1、网络课堂：一个大型互动远程教学平台 林， SW1，程， K L2，王， R3，周， H4 和 H5 陈， S 1cs_lswaastu.ust.hk 2cs_cklaastu.ust.hk 3cs_wrxstu.ust.hk 4cs_zhxaastu.ust.hk 5gchancs.ust.hk 香港科技大学计算机科学系 摘要 ： 传统上， 为了与 教员进行 更好的交流互动，讲座一般在学生所处的教室进行 。这种模式对于有些学生并不是很方便和划算，例如对于那些正在工作的、行动不便的、生活在偏远地区的，或者类似在 SARS 期间被社会隔离的人来说。 伴随着 宽带互联网连接和无线媒体 （ Wi-fi
2、 和 3G） 的普遍渗透，我们开发 了一个 平台，让讲座可以通过互联网以交互方式进行。该项目被称为 “ 网络课堂 ” ，提供了 一种 类似于 现今的 传统教室，但学生们分布在互联网 的教学 体验。学生 可以在任何时间任何地点 使用他们的 PC 或便携式计算机 通过 互联网和无线媒体向 他们的 导师提问题。视频、音频 、 以及白板也流向实时的 用户终端 。利用现有现成的计算产品和最先进的网络技术 ， 该系统可扩展到数百名学生。它具有成本效益 ，能够 有效地突破地域限制 让学生来听取 讲座。使用 该 系统的学生 传来的最初 反馈是积极和 鼓舞人心 的。 关键词 ： 远距离学习， 网 络课堂 ，互动
3、、 教育、 分布式系统、 多媒体应用和通信网 引言 随着计算设备和计算机使用的巨大增长，人与人之间的地理距离已显著减少。 简单举几个 目前正在使用的互联网软件 的 例子：网络会议，网络电话， ICQ聊天等 等 。利用这些，人们 可以 在 世界的各个角落，与他人进行比 以往任何时候都 更经济 、更 有效地沟通。 近来 ，香港政府一直在 努力推行 “终身学习”的理念。然而，在香港 的 工作时间 和生活节奏 ，让人们几乎不可能在一个固定的时间，固定的地点进行学习 。在香港科技大学计算机科学系 ,我们已经开发了一个 名为 “网络课堂 的交互式 远程学习平台。该项目旨在 为广大 学生提供现场讲座。它允许
4、学生在任何时间任何地点 通过 任何 一台 计算机 来参加 课程。 我们在下图 展示 所开发的系统。它由学生 的 分布 组成 网络。教授 可以 通过互联网提供他 /她的讲座 录音 和 课件， 也可以通过 轮询与 学生 进行 交流。 该平台 有 以下 几个独特的功能和技术项目： 网络模块： 我们设计并实现了一个传输机制，以便容纳成千上万没有强大的服务器的学生和客户的需要。我们的网络协议在最近召开的重大会议和研讨会上得以展示，并引起了广泛的关注。 2、 音频模块： 在该模块中 音频 能够被很好地 传递 给 学生。 在传 递过程中，我们使用了一个高度压缩的音频， 并 不 会 占用大量的网络带宽 ， 使
5、用的编码标准称为 G.723。 3、 视频模块：我们已经实现了最新的 H.264 视频压缩编码技术。它 在 保证了视频 的高 质量 的同时，对于 网络和系统资源的使用 显著减少了 ， 也因此 ，这个软件的带宽的要求大大降低。 4、 网络接口：这一部分的重点是支持一个网络接口。有了这项功能，学生就 可以 在任何 能找到一 台 计算机 上网的地方 学习。为了进一步提高用户友好性，网络课堂项目还提供安装文件。 根据指导进行 简单的鼠标点击使安装更方便。 完全 无需编译或链接， 而这 在去年的项目 里 是必 要的。 下面，我们 来 详细解释 一下 模块。 1、网络模块 由于网络课堂 属于 实时应用 ，
6、并且 听课人的数量 通常都 是 很 大的， 因此 稳定的和可扩展的网络层 显得极为 重要。网络的主要功能是将演讲材料，即，视频和音频， 分发给 所有参加讲座的学生。这项技术被称为多播。 传统上，多播有两种方式 ： 应用层组播（ ALM）和 IP 组播。应用层组播，组播是沿节点 /用户逻辑树序列的单播 来 做 的 。它是用来解决 IP 组播的适应性问题。 由于数据向 一组 ALM 主机的传输是通过如 TCP 和 UDP 之类的 单播协议 来完成的，它 支持 互联网上的任何路由器。然而，所有的数据传输 是通过单播，冗余传输，从而导致带宽利用效率低下， 这将成为层组播使用的主要问题 。相比之下，利用
7、 IP 组播技术，数据只需发送一次，同一组内的每个主机 都能 收到它。 与 多播通信相比， IP 组播 能够 更有效的消除冗余传输 ， 节省带宽。 在 ALM 技术和 IP组播技术 的基础上 ，我们设计并实现了一个新的架构 ，将其 命名 为“ 岛组播（ IM） ” 。 岛组播，即课堂上教师与学生，分成几个较小的多播能力的地区（或者“岛”）。当 所有这些层组播（ ALM）协议在 同 一个岛上， 就使 用 IP 组播 。 岛 组播（ IM）是一个通用的应用层框架， 它 适用于任何 层组播协议 。对于 网络课堂项目，我们决定再次使用 ALMI 为岛间通信。 岛组播 采用这种结构，会话中的成员可以是一个父节点的其他成员，这需要将所有
