多媒體教室云桌面教學系統(tǒng)設計與應用

周鐵成

(浙江水利水電學院 現(xiàn)代教育技術中心，浙江 杭州 310018)

0 引 言

隨著多媒體教學在高校中日益普及，作為多媒體教學基礎設施平臺的多媒體教室數(shù)量也越來越多.多媒體教室能否可靠有效地運行直接影響多媒體教學的正常進行.而多媒體教室現(xiàn)有的技術架構，隨著數(shù)量的增長，給管理與維護帶來很多問題.如何探索多媒體教室新的建設模式，提高多媒體教室管理效率和使用效益，是各院校目前普遍面臨的一大難題.

1 多媒體教室現(xiàn)存問題

多媒體教室通常由多媒體專用機柜、計算機、投影機、數(shù)字視頻顯示臺、網絡中控系統(tǒng)、投影屏幕、音響設備等多種現(xiàn)代教學設備組成.其中計算機系統(tǒng)是整個多媒體演示系統(tǒng)的核心，教學軟件等都要由它運行，而且在很大程序上決定演示效果的好壞[1].多媒體教室的計算機系統(tǒng)維護是一項繁雜的工作，管理難度較大，集中體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.1 維護效率低、工作量大

多媒體教室規(guī)模擴大后，數(shù)量急劇上升，通常在幾十個到幾百個不等，地點卻分布在不同教學樓的不同樓層.而管理人員的配置遠遠跟不上教室的增長，在維護時，需要在不同教學樓之間奔波.當多個教室發(fā)生問題時，因人手不夠，難以做到及時處理，影響教學效果，嚴重時甚至會造成教學事故[2].

為滿足不同教師的需要，多媒體教室的計算機中需要安裝多種不同的系統(tǒng)和軟件，更新較為頻繁.對于維護人員來說，安裝、升級軟件工作量大[3].

1.2 難以適應教師個性化的軟件與服務需求

因多媒體教室計算機資源為公用，不同課程會安排在同一個教室，而教師對應用軟件及服務的需求不盡相同，如計算機專業(yè)教師對硬件與操作系統(tǒng)要求較高.現(xiàn)有的多媒體教室建設和管理模式無法向教師提供個性化服務，如提供自由選擇硬件要求、操作系統(tǒng)、定制應用軟件需求、以及不同服務要求.

1.3 設備運行性能低，故障率高

多媒體教室的計算機系統(tǒng)安裝各類上課軟件，既影響運行性能，又容易產生兼容性問題，穩(wěn)定性差.同時為了保護硬盤數(shù)據，大多安裝硬件還原卡，還原卡也會影響運行性能與穩(wěn)定性[4].

1.4 計算機硬件使用周期短，建設投入大

由于軟、硬件更新和升級的周期越來越短，通常多媒體教室內的計算機使用4～5年時間后，便需要進行更新?lián)Q代.所以多媒體教室雖然建設時投資較大，但使用周期并不長，需要不斷對設備進行升級重建，造成較大的資源、財力和精力的浪費.

從多媒體教室現(xiàn)存問題分析可以看出，傳統(tǒng)的計算機設備分散、單點部署模式，已不能適應多媒體教室發(fā)展需求.

2 多媒體教室云桌面教學系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

近年來，伴隨著云計算技術的發(fā)展，高校信息化技術也跟隨云計算的發(fā)展方向標，不斷發(fā)展.不少高校利用云計算技術，在數(shù)據中心建設私有云，并推出各種云服務.

云桌面是在成熟的桌面虛擬化技術基礎上結合云計算，計算機桌面存儲與運行在云端，用戶使用各類終端通過桌面顯示協(xié)議訪問云端的桌面.

云桌面相比傳統(tǒng)多媒體教室本地計算機設備運行、顯示有以下優(yōu)勢：

(1)維護管理更集中.云桌面將應用和數(shù)據集中在云端的服務器集群中，從而可以實現(xiàn)對用戶行為的統(tǒng)一管理和監(jiān)控，諸如系統(tǒng)克隆、軟件升級、安全性能監(jiān)控等，從而提升管理人員工作效率；

(2)為教師實現(xiàn)個性化服務.可以為教師實現(xiàn)桌面系統(tǒng)可定制的隨需派送和個體差異化服務，從而最大限度地滿足越來越復雜的教學需要；

(3)降低設備投入與運行成本.云桌面訪問終端性能要求低，可以用瘦客戶機或是已有舊計算機，設備使用周期長.瘦客戶機能耗低，多媒體教室數(shù)量多時，長時間運行，可有效降低電能損耗，節(jié)約運行成本[5-8].

2.1 云桌面方案的選擇

目前桌面云解決方案不多，大多基于桌面虛擬化方案轉化而來.主要有商業(yè)的VMware Horizon View、Citrix XenDesktop，開源的Ulteo、eyeOS.

VMware與Citrix都基于VDI架構即用戶桌面對應于云端一臺虛擬機的桌面，技術相對成熟.缺點是(1)開放性較差，云端只能通過廠商自已的虛擬化架構實現(xiàn)，如VMware vSphere;(2)投入費用高[9].

eyeOS是Web Desktop，在瀏覽器上模擬用戶桌面，運行Web應用程序，不是真正的操作系統(tǒng)桌面，用戶體驗差.因是Web Desktop，eyeOS對傳統(tǒng)應用程序支持上不完全，象Word等程序還是需要本地支持.

Ulteo是開源的基于VDI架構、可擴展的云桌面系統(tǒng)，支持用戶在任何設備包括手機、平板運行云端服務器上的Linux與Windows程序[10].Ulteo特點是使用應用程序代管(Hosted Application)技術，讓Linux和Windows應用程序在同一個桌面環(huán)境下執(zhí)行和使用，這特性符合高校多媒體教學個性化的需求.Ulteo功能完善，構建與管理簡單，費用比商業(yè)方案低.不少國外高校正使用Ulteo創(chuàng)建云桌面系統(tǒng)，如美國的華盛頓大學、猶他大學.

通過對常見的云桌面解決方案進行分析比較與初步評估，結合高校實際情況，認為Ulteo適應構建多媒體教室的云桌面教學系統(tǒng).

2.2 多媒體教室云桌面教學系統(tǒng)架構設計

多媒體教室云桌面以Ulteo為核心技術，分為客戶端與云端.云端架構主要為云服務器集群，根據角色分成會話管理服務器群、Web Portal服務器群、Linux與Windows應用程序服務器群、文件服務器群.會話管理服務器是整個系統(tǒng)的管理控制臺，負責用戶云桌面和應用程序服務之間的會話建立與管理.Web Portal服務器管理瀏覽器客戶端的連接會話.Linux與Windows應用程序服務器群安裝云桌面使用的應用程序.文件服務器群通過網絡文件系統(tǒng)(CIFS、OpenAFS)提供集中的文件管理系統(tǒng)，供應用程序服務器訪問.根據云計算技術的特點，這些服務器集群可以根據客戶端規(guī)模的大小進行整合和擴展.

客戶端負責用戶輸入信息、顯示圖像，所有程序執(zhí)行在云端實現(xiàn)，客戶端與云端使用虛擬桌面顯示協(xié)議RDP與HTTPS傳輸數(shù)據.客戶端采用多種方式訪問多媒體教室云桌面，PC、瘦客戶機通過支持HTML 5、Java applet的瀏覽器或是安裝客戶端軟件(Native Client)連接云端的桌面.移動設備手機、平板通過相應的App訪問.

多媒體教室云桌面系統(tǒng)對用戶與應用程序進行分組并對應，用戶分組可以與外部LDAP、Active Directory集成.同一組中的用戶可以個性化配置自已的云桌面，建立自已的私人文件空間.這樣我們可以對有相同軟件需求的教師分成一組，訪問同一云桌面，實現(xiàn)了便捷的動態(tài)需求.多媒體教室云桌面教學系統(tǒng)整體架構(見圖1).

圖1 多媒體教室云桌面教學系統(tǒng)架構圖

2.3 多媒體教室云桌面教學系統(tǒng)實現(xiàn)

2.3.1 多媒體教室云桌面云端基礎設施架構實現(xiàn)

多媒體教室云桌面系統(tǒng)的服務器運行在云端，云端基礎設施包括計算、網絡、存儲.采用開源的OpenStack作為云操作系統(tǒng)，將底層物理設備形成計算資源池統(tǒng)一管理使用.

OpenStack用兩臺Dell R720服務器進行部署，配置兩顆八核超線程CPU，支持Intel VT硬件虛擬化技術，內存192GB.存儲采用HP P4500 IP SAN網絡存儲.云端內部千兆網絡互連.

兩臺服務器安裝Ubuntu Server 12.04 LTS操作系統(tǒng)、KVM(虛擬機監(jiān)視器)、MySQL數(shù)據庫.一臺服務器作為云平臺的控制節(jié)點，安裝OpenStack相應模塊：Nova(計算服務)、Glance(鏡像服務)、Swift(對象存儲服務)、Keystone(認證服務)、Horizon(Web界面控制臺服務).另一臺服務器作為云平臺的計算節(jié)點，安裝Nova[11-12].在云平臺性能不能滿足需要的情況下，可以動態(tài)擴展計算和存儲等資源.

2.3.2 多媒體教室云桌面Ulteo環(huán)境實現(xiàn)

Ulteo環(huán)境部署在OpenStack云平臺生成的虛擬機實例上.以最簡化運行環(huán)境為例，需架設兩臺虛擬機服務器：服務器1安裝會話管理(SM)、Web Portal(WP)、Linux應用程序服務器與文件服務器(LAS、FS).服務器2安裝Windows應用程序服務器(WAS).服務器IP及角色分配(見表1).

服務器1四個服務組件均安裝在Linux平臺上，支持常見Linux發(fā)行版如CentOS、Ubuntu、SUSE.以Ubuntu Server 12.04為例：

(1)將Ulteo軟件加入Ubuntu軟件源

sodu vi /etc/apt/sources.list.d/ulteo_ovd.list

deb http://archive.ulteo.com/ovd/4.0/ubuntu precise mainapt-get update

表1 服務器IP、角色分配表

(2)安裝相應服務組件

安裝Ulteo會話管理apt-get install ulteo-ovd-session-manager ulteo-ovd-administration-console

安裝 Ulteo Linux應用程序與文件服務器apt get install ulteo-ovd-subsystem，注意安裝時需指定會話管理服務器的地址為會話服務地址.

安裝Ulteo Web Portal apt get install ulteo-ovd-web-client

服務器2基于Windows Server 2003/2008，并配置Terminal Server.然后安裝Ulteo的Windows Application Server組件，安裝時也需指定會話服務地址.

2.4 多媒體教室云桌面管理

部署完成Ulteo環(huán)境后，需要對Ulteo作基本配置后才能訪問云桌面.登錄Ulteo Web管理控制臺(http://192.168.101.91/ovd/admin)進行配置.配置流程如下：

(1)注冊應用程序服務器，將安裝的Linux與Windows應用程序服務器注冊，并切換到生產狀態(tài).

(2)創(chuàng)建用戶與用戶組，可以創(chuàng)建Ulteo的本地用戶，并將用戶分組.也可以直接與外部的LDAP、Active Directory集成，使用其中的用戶與用戶組.

(3)應用程序分組、分布，選擇云桌面要使用的程序并分組.將程序組與用戶組建立對應關系，定義哪些用戶使用哪些程序，最后發(fā)布程序組.

2.5 多媒體教室云桌面應用

云桌面教學系統(tǒng)支持PC端、移動設備訪問，提供更豐富的教學方式，除滿足基本多媒體教學需求外，還可以滿足師生泛在學習等應用需求.

云桌面教學系統(tǒng)使用以PC端為例，通過瀏覽器輸入云桌面會話地址(http://192.168.101.91/ovd)登錄.云桌面教學系統(tǒng)通過個性化配置，不同用戶組賬戶登錄，將會得到不同的云桌面和應用程序服務，更好地適應教師自身教學需要.

云桌面教學系統(tǒng)創(chuàng)新實現(xiàn)了將Linux與Windows程序整合在同一桌面環(huán)境下運行，提高了課程的教學效率.云桌面教學系統(tǒng)運行界面(見圖2).

圖2 云桌面教學系統(tǒng)運行界面

3 結 語

面對越來越多的多媒體教室教學環(huán)境應用管理問題.采用開源軟件OpenStack與Ulteo構建的云桌面教學平臺具有成本低、部署快等優(yōu)勢，能夠有

效降低多媒體教室維護和管理的復雜性，同時提供更豐富的教學方式，提升教學效率.多媒體教室云桌面教學系統(tǒng)必將有著廣闊的應用前景.

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