CN110390613A - 一种基于ipv6网络的智慧教学服务管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于IPv6网络的智慧教学服务管理系统,该系统采用模块化设计,依托IPv6网络将多媒体教学的多种终端设备进行融合,实现互动录播、远程教学、移动授课、课程点名、师生互动、寻课巡考的统一管理平台,最大程度发挥终端硬件的作用,保障系统内资源高速流转实现多样化应用的可视化综合管理平台。该平台的开发不仅能为显著改善资源的传输效率及播放效果创造条件,对于变革教学资源共享模式也具有深远意义。
Description
技术领域
本发明涉及IPV6校园网基础设施及智慧校园建设,属于互联网技术应用领域。
背景技术
随着智慧城市、智慧教育概念的提出和相关技术的发展,教学信息化建设正从由多媒体教室向智慧教学服务平台转变。虽然,智慧教学服务未有统一的定义,但是人们对其认识存在的共同点就是利用新兴技术构建教与学的环境,形成一个以多元化互动为核心,提供个性化师生服务、教室智能化管理的物理与虚拟环境相融合的教学环境。目前,大多数高校的教室信息化建设还处在多媒体教学的阶段,这与当前IPv4的网络布局有很大关系,当前大多学校的教学、音响、互动、监控等系统为避免地址匮乏,因此大多铺设专网,各成体系,难以集成。同时,受带宽限制,IPv4环境下的多媒体视频流量组播能力差,难以实现互动性远程视频教学,各种硬件优势也难以发挥。
发明内容
本发明针对上述现在IPv4的不足,借助IPv6网络,秉持“整合资源、共享信息”的原则,提出一种基于IPv6网络的智慧教学服务系统,可以实现课堂实时直播、录播、教学互动、巡课评课、教务管理、远程会议等教学服务内容。
技术方案:一种基于IPv6网络的智慧教学服务管理系统,基于IPV6网络构建得到扁平化架构的智慧教学服务管理系统,所述智慧教学服务管理系统包括:
管理层,用于依托IPv6网络将面向教师、学生和教学的管理体系中的多教学终端设备进行融合;
服务层,用于将面向教师、学生和教学的管理体系进行多维度关联,进行课程学习互动;
服务器,用于IPv6网络的自动配置和对多教学终端设备进行管理;
所述管理层与服务层进行数据交互与传输,且该管理层通过向服务器发送请求进行异步调用多教学终端设备。
进一步的,所述管理层包括环境模块、资源模块、管理模块和服务模块,所述环境模块包括远程教学模块、安防监控模块和考试巡视模块,所述资源模块包括教学直播模块、课程点播模块和互动课堂模块,所述管理模块包括考勤模块、教学评估模块和能源监测模块,所述服务模块包括教务通知模块、随堂监测模块和信息推送模块。
进一步的,所述服务层将面向教师、学生和教学的管理体系进行多维度关联包括课程体系、知识体系和职位体系的多维度关联。
进一步的,所述智慧教学服务管理系统还包括:
基础设施层,用于提供硬件环境,包括基础网络设施和为应用支撑层提供基础应用系统;
应用支撑层,用于整合面向教师、学生和教学的管理体系中各系统;
所述管理层,依托应用支撑层和IPv6网络完成多教学终端设备融合。
进一步的,所述基础设施层中的基础应用系统包括教室基础设施、多媒体教学系统、互动录播系统、视频会议系统、信息发布系统、物联网感知系统和服务器集群。
进一步的,所述应用支撑层中的各系统包括对信息资源按需分配的资源调度系统、对现有的信息数据进行统一管理的管理系统,提供数据计算的计算系统、提供数据存储的存储系统、实现智慧教学服务管理系统与教学类系统、教务类系统、一卡通系统、安防类系统间的信息交互的信息交互系统。
进一步的,所述IPv6网络包括IPv6边缘路由器,所述IPv6边缘路由器以双协议栈方式接入教育城域网双协议栈路由器。
进一步的,所述IPv6网络还包括汇聚交换机、出口交换机和接入交换机,所述IPv6边缘路由器的一接口通过出口交换机与校外教育城域网双协议栈路由器对接;该IPv6 边缘路由器的另一接口与所述智慧教学服务管理系统对接。
进一步的,所述服务器为DHCPv6服务器,用于对IPv6网络配置参数包括分配IPv6地址、IPv6前缀、DNS服务器、域名。
进一步的,所述IPv6网络采用具备区域划分、分级的OSPF路由协议。
有益效果:本发明与现有技术相比,具有以下优点:
1、基于IPv6的智慧教学服务平台,解决了现有智慧校园IPv4环境网络带宽瓶颈、网络服务质量的支持等诸多问题以及当前教学管理的互动不足的现状,显著改善了资源的传输效率及为播放效果创造条件,对于变革教学资源共享模式也具有深远意义。
2、IPv6具有更大的地址空间,当前高校智慧校园IPv4环境网络运行地址空间匮乏,制约了智慧校园的应用与发展,而基于IPv6的智慧教学服务平台,不会存在地址空间不足的问题,使之能在学校实施,大大提高了师生的学习生活质量。
3、具有更高的安全性。在使用IPv6网络中用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验,极大的增强了网络的安全性。
4、IPv6使用更小的路由表,这提高了路由器转发数据包的速度。
5、IPv6加入了对自动配置的支持,这使得网络的管理更加方便和快捷。
附图说明
图1是本发明的功能架构图。
图2是IPv6的智慧教学服务平台网与校园网的部署图。
图3是智慧教学服务平台教室端主要设备连接图。
图4是DHCPv6网络拓扑图。
图5是智慧教学服务平台的主控端框架图。
具体实施方式
下面结合附图进一步阐述本发明。
本发明主要包括基于IPv6的智慧教学服务平台的功能设计、管理层设计以及IPv6组网设计。
本发明首先对智慧教学服务平台进行功能设计。
本发明在原有网络结构进行基于IPV6的扁平化架构改造,以满足现在校园网的规模扩大、功能叠加,提高原有校园网的稳定性和可靠性,降低管理维护压力。
如图1所示的基于Ipv6的智慧教学服务平台,主要包括智慧环境、智慧资源、智慧管理、智慧服务四大块功能,其中智慧环境中有远程教学、安防监控、考试巡视等功能,智慧资源中有教学直播、课程点播、互动课堂等功能,智慧管理包括师生考勤、教学评估、能源监测等功能,智慧服务包括教务通知、随堂检测、智能推送等功能,采用模块化设计,依托IPv6网络将多媒体教学的多种终端设备进行融合,能够实现互动录播、远程教学、移动授课、课程点名、师生互动和寻课巡考等功能。
智慧教学服务平台需从教师、学生、教学管理三个维度出发,采用课程体系、职位体系和知识体系的三位一体化设计,对接校园一卡通、教务系统、信息管理系统、多媒体设备等进行有机的整合,通过课程体系、知识体系和职位体系的多维度关联,实现课程学习互动。
其次本发明对基于IPv6智慧教学服务平台的管理层进行设计。它既要与高校现有的智慧校园中的教务信息、校园一卡通等、教学录播系统实现数据交互与传输,同时其包含的终端设备控制模块又连接着多个教学终端设备,如摄像头、麦克风、投影仪等设备,一方面要维持正常设备的普通数据的传输,另外一方面,需要能够通过向服务器发送请求以及异步调用的目的,控制终端以及满足自身主控交互的需求。如图5所示。
综上,本发明平台的结构化部署,需要兼顾信息采集,集中监控,数据存储、可视化展示及各子系统的管理。具体包括:
基础设施层:为智慧教学服务平台提供必要和完善的硬件环境。主要包括:教室基础设施、多媒体教学系统、互动录播系统、视频会议系统、信息发布系统、物联网感知系统、服务器集群等基础应用系统和基础网络设施。
应用支撑层:智慧教学服务平台架构的核心层,主要整合各种软件系统,促进应用系统的贯通与集成,形成统一数据环境的智能信息平台;负责智慧教学服务平台的设备与设备之间,设备与人员之间,人员与资源之间,人员与管理、服务之间的运行控制和分析计算,总控智慧教学服务平台的各项应用和服务;将现有的信息数据进行统一管理,为智慧教学服务平台提供计算、存储、网络安全等服务,实现信息资源的按需分配;实现智慧教学服务平台与学教学类系统、教务类系统、一卡通类系统、安防类系统之间的互联互通和信息共享。
综合管理层:依托应用支撑层提供全面的支撑和保障,通过统一门户、统一认证、统一权限管理的可视化综合管理平台,为智慧教学服务平台的环境、服务、管理和资源等方面提供全新运行模式,并且具有强大的移植性和伸缩性,可为良好的综合教学信息化提供保障。
综合服务层:不同的用户可以采用台式电脑、平板电脑、智能手机、自助终端等设备,在教室内任何时间进行教学互动、教学资源访问、视频会议等活动。
最后本发明对智慧教学资源与管理平台进行IPv6组网设计。目前,各高校的大多是IPv4/IPv6双协议栈校园网络,此时智慧教学服务平台IPv6网络的组建与实现,需要通过IPv6双协议栈网络与CNGI-CERNET2联通测试、应用服务器平台的搭建与测试、隧道技术的仿真测试、翻译技术的仿真测试和IPv6测试网页的搭建等实验与测试来获得基础数据。同时,涉及IPv6的地址划分、组网边界以及边界的协议的转换、路由技术与路由器配置与测试、网络服务器配置与调试、网络安全、网络互通等问题。
如图2所示,进行基于IPv6的主网设计。IPv6网络适合点到点视频语音综合通信、组播视频会议、远程教育等大型高性能试验平台和各级分应用的特点,适用于智慧教学服务平台的网址多,高流量组播的要求;同时根据高校学校现有光纤系统的现状,只需布设少量光纤和设备就可以达到智慧教学服务平台纯IPv6网络的建设要求。
智慧教学服务平台的IPv6网络主要以更新路由器为主的设备,因为路由器一般具备随时升级和扩展的功能,同时它的接口丰富功能齐全,IPv6诸多的新应用都可以在该网中运行。
IPv6智慧教学服务管理平台网没有直接连通CNGI-CERNET2,而是由教育城域网转接至CERNET2。IPv6智慧教学服务管理平台通过一台IPv6边缘路由器R1以双协议栈方式接入教育城域网双协议栈路由器R2。智慧教学服务管理平台中路由器、汇聚交换机和接入交换机均采用华为设备。IPv6边缘路由器R1选择的是一台华为 S5700-SI-28C,接口eth0/0与一台S5700-SI-28C出口交换机相连,再通过100M光纤与校外教育城域网双协议栈路由器R2对接;IPv6边缘路由器R1另一个接口eth0/1 连接校内IPv6智慧教学服务管理平台网。实现校内IPv6智慧教学服务管理平台网可以访问外部IPv6资源,顺利接入CERNET2纯IPv6网络。
如图3所示,选择智慧教学服务平台教室端主要设备。设计部署方案中,核心层设计选择能够支持网络处理器的三层交换机作为双协议栈的核心设备,汇聚层设计选择IPv6的三层交换机,出口设备设计选择可支持IPv4/IPv6两种协议。这样既保证了与现有IPv4网络的畅通,又完整的运用了IPv6设备,体现了IPv4/IPv6的转发能力。数据的转发模式采用IPv4数据和IPv6数据并行转发,这样的数据转发模式能够实现大容量IPv6数据转发,同时也能够高质量的支持业务功能。
如图4所示,进行服务器的搭建。智慧教学服务平台的IPv6网络的服务器虚拟化平台,包括DHCPv6、DNS、Web等IPv6基本应用。DHCPv6服务器的建立可以缓解路由器的压力,同时DHCPv6相较于手动配置和通过路由器公告消息中的网络前缀无状态自动配置,便于学校网络的自动配置和后期管理,可以分配IPv6地址、IPv6前缀、 DNS服务器、域名等网络配置参数;可以记录为主机分配的地址/前缀,还可以为特定主机分配特定的地址/前缀,可以更好地控制地址的分配。路由协议选择的对整个网络的稳定性至关重要。根据高校校园的实际情况,可构建层次化的网络,采用可以实现区域划分、分级的OSPF路由协议,在IPv6网络中采用OSPFv3路由协议。可以将整个校园网路由视为1个OSPF自治路由系统,并将其划分为多个相互独立的路由区域,通过区域边界路由器,把主干和非主干网络连接起来,实现跨校区之间的教学互动。
Claims (10)
1.一种基于IPv6网络的智慧教学服务管理系统,其特征在于:基于IPV6网络构建得到扁平化架构的智慧教学服务管理系统,所述智慧教学服务管理系统包括:
管理层,用于依托IPv6网络将面向教师、学生和教学的管理体系中的多教学终端设备进行融合;
服务层,用于将面向教师、学生和教学的管理体系进行多维度关联,进行课程学习互动;
服务器,用于IPv6网络的自动配置和对多教学终端设备进行管理;
所述管理层与服务层进行数据交互与传输,且该管理层通过向服务器发送请求进行异步调用多教学终端设备。
2.根据权利要求1所述的一种基于IPv6网络的智慧教学服务管理系统,其特征在于:所述管理层包括环境模块、资源模块、管理模块和服务模块,所述环境模块包括远程教学模块、安防监控模块和考试巡视模块,所述资源模块包括教学直播模块、课程点播模块和互动课堂模块,所述管理模块包括考勤模块、教学评估模块和能源监测模块,所述服务模块包括教务通知模块、随堂监测模块和信息推送模块。
3.根据权利要求2所述的一种基于IPv6网络的智慧教学服务管理系统,其特征在于:所述服务层将面向教师、学生和教学的管理体系进行多维度关联包括课程体系、知识体系和职位体系的多维度关联。
4.根据权利要求3所述的一种基于IPv6网络的智慧教学服务管理系统,其特征在于:所述智慧教学服务管理系统还包括:
基础设施层,用于提供硬件环境,包括基础网络设施和为应用支撑层提供基础应用系统;
应用支撑层,用于整合面向教师、学生和教学的管理体系中各系统;
所述管理层,依托应用支撑层和IPv6网络完成多教学终端设备融合。
5.根据权利要求4所述的一种基于IPv6网络的智慧教学服务管理系统,其特征在于:所述基础设施层中的基础应用系统包括教室基础设施、多媒体教学系统、互动录播系统、视频会议系统、信息发布系统、物联网感知系统和服务器集群。
6.根据权利要求4所述的一种基于IPv6网络的智慧教学服务管理系统,其特征在于:所述应用支撑层中的各系统包括对信息资源按需分配的资源调度系统、对现有的信息数据进行统一管理的管理系统,提供数据计算的计算系统、提供数据存储的存储系统、实现智慧教学服务管理系统与教学类系统、教务类系统、一卡通系统、安防类系统间的信息交互的信息交互系统。
7.根据权利要求1所述的一种基于IPv6网络的智慧教学服务管理系统,其特征在于:所述IPv6网络包括IPv6边缘路由器,所述IPv6边缘路由器以双协议栈方式接入教育城域网双协议栈路由器。
8.根据权利要求7所述的一种基于IPv6网络的智慧教学服务管理系统,其特征在于:所述IPv6网络还包括汇聚交换机、出口交换机和接入交换机,所述IPv6边缘路由器的一接口通过出口交换机与校外教育城域网双协议栈路由器对接;该IPv6边缘路由器的另一接口与所述智慧教学服务管理系统对接。
9.根据权利要求1所述的一种基于IPv6网络的智慧教学服务管理系统,其特征在于:所述服务器为DHCPv6服务器,用于对IPv6网络配置参数包括分配IPv6地址、IPv6前缀、DNS服务器、域名。
10.根据权利要求1所述的一种基于IPv6网络的智慧教学服务管理系统,其特征在于:所述IPv6网络采用具备区域划分、分级的OSPF路由协议。
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