1、多网合一数字化校园网建设方案第一章 第二章 第三章多网合一数字化校园网建设方案1、多网合一数字化校园网概述 随着计算机技术、网络技术及多媒体技术的应用和发展，多网合一数字化校园网的应用已为广大中小学校所认同。青松V3多网合一数字化校园网是我公司集众多教育界资深专家的经验和广大学校的实际需求,适应教育信息化的时代要求，倾力推出的新一代数字化校园网络系统，它以现代网络通信技术、DPS（Data Protection System）有盘技术、综合视音频编码技术、流媒体技术、嵌入式计算机技术，组播技术为架构，遵循TCP/IP网络传输协议，将千兆计算机局域网、多媒体双向教学网、教学观摩评估网、远程教学网
2、、智能定向广播网、电子考场及安防监控网等多个网络进行了数字化整合，真正实现了校园网络数字化的多网合一。通过我公司自主知识产权的软硬件设计，形成课堂、校园网络、远程网络全方位资源互动，三位一体的教学体系，最大限度地满足了教学资源的合理调用，为教师授课、学生学习、校领导管理等提供了最佳的解决方案。青松V3多网合一数字化校园网旨在为用户建立一个常青的校园网络平台，它结合各种网络应用技术，提倡课件格式多样化，校园网建设一体化，操作使用的人性化，网络运用的安全化及系统维护简单化。它突破了传统多媒体教室、单纯计算机网及传统电化教育手段的限制，解决了网络进教室、计算机进教室、多种网络融合及多媒体教学综合应用
3、等一系列问题，使广大师生轻轻松松地享受信息时代所带来的乐趣。教室中的嵌入式网络终端，采用嵌入式计算机系统技术及DPS有盘技术，克服了无盘或其他变形系统的固有缺陷，彻底解决了其在多网合一应用中所不能解决的问题。使得在每一个教室内都可实现多媒体双向教学、视音频点播、课件点播、INTERNET浏览、教学观摩评估、智能定向广播、听力考试、计算机辅助教学等功能，同时终端可脱离网络的独立工作能力，保留了所有教学PC机的功能。本建设方案的实施目标就是要在浦东新区的5所中学中将双向电视教学网、校园广播网、教学评估监控网及远程教学网在计算机网络平台上以数字化方式有机地整合起来，实现班班通，建设数字化校园。计算机
4、网络对内提供一个灵活、可靠、快速的信息交换与资源共享环境。3.1多网合一数字化校园网总体设计青松V3数字化网络从学校教育信息化建设的实际出发，提出了一套完整的解决方案，它不仅适用于现在的教学与管理环境，而且可以满足未来发展的需要，将新技术、新硬件平台、新应用软件、新资源等组合在网络相应的平台或模块中即可实现升级。下面的示意图给出了本次*多网合一数字化校园网整体解决方案：从上图中所体现出来的多网合一应用可以看出，青松V3多网合一校园网是构建在以太网硬件平台及TCP/IP体系结构之上，由多网合一多媒体教学子系统、校园智能数字广播子系统、教学观摩/评估子系统、网络管理中心、教学及管理终端平台、演播室
5、等构成。它通过局域网还可连接学校内其他信息化教学与管理部门，实现资源共享，有序互动。它对外通过路由器接入浦东电信宽带城域网，进而与浦东新区教育信息专网联接，可将校园内外信息发布平台、远程办公系统及交互式远程教学系统连接起来。在多网合一多媒体教学子系统中，各教室无需授权可同时点播课件、视音频文件，既可点播服务器中的资源，也可点播教师自己机器内的课件。点播的文件格式不限，课件制作工具不限。教室中可接收电视节目，卫星节目，录像节目的转播，也可接收校长电视讲话、示范教学课、校园重要活动的直播和录播。可以与其它班级进行电视讨论会、教学讨论会、示范课观摩等。可登陆校园网、互联网、远程教学网，满足网上浏览、
6、收发邮件、BBS讨论、远程学习及视频会议等需要。提供IP通话功能，教室可与主控中心、校长双向对讲。功能强大的教师工具箱提供了“电子教鞭”，“电子判卷”、“无尘粉笔”、“局部放大”等功能，满足了老师传统的课堂教学习惯，帮助老师摆脱了粉笔的束缚及粉尘的侵害，强化了多媒体教学显示效果。在校园智能数字广播子系统中，各教室可接收校内、外的广播节目，可接收领导讲话、通知、保健操、课间音乐、电子打铃等日常广播。可以接收广播文件的下载存储，支持网络广播和本地广播两种方式，进行听力考试及外语教学广播。可以接收视音频文件，包括课件的广播。各教室音响具有高保真度，教室前后左右收听效果清晰丰满，坚实有力，无杂音干扰。
7、在教学观摩/评估子系统中，通过移动带压缩的终端可将课堂内容实时数字硬盘录像，便于教学的自我评估，及学生课外复习。可以在网上开展教学观摩及评估。可将课堂场景，课件内容同时传输到网上，实现场景，课件同屏观摩。校长计算机或经授权的普通计算机上可实时观摩听课、评估教学、现场云镜控制、实时硬盘录像。在网络管理中心中，可将不同节目内容播放至任意编组的年级或班级。可将不同的广播内容，广播至任意编组的地点，支持手动和定时播放。 可操作主控室内的各种播放设备，如VCD、DVD、卡座的放像、暂停、快进、快退、停止、选曲等。可实时监视有线电视节目、校园电视节目、会议直播节目的情况。可控制网络终端、音箱、电视机、投影
8、机的开、关机。可检测终端及教室设备的工作状态。可对终端进行远程维护，软件在线远程升级。教室中基于DPS有盘技术的嵌入式网络终端，可不依赖服务器，独立单机使用，当网络出现问题时可采用单机方式照常进行多媒体教学。教室终端可驳接投影机、电视机、视频展台、视音频播放设备，高保真音箱、麦克风、摄像机、笔记本电脑、各种USB设备、桌面控制器、有线或无线鼠标、键盘及遥控器等。终端接口还支持投影机、电视机、音箱的共享，支持桌面、电视、投影多屏同时显示。在开放式的备课环境中，教师可以用自己喜欢使用的课件制作工具制作各种电子教案、课件、视音频资料，自动提交课件至服务器或校内网站自己的邮箱中，上课时可随时调用。通过
9、采集编辑平台，教师可完成信息的收集、加工，制作特殊效果的课件等工作。3.2多网合一数字化校园网子系统设计3.3.1多媒体教学子系统设计本次多网合一系统中的多媒体教学子系统需支持多媒体课件点播，支持视频（VOD）点播，支持音频（AOD）点播，支持网上双向电视教学，支持INTERNET浏览，支持中心集中管理控制。下面将就其实现过程分别加以分析和说明。1)任意格式的多媒体课件点播教师在教室中使用网络终端的遥控器、有线键盘、鼠标等。按照人性化的界面菜单提示的课件路径，选择要播放的课件名称。终端接收到申请信号后，会通过终端内的以太网控制器向课件点播服务器发出请求信号，服务器对终端身份认证后，找到申请播放
10、的课件，并立即将课件程序送入点播服务缓冲区，以点对点的方式通过网络发送至申请的终端中。终端将收到的课件数据流，通过相应的支持程序打开并还原播放。系统支持任意格式的课件点播，不限制课件制作工具，也无需对课件格式进行任何转换。它所支持的各种课件数据包括：文本、图片、程序文件、动画、超文本等。格式包括：FLASH、AUTHORWARE、POWERPOINT、WORD、DIRECTOR、HTML、.EXE等等。同时对于嵌入视频的混合型课件，系统也全面支持。课件点播软件及服务器硬件配置都可以保证系统能够满足并发60个点以上的点播需求。课件点播服务器中所存有的课件资料来源有教委或学校配备的，还有教师自己制
11、作的课件，而这些课件随着应用的普及将越来越充实。为方便教师提交课件，我公司赠送给客户不限用户数的课件提交工具软件，可以使教师在普通联网电脑上，以自己的合法身份随时随地的上传课件到服务器中供课堂点播。2) 任意格式的视频(VOD)点播教师在教室中使用网络终端的遥控器或有线键盘、鼠标等，按照人性化的界面菜单中的视频文件路径，选择要点播的视频课件名称。终端收到申请信号后，会通过终端内的以太网控制器，向视频点播服务器发出请求信号，服务器对终端认证后，立即找到申请播放的视频文件，并将其加入流媒体编码器，送入服务器缓冲区，以视频媒体流的形式通过网络发至申请服务的终端中。终端将收到的视音频流解码还原，然后输
12、出给图像显示设备和音箱。系统可支持任意格式的视频点播，不限制格式，并无需对视频格式进行转换。所支持的各种流媒体格式包括：ASF、RM、QT，支持的压缩存贮文件格式包括：MPEG1/2/4；AVI；MOV，VOB，RM，QT，WMV等等。VOD点播管理软件包和服务器的硬件配置都保证了系统完全可以满足并发MPEG-2、40个点的点播需求。视、音频服务器中所存有的视、音频素材来源：一是教委或学校配备的，二是教师们自己制作上传提交来的，三是通过视、音频编码器实时压缩录制的电视节目或会议活动录像等。教室端可对点播内容的播放进度随意控制，并随时精确设置回放点，反复播放某个片断，加深学生印象。3)任意格式的
13、音频点播教师在教室端利用终端所配的遥控器、有线键盘、鼠标，按照人性化界面菜单上给出的音频文件路径，选择要播放的音频文件名称，终端将点播申请信号通过网络发给视音频点播服务器，服务器对终端认证后，将申请的音频文件送入音频流媒体编码器中，并存入服务器缓冲区。之后，通过网络发送至申请服务的终端中，终端接收音频流并将其解码输出送至音箱放音。系统支持任意格式的音频文件的点播，无需格式转换。所支持的数字音频包括：MPEG Layer 1/2/3，MIDI，WAV，AV 等格式。视音频管理软件包和服务器硬件配置完全可以满足标书中对音频并发60个点的要求。教室在进行音频点播，播放听力文件时可以采用精确复读功能和
14、变速不变调功能，强化语音教学效果。配合教师工具箱中的英文朗读及口型示范功能，大大地丰富了课堂语音教学的手段。服务器中的音频素材除了依靠教委和学校配备外，还可以有教师自己提交的音频资料、外语素材等。另外通过卡座放音的信号，由视音频编码器压缩编码，存储成MPEG1/2/3格式音频文件，存入服务器供点播使用。4)网上双向电视教学教师在课堂上，如需使用DVD、录像机、录音机等教学时，需先向网管中心申请播放设备的使用权。网管中心授权后，教师在授权的时间段内，可以用遥控器来选择播放设备或控制它的播放状态。终端将申请信号上传给网管中心工作站，申请设备的使用，也可与管理人员双向对讲通话。设备的控制信号将上传至
15、视、音频编码器，由它完成对节目源动作的控制。在视、音频编码器中，学习及控制模块可以将各种设备的遥控器按键发出的红外信号，学习并存贮记忆在EEPROM中，即使设备掉电也不会丢失。编码器收到控制相应设备的某个工作状态的命令后，将存在EEPROM中的数据读出，并调制到38K红外载波上，通过与设备一一对应的红外发射器，控制相应的播放设备。在视、音频编码器中，视、音频压缩编码模块将节目源设备送来的模拟视、音频信号压缩编码成MPEG1/2/4格式的文件。本方案中，压缩格式为MPEG-2，同时压缩的通道为四路并可扩展。系统支持视、音频同时压缩和视音频单独压缩的方式，组播地址可设定，传输码流可设置。系统还支持
16、节目源同屏4、9、16画面监看，支持单路或多路同时数字化录像存贮。视、音频编码器中的软件支持将所有输入模拟信号通道按不同需求进行任意编组输出到不同组播通道中进行广播，使终端分组接收。设备中的编码扩展插槽是为设备扩展时预留的。每台节目源编码器可最多支持到8路视、音频同时编码压缩和控制。系统中进行电视节目转播时，可使用全频道解调器，或是录像机来接收有线电视节目，也就是说目前系统可以提供同时送出两路电视节目到网络中来。网管工作站软件支持手动、定时，任意编组地向网上转播有线电视、录像节目、DVD节目、录音节目等，并可设置教室终端分组接收。5)Internet浏览和网络环境教学终端内置的IE浏览器，可使
17、教师方便地登录Internet校园网站、校内web服务器等进行电子浏览、收发邮件、文件下载和发送等操作。系统的界面中还提供了与常用网站对应热链接方式，无需敲击键盘输入网址，只要用遥控器点击相应的数字键就可上网。系统还提供了一种安全访问教师个人电脑的功能，它不同于网上邻居共享式访问，而采用Ftp协议，将其个人电脑中的课件目录及课件内容远程接管控制，就如同在其个人电脑旁操作一样。该功能提供了课件远程播放，课件下载及下载播放等多种操作方式，极大地丰富了教室课件播放手段，满足了部分教师上课的习惯。6)中心管理平台多网合一系统中，中心网络管理平台肩负着极其的重要作用。它要完成对教室终端远程唤醒，关机的管
18、理；完成教室中设备如电视、音箱、投影机的电源管理；完成对节目源转播、会议直播、智能广播、数字广播设置管理；完成对节目源收看及观摩评估的授权管理；完成对教室声音大小的监听和控制；完成与教室端的语音对讲等功能。网管工作站中对转播对象可以进行任意编组，同时播出的路数不限。终端分组接收时，为强制接收。它将使终端连接的键盘、鼠标暂时失效，从而保证了播出的可靠性。3.3.2智能数字广播子系统设计实现学校作息时间表的定时音乐铃声、课间音乐、体操音乐广播的方式有两种：服务器对网络广播、终端定时接收的智能化网络广播方式，以及终端预先接收、存贮，本地定时广播的分布式广播或无忧广播方式。智能化网络广播方式中，在视、
19、音频点播服务器中，存贮要播出的广播素材，网管工作站按时间表控制定时播放和终端实时接收，广播内容可为音频、视频及各种格式的课件。在分布式广播应用中，考虑到音乐铃、课间音乐，保健操等广播每天频繁进行，所以完全可以采取预先存贮到终端中，定时本地播放的方式来完成正常广播。网管工作站可对终端自动或手动校对，保证终端本地播放的时间精确性。系统支持对指定班级、年级的定向广播或按不同需要进行任意编组广播，分组接收。通过控制节目源编码器及移动终端，系统支持将现场直播信号（如校长讲话、会议活动、名师授课等信号）通过网络转播给任意编组的班级，使终端实现定向、定时播放。在播放过程中，如遇紧急情况系统可以强行中止广播或
20、强行切换控制全体广播。网管工作站上连接的麦克风，可用于对讲，也可用于对教室进行广播。系统需在广播室内预留一个信息点，需要时，在此处设置一台网络终端，其音频线路输出连接到定压功放的线路输入上。终端解码网上的音频流，实现对室外操场的广播。3.3.3教学监控/评估子系统设计多网合一系统将传统的电视监控系统改造成可与计算机网络平台兼容的数字电视监控网，其中最为关键的是模拟信号编码压缩端（server端）和可以安装在普通电脑中的接收解码软件（client端）。建立在高速以太网平台上的多网合一教学监控/评估系统，完全实现了全数字编、解码和网络控制。它在校园网中可应用在无干扰观摩听课、会议及示范课转播、自我
21、评估录像、电子考场监控等场合中。在观摩授课教室中，前后各设置一台全方位摄像机，分别拍摄教师及学生上课的场景，它们输出的视、音频信号通过配备的双路压缩终端，同时压缩组播发布至网上。网络上有client接收软件的普通电脑，经主控网管工作站软件授权后，可以收看和录制课堂场景，也可控制摄像设备选取最佳角度和画面。需要转播的教室终端收到网管工作站的命令后，可以同时接收两路视、音频流，无缝切换全屏显示一路收看。在普通教室中，可使用移动终端采集压缩教室场景声像，实现本地录像、远程录像或网上转播。转播时，不影响录像的进行。校长办公室、网管工作站上可同时多画面监看，控制摄像设备选取最佳角度和画面。支持录像；支持
22、与摄像点进行对讲。3.3多网合一数字化校园网核心技术 青松V3嵌入式网络终端，以学校教学与管理应用为中心，以现代计算机技术、网络技术为基础，软件、硬件、结构通过适当的裁剪和优化，充分满足教学环境对功能、可靠性、成本、体积、功耗的严格要求。在多网合一数字化校园网中主要采用的核心技术有：DPS有盘技术，分布式处理技术，高画质、低延迟、低带宽视音频压缩传输技术等。3.4.1DPS有盘技术青松V3系列数字化校园网中全面采用了DPS有盘技术，将各种数据保护技术与有盘技术紧密结合应用于多网合一数字化网络建设中。数据保护技术与有盘技术相互支撑，相互依赖，相辅相承。在多网合一数字化校园网建设中，有盘技术比无盘
23、技术具有工作稳定、启动快、运行速度快、节省网络资源等优势，是真正的开放式、模块化技术。再者，采用DPS有盘技术系统比无盘类系统除具有以上优势外，还具有更高的安全性和更便捷的维护性。没有数据保护的有盘设备终端只能是台普通的PC机，不能安全地联入网络，根本不适合多网合一应用与管理。而没有有盘技术支撑的终端设备或网络，例如无盘工作站系统，其数据保护难度高，风险大，出险的危害性巨大，且无法全面满足多媒体应用对高效、实时、开放、兼容性的要求。在青松V3三代中，DPS有盘技术应用涉及到了系统中的各个方面。无论是硬件方面还是系统软件及应用软件方面，甚至终端的外观、机械结构、包装的材料等等都体现出了DPS有盘
24、技术的优势。目前在V3数字化网络中已应用的DPS有盘技术可归纳为以下几个方面：1)网络安全数字签名技术运行青松V3软件的设备之间的通信及数据传输，都采用了网络安全数字签名技术，并严格遵循数字签名协议标准DDS。采用了数字签名技术的青松V3数字化校园网，使得应用更安全可靠，系统管理更加便捷。目前系统中采用的数字签名认证方式有： 实体认证：保证在数据通信前，确认通信是否在允许的设备之间进行。例如：点播服务器接收到远端发来的VOD点播请求，系统会首先验证请求方是否合法授权的终端，进而觉得是否响应该请求。 报文认证：经实体认证后，接收设备验证数据报文的来源，时间性和目的地的真实性。如上例：终端对服务器
25、发送的响应数据报进行验证，检验该报文的来源、发送时间和发送目的地是否真实可信。 身份验证：用来防止数据被非法访问，主要采用了用户名和密码方式进行身份验证。例如：教师远程接管网络计算机，必须经过身份验证，以确定其远程访问的合法性。 数据加密：通信的数据一经加密，即为不可分析的数据。2)终端防病毒、防攻击技术青松V3系统中主要采用了以下几种数据隔离技术来保证有盘终端中数据存储及其运行时的安全性： 物理隔离方式：将不同的进程隔离在不同的物理客体上。例如：校长电视讲话、电视节目转播、广播通知等应用时采用实时组播方式，终端实时从网络上接收、解码数据并显示播放。而对眼保健操、电子打铃等应用可采用预先固化存
26、贮，本地实时播放的方式完成。 时间隔离方式：将具有不同安全要求的进程在不同时间运行。例如：在广播时，采用强制广播方式，自动禁止终端上正进行的各种操作和有冲突的程序运行。 逻辑隔离方式：实施访问控制，使进程不能访问允许范围以外的设备。例如：将DVD、VTR、VCD等设备作授权管理；教学观摩时，云镜控制授权使用等。 密码隔离方式：采用身份验证方式运行进程。例如：在远程接管教师自己的电脑或使用“我的课堂”教学时，需输入密码。 其他常用的数据与网络安全技术：如：软件及硬件防火墙、代理服务器等技术。3)实时系统复原技术青松V3系统中的终端、节目源编码器、网管工作站、多画面硬盘录像机等设备中都采用了实时复
27、原技术，系统提供了管理员复原、自动复原、区域复原、一键复原、复原锁定等方式。结合数字签名技术及终端防病毒、防攻击技术，实时系统复原技术在保证网络系统安全稳定工作的同时，又解除了因误操作、恶意攻击、病毒侵袭等破坏之忧。4)在线升级服务技术 支持网络克隆，系统升级。 支持网络软件安装及软件升级更新。 支持中心对端IP地址、MAC地址、用户密码等参数的检测、修改及设定等管理。 支持互联网远程升级。5)设备集中管理、检测、故障修复技术 中心可对设备工作状态自动检测，更改设备配置。 支持教室设备的电源管理，终端设备的远程唤醒与关机。 支持中心设备的无人职守工作方式。 支持远程控制教室终端：屏幕获取，远程
28、操作，在线辅导等。6)引入军工产品在可靠性方面的技术 减震材料选取借鉴了军工标准。 运输过程中采用了三级防震措施。A、“蛤式”结构泡沫B、硬盘架使用军工级减震垫C、硬盘固定方式符合力学原理 结构设计上的独特的流通散热方法。7)硬盘自身采用的数据保护、自检测技术当前，硬盘厂家不断推出先进的防震系统和优秀的数据保护技术，其平均无故障工作时间都在40万小时以上。各种磁盘保护技术的出现无疑使数据的安全性得到了很大的提高，以下就是一些典型的硬盘DPS技术。S.M.A.R.T是自监测，分析和报告技术的简称，新型硬盘系统都具备这个功能。当硬盘启动后，硬盘上微控制器的程序便会自动、持续、定期监控某些项目，一旦
29、所监控的数值低于临界值时，便会通知系统，警告可能会有问题发生。Seashield防震保护技术提供了由减震弹性材料制成的保护软罩，配合磁头臂及盘片间的加强防震设计，另一方面它也提供了印刷电路底板静电放电硬罩及其他防损害措施，保证硬盘的可靠性。SPS（Shock Protection System）震动保护系统，它在硬盘受到撞击时，能够保持磁头不受震动，磁头和磁头臂停泊在盘片上，冲击能量被硬盘其他部分吸收，这样能有效地提高硬盘的抗震性能，使硬盘在运输、使用及安装的过程中最大限度地免受震动的损坏。DPS数据保护系统可快速自动检测硬盘的每一个扇区，并在硬盘的前300M空间定位存放操作系统或其他应用系统
30、的重要部分。当系统发生问题时，DPS可以在90秒内自动检测并恢复系统数据，即使系统无法自举，也可以用包含DPS的系统软盘启动系统，再通过DPS自动检测并分析故障原因，尽可能保证数据不被丢失。DPS有盘技术优势的体现 双重保证，无忧广播在学校进行重要的广播时，如高考英语听力广播等，不允许有任何失误。但网络环境表现出的不稳定，使完全依赖于网络服务器的数字广播模式面临着很大的风险。采用DPS有盘技术的“青松V3”校园网络系统，在重要广播前，可以通过网络提前一小段时间把要广播的内容发送到教室的终端上，如果到时网络出现问题，自动启动本地广播，为广播提供双重保证。在日常广播中，对于常用的广播资源如眼保健操
31、等，也可以同时存储于网络终端，在预定的时间到来时，如不能正常接收到网络的广播信号，则启动本地广播，双重保证广播的安全性。 统一管理，分布录像对于学校的重要的活动如高考等，需要及时完整的记录下来，不能出现因各种原因影响录像的情况发生。采用无盘的网络终端，完全依赖网络服务器的支持，来实现在网络中心的实时数字录像。但由于网络故障的不可预知性，难以保证届时网络的完好运行。采用DPS有盘技术的“青松V3”校园网络系统，在网络中心和教室终端同时录像，强有力的保证了重要活动的实时记录。教室终端的录像只可由管理人员进行管理。 系统优化，独立工作采用DPS有盘技术的“青松V3”校园网络系统，网络终端内含操作系统
32、，在整个系统启动时，各个网络终端独立启动，大大加快了启动的速度，也减少了系统对服务器的依赖。在系统运行过程中，如果服务器或主控机出现问题，网络终端可以相对独立地运行，如可以调用老师自己电脑上的课件等资源，也可上网、进行课件点播或本地播放老师自带的课件等。 全真模拟，实时观摩老师上课过程中，通过摄像头回传信号，教学观摩的人员虽然能看到老师上课的课堂状况，但由于无法看到老师面前的显示器上的内容，因而无法准确地进行评估教学。采用DPS有盘技术的“青松V3”校园网络系统，领导可以在网络中心或校长室，既能看到课堂的情况，也能看到老师的显示器上的内容，从而准确地进行教学评估。特别是学校进行远程教学时，通过远程上课的同学，既可以看到老师上课的现场，也可以同时看到老师的讲课内容，又能听到老师讲课的声音，真正做到远程上学，如临现场。 支持各种操作系统采用DPS有盘技术的“青松V3”校园网络系统，克服无硬盘嵌入式终端的操作系统单一、难以改变的缺点，可以
