网络教学屏幕监控系统的设计与实现

杨科　韦家佳

摘 要：为了丰富程监控技术在教育教学的实践应用，结合高校教学的需求，基于Java+Socket+多线程技术，设计实现了一套网络教学屏幕监控系统，为师生构建数字化的学习环境提供了可能，从而实现有效的教学，提高了教学的质量。

关键词：网络教学；远程监控；Java；数据库

中图分类号： TP393.4 文献标识码：A

1 引言（Introduction）

由于目前大多数高校计算机操作普及，并且很多都建立了校园内部的局域网，浏览因特网也非常便利。而且网络教学屏幕监控系统所需要的服务器要求并不是很高，可以直接将服务端程序放在学校的应用系统服务器上，因此设计一套适用于高校实验教学的系统是可行的。

2 系统功能需求分析（Analysis of the systemfunctional requirements）

设计的网络教学屏幕监控系统，是依据网络教学的特定环境，结合实际教学的需求来进行设计与开发，并试图使用该屏幕监控系统结合智能化考试系统来进行辅助教学，使其达到更个性化的教学，从而提高课堂教学质量的目的，其主要的研究内容如图1所示。

3 系统架构设计（System architecture design）

系统的基本架构如图2所示，教师主机与学生客户机通过物理网络相连。教师在主机上运行服务端程序，监听固定端口等待连接；学生在教室计算机上运行客户端程序，连接指定端口。服务端和客户端的程序通过套接字Socket建立连接，并通过Socket输入输出流收发信息，实现监控和数据传递等功能[1]。Socket则通过TCP/IP、RTCP等协议实现两端计算机的数据通信，其中，RTCP协议主要用于实现实时音视频传输。

4 系统数据库设计（The system database design）

4.1 数据库选型

根据本系统的需要，选取的数据库应提供良好地数据存储、管理功能，具有简单方便的操作和管理模式，能够确保数据的完整，具有可靠的安全稳定性。因此，这里选取使用微软公司开发的SQL Server2008作为项目所使用的数据库。SQL Server2008引入了SQL Server Management Studio，这是一个新型的统一的管理工具组。这个工具组将包括一些新的功能，以开发、配置SQL Server数据库，发现并修理其中的故障，同时这个工具组还对从前的功能进行了一些改进。

从对SQL类的新的支持，以及提供的多活动结果集，SQL Server2008中的ADO.NET将推动数据集的存取和操纵，实现更大的可升级性和灵活性。因此，SQL Server2008非常适合于本系统的数据库开发。

4.2 数据库概念结构设计

数据模型包括数据对象、对象的属性和各对象之间的联系。数据模型通常用E-R图来进行描述，E-R图的基本元素包括实体、属性和联系。在绘制E-R图中，用矩形来表示实体，用椭圆或圆角矩形来表示属性，用菱形来表示实体间的联系。而实体E-R图则是简化的E-R图，将实体的属性省略，用以描述较为复杂的系统E-R图。本系统主要实体的E-R图，如图3所示。

5 系统的实现（The implementation of system）

5.1 服务器端实现

远程监控的思想是通过SOCKET和利用应用程序的消息机制，监控程序的客服端与被监控程序的服务器端进行数据交换，达到监控与被监控的目的[2]。

根据这个思想，服务器端所需以下程序模块。

网络模块：负责监听客服端的连接，负责接收并处理客服端发过来的消息命令，在本机上处理这些消息并发送各种数据，如屏幕数据，命令反馈数据等，到客服端监听程序。

编码解码模块：负责对数据进行压缩。这个模块是根据客户端的要求来采用具体的编码解码方法的。

主框架模块：负责SERVER端窗口的消息处理。

5.2 广播教学模块的实现

广播教学中最重要的难点技术是音、视频的采集、压缩及传输的实现。教师的视频采集通过摄像头完成，教师在上课时选择要播放的教学课件，系统则将教师视频和课件视频数据进行压缩再传输给客户端。

5.3 幕监看模块的实现

5.3.1 学生机屏幕采集

首先利用Robot（）对象复制屏幕内容，屏幕被划分为P×Q个小区域，分别对应一个属于Bufferedlmage类的S_Shot对象，该对象用于存储对应的屏幕信息[3]。系统在采集屏幕内容时，会将本次采集的信息与保存在缓冲区的上次信息进行对比，若两次的不同，就把本次采集的屏幕信息，经过压缩编码，再传送给服务器端，服务器端接收到对应区域的屏幕信息后，进行解压缩重新拼成屏幕区域矩阵，显示出完整的屏幕内容。

5.3.2 屏幕传输

屏幕经编码压缩后的数据信息传输时采用UDP协议，由于UDP在传输时支持实时效果不佳，且难以支持QOS等问题。因此，为保证压缩数据的实时传输，应进行数据的RTP封包处理。RTP能够提供点到点的服务，能很好地支持网络实时传送数据，RTP自身能够确保传输的控制、及时和质量，应与RTCP配合使用。在RTP会话时，发送端会向接收端固定间隔一定周期地发送RTCP包，用于控制信息传输，监控服务质量。压缩数据都封装在RTP包中，RTP包再被封装在UDP消息段中，最后封装在IP数据包中进行传输。

5.4 远程命令模块的实现

命令处理模块的实现通常就是通过函数调用，调用各个命令处理类。在命令处理模块中，被监控端进行以下操作：首先发送自己的状态信息给主控端；然后建立图像的传送；再开启控制命令套接字；文件上传；文件下载；执行DOS命令，获取执行结果和错误流，这些都是命令模块的相关操作功能。

6 结论（Conclusion）

本系统以高校局域网监控为基础，涵盖了学生端和老师端管理等方面，基本可以适高校局域网管理的需要，以实现自动化管理的科学化、规范化，进而提高效率、降低成本。

参考文献（References）

[1] 安昌华.基于Window平台的远程屏幕监控技术的研究与应用[D].华中科技大学，2007（2）：34-35.

[2] 周雨.极域电子教室在教学中的应用[J].空军第一航空学院学报，2010（7）：58-61.

[3] 张鑫锋.嵌入式多媒体终端的WiFi功能研究与设计[D].上海：华东师范大学教育科学学院，2009（6）：21-22.

作者简介：

杨 科（1983-），男，硕士，助理工程师.研究领域：系统安全，软件工程.

韦家佳（1986-），男，学士，助理工程师.研究领域：市场营销，电子信息化.endprint

摘 要：为了丰富程监控技术在教育教学的实践应用，结合高校教学的需求，基于Java+Socket+多线程技术，设计实现了一套网络教学屏幕监控系统，为师生构建数字化的学习环境提供了可能，从而实现有效的教学，提高了教学的质量。

关键词：网络教学；远程监控；Java；数据库

中图分类号： TP393.4 文献标识码：A

1 引言（Introduction）

由于目前大多数高校计算机操作普及，并且很多都建立了校园内部的局域网，浏览因特网也非常便利。而且网络教学屏幕监控系统所需要的服务器要求并不是很高，可以直接将服务端程序放在学校的应用系统服务器上，因此设计一套适用于高校实验教学的系统是可行的。

2 系统功能需求分析（Analysis of the systemfunctional requirements）

设计的网络教学屏幕监控系统，是依据网络教学的特定环境，结合实际教学的需求来进行设计与开发，并试图使用该屏幕监控系统结合智能化考试系统来进行辅助教学，使其达到更个性化的教学，从而提高课堂教学质量的目的，其主要的研究内容如图1所示。

3 系统架构设计（System architecture design）

系统的基本架构如图2所示，教师主机与学生客户机通过物理网络相连。教师在主机上运行服务端程序，监听固定端口等待连接；学生在教室计算机上运行客户端程序，连接指定端口。服务端和客户端的程序通过套接字Socket建立连接，并通过Socket输入输出流收发信息，实现监控和数据传递等功能[1]。Socket则通过TCP/IP、RTCP等协议实现两端计算机的数据通信，其中，RTCP协议主要用于实现实时音视频传输。

4 系统数据库设计（The system database design）

4.1 数据库选型

根据本系统的需要，选取的数据库应提供良好地数据存储、管理功能，具有简单方便的操作和管理模式，能够确保数据的完整，具有可靠的安全稳定性。因此，这里选取使用微软公司开发的SQL Server2008作为项目所使用的数据库。SQL Server2008引入了SQL Server Management Studio，这是一个新型的统一的管理工具组。这个工具组将包括一些新的功能，以开发、配置SQL Server数据库，发现并修理其中的故障，同时这个工具组还对从前的功能进行了一些改进。

从对SQL类的新的支持，以及提供的多活动结果集，SQL Server2008中的ADO.NET将推动数据集的存取和操纵，实现更大的可升级性和灵活性。因此，SQL Server2008非常适合于本系统的数据库开发。

4.2 数据库概念结构设计

数据模型包括数据对象、对象的属性和各对象之间的联系。数据模型通常用E-R图来进行描述，E-R图的基本元素包括实体、属性和联系。在绘制E-R图中，用矩形来表示实体，用椭圆或圆角矩形来表示属性，用菱形来表示实体间的联系。而实体E-R图则是简化的E-R图，将实体的属性省略，用以描述较为复杂的系统E-R图。本系统主要实体的E-R图，如图3所示。

5 系统的实现（The implementation of system）

5.1 服务器端实现

远程监控的思想是通过SOCKET和利用应用程序的消息机制，监控程序的客服端与被监控程序的服务器端进行数据交换，达到监控与被监控的目的[2]。

根据这个思想，服务器端所需以下程序模块。

网络模块：负责监听客服端的连接，负责接收并处理客服端发过来的消息命令，在本机上处理这些消息并发送各种数据，如屏幕数据，命令反馈数据等，到客服端监听程序。

编码解码模块：负责对数据进行压缩。这个模块是根据客户端的要求来采用具体的编码解码方法的。

主框架模块：负责SERVER端窗口的消息处理。

5.2 广播教学模块的实现

广播教学中最重要的难点技术是音、视频的采集、压缩及传输的实现。教师的视频采集通过摄像头完成，教师在上课时选择要播放的教学课件，系统则将教师视频和课件视频数据进行压缩再传输给客户端。

5.3 幕监看模块的实现

5.3.1 学生机屏幕采集

首先利用Robot（）对象复制屏幕内容，屏幕被划分为P×Q个小区域，分别对应一个属于Bufferedlmage类的S_Shot对象，该对象用于存储对应的屏幕信息[3]。系统在采集屏幕内容时，会将本次采集的信息与保存在缓冲区的上次信息进行对比，若两次的不同，就把本次采集的屏幕信息，经过压缩编码，再传送给服务器端，服务器端接收到对应区域的屏幕信息后，进行解压缩重新拼成屏幕区域矩阵，显示出完整的屏幕内容。

5.3.2 屏幕传输

屏幕经编码压缩后的数据信息传输时采用UDP协议，由于UDP在传输时支持实时效果不佳，且难以支持QOS等问题。因此，为保证压缩数据的实时传输，应进行数据的RTP封包处理。RTP能够提供点到点的服务，能很好地支持网络实时传送数据，RTP自身能够确保传输的控制、及时和质量，应与RTCP配合使用。在RTP会话时，发送端会向接收端固定间隔一定周期地发送RTCP包，用于控制信息传输，监控服务质量。压缩数据都封装在RTP包中，RTP包再被封装在UDP消息段中，最后封装在IP数据包中进行传输。

5.4 远程命令模块的实现

命令处理模块的实现通常就是通过函数调用，调用各个命令处理类。在命令处理模块中，被监控端进行以下操作：首先发送自己的状态信息给主控端；然后建立图像的传送；再开启控制命令套接字；文件上传；文件下载；执行DOS命令，获取执行结果和错误流，这些都是命令模块的相关操作功能。

6 结论（Conclusion）

本系统以高校局域网监控为基础，涵盖了学生端和老师端管理等方面，基本可以适高校局域网管理的需要，以实现自动化管理的科学化、规范化，进而提高效率、降低成本。

参考文献（References）

[1] 安昌华.基于Window平台的远程屏幕监控技术的研究与应用[D].华中科技大学，2007（2）：34-35.

[2] 周雨.极域电子教室在教学中的应用[J].空军第一航空学院学报，2010（7）：58-61.

[3] 张鑫锋.嵌入式多媒体终端的WiFi功能研究与设计[D].上海：华东师范大学教育科学学院，2009（6）：21-22.

作者简介：

杨 科（1983-），男，硕士，助理工程师.研究领域：系统安全，软件工程.

韦家佳（1986-），男，学士，助理工程师.研究领域：市场营销，电子信息化.endprint

摘 要：为了丰富程监控技术在教育教学的实践应用，结合高校教学的需求，基于Java+Socket+多线程技术，设计实现了一套网络教学屏幕监控系统，为师生构建数字化的学习环境提供了可能，从而实现有效的教学，提高了教学的质量。

关键词：网络教学；远程监控；Java；数据库

中图分类号： TP393.4 文献标识码：A

1 引言（Introduction）

由于目前大多数高校计算机操作普及，并且很多都建立了校园内部的局域网，浏览因特网也非常便利。而且网络教学屏幕监控系统所需要的服务器要求并不是很高，可以直接将服务端程序放在学校的应用系统服务器上，因此设计一套适用于高校实验教学的系统是可行的。

2 系统功能需求分析（Analysis of the systemfunctional requirements）

设计的网络教学屏幕监控系统，是依据网络教学的特定环境，结合实际教学的需求来进行设计与开发，并试图使用该屏幕监控系统结合智能化考试系统来进行辅助教学，使其达到更个性化的教学，从而提高课堂教学质量的目的，其主要的研究内容如图1所示。

3 系统架构设计（System architecture design）

系统的基本架构如图2所示，教师主机与学生客户机通过物理网络相连。教师在主机上运行服务端程序，监听固定端口等待连接；学生在教室计算机上运行客户端程序，连接指定端口。服务端和客户端的程序通过套接字Socket建立连接，并通过Socket输入输出流收发信息，实现监控和数据传递等功能[1]。Socket则通过TCP/IP、RTCP等协议实现两端计算机的数据通信，其中，RTCP协议主要用于实现实时音视频传输。

4 系统数据库设计（The system database design）

4.1 数据库选型

根据本系统的需要，选取的数据库应提供良好地数据存储、管理功能，具有简单方便的操作和管理模式，能够确保数据的完整，具有可靠的安全稳定性。因此，这里选取使用微软公司开发的SQL Server2008作为项目所使用的数据库。SQL Server2008引入了SQL Server Management Studio，这是一个新型的统一的管理工具组。这个工具组将包括一些新的功能，以开发、配置SQL Server数据库，发现并修理其中的故障，同时这个工具组还对从前的功能进行了一些改进。

从对SQL类的新的支持，以及提供的多活动结果集，SQL Server2008中的ADO.NET将推动数据集的存取和操纵，实现更大的可升级性和灵活性。因此，SQL Server2008非常适合于本系统的数据库开发。

4.2 数据库概念结构设计

数据模型包括数据对象、对象的属性和各对象之间的联系。数据模型通常用E-R图来进行描述，E-R图的基本元素包括实体、属性和联系。在绘制E-R图中，用矩形来表示实体，用椭圆或圆角矩形来表示属性，用菱形来表示实体间的联系。而实体E-R图则是简化的E-R图，将实体的属性省略，用以描述较为复杂的系统E-R图。本系统主要实体的E-R图，如图3所示。

5 系统的实现（The implementation of system）

5.1 服务器端实现

远程监控的思想是通过SOCKET和利用应用程序的消息机制，监控程序的客服端与被监控程序的服务器端进行数据交换，达到监控与被监控的目的[2]。

根据这个思想，服务器端所需以下程序模块。

网络模块：负责监听客服端的连接，负责接收并处理客服端发过来的消息命令，在本机上处理这些消息并发送各种数据，如屏幕数据，命令反馈数据等，到客服端监听程序。

编码解码模块：负责对数据进行压缩。这个模块是根据客户端的要求来采用具体的编码解码方法的。

主框架模块：负责SERVER端窗口的消息处理。

5.2 广播教学模块的实现

广播教学中最重要的难点技术是音、视频的采集、压缩及传输的实现。教师的视频采集通过摄像头完成，教师在上课时选择要播放的教学课件，系统则将教师视频和课件视频数据进行压缩再传输给客户端。

5.3 幕监看模块的实现

5.3.1 学生机屏幕采集

首先利用Robot（）对象复制屏幕内容，屏幕被划分为P×Q个小区域，分别对应一个属于Bufferedlmage类的S_Shot对象，该对象用于存储对应的屏幕信息[3]。系统在采集屏幕内容时，会将本次采集的信息与保存在缓冲区的上次信息进行对比，若两次的不同，就把本次采集的屏幕信息，经过压缩编码，再传送给服务器端，服务器端接收到对应区域的屏幕信息后，进行解压缩重新拼成屏幕区域矩阵，显示出完整的屏幕内容。

5.3.2 屏幕传输

屏幕经编码压缩后的数据信息传输时采用UDP协议，由于UDP在传输时支持实时效果不佳，且难以支持QOS等问题。因此，为保证压缩数据的实时传输，应进行数据的RTP封包处理。RTP能够提供点到点的服务，能很好地支持网络实时传送数据，RTP自身能够确保传输的控制、及时和质量，应与RTCP配合使用。在RTP会话时，发送端会向接收端固定间隔一定周期地发送RTCP包，用于控制信息传输，监控服务质量。压缩数据都封装在RTP包中，RTP包再被封装在UDP消息段中，最后封装在IP数据包中进行传输。

5.4 远程命令模块的实现

命令处理模块的实现通常就是通过函数调用，调用各个命令处理类。在命令处理模块中，被监控端进行以下操作：首先发送自己的状态信息给主控端；然后建立图像的传送；再开启控制命令套接字；文件上传；文件下载；执行DOS命令，获取执行结果和错误流，这些都是命令模块的相关操作功能。

6 结论（Conclusion）

本系统以高校局域网监控为基础，涵盖了学生端和老师端管理等方面，基本可以适高校局域网管理的需要，以实现自动化管理的科学化、规范化，进而提高效率、降低成本。

参考文献（References）

[1] 安昌华.基于Window平台的远程屏幕监控技术的研究与应用[D].华中科技大学，2007（2）：34-35.

[2] 周雨.极域电子教室在教学中的应用[J].空军第一航空学院学报，2010（7）：58-61.

[3] 张鑫锋.嵌入式多媒体终端的WiFi功能研究与设计[D].上海：华东师范大学教育科学学院，2009（6）：21-22.

作者简介：

杨 科（1983-），男，硕士，助理工程师.研究领域：系统安全，软件工程.

韦家佳（1986-），男，学士，助理工程师.研究领域：市场营销，电子信息化.endprint