基于云桌面的多媒體學(xué)習(xí)室的應(yīng)用與實踐

亢軍賢，趙美映，李志軍，常曉茹，楊怡晨

（臨潼康復(fù)療養(yǎng)中心，陜西 西安 710060）

0 引 言

隨著信息化技術(shù)的飛速發(fā)展，云桌面技術(shù)也得到了快速發(fā)展，為解決多媒體學(xué)習(xí)室功能單一的問題，本文提出將云桌面技術(shù)運用到多媒體學(xué)習(xí)室，實現(xiàn)軟硬件資源的彈性自動調(diào)配，有效提高資源利用率，有力提高了運維效率，滿足多媒體學(xué)習(xí)室多功能需求。

1 多媒體學(xué)習(xí)室需求

目前需要建設(shè)三個多媒體學(xué)習(xí)室，三個多媒體學(xué)習(xí)室分屬同一單位的三個院區(qū)，三個多媒體學(xué)習(xí)室之間實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互通，名稱分別為多媒體學(xué)習(xí)室一、多媒體學(xué)習(xí)室二和多媒體學(xué)習(xí)室三。其中以多媒體學(xué)習(xí)室一為核心節(jié)點，連接多媒體學(xué)習(xí)室二和多媒體學(xué)習(xí)室三，多媒體學(xué)習(xí)室一設(shè)置24個學(xué)習(xí)位，多媒體學(xué)習(xí)室二和多媒體學(xué)習(xí)室三分別設(shè)置12個學(xué)習(xí)位，共計建設(shè)48個學(xué)習(xí)位。三個多媒體學(xué)習(xí)室之間可以進行統(tǒng)一遠程管理和控制；三個多媒體學(xué)習(xí)室之間需要連通聲音信號和監(jiān)控信號，相互能夠發(fā)送和接收聲音和視頻信號，用于多媒體學(xué)習(xí)室一授課時，多媒體學(xué)習(xí)室二和多媒體學(xué)習(xí)室三也能同時互動，建立時空學(xué)習(xí)室；同時三個室各設(shè)置一個教師機位，可以通過互通授課也可進行單獨授課，也可通過教師機分享界面給所有機位或部分機位；也可將電子黑板畫面進行分享；也可進行無人監(jiān)考考試，考試行為進行實時監(jiān)控，對作弊行為進行智能判斷并截圖留取證據(jù)；需要快速訪問資源數(shù)據(jù)庫；也可將當(dāng)?shù)乜紙黾翱忌曨l和聲音信號通過專用網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)劫Y源服務(wù)器，用于統(tǒng)一管理監(jiān)督。

2 傳統(tǒng)多媒體學(xué)習(xí)室存在問題

多媒體學(xué)習(xí)室由多媒體機柜、計算機、投影機、網(wǎng)絡(luò)機柜、投影幕布、音響系統(tǒng)等信息化設(shè)施設(shè)備組成，其中計算機系統(tǒng)是核心的部分，但傳統(tǒng)多媒體學(xué)習(xí)室采用傳統(tǒng)臺式計算機組網(wǎng)運行，在運行中存在很多問題。

2.1 維護效率低工作量大

由于三個多媒體學(xué)習(xí)室分別位于三個院區(qū)，僅有一人兼職運維，運維難度大，大量時間浪費在路途中，不能及時高效處理故障，且滿負(fù)荷運行時，維護工作量非常大，導(dǎo)致維護效率低下。

2.2 無法同步教學(xué)

目前三個多媒體學(xué)習(xí)室獨立運行，且相互之間不能進行通信，授課時要在三個室分別進行，需要講三次，嚴(yán)重浪費資源，工作效率低下，嚴(yán)重影響學(xué)習(xí)效果。

2.3 負(fù)載不均衡資源浪費嚴(yán)重

在計算機硬件資源使用上，有些學(xué)員僅僅在網(wǎng)上瀏覽信息，大部分資源閑置，有些學(xué)員需要邊學(xué)邊進行軟件操作，資源缺乏，運行緩慢，嚴(yán)重影響學(xué)習(xí)效果，這樣由于資源平均分布導(dǎo)致部分資源閑置而無法為資源緊缺的學(xué)員服務(wù)，導(dǎo)致資源浪費。

3 云桌面多媒體學(xué)習(xí)室優(yōu)勢

云桌面是在成熟的桌面虛擬化技術(shù)基礎(chǔ)上結(jié)合云計算而產(chǎn)生的，計算機桌面存儲與運行在云端，用戶使用各類終端通過桌面顯示協(xié)議訪問云端的桌面，云桌面相比在本地計算機設(shè)備運行的傳統(tǒng)多媒體學(xué)習(xí)室，顯示出以下優(yōu)勢：

3.1 維護管理更集中

云桌面將應(yīng)用和數(shù)據(jù)集中在云端的服務(wù)器集群中，從而可以實現(xiàn)對用戶行為的統(tǒng)一管理和監(jiān)控，諸如系統(tǒng)克隆、軟件升級、安全性能監(jiān)控等，從而提升管理人員工作效率。

3.2 降低設(shè)備投入與運行成本

云桌面訪問終端性能要求低，可以用瘦客戶機或是已有舊計算機，設(shè)備使用周期長。瘦客戶機能耗低，多媒體學(xué)習(xí)室數(shù)量多時，長時間運行，可有效降低電能損耗，節(jié)約運行成本。

3.3 可以動態(tài)調(diào)整資源利用最大化

云桌面技術(shù)可以通過管理員有效動態(tài)調(diào)配服務(wù)器CPU、存儲空間、內(nèi)存等資源，打破單機資源無法調(diào)配的瓶頸，使得閑置資源高效調(diào)配利用。

3.4 有效提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?/h3>

在客戶端與服務(wù)器端進行數(shù)據(jù)傳輸時，云桌面數(shù)據(jù)傳輸一般都是客戶端以圖片形成傳輸，有效防止數(shù)據(jù)傳輸過程中被截取，大大提高了數(shù)據(jù)的安全性。

3.5 促進“綠色計算”

采用云桌面技術(shù)，客戶端采用瘦終端，可以減少客戶端能耗，減少排放量，很大程度上促進節(jié)能環(huán)保，進而達到促進“綠色計算”。

4 云桌面多媒體學(xué)習(xí)室設(shè)計與實施

基于以上現(xiàn)狀需求及優(yōu)缺點比較，本次建設(shè)的三個多媒體學(xué)習(xí)室采用云桌面技術(shù)進行項目設(shè)計，現(xiàn)對其進行分析設(shè)計和實踐。

4.1 總體設(shè)計

三個多媒體學(xué)習(xí)室需要進行統(tǒng)一管理控制，故需要設(shè)計成云桌面管理方式，采用兩臺云服務(wù)器管理48臺客戶端，48個客戶端可以采用瘦終端、胖終端、一體機、臺式電腦或舊電腦；三個多媒體學(xué)習(xí)室需要連通聲音和監(jiān)控信號，這個需要加設(shè)調(diào)音臺，且將聲音信號轉(zhuǎn)成網(wǎng)絡(luò)信號傳輸，監(jiān)控信號也是將其通過網(wǎng)絡(luò)傳輸即可；三個教師位需要安裝多媒體學(xué)習(xí)室控制系統(tǒng)，控制界面同步；無人監(jiān)考需求，需要在每個學(xué)習(xí)位上安裝一個頂視攝像頭和正視攝像頭，通過頂視攝像頭來抓取作弊行為，通過正視攝像頭進行人臉身份識別；為快速獲取資源數(shù)據(jù)庫信息，設(shè)計搭建CDN節(jié)點服務(wù)器，通過CDN節(jié)點可以將學(xué)習(xí)過的內(nèi)容緩存起來，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源，提高訪問速度；傳輸聲音和視頻信號到資源服務(wù)器，只需要將網(wǎng)絡(luò)信號設(shè)計到規(guī)定網(wǎng)段即可?？傮w設(shè)計示意圖如圖1所示。

圖1 總體設(shè)計示意圖

4.2 多媒體學(xué)習(xí)室云桌面部署

4.2.1 總體框架

云桌面多媒體學(xué)習(xí)室主要利用虛擬技術(shù)，通過服務(wù)器按需生成云桌面，利用網(wǎng)絡(luò)將生成的虛擬云桌面發(fā)送到客戶端，用戶在客戶端如同在使用一臺獨立電腦，管理員可以在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意一臺電腦通過瀏覽器訪問服務(wù)器對生成的云桌面進行統(tǒng)一管理和運維。

本項目采用2臺高性能服務(wù)器作為云服務(wù)器集群，在多媒體學(xué)習(xí)室一部署24臺云終端，多媒體學(xué)習(xí)室二和多媒體學(xué)習(xí)室三分別部署12臺云終端，通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，在任意一臺本網(wǎng)絡(luò)中的計算機上通過Web頁面進行管理控制48個云終端，Web頁面地址為其中一臺云服務(wù)器主機地址。該頁面可以進行模板生成、模板分發(fā)、遠程開關(guān)機等功能。

4.2.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

桌面云終端實際上是將用戶與系統(tǒng)有效分離，只是通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞竭M行操作。三個多媒體學(xué)習(xí)室分屬三個院區(qū)，目前相互獨立，本次將三個多媒體學(xué)習(xí)室局域網(wǎng)互聯(lián)，形成統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分配統(tǒng)一IP地址，IP地址分為服務(wù)器IP地址段、CDN節(jié)點IP地址段、每臺終端有兩個IP地址，一個為終端盒IP地址，一個為操作系統(tǒng)IP地址，每個多媒體學(xué)習(xí)室有一個音頻轉(zhuǎn)換器IP、三個監(jiān)控IP和一個教師機IP。

4.2.3 服務(wù)器管理

桌面云的虛擬系統(tǒng)并不是在本機運行，而是運行在遠程的服務(wù)器端，而服務(wù)器端可以是由一個或者多個服務(wù)器組成的服務(wù)器集群。所有的數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)存儲，乃至數(shù)據(jù)運行都是通過服務(wù)器來完成。這不可避免的需要在服務(wù)器端安裝所需教學(xué)軟件、終端管理軟件、殺毒軟件等；而且特別要對系統(tǒng)安全做好保障，比如：磁盤訪問控制、USB外接設(shè)備訪問控制、建立訪問賬號等系統(tǒng)安全策略配置。本次項目配置兩臺云服務(wù)器，服務(wù)器配置：聯(lián)想SR588，一顆4210R，10C，2.4 GHz；64 GB內(nèi)存，支持8×3.5盤位，3塊2 TB SATA，2塊600 GB SAS，Raid0、1、5，雙口千兆加雙口萬兆網(wǎng)口含模塊，550 W電源。

4.2.4 云桌面終端

由于所有的數(shù)據(jù)計算和存儲都集中在服務(wù)器端，所以對實現(xiàn)用戶操作的終端設(shè)備要求大大降低，不再要求是傳統(tǒng)PC或者筆記本電腦，也可以是移動設(shè)備、瘦客戶端，甚至電視也有可能成為終端設(shè)備。

教學(xué)桌面模式，可以批量生成云桌面，可以創(chuàng)建Win 7、Win XP等場景，批量修改IP地址、計算機名等，主要用于上課、培訓(xùn)和考試等。

個人桌面模式，主要功能為在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意一臺機器，只要記住自己的賬號，就可以登錄自己的桌面。

同時需要在終端配置頂視攝像頭和正視攝像頭，用于無人監(jiān)考時考試作弊行為取證使用，還有配置頭戴耳機，用于學(xué)習(xí)時互不干擾。

4.2.5 云管理中心

云桌面管理中心室在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意一臺電腦通過瀏覽器登錄，在權(quán)限允許范圍內(nèi)可以訪問服務(wù)器的所有資源，同時也可以批量生成、修改和刪除客戶端云桌面。

（1）自由編輯系統(tǒng)模板：通過Web圖形界面可以自由編輯Win 7或Win XP等系統(tǒng)模板，可以在模板中安裝軟件、打補。

（2）動態(tài)全程監(jiān)控終端盒和服務(wù)器運行狀況：在Web圖形化界面中，管理員可以動態(tài)監(jiān)控客戶端運行狀況及服務(wù)器資源利用狀況，動態(tài)調(diào)配資源，提高資源利用率。

（3）遠程控制管理終端：通過Web圖形化界面，管理員可以遠程批量控制客戶端開關(guān)機、發(fā)送信息、安裝軟件等。管理端和客戶端如圖2、圖3所示。

圖2 管理端

圖3 客戶端

4.3 其他設(shè)備安裝和調(diào)試

4.3.1 監(jiān)控系統(tǒng)

每個多媒體學(xué)習(xí)室安裝兩個高速球機，安裝一個硬盤錄像機，并給球機和錄像機設(shè)置IP地址，加入網(wǎng)絡(luò)，主要為無人監(jiān)考考試時取證之用。

4.3.2 時空多媒體學(xué)習(xí)室功能

每個多媒體學(xué)習(xí)室安裝兩只音箱，同時機柜安裝功放、調(diào)音臺、音頻轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)信號調(diào)制解調(diào)器、時序電源等，目的是在一個教室授課其他兩個學(xué)習(xí)能同時聽到聲音，在云終端顯示器上能看到教師機界面，同步實時傳輸聲音和視頻信號，形成時空多媒體學(xué)習(xí)室，位置上分屬三個院區(qū)，但效果和在一個學(xué)習(xí)室效果一樣。

4.3.3 CDN節(jié)點配置

為了減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，可加載CDN節(jié)點服務(wù)器，用于將瀏覽過的網(wǎng)絡(luò)資源緩沖到CDN節(jié)點服務(wù)器，不用重復(fù)訪問網(wǎng)絡(luò)，大幅減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。

5 結(jié) 論

本文通過建設(shè)三個多媒體學(xué)習(xí)室，先是比較了傳統(tǒng)計算機與云桌面的優(yōu)缺點，提出了云桌面多媒體學(xué)習(xí)室建設(shè)思路，在建設(shè)過程中解決了云桌面多媒體學(xué)習(xí)室新舊計算機的兼容性、運維管理的便捷性和CDN節(jié)點緩沖等技術(shù)問題，成功實現(xiàn)設(shè)定目標(biāo)，實踐證明此方案可以滿足本單位多媒體學(xué)習(xí)室學(xué)習(xí)、培訓(xùn)、授課、無人監(jiān)考考試等用途需求。