摘要：基于衛(wèi)星IP廣播的準同步主從式遠程教育管理信息系統(tǒng)在互聯(lián)網接入帶寬受限情況下,為滿足點對點傳送大量多媒體課件的需要,采用衛(wèi)星IP廣播方式傳送多媒體課件,并使用地面網絡實現(xiàn)從站管理信息向主站的回傳。本系統(tǒng)適用于互聯(lián)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(qū),并實現(xiàn)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(tǒng)

Internet的飛速發(fā)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(lián)網接入寬窄,流量費用及接入服務費用也相對較高,影響了互聯(lián)網有價值的信息資源、教學資源有效傳播。

相對于Internet,衛(wèi)星IP廣播既有衛(wèi)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(yōu)點,又能夠與互聯(lián)網通過通信協(xié)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,采取場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(lián)網連接網�；驅⒄n件下載到局域網內。前者由用戶聯(lián)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(lián)網帶寬資源的極大浪費。后者將網校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(tǒng)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(tǒng)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(qū)、邊遠地區(qū)等互聯(lián)網接入條件比較差的地區(qū),通過衛(wèi)星單向廣播建立從站的接收系統(tǒng),安裝衛(wèi)星地面接收站、配備計算機等必要設備,實現(xiàn)信息接收。因此,對于不發(fā)送地區(qū)及其他資金不足、互聯(lián)網接入條件差的單位,采用衛(wèi)星IP廣播和局域網結合的主從式遠程教育管理信息系統(tǒng),符合中國國情,是利用互聯(lián)網信息資源、教學資源的有效模式。

1 系統(tǒng)描述

本系統(tǒng)由主站MIS系統(tǒng)、從站MIS系統(tǒng)、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(wèi)星IP廣播系統(tǒng)對從站MIS的管理信息、資源信息進行更新;從站利用主站發(fā)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(tǒng)框圖如圖1所示。

虛線框內是本系統(tǒng)通信單元中的衛(wèi)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(xiàn)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(wèi)星接收站在計算機來安裝一塊衛(wèi)星數據接收下來接收數據。衛(wèi)星數據接收卡可接收中央站下發(fā)的各種多媒體數據流,實現(xiàn)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(tǒng)與衛(wèi)星IP廣播發(fā)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(tǒng)相連,對本網校的辦學情況進行管理、監(jiān)控。編輯管理集成系統(tǒng)直接與后臺數據庫相連,為保證系統(tǒng)及數據庫安全,與互聯(lián)網之間沒有防火墻。編輯管理集成系統(tǒng)包括內容收集、整理、壓縮、打包以及適配發(fā)送等子系統(tǒng),主要功能是將各網校待發(fā)送的多媒體課件按網校、專業(yè)、課件三層結構存放在發(fā)送目標下,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(fā)送目錄下,然后將欲發(fā)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(wèi)星IP廣播發(fā)送。由于發(fā)送集成系統(tǒng)及后臺數據庫功能復雜,性能要性高,采用UNIX操作系統(tǒng)和ORACLE數據庫。本系統(tǒng)中主站部分編程語言使用PHP腳本語言。

與衛(wèi)星IP廣播接收站相連的是集成化鏡像網校系統(tǒng),即從站MIS系統(tǒng)。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(tǒng)、從站數據庫和鏡像網校自動生成系統(tǒng)。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(wèi)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(wèi)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(tǒng),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(tǒng)應對從衛(wèi)星接收下的IP數據包進行內容解包、分類整理,然后分別形成鏡網校,便于在局域網運行。

與衛(wèi)星IP廣播接收相連的是本實例的從站。本系統(tǒng)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(tǒng)、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(wèi)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部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(tǒng)運行平臺及開發(fā)工具的選擇

2.1 對主站管理信息系統(tǒng)的運行平臺及開發(fā)工具選擇

操作系統(tǒng)：考慮到主站對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性要求比較強,目前采用Linux操作系統(tǒng),今后可直接向Unix進行移植。選擇Linux操作系統(tǒng)是因為它是多用戶多任務操作系統(tǒng),具有安全性、可靠性強的優(yōu)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是安裝情況來看,是最多的;而從軟件發(fā)展來看,自由軟件的發(fā)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(fā)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(zhí)行效率高,易于與現(xiàn)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(tài)網頁。

2.2 從站運行平臺的選擇

操作系統(tǒng)：Windows NT平臺。NT是目前國內最普及、最通用的操作系統(tǒng),操作簡單方面,,用戶群最大,使用該操作系統(tǒng)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(wěn)定性等方面都有較好的表現(xiàn),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(tǒng)均為Microsoft家庭的成員,具有無縫集成孤特點。

開發(fā)工具：選用ASP腳本語言。ASP具有創(chuàng)建運行動態(tài)交互的Web應用程序和探測現(xiàn)有系統(tǒng)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(wèi)星廣播系統(tǒng)運行環(huán)境

圖2為衛(wèi)星IP廣播部分系統(tǒng)框圖。衛(wèi)星廣播是本系統(tǒng)的運行環(huán)境。

衛(wèi)星IP廣播發(fā)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(wèi)星調制器和衛(wèi)星解調器（如不需要接收向信息,則不必安裝衛(wèi)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傳輸流數后傳輸出去。這時數據流可直接進行QPSK調制,在衛(wèi)星鏈路上傳輸。

衛(wèi)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(fā)送回來的信息,中央站還要配備有衛(wèi)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(fā)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(fā)射出去。

由于采用C波段衛(wèi)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(tǒng)采用Ku波段衛(wèi)星進行傳輸。目前我國已有多顆衛(wèi)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(fā)器,可根據性能價格比,擇優(yōu)租用。

為了使偏遠地區(qū)都能夠通過小口徑天線接收信號,遠程教育節(jié)目需要采用大型衛(wèi)星地球站上行發(fā)送。這需要在系統(tǒng)方案和衛(wèi)星資源確定之后,通過鏈路計算來決定發(fā)射部的天線口徑和發(fā)射功率。

衛(wèi)星接收站由接收天線（口徑在0.6～1.2米之間）、