摘? 要: 基于衛星IP廣播的準同步主從式遠程教育管理信息系統在互聯網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，采用衛星IP廣播方式傳送多媒體課件，并使用地面網絡實現從站管理信息向主站的回傳。本系統適用于互聯網接入帶寬窄、無法滿足多媒體資源傳送要求的單位和地區，并實現了教育資源提供方對自身所提供資源進行有效管理。?

　　關鍵詞: 主從? 遠程教育? 準同步? 管理信息系統

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　　Internet 的飛速發展為遠程教育提供了新的傳播途徑。但由于大多數學校和機構的互聯網接入帶寬窄，流量費用及接入服務費用也相對較高，影響了互聯網有價值的信息資源、教學資源有效傳播。?

　　相對于Internet，衛星IP廣播既有衛星覆蓋地域廣、通信距離與費用無關、傳輸容量大、通信質量高的優點，又能夠與互聯網通過通信協議互通，可以快速地、不受接收站數量限制地廣播大量有價值的信息與教學資源。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，在相當程度上滿足用戶的交互要求。?

　　遠程教育的網絡運行模式通常為兩種:用戶直接通過互聯網連接網校或將課件下載到局域網內。前者由用戶聯網后下載課件或進行在線學習，由于課件數據量比較大，多次重復傳送會造成互聯網帶寬資源的極大浪費。后者將網校的課件下載到本地局域網后由本地管理者支配、修改、使用，完全脫離了原網校的管理，使資源提供方無法介入，不利于知識產權保護和經濟利益回收。?

　　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，確保主站能夠對各從站的集中統一管理，以利于在主站辦學的各網校能夠獲得應得的經濟利益。主從式是指系統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、邊遠地區等互聯網接入條件比較差的地區，通過衛星單向廣播建立從站的接收系統，安裝衛星地面接收站、配備計算機等必要設備，實現信息接收。因此，對于不發達地區及其他資金不足、互聯網接入條件差的單位，采用衛星IP廣播和局域網結合的主從式遠程教育管理信息系統，符合中國國情，是利用互聯網信息資源、教學資源的有效模式。?

1 系統描述?

　　本系統由主站MIS系統、從站MIS系統、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)通過衛星IP廣播系統對從站MIS的管理信息、資源信息進行更新;從站利用主站發送的管理信息、網校資源信息在本地局域網建立鏡像網校，招收學員，進行管理。系統框圖如圖1所示。?

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　　虛線框內是本系統通信單元中的衛星IP廣播部分，符合DVB-S有關標準。通信單元中的從站到主站部分配備電話調制解調器，采用外交互通信方式來實現雙向通信，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。衛星接收站在計算機內安裝一塊衛星數據接收卡來接收數據。衛星數據接收卡可接收中央站下發的各種多媒體數據流，實現主站數據對從站管理信息、課件等資源信息的下傳。?

　　主站MIS系統與衛星IP廣播發送部分相連。在主站辦學的各網校(網校1、網校2……網校n)通過Internet與主站網校編輯管理集成系統相連，對本網校的辦學情況進行管理、監控。編輯管理集成系統直接與后臺數據庫相連，為保證系統及數據庫安全，與互聯網之間設有防火墻。編輯管理集成系統包括內容收集、整理、壓縮、打包以及適配發送等子系統，主要功能是將各網校待發送的多媒體課件按網校、專業、課件三層結構存放在發送目錄下，并將主站及各網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送目錄下，然后將欲發送的管理信息和各類資源信息按DVB-S格式打成IP數據包，以便衛星IP廣播發送。由于發送集成系統及后臺數據庫功能復雜，性能要求高，采用UNIX操作系統和ORACLE數據庫。本系統中主站部分編程語言使用PHP腳本語言。?

　　與衛星IP廣播接收站相連的是集成化鏡像網校系統，即從站MIS系統。從站由多臺通過局域網連接的計算機組成，其中一臺作為服務器與通信單元相連，該服務器裝有從站接收管理系統、從站數據庫和鏡像網校自動生成系統。其他從站計算機(局域網上各用戶)通過從站內部局域網與從站服務器相連，用戶登錄后使用從站數據庫提供的課件資源。從站將從衛星接收下的數據包轉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目錄下，并利用管理信息對從站數據庫進行更新，然后分別形成鏡像的網校(網校1、網校2……網校n)，便于在局域網運行。由于要在帶衛星IP廣播接收功能的各個局域網內都獨立建一套從站系統，為降低成本，利用NT平臺或LINUX平臺，后臺數據庫用SQL。該接收MIS系統應對從衛星接收下的IP數據包進行內容解包、分類整理，然后分別形成鏡像網校，便于在局域網運行。?

　　與衛星IP廣播接收站相連的是本實例的從站。本系統的從站由多臺通過局域網連接的計算機組成。其中一臺作為服務器與通信單元相連，該服務器裝有從站管理信息系統、從站數據庫和防火墻。其他從站計算機通過從站內部局域網與從站服務器相連，供用戶登錄后使用從站數據庫提供的課件資源。從站將從衛星接收下的數據包轉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目錄下，并利用管理信息對從站數據庫中需要主站審核授權的內容進行完全更新，然后分別形成鏡像網校，便于在局域網運行。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，請網校、主站的管理員審核后，更新主站數據庫的相關內容。本實例中從站部分編程語言使用ASP腳本語言。?

2 系統運行平臺及開發工具的選擇?

2.1 對主站管理信息系統的運行平臺及開發工具選擇?

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

　　數據庫:鑒于主站的數據量較大，對于數據處理的速度和可靠性的要求較高，因而選擇Oracle數據庫。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服務器:選擇Apache。Apache是一個免費軟件，其性能在同類產品中是首屈一指的，目前在世界范圍Web Server的安裝情況來看，是最多的;而從軟件發展來看，自由軟件的發展趨勢愈來愈好，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。?

　　開發工具:選用PHP腳本語言。PHP是一種服務器端嵌入式腳本描述語言，執行效率高，易于與現有網頁整合。同時，其可以對市面流行的各種數據庫進行操作，易于編寫基于數據庫的動態網頁。?

2.2 從站運行平臺的選擇?

　　操作系統:Windows NT平臺。NT是目前國內最普及、最通用的操作系統，操作簡單方便，用戶群最大，使用該操作系統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。?

　　數據庫:采用SQL Server數據庫。因為從站的數據量相對較小，且從站數據庫所有數據在主站都留有備份。因而對從站數據庫的要求不是很高，SQL Server數據庫對較小數據量在檢索速度、穩定性等方面都有較好的表現，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操作系統均為Microsoft家族的成員，具有無縫集成的特點。?

　　開發工具:選用ASP腳本語言。ASP具有創建運行動態交互的Web應用程序和探測現有系統的能力，且ASP是微軟的產品，與SQL Server、NT都有很好的契合性。?

3 衛星廣播系統運行環境?

　　圖2為衛星IP廣播部分系統框圖。衛星廣播是本系統的運行環境。?

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　　衛星IP廣播發送部分由室內單元和室外單元組成。?

　　室內單元包括DVB網關、衛星調制器和衛星解調器(如不需接收雙向信息，則不必安裝衛星解調器)。?

　　IP/DVB網關是將IP數據轉換為DVB數據的專用設備。將TCP/IP重新封裝成DVB傳輸流數據后傳輸出去。這時數據流可直接進行QPSK調制，在衛星鏈路上傳輸。?

　　衛星調制器將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送回來的信息，中央站還要配備有衛星解調器，接收回饋信號，并且通過LAN/WAN轉換器將數據送到局域網上。?

　　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射出去。?

　　由于采用C波段衛星傳輸，易受地面微波干擾，接收天線口徑大，不利于運輸、安裝，因此本系統采用Ku波段衛星進行傳輸。目前我國已有多顆衛星可以提供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轉發器，可根據性能價格比，擇優租用。?

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

　　衛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)和裝有衛星接收卡的PC機組成。衛星數據接收卡可接收中央站下發的各種管理信息和多媒體數據流，實現從站對管理信息、課件資源信息的接收。在從站配備電話調制解調器，采用外交互通信方式來實現雙向通信，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 系統功能?

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

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

　　網校管理員通過訪問主站，直接對自己的網校進行管理(開設課程、對從站學員選課申請作出回應等)。?

　　主站MIS主要功能歸納總結如下:?

　　(1)對網校、從站、學員進行管理;?

　　(2)收集、整理各網校課件，并進行編目、數字化壓縮等處理;?

　　(3)高速接入互聯網，與遠端構成外交互式衛星通信系統;?

　　(4)將發送數據封裝、打包成標準格式，由衛星地球站向遠端廣播。?

　　從站MIS系統的功能主要是:?

　　(1)介紹本系統主要功能特點，引導學員在從站選課;?

　　(2)接收主站信息;?

　　(3)通過專線或電話線接入互聯網，向主站發送管理數據;?

　　(4)局域網內部相當于一個獨立的網站，有自己的管理員、輔導老師和注冊用戶;學員在從站進行選課、學習，是本系統遠程教育的最后實現的環節;?

　　(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星廣播的方式播放，包括從站所有用戶的基本信息、學員的學習情況等。主站對從站具有完全的控制權。?

5 系統特點?

　　本系統具有易用性、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。并有以下一些獨特功能:?

　　(1)網校的自主管理?

　　主站MIS系統不參加具體辦學，各網校獨立自行管理。?

　　(2)異構數據庫之間的數據交換?

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

　　(3)學員在從站間的漫游 ?

　　(4)從站的電子傳達室?

　　可集中對外收發email，方便局域網用戶。?

??? (5)在局域網上實現互聯網一些常用交流方式?

　　從站局域網設有BBS、聊天室等互聯網基本功能。?

參考文獻?

1 Patrick O′Neil，Elizabeth O＇Neil.Database:principles，programming， and performance.北京:高等教育出版社， 2001?

2 高 嶺，林凱，李增智.面向CS和對象Web的管理信息系統開發研究. 小型微型計算機系統， 2001;(02) ?