基于云桌面的多媒体学习室的应用与实践
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作者:亢军贤 赵美映 李志军 常晓茹 杨怡晨
摘 要：通过对云桌面技术的研究，报告了传统多媒体学习室存在的问题，进行了传统多媒体学习室客户端电脑与基于云桌面虚拟技术的客户端电脑的对比调研，提出了多媒体学习室使用基于云桌面虚拟化技术的客户端桌面。使用云桌面可以大幅减少运维压力，提高资源利用效率，节省能源消耗，实现多媒体学习室学习、培训、授课、无人监考考试等多种功能需求。
关键词：云桌面;虚拟技术;多媒体学习室
中图分类号：TP311 文献标志码：A 文章编号：2096-4706（2022）16-0136-03
Application and Practice of Multimedia Learning Room Based on Cloud Desktop
KANG Junxian， ZHAO Meiying， LI Zhijun， CHANG Xiaoru， YANG Yichen
（Rehabilitation and Recuperation Center of Lintong， Xi'an 710060， China）
Abstract： Through the research on cloud desktop technology， this paper reports the problems existing in the traditional multimedia learning room， conducts a comparative investigation between the client computer of the traditional multimedia learning room and the client computer based on the cloud desktop virtual technology， and proposes that the multimedia learning room uses a the client desktop based on the cloud desktop virtualization technology. Using cloud desktops can greatly reduce operation and maintenance pressure， improve resource utilization efficiency， and save energy consumption， realize various functional requirements such as learning， training， teaching， and unsupervised examinations in the multimedia learning room.
Keywords： cloud desktop; virtual technology; multimedia learning room
0 引 言
S着信息化技术的飞速发展，云桌面技术也得到了快速发展，为解决多媒体学习室功能单一的问题，本文提出将云桌面技术运用到多媒体学习室，实现软硬件资源的弹性自动调配，有效提高资源利用率，有力提高了运维效率，满足多媒体学习室多功能需求[1]。
1 多媒体学习室需求
目前需要建设三个多媒体学习室，三个多媒体学习室分属同一单位的三个院区，三个多媒体学习室之间实现网络互通，名称分别为多媒体学习室一、多媒体学习室二和多媒体学习室三。其中以多媒体学习室一为核心节点，连接多媒体学习室二和多媒体学习室三，多媒体学习室一设置24个学习位，多媒体学习室二和多媒体学习室三分别设置12个学习位，共计建设48个学习位。三个多媒体学习室之间可以进行统一远程管理和控制;三个多媒体学习室之间需要连通声音信号和监控信号，相互能够发送和接收声音和视频信号，用于多媒体学习室一授课时，多媒体学习室二和多媒体学习室三也能同时互动，建立时空学习室;同时三个室各设置一个教师机位，可以通过互通授课也可进行单独授课，也可通过教师机分享界面给所有机位或部分机位;也可将电子黑板画面进行分享;也可进行无人监考考试，考试行为进行实时监控，对作弊行为进行智能判断并截图留取证据;需要快速访问资源数据库;也可将当地考场及考生视频和声音信号通过专用网络传输到资源服务器，用于统一管理监督。
2 传统多媒体学习室存在问题
多媒体学习室由多媒体机柜、计算机、投影机、网络机柜、投影幕布、音响系统等信息化设施设备组成，其中计算机系统是核心的部分，但传统多媒体学习室采用传统台式计算机组网运行，在运行中存在很多问题[2]。
2.1 维护效率低工作量大
由于三个多媒体学习室分别位于三个院区，仅有一人兼职运维，运维难度大，大量时间浪费在路途中，不能及时高效处理故障，且满负荷运行时，维护工作量非常大，导致维护效率低下。
2.2 无法同步教学
目前三个多媒体学习室独立运行，且相互之间不能进行通信，授课时要在三个室分别进行，需要讲三次，严重浪费资源，工作效率低下，严重影响学习效果。
2.3 负载不均衡资源浪费严重
在计算机硬件资源使用上，有些学员仅仅在网上浏览信息，大部分资源闲置，有些学员需要边学边进行软件操作，资源缺乏，运行缓慢，严重影响学习效果，这样由于资源平均分布导致部分资源闲置而无法为资源紧缺的学员服务，导致资源浪费。
3 云桌面多媒体学习室优势
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云桌面是在成熟的桌面虚拟化技术基础上结合云计算而产生的，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，云桌面相比在本地计算机设备运行的传统多媒体学习室，显示出以下优势[3]：
3.1 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。
3.2 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，多媒体学习室数量多时，长时间运行，可有效降低电能损耗，节约运行成本。
3.3 可以动态调整资源利用最大化
云桌面技g可以通过管理员有效动态调配服务器CPU、存储空间、内存等资源，打破单机资源无法调配的瓶颈，使得闲置资源高效调配利用。
3.4 有效提高数据传输的安全性
在客户端与服务器端进行数据传输时，云桌面数据传输一般都是客户端以图片形成传输，有效防止数据传输过程中被截取，大大提高了数据的安全性。
3.5 促进“绿色计算”
采用云桌面技术，客户端采用瘦终端，可以减少客户端能耗，减少排放量，很大程度上促进节能环保，进而达到促进“绿色计算”。
4 云桌面多媒体学习室设计与实施
基于以上现状需求及优缺点比较，本次建设的三个多媒体学习室采用云桌面技术进行项目设计，现对其进行分析设计和实践。
4.1 总体设计
三个多媒体学习室需要进行统一管理控制，故需要设计成云桌面管理方式，采用两台云服务器管理48台客户端，48个客户端可以采用瘦终端、胖终端、一体机、台式电脑或旧电脑;三个多媒体学习室需要连通声音和监控信号，这个需要加设调音台，且将声音信号转成网络信号传输，监控信号也是将其通过网络传输即可;三个教师位需要安装多媒体学习室控制系统，控制界面同步;无人监考需求，需要在每个学习位上安装一个顶视摄像头和正视摄像头，通过顶视摄像头来抓取作弊行为，通过正视摄像头进行人脸身份识别;为快速获取资源数据库信息，设计搭建CDN节点服务器，通过CDN节点可以将学习过的内容缓存起来，节省网络资源，提高访问速度;传输声音和视频信号到资源服务器，只需要将网络信号设计到规定网段即可。总体设计示意图如图1所示。
4.2 多媒体学习室云桌面部署
4.2.1 总体框架
云桌面多媒体学习室主要利用虚拟技术，通过服务器按需生成云桌面，利用网络将生成的虚拟云桌面发送到客户端，用户在客户端如同在使用一台独立电脑，管理员可以在网络内任意一台电脑通过浏览器访问服务器对生成的云桌面进行统一管理和运维。
本项目采用2台高性能服务器作为云服务器集群，在多媒体学习室一部署24台云终端，多媒体学习室二和多媒体学习室三分别部署12台云终端，通过网络互联，在任意一台本网络中的计算机上通过Web页面进行管理控制48个云终端，Web页面地址为其中一台云服务器主机地址。该页面可以进行模板生成、模板分发、远程开关机等功能。
4.2.2 网络结构
桌面云终端实际上是将用户与系统有效分离，只是通过网络传输的方式进行操作。三个多媒体学习室分属三个院区，目前相互独立，本次将三个多媒体学习室局域网互联，形成统一网络结构，分配统一IP地址，IP地址分为服务器IP地址段、CDN节点IP地址段、每台终端有两个IP地址，一个为终端盒IP地址，一个为操作系统IP地址，每个多媒体学习室有一个音频转换器IP、三个监控IP和一个教师机IP。
4.2.3 服务器管理
桌面云的虚拟系统并不是在本机运行，而是运行在远程的服务器端，而服务器端可以是由一个或者多个服务器组成的服务器集群。所有的数据交换、数据存储，乃至数据运行都是通过服务器来完成。这不可避免的需要在服务器端安装所需教学软件、终端管理软件、杀毒软件等;而且特别要对系统安全做好保障，比如：磁盘访问控制、USB外接设备访问控制、建立访问账号等系统安全策略配置。本次项目配置两台云服务器，服务器配置：联想SR588，一颗4210R，10C，2.4 GHz;64 GB内存，支持8×3.5盘位，3块2 TB SATA，2块600 GB SAS，Raid0、1、5，双口千兆加双口万兆网口含模块，550 W电源。
4.2.4 云桌面终端
由于所有的数据计算和存储都集中在服务器端，所以对实现用户操作的终端设备要求大大降低，不再要求是传统PC或者笔记本电脑，也可以是移动设备、瘦客户端，甚至电视也有可能成为终端设备。
教学桌面模式，可以批量生成云桌面，可以创建Win 7、Win XP等场景，批量修改IP地址、计算机名等，主要用于上课、培训和考试等。
个人桌面模式，主要功能为在网络内任意一台机器，只要记住自己的账号，就可以登录自己的桌面。
同时需要在终端配置顶视摄像头和正视摄像头，用于无人监考时考试作弊行为取证使用，还有配置头戴耳机，用于学习时互不干扰。
4.2.5 云管理中心
云桌面管理中心室在网络内任意一台电脑通过浏览器登录，在权限允许范围内可以访问服务器的所有资源，同时也可以批量生成、修改和删除客户端云桌面。
（1）自由编辑系统模板：通过Web图形界面可以自由编辑Win 7或Win XP等系统模板，可以在模板中安装软件、打补。
（2）动态全程监控终端盒和服务器运行状况：在Web图形化界面中，管理员可以动态监控客户端运行状况及服务器资源利用状况，动态调配资源，提高资源利用率。
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（3）远程控制管理终端：通过Web图形化界面，管理员可以远程批量控制客户端开关机、发送信息、安装软件等。管理端和客户端如图2、图3所示。
4.3 其他设备安装和调试
4.3.1 监控系统
每个多媒体学习室安装两个高速球机，安装一个硬盘录像C，并给球机和录像机设置IP地址，加入网络，主要为无人监考考试时取证之用[4]。
4.3.2 时空多媒体学习室功能
每个多媒体学习室安装两只音箱，同时机柜安装功放、调音台、音频转网络信号调制解调器、时序电源等，目的是在一个教室授课其他两个学习能同时听到声音，在云终端显示器上能看到教师机界面，同步实时传输声音和视频信号，形成时空多媒体学习室，位置上分属三个院区，但效果和在一个学习室效果一样。
4.3.3 CDN节点配置
为了减轻网络负载，可加载CDN节点服务器，用于将浏览过的网络资源缓冲到CDN节点服务器，不用重复访问网络，大幅减轻网络负载[5]。
5 结 论
本文通过建设三个多媒体学习室，先是比较了传统计算机与云桌面的优缺点，提出了云桌面多媒体学习室建设思路，在建设过程中解决了云桌面多媒体学习室新旧计算机的兼容性、运维管理的便捷性和CDN节点缓冲等技术问题，成功实现设定目标，实践证明此方案可以满足本单位多媒体学习室学习、培训、授课、无人监考考试等用途需求。
参考文献：
[1] 张颖.桌面云平台系统研究与实践 [D].上海：复旦大学，2012.
[2] 周铁成.多媒体教室云桌面教学系统设计与应用 [J].浙江水利水电学院学报，2014，26（4）：66-69+73.
[3] 吴建俊.云桌面在多媒体教室中的应用与实践 [J].电脑知识与技术，2020，16（29）：202-203.
[4] 吴建俊，胡杨，曾强.校园网络实时监控平台的研究与实现 [J].无线互联科技，2019，16（21）：17-18.
[5] 张微微.虚拟桌面技术在高校公共机房管理中的应用 [J].软件导刊，2015，14（11）：197-199.
作者简介：亢军贤（1979―），男，汉族，陕西宝鸡人，工程师，硕士研究生，主要研究方向：嵌入式系统、数据库、计算机网络;通讯作者：赵美映（1985―），女，汉族，陕西西安人，工程师，本科，主要研究方向：计算机网络。
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