高校校园综合网络教学平台的移动学习模式

【摘要】针对高校建设的CAN、单向HFC独立网在教育教学服务中的不足，提出一种以软交换技术、WiMAX无线宽带接入技术构建的校园综合移动教学网络平台方案，并以此平台对M-learning方式的新模式即群播教学模式、网络微格教学模式、点播辅助教学模式进行探讨。

【关键词】M-Learning；CAN；HFC；WiMAX

【中图分类号】G40–057 【文献标识码】A 【论文编号】1009—8097（2009）06—0073—03

引言

M-learning方式是移动通信、网络技术与教育的有机结合，它突破了有线连接所带来的束缚，学习者可根据自己的学习需要，随时、随地访问任何网络的教育资源，提高学习和工作效率，充分调动学习者的学习兴趣。

校园计算机通信网（CAN）是为学校师生提供教学、科研和综合教育信息服务的多媒体网络，主要以园区局域网为主。以校园计算机通信网搭建的教学平台具有较好的双向互动功能，教育教学信息资源丰富，但在多媒体教学应用中，由于网络带宽等因素影响导致实时教学功能及图像清晰度欠佳。而校园闭路电视教学平台主要优势在于实时广播、频带宽、图像画面清晰，其劣势是教育教学信息资源相对较少，特别对单向HFC网来说不具备实时教学互动功能、无交换和网络管理。

多数高校（主要是早期建设）的CAN一般在教室里都未设网络终端，而闭路电视网均为单向HFC，在各教室里均设有接收终端，两网络在校园内相互独立发挥自己的功能。为改变此现状，使濒临淘汰的单向闭路电视网重新整合到校园网络教学平台中，发挥校园计算机通信网、校园单向闭路电视网在教育教学中的优势作用，本文提出了用软交换技术、WiMAX无线宽带接入技术将CAN、单向HFC独立网综合为统一的移动教学网络平台方案，以及针对该移动教学平台开展的移动教学、学习的几种模式进行探讨。此方案既不需要繁锁的（教室增设CAN网络终端、单向HFC网变为双向HFC网）建设改造，又能融合两独立网络并能提供灵活的M-learning学习方式，极大地拓展了网络的教学功能。

一 WiMAX及软交换支撑技术的特点

WiMAX（World Interoperability for Microwave Access）为全球微波接入互操作性，是基于IEEE802.16标准的无线城域网技术，其最大特点就是覆盖面广、传输速度快、容量高[1]。WiMAX最远可以达到50公里的覆盖范围，属于无线城域网（WMAN）的范畴，其典型应用的覆盖范围是6～10公里，传输速度可高达74.81Mb/s，一个基站可以同时接入数百个远端用户站。WiMAX组织还开发了新的无线传输协议802.16a和802.16e，提高了信号绕过障碍的能力，即使基站和用户终端之间有树木或者建筑物的阻挡也不会妨碍信号的传输，并确保了手持、PDA步行或使用移动计算设备无线连接也不会中断。

软交换技术是实现新一代的语音通信、多媒体和数据交互的核心技术，它主要处理实时业务，其中包括语音业务、视频业务和其它多媒体业务。软交换技术的网络体系结构分成媒体接入层、传输服务层、控制层和业务应用层，整个体系涉及的协议较多，其中有H.248、SCPT、ISUP、TUP、INAP、H.323、RADIUS、SNMP、SIP、M3UA、MGCP、BICC、PRI、BRI等。基于综合性的平台加开放的协议接口，软交换体系为用户提供了更多更快的业务解决方式，是三网融合的最佳实现途径。由于具有开放性、灵活性和扩充性等优势，软交换技术将在下一代网络（NGN）的业务层面发挥核心作用[2]。

二 综合网络移动教学平台的构建

在校园闭路电视前端设置一基于软交换技术的核心服务器，用于跨校园单向HFC网与CAN，满足IP-QAM、SOFT-SWITCH运行模式。核心服务器由视频服务器、数据服务器、媒体路由器、IP视频网关等设备构成，配备HFC网、以太网、ASI网等接口，并配以多种业务运营管理软件，确保多种教学业务的开展。CAN是IP网络的一种，既可传输数据信息，又可用来传输符合IP协议的数字视频和数字音频信号，进行多媒体通信。通过软交换协调单向HFC网与CAN之间的数据流和控制流的传输，实现视频服务器和CAN及校园单向HFC网的各用户终端之间的教学交互操作、控制，以及上传许可教室终端的音视频信号到视频服务器中，通过校园单向HFC网的下行高速以及完善的QoS将上载的音视频信号高质量地实时传输到校园HFC网各用户终端。校园闭路电视前端的卫星教学电视节目信号、自办教学电视节目信号也可通过软交换变成IP流进入CAN，CAN的终端用户也可通过电脑收看教学电视节目。

将CAN与WiMAX系统连接构成一个无线移动网络教学平台，用户可在校园的任何地方实现CAN的无线宽带接入。WiMAX系统中的基站（BS）提供用户基站（SS）与核心网络间的连接，通常采用扇形/定向天线或全向天线，可提供灵活的子信道部署与配置功能，并根据用户群体状况不断升级扩展网络。用户基站（SS）提供基站与用户终端设备（TE）间的中继连接，通常采用固定天线，并被安装在屋顶上。基站（BS）与用户基站（SS）间采用动态适应性信号调制模式。校园综合网络的移动教学平台组成如图1所示。

用户终端由校园单向HFC网用户和CAN用户共同组成，可以是教室、办公室、宿舍、户外等任一场所的用户。其终端设备有笔记本电脑、PC机、多功能CABLE MODEM、电视机、摄像机、话筒等，设备可根据不同使用场合进行选择配置。教室终端用户在教学时可通过校园单向HFC网的下行高质量的信号进行收看，同时利用笔记本电脑、PC机、

多功能CABLE MODEM通过WiMAX系统在CAN上访问视频服务器实现实时申请提问、发言以及本地音视频上传等互动操作。

三 综合网络的移动教学与学习模式

校园综合网络的移动教学平台可实现CAN与单向HFC网的教学数据和教学节目的互通、教学方式的互动，以及无线宽带接入功能，为开展多功能M-learning带来了便利。随时随地进行无线连接，教师可以在移动中进行教学，而不仅仅局限于一个固定的场所和固定的时间；学生也不再局限于某一固定场所，可以根据自己的学习需要随时随地学习。这种灵活的学习方式，实现了人们跨越时空，随时随地学习的梦想，学生可以根据自己的实际情况，利用轻便、小巧的移动设备灵活地进行学习。M-learning是E-learning的一个发展，与E-learning相比较M-learning具有明显的优势，而该综合网络的移动教学平台还赋予其独特的教学、学习方式。

1 群播教学模式

随着高校生源的扩招，一些面向全校学生开设的课程在实施过程中面临很大的困难，如我校师范类专业的学生在校期间需要学习《教育学》、《心理学》、《教育技术学》等公共课程，由于选课学生较多、师资不足，加上多媒体教室有限，所以教授公共课的教师授课学时偏多，而且许多课程不得不放在晚上或周末，这给教师、学生以及教学管理者带来了极大的不便，使用校园综合网络移动教学平台的群播教学功能可以很好地解决这个问题，并能充分发挥、扩大优秀教师的示范作用，节省师资力量。

设单向HFC网用户终端1（教室1）为主教室，单向HFC网用户终端2、单向HFC网用户终端3…（教室2、教室3…）为分教室，当主讲教师在主教室上课时，主讲教师上课的视音频信号上传接入核心服务器，实现校园单向HFC网上的DVB直播。设置的各分教室学生可实时地通过电视收看主教室上课的内容，同时也可通过WiMAX无线宽带接入实时向主教室老师提问，主教室老师在第一时间及时解答，这样分教室的学生如同在主教室环境下一样上课。

由教室2通过CAN上传向核心服务器内的视频服务器提出申请发言请求，再由视频服务器向主教室转发分教室2的发言请求，经主教室老师同意后方可获得发言权，既教室2启动音视频信号上传，视频服务器开始转发教室2的音视频信号，并送入单向HFC网，而未经主教室获准的分教室发言请求将不能实现上述功能。各分教室能收看到主教室和获得发言权的教室2的音视频信号；主教室能收看到获得发言权的教室2音视频信号和个别未获得发言权的分教室当前状态（由主教室选择分教室，实现程序同上），并能使某分教室提出的发言请求获得批准。分教室向主教室申请发言程序如图2所示。

CAN在实现上述操作过程中，采用HTTP协议实现教室与视频服务器间的交互操作控制，各教室通过WiMAX系统无线接入，实现音视频信号向视频服务器的上传和QoS控制则由RTP/RTCP协议完成，RTCP配合RTP控制协议，通过反馈包的方式为传输提供QoS。

2 网络微格教学模式

传统的微格教室是采用录制重放设备而构成，分为录制教室和回放教室两部分，此种微格教室在微格教学时不能自由分配，一次只能对少数学生进行教学技能训练，影响了微格教学的普及率和实用性[3]。利用综合网络的移动教学平台进行微格教学方便灵活，可将任一教室（设为主教室）作为微格录制教室，通过WiMAX无线宽带将学生的教学录像上传至核心服务器内的视频服务器中，指导教师和观摩的学生可在其它的某一教室（分教室）里由单向HFC网下传的信号或任一网络接收点通过直播和任一时间随时点播回放收看，进行观摩分析、评价、讲解指导。该网络微格教学系统既可使学校节约专项建设微格设备的经费，充分高效利用现有教学设备资源，同时也使微格教学在功能上更加智能化、精确化，为教学技能的培养发挥更大的作用，这对于师范类院校来说尤为重要。

3 点播辅助教学模式

教师在使用电视辅助上课时，所使用的教学课件、电子白板行书、图片展示等内容，若通过单向HFC网视频传送，因信号经过压缩编码处理，该方式接收图像清晰度不高，故可将这些信息实时通过WiMAX系统点播并以数据形式发送到各分教室，配合当前的教学[4]；其次，在校园的任何终端也可随时点播收看单向HFC网或CAN的教学节目或教育信息，点播请求通过CAN上传，可将IP流信息、TS流信息从服务器中调出经软交换在单向HFC网上或CAN上传送。

四 结束语

综合网络的移动教学平台音视频信号下传可分别依靠单向HFC网、CAN，校园单向HFC网下传的视频图像清晰度明显优于CAN传送的图像清晰度，而CAN在综合移动教学平台中可上传信号，弥补了单向HFC网的不足，较好实现了互动教学功能，群播教学模式、网络微格教学模式、点播辅助教学模式的运用充分体现了移动学习方式的灵活性、个体性的特点。校园综合网络的移动教学平台方案主要是针对分期建设、各成独立的CAN和单向HFC网而提出的，对于新建校园网络的高校来说，可考虑采用闭路电视信号与通信数据、多媒体一并在宽带双向HFC网上传送，并通过WiMAX系统实现宽带无线接入，这样平台的实现就更加简捷、方便。

参考文献

[1] 张智江,李正茂,王兵等.宽带无线接入系统WiMAX及工程建设[M].北京:人民邮电出版社,2007:38-44.

[2] 景晓军,周贤伟,姜美.现代交换原理与应用[M].北京:国防工业出版社,2005:211-216.

[3] 穆陟晅.基于网络的微格教学系统及其设计刍议[J].中国电化教育,2007,(10):106-109.

[4] 韩建华.基于有线数字电视的互动教学技术探讨[J].中国电化教育,2006,(4):99-101.

The Mobile Learning Mode Based on Campus Merging Network Teaching Platform

HAN Jian-hua

(School of Education, Anqing Teachers College, Anqing, Anhui, 246133, China)

Abstract: In order to solve the defects of CAN and one-way HFC in education service, the article propose a campus merging mobile teaching network platform constructed by soft switching technology and WiMAX broadband wireless access technology, discuss the new modes of mobile learning, they are multicast teaching mode, network microteaching mode and distance education mode.

Keywords: M-Learning; CAN; HFC; WiMAX