界限，在業務應用方面進行融合。3個網絡在技術上趨向一致，網絡層面實現互聯互通，業務層面互相滲透和交叉，有利于實現網絡資源最大程度的共享[4]，其實質是在同一網絡上進行語音、數據和圖像的傳輸，實現網絡資源的共享，簡化網絡管理，避免重復建設。三網融合意味著來自電信網、廣播電視網、互聯網的教育資源將得到匯總和共享，更多優質的教育資源將不再受到載體的限制，用戶通過其中一張網就能實現多種用途，也就是說，互聯網只針對電腦、廣電網只針對電視、通信網只針對手機的信息共享局面將被打破，用戶將能夠使用電腦、電視、手機3種終端中的任意一種，自由地交叉享受到3種網絡系統內的不同服務，例如：民眾可用電視遙控器打電話；在手機上看電視劇；隨需選擇網絡和終端，只要拉一條線或無線接入即可完成通信、電視、上網等。三網融合涵蓋了從技術到業務各個層面的兼容并包與融合。在技術上需要解決傳輸層、網絡層、應用層的互聯互通。本文主要討論技術層面的問題。在三網融合進程中，各運營商需要對自己現有的傳輸網絡進行升級改造。有線電視運營商主要提供傳統的廣播式視頻業務，要開展數據和交互式業務，就要進行大規模的雙向化改造，例如將廣播式的網絡改變成能夠運行TCP/IP協議的數字式雙向傳輸網；電信網絡主要提供語音通話服務，通過電信網提供視頻、交互服務，主要面臨最后100米的寬帶接入問題，現在許多家庭可以通過電信網絡的DSL寬帶技術、光纖入戶等方式接入互聯網，已經部分實現了語音通話、上網和觀看網絡電視等功能；計算機網的先天優勢是數據異步傳輸和交互性，在語音和視頻信號傳輸的實時性和服務質量方面存在一定困難。因此計算機網絡需要通過提高帶寬、改進QoS（QualityofService，服務質量）等技術，實現流暢的視頻播放、語音通話以及雙向數據傳輸與交互。

1.2云計算2006年8月9日，Google在搜索引擎大會上首次提出“云計算（CloudComputing）”的概念，標志著云計算被正式提出。美國國家標準與技術研究所（NIST：NationalInstituteofStandardsandTechnology）認為：云計算使用按量付費的模型，這種模式提供可用的、便捷的、按需的網絡訪問，進入可配置的計算資源共享池（例如網絡、服務器、存儲、應用及服務等），這些資源能夠被快速提供和釋放，只需投入很少的管理工作，或與服務供應商進行很少的交互。云計算有3種服務模型：①基礎設施即服務（IaaS：InfrastructureasaService），消費者可租用處理、存儲、網絡和其他基本的計算資源，能夠在其上部署和運行任何軟件；②平臺即服務（PaaS：PlatformasaService），由提供商將消費者需要的編程語言、工具、基礎性軟件等進行搭建和維護，消費者只需租用這個搭建好的平臺即可；③軟件即服務（SaaS：SoftwareasaService），即由提供者提供應用程序，消費者以Web的方式瀏覽和使用。根據云計算的部署模型，依據云的擁有者和提供服務對象的范圍，云可以分為4類：私有云、社區云、公有云和混合云。云具有5個基本特點：隨需應變的自助服務、無處不在的網絡訪問、資源共享池、快速而靈活以及計量付費服務。從歷史的發展角度看，云計算是IT資源和服務從分散到集中與專業化的必然發展趨勢，是未來IT服務的主要模式之一，也是未來IT的核心產業之一，因此受到政府、業界和學者的廣泛重視和認可。由于云計算技術可以使IT資源和服務集中化和專業化，最大限度地提高IT資源的利用率，實現無基礎設施的信息化，因此云計算技術對IT和社會有深遠的意義和影響。現在云計算如雨后春筍般蓬勃發展。遠程教育的信息平臺可以充分利用云計算技術，通過共享資源池有效調度，保障遠程教育中視頻、課程資源、交互等業務的快速投放和實時性。

2融合式遠程教育環境

目前大多數遠程教學環境中，多種通訊網絡上的應用并沒有很好的整合，而是相對分離的運行，例如通過衛星網廣播教學電視節目，通過互聯網提供交互，二者之間在時間上是割裂的，學習者收看電視節目的同時無法及時交互，只能事后通過BBS、電子郵件等方式交互；后臺數據也沒有統一管理，教師無法了解學生收看電視節目的情況；遠程教學普遍存在著師生互動較少、視頻資源利用率低、優質資源難以普及到邊遠農村地區等問題。因此，雖然現在已經具有豐富的教學資源和可用于遠程教育交互的信息技術，但是將他們有效整合并服務于教學的過程中尚有一些不盡如人意的地方。文獻[7]提出了基于多屏合一的連續性混合式學習系統，但是在視頻傳輸等關鍵技術上未作更多研究。現在計算機、電視、手機、平板電腦等已經比較普及，學習者通過任意一種終端進行學習是一種必然趨勢，因此遠程教育機構有必要建立一種用戶能夠通過各種終端接入、有效銜接、終端間無縫漫游的交互式遠程教育環境，即本文所定義的融合式遠程教育環境。也就是說，在融合式遠程教育環境中，學習者可以通過任意一種終端接入訪問，并且各個終端之間實現無縫銜接和漫游，并可以利用各終端便利地開展教學活動與交互，例如，學習者可以在家里通過電腦進行網上學習，觀看一段視頻課程資源；在上班路上可以通過手機繼續觀看這段視頻的剩余部分，學習者的學習內容完全能夠銜接和交互學習。

2.1融合式遠程教育環境總體設計融合式遠程教育環境需要打通多種網絡，將學習環境有機地部署在多種網絡環境中，并能夠基于各種網絡的特點進行有針對性的技術改造與升級，提供有特點的服務，從而提供基于多網的無縫融合式遠程教育環境。融合式遠程教育環境的框架如圖1所示。圖1所示三網融合的網絡環境是指各網絡運營商對自己的網絡（電信網、廣播電視網等）進行了有針對性的改造，能夠適應雙向數字信號傳輸的網絡環境。最左端的學習者可以利用各種終端，通過該網絡環境開展遠程學習。三網融合接入網關提供多網絡接入的路由服務，為廣播、音頻、視頻、點播、Wifi/WiMAX、VOD、IPTV等提供全能的接入服務。三網融合業務平臺接口則可以針對不同的網絡特點，提供有針對性的服務，例如，IPTV主要提供以視頻資源為主的服務，對于手機等移動設備，可以提供具有較少數據交互的移動學習服務。通過基于互聯網的計算機在線學習，可直接接入到在線學習平臺進行學習。

2.2基于云計算的遠程教育環境云計算可以帶來動態、彈性、快速交付等便利和優勢。利用云計算技術建立的遠程教育環境，可以為教育機構和學習者提供個性化的教育空間和學習空間服務（圖1中SaaS層實現此服務）；同時云計算技術在視頻資源的采集、處理、存儲、方面能夠充分發揮其優勢，通過資源池針對不同類型終端自適應的視頻格式與大小（包含在圖1的PaaS層和IaaS層）。SaaS層的遠程學習平臺、教務管理平臺、資源平臺和學習支持服務，實現了遠程教育的核心功能。該部分平臺除了具有基于互聯網的在線教學等功能外，還要建立針對移動終端以及電視等開發的后臺系統，例如，遠程學習平臺中包括了為智能手機開發的后臺程序，能夠與手機的前端應用軟件配合，完成移動教學功能，同時通過三網融合中的移動網關聯通手機和服務器端軟件，并自動將用戶的行為和教學過程記錄到后臺數據庫，供各終端調用，實現不同終端間的銜接和融合。

PaaS層包括中間件、數據庫、系統軟件、Web服務器、云平臺自動化監控和管理工具以及視頻采集制作與管理、視頻自適應、課程資源制作和管理等平臺與軟件。通過PaaS平臺能夠有效地管理IaaS平臺，并為SaaS提供有效支撐。中間件、數據庫、系統軟件、Web服務器、云平臺自動化監控和管理工具是平臺層的基本內容，關于視頻和課程資源方面的軟件與平臺是遠程教學平臺所特有的。視頻采集制作與管理、視頻自適應是實現數字化學習資源中視頻部分的采集、管理、制作與，是三網融合中融合式學習平臺的重要部分。

IaaS層包括由服務器、存儲和網絡構建的海量資源存儲系統（云存儲）、計算資源池（計算虛擬化）、網絡虛擬化等基礎設施，是遠程教育環境的IT基礎支撐。其中網絡環境將電信、互聯網和電視網進行了接入融合的網絡環境，能夠統一運行TCP/IP協議。在搭建基于云的遠程教育環境時，基礎設施部分可以采用租用或者托管的方式來獲得，應該將重點放在SaaS層和PaaS層中的重點業務部分。通過上述融合式遠程教育環境的建設，可以實現實時遠程面授交互，提供給學生更多的接入方式、交互渠道、參與途徑和資源傳輸渠道，提高遠程教育優質教學資源的有效利用率，并能夠適應我國信息化區域發展的不平衡特點，為不同區域提供統一平臺下的有針對性服務，以期解決目前遠程教學中師生缺乏充分的互動、視頻資源利用率低、面授課到課率低、優質資源難以普及到邊遠農村地區等問題。

2.3遠程教育視頻資源云利用三網融合網絡環境，可以有效解決數字化教學資源的分發問題，但是對于遠程教育領域缺乏一定的針對性。利用云計算技術和三網融合可以搭建包括教學視頻的采編、制作、管理、版權保護、播放等功能的遠程教育視頻資源云，同時與學習平臺配合共同實現教學過程中的交互和多終端訪問教學資源，如圖2所示。圖2所示最下層為三網融合的網絡環境，也就是說互聯網、電信網和廣播電視網已經在運營商端進行了融合，利用其中一個網絡即可完成三個網絡的功能。視頻云IaaS層是視頻云的基礎設施層，其中包括了存儲、計算和網絡資源池供上層使用與調度。在視頻云PaaS層是視頻云的平臺層，在平臺層，具有視頻生產服務、視頻編播管理服務、版權管理服務、各類型平臺播放服務以及視頻調用打包接口服務等，在左邊是具有視頻采編服務。當然在平臺層還包括對IaaS層的調度和管理，例如視頻生產時，需要大容量存儲保存原始視頻資源；在資源編輯時，需要通過非線性編輯系統對視頻資源進行多層處理；在播放時，需要針對多終端類型和網絡狀況，利用各類型平臺播放服務將原始碼流轉化為適合的碼流并通過視頻播放服務器播出。在進行視頻處理時需要通過版權管理服務對視頻進行版權保護，利用DRM（DigitalRightsManagement）平臺進行版權處理并在播放時進行版權保護。視頻調用打包接口服務為課程資源包的制作提供視頻資源的調用與打包服務。視頻云SaaS層是視頻云的應用層，為終端用戶提供視頻的生產、播放、版權應用等。視頻資源云是利用云計算技術搭建的遠程教育環境的一個重要組成部分，二者是一個統一的整體。在三網融合環境中，多種終端（如有線電視、PC、PAD、智能手機、家庭信息機等）通過視頻資源云可以有效地觀看視頻資源并實時交互。但是在某些環境下只能實現單向通信（如通過衛星電視收看視頻資源），可以利用傳統電話呼叫遠程教育機構的呼叫中心，通過語音實現雙向交互，并及時解答學習者問題。

3針對不同地區的應用場景

在目前我國各地區信息化發展不平衡的狀況下，融合式遠程教育環境可以有效解決開展遠程教育遇到的一些問題，形成適應不同地區和城市的教育和教學組織模式。下面探討如何利用這種遠程教育環境在幾種不同類型地區開展遠程教育。

3.1發達地區和城市的應用場景在我國的一些發達地區和城市，可以綜合運用各種終端，方便接入廣播電視網、電信網和互聯網，學習者可以獲得實時交互和參與性更強、音視頻質量更高、接入條件更靈活的遠程教育環境。也就是說發達地區的用戶有條件通過圖1中的所有終端接入遠程教育環境，進行高質量的、實時交互的遠程在線或非在線學習，充分體現了“人人、時時、處處”的學習理念。例如，學習者可以隨時通過智能手機接入3G網絡開展在線學習，可以將課程資源尤其是其中的視頻資源下載到手機、PAD中進行非在線學習，回到家中可以通過PC在線學習，如果有問題，隨時可以撥打語音電話實時求助，也可以通過電視點播視頻資源進行學習，或者通過電視錄播功能，將視頻節目錄播后再反復觀看學習。同時融合式遠程學習平臺實時記錄用戶的學習行為，用戶開展遠程學習時在不同終端切換時可以實現學習內容和過程無縫銜接，比如，學習者在戶外通過智能手機學習，到家后打開電腦開始學習時，學習內容將無縫銜接，不用從頭開始查找學習內容就可繼續學習。這種融合式的學習環境實現了學習過程在遠程學習終端之間的無縫遷移，大大提高了學習者的平臺體驗和學習體驗，也充分體現了以學習者為中心的理念。

3.2欠發達地區的應用場景欠發達地區的網絡普及尚有一定距離，實時的交互和高質量的視頻教學較難保證，家庭中大多具有電視、計算機和手機等，擁有帶機頂盒的數字有線電視，但是家庭接入互聯網比例尚不高，學習者可以通過數字有線電視進行視頻資源的點播，但是實時交互性較差。因此在欠發達地區，重點解決視頻資源的播看以及一定的教學交互，此時的教學手段以非實時異步為主。圖3所示為欠發達地區進行遠程學習的系統示意在欠發達地區，教學資源可以通過數字電視系統把視頻資源云中的視頻高質量的播放，用戶可以在家庭實時收看，也可以通過具有錄播功能的數字電視預約并錄播教學節目，然后反復觀看學習；學習者可以到教學點或者在有網絡條件的地方一次性將教學資源包打包下載到智能手機或PC中進行非在線學習；學習者在遇到問題時，可以選擇到面授的教學點或者通過打電話到呼叫中心獲得幫助和解疑答惑。在多終端使用方面，可以使用智能手機或者PAD等，借助2G網絡等獲得與學習平臺間的小數據量的交互。

3.3邊遠落后地區的應用場景在我國的邊遠落后地區，互聯網、有線視網基本沒有，在這些區域開展遠程教育，只能利用有限的衛星電視和電話開展遠程教學。教學點可以通過衛星集中下載IP課程資源包，學生利用電視集中收看教學節目，如果有教師，可以在現場實現面授輔導教學。此外，有的邊疆哨所等，可以通過衛星電視接收教學節目并實時收看，如果有疑問，可以通過語音電話獲得一定的答疑和互動。在邊遠落后地區開展遠程教學，由于網絡和經濟條件的限制而缺少基本設施，只能最低限度地保證教學視頻資源的投放，學習中的交互比較難以進行。4結語融合式遠程教育環境的搭建需要利用更多的新技術來不斷完善升級，如全面的基于移動設備的解決方案，利用物聯網技術和虛擬現實技術提高學習者的臨場感，完善遠程教育環境的生態系統。此外要深入研究如何在欠發達地區和邊遠落后地區開展高質量的遠程教育，為學習者提供高質量的教學資源，并能夠實時交互，有效互動解決學生的學習問題，提高教學質量和教學效果，解決教育的盲點和教育不公平等問題。通過融合式遠程教育環境構建更好地服務于全民學習和終身教育體系。

作者：薛海峰崔林林靜單位：中央廣播電視大學信息管理處 中央廣播電視大學工學院中央廣播電視大學中等專業學校