多媒体教室云桌面教学系统设计与应用

周铁成

(浙江水利水电学院 现代教育技术中心，浙江 杭州 310018)

0 引 言

随着多媒体教学在高校中日益普及，作为多媒体教学基础设施平台的多媒体教室数量也越来越多.多媒体教室能否可靠有效地运行直接影响多媒体教学的正常进行.而多媒体教室现有的技术架构，随着数量的增长，给管理与维护带来很多问题.如何探索多媒体教室新的建设模式，提高多媒体教室管理效率和使用效益，是各院校目前普遍面临的一大难题.

1 多媒体教室现存问题

多媒体教室通常由多媒体专用机柜、计算机、投影机、数字视频显示台、网络中控系统、投影屏幕、音响设备等多种现代教学设备组成.其中计算机系统是整个多媒体演示系统的核心，教学软件等都要由它运行，而且在很大程序上决定演示效果的好坏[1].多媒体教室的计算机系统维护是一项繁杂的工作，管理难度较大，集中体现在以下几个方面：

1.1 维护效率低、工作量大

多媒体教室规模扩大后，数量急剧上升，通常在几十个到几百个不等，地点却分布在不同教学楼的不同楼层.而管理人员的配置远远跟不上教室的增长，在维护时，需要在不同教学楼之间奔波.当多个教室发生问题时，因人手不够，难以做到及时处理，影响教学效果，严重时甚至会造成教学事故[2].

为满足不同教师的需要，多媒体教室的计算机中需要安装多种不同的系统和软件，更新较为频繁.对于维护人员来说，安装、升级软件工作量大[3].

1.2 难以适应教师个性化的软件与服务需求

因多媒体教室计算机资源为公用，不同课程会安排在同一个教室，而教师对应用软件及服务的需求不尽相同，如计算机专业教师对硬件与操作系统要求较高.现有的多媒体教室建设和管理模式无法向教师提供个性化服务，如提供自由选择硬件要求、操作系统、定制应用软件需求、以及不同服务要求.

1.3 设备运行性能低，故障率高

多媒体教室的计算机系统安装各类上课软件，既影响运行性能，又容易产生兼容性问题，稳定性差.同时为了保护硬盘数据，大多安装硬件还原卡，还原卡也会影响运行性能与稳定性[4].

1.4 计算机硬件使用周期短，建设投入大

由于软、硬件更新和升级的周期越来越短，通常多媒体教室内的计算机使用4～5年时间后，便需要进行更新换代.所以多媒体教室虽然建设时投资较大，但使用周期并不长，需要不断对设备进行升级重建，造成较大的资源、财力和精力的浪费.

从多媒体教室现存问题分析可以看出，传统的计算机设备分散、单点部署模式，已不能适应多媒体教室发展需求.

2 多媒体教室云桌面教学系统设计与实现

近年来，伴随着云计算技术的发展，高校信息化技术也跟随云计算的发展方向标，不断发展.不少高校利用云计算技术，在数据中心建设私有云，并推出各种云服务.

云桌面是在成熟的桌面虚拟化技术基础上结合云计算，计算机桌面存储与运行在云端，用户使用各类终端通过桌面显示协议访问云端的桌面.

云桌面相比传统多媒体教室本地计算机设备运行、显示有以下优势：

(1)维护管理更集中.云桌面将应用和数据集中在云端的服务器集群中，从而可以实现对用户行为的统一管理和监控，诸如系统克隆、软件升级、安全性能监控等，从而提升管理人员工作效率；

(2)为教师实现个性化服务.可以为教师实现桌面系统可定制的随需派送和个体差异化服务，从而最大限度地满足越来越复杂的教学需要；

(3)降低设备投入与运行成本.云桌面访问终端性能要求低，可以用瘦客户机或是已有旧计算机，设备使用周期长.瘦客户机能耗低，多媒体教室数量多时，长时间运行，可有效降低电能损耗，节约运行成本[5-8].

2.1 云桌面方案的选择

目前桌面云解决方案不多，大多基于桌面虚拟化方案转化而来.主要有商业的VMware Horizon View、Citrix XenDesktop，开源的Ulteo、eyeOS.

VMware与Citrix都基于VDI架构即用户桌面对应于云端一台虚拟机的桌面，技术相对成熟.缺点是(1)开放性较差，云端只能通过厂商自已的虚拟化架构实现，如VMware vSphere;(2)投入费用高[9].

eyeOS是Web Desktop，在浏览器上模拟用户桌面，运行Web应用程序，不是真正的操作系统桌面，用户体验差.因是Web Desktop，eyeOS对传统应用程序支持上不完全，象Word等程序还是需要本地支持.

Ulteo是开源的基于VDI架构、可扩展的云桌面系统，支持用户在任何设备包括手机、平板运行云端服务器上的Linux与Windows程序[10].Ulteo特点是使用应用程序代管(Hosted Application)技术，让Linux和Windows应用程序在同一个桌面环境下执行和使用，这特性符合高校多媒体教学个性化的需求.Ulteo功能完善，构建与管理简单，费用比商业方案低.不少国外高校正使用Ulteo创建云桌面系统，如美国的华盛顿大学、犹他大学.

通过对常见的云桌面解决方案进行分析比较与初步评估，结合高校实际情况，认为Ulteo适应构建多媒体教室的云桌面教学系统.

2.2 多媒体教室云桌面教学系统架构设计

多媒体教室云桌面以Ulteo为核心技术，分为客户端与云端.云端架构主要为云服务器集群，根据角色分成会话管理服务器群、Web Portal服务器群、Linux与Windows应用程序服务器群、文件服务器群.会话管理服务器是整个系统的管理控制台，负责用户云桌面和应用程序服务之间的会话建立与管理.Web Portal服务器管理浏览器客户端的连接会话.Linux与Windows应用程序服务器群安装云桌面使用的应用程序.文件服务器群通过网络文件系统(CIFS、OpenAFS)提供集中的文件管理系统，供应用程序服务器访问.根据云计算技术的特点，这些服务器集群可以根据客户端规模的大小进行整合和扩展.

客户端负责用户输入信息、显示图像，所有程序执行在云端实现，客户端与云端使用虚拟桌面显示协议RDP与HTTPS传输数据.客户端采用多种方式访问多媒体教室云桌面，PC、瘦客户机通过支持HTML 5、Java applet的浏览器或是安装客户端软件(Native Client)连接云端的桌面.移动设备手机、平板通过相应的App访问.

多媒体教室云桌面系统对用户与应用程序进行分组并对应，用户分组可以与外部LDAP、Active Directory集成.同一组中的用户可以个性化配置自已的云桌面，建立自已的私人文件空间.这样我们可以对有相同软件需求的教师分成一组，访问同一云桌面，实现了便捷的动态需求.多媒体教室云桌面教学系统整体架构(见图1).

图1 多媒体教室云桌面教学系统架构图

2.3 多媒体教室云桌面教学系统实现

2.3.1 多媒体教室云桌面云端基础设施架构实现

多媒体教室云桌面系统的服务器运行在云端，云端基础设施包括计算、网络、存储.采用开源的OpenStack作为云操作系统，将底层物理设备形成计算资源池统一管理使用.

OpenStack用两台Dell R720服务器进行部署，配置两颗八核超线程CPU，支持Intel VT硬件虚拟化技术，内存192GB.存储采用HP P4500 IP SAN网络存储.云端内部千兆网络互连.

两台服务器安装Ubuntu Server 12.04 LTS操作系统、KVM(虚拟机监视器)、MySQL数据库.一台服务器作为云平台的控制节点，安装OpenStack相应模块：Nova(计算服务)、Glance(镜像服务)、Swift(对象存储服务)、Keystone(认证服务)、Horizon(Web界面控制台服务).另一台服务器作为云平台的计算节点，安装Nova[11-12].在云平台性能不能满足需要的情况下，可以动态扩展计算和存储等资源.

2.3.2 多媒体教室云桌面Ulteo环境实现

Ulteo环境部署在OpenStack云平台生成的虚拟机实例上.以最简化运行环境为例，需架设两台虚拟机服务器：服务器1安装会话管理(SM)、Web Portal(WP)、Linux应用程序服务器与文件服务器(LAS、FS).服务器2安装Windows应用程序服务器(WAS).服务器IP及角色分配(见表1).

服务器1四个服务组件均安装在Linux平台上，支持常见Linux发行版如CentOS、Ubuntu、SUSE.以Ubuntu Server 12.04为例：

(1)将Ulteo软件加入Ubuntu软件源

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 服务器IP、角色分配表

(2)安装相应服务组件

安装Ulteo会话管理apt-get install ulteo-ovd-session-manager ulteo-ovd-administration-console

安装 Ulteo Linux应用程序与文件服务器apt get install ulteo-ovd-subsystem，注意安装时需指定会话管理服务器的地址为会话服务地址.

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

服务器2基于Windows Server 2003/2008，并配置Terminal Server.然后安装Ulteo的Windows Application Server组件，安装时也需指定会话服务地址.

2.4 多媒体教室云桌面管理

部署完成Ulteo环境后，需要对Ulteo作基本配置后才能访问云桌面.登录Ulteo Web管理控制台(http://192.168.101.91/ovd/admin)进行配置.配置流程如下：

(1)注册应用程序服务器，将安装的Linux与Windows应用程序服务器注册，并切换到生产状态.

(2)创建用户与用户组，可以创建Ulteo的本地用户，并将用户分组.也可以直接与外部的LDAP、Active Directory集成，使用其中的用户与用户组.

(3)应用程序分组、分布，选择云桌面要使用的程序并分组.将程序组与用户组建立对应关系，定义哪些用户使用哪些程序，最后发布程序组.

2.5 多媒体教室云桌面应用

云桌面教学系统支持PC端、移动设备访问，提供更丰富的教学方式，除满足基本多媒体教学需求外，还可以满足师生泛在学习等应用需求.

云桌面教学系统使用以PC端为例，通过浏览器输入云桌面会话地址(http://192.168.101.91/ovd)登录.云桌面教学系统通过个性化配置，不同用户组账户登录，将会得到不同的云桌面和应用程序服务，更好地适应教师自身教学需要.

云桌面教学系统创新实现了将Linux与Windows程序整合在同一桌面环境下运行，提高了课程的教学效率.云桌面教学系统运行界面(见图2).

图2 云桌面教学系统运行界面

3 结 语

面对越来越多的多媒体教室教学环境应用管理问题.采用开源软件OpenStack与Ulteo构建的云桌面教学平台具有成本低、部署快等优势，能够有

效降低多媒体教室维护和管理的复杂性，同时提供更丰富的教学方式，提升教学效率.多媒体教室云桌面教学系统必将有着广阔的应用前景.

参考文献：

[1] 陈世坤,刘贻新.基于云平台的多媒体教室设备管理研究[J].中国教育网络,2012(2):74-75.

[2] 孙 志,赵宏强,王 鹏.用桌面虚拟化技术构建多媒体教室[J].中国教育网络,2013(6):58-60.

[3] 樊昌秀.多媒体教室的桌面虚拟化探索[J].长沙大学学报,2012(5):65-66.

[4] 于 锋,张海波.论桌面虚拟化技术植入多媒体教室管理的效能[J].浙江水利水电专科学校学报,2013(2):60-63.

[5] 王晓庆.校园云架构下的虚拟化桌面应用[J].中国教育网络,2011(8):34-35.

[6] 林飞跃,林先津.云桌面在教学管理中的应用[J].实验室研究与探索,2013(10):336-338,343.

[7] 林先津.桌面虚拟化技术在分布式设备管理中的研究与应用[J].实验技术与管理,2013(4):68-70.

[8] 鄢 涛,李 丹.虚拟云桌面技术的研究与实现[J].成都大学学报:自然科学版),2013(2):145-147,155.

[9] 王 峰,江 峰,李朝阳.虚拟桌面及关键技术分析[J].电信技术,2011(1):24-26.

[10] 叶新东,张甦敏.未来课堂软件环境的设计与实现——以温州大学未来课堂为例[J].现代教育技术,2013(10):5-10.

[11] 张 毅.基于OpenStack的虚拟桌面云系统服务端设计与实现[D].广州:华南理工大学,2013.

[12] 李小宁,李 磊,金连文,等.基于OpenStack构建私有云计算平台[J].电信科学,2012(9):1-7.