【正文】 teacherChipPathidSnamePath1CommentsEmailPasswordUsername用戶idTypename視頻信息表CommentsCnumber選擇視頻Start dateCnumberStart dateIntroductionFilesize 本章主要對Windows Meida Service的各組成部分進行了闡述以及其在網絡教學系統(tǒng)應用中的總體設計。分別介紹了系統(tǒng)開發(fā)工具WMS（系統(tǒng)開發(fā)工具的特點、服務器組件、WM視頻技術、WMS工作方式、ASF高級流格式）、系統(tǒng)平臺選型、系統(tǒng)總體設計方案、系統(tǒng)功能模塊設計、系統(tǒng)數據庫設計。第四章 基于流媒體技術的網絡教學系統(tǒng)的詳細設計 流媒體課件服務器設計流媒體具有兩個明顯的特點：首先是流媒體具有帶寬特性，即要求保持一定的傳輸速率，以確?？蛻舳说膶崟r、連續(xù)的播放效果；其次是流媒體的數據量一般較大，以保存長時間的音頻或視頻剪輯。針對上述的兩個他特點，流媒體服務器的主要任務有兩項：第一對大數據量的流媒體數據提供可靠的存儲和高效的數據檢索；第二是向客戶端用戶提供實時、連續(xù)的流媒體數據傳輸服務。由此課件對流媒體服務器的技術要求主要應側重與其數據吞吐能力，特別是對流式傳輸數據的吞吐能力。目前許多流媒體產品只是解決了服務器與客戶端之間的數據傳輸的優(yōu)化問題，卻沒有考慮到服務器自身的數據I/O的優(yōu)化和對客戶端訪問的調度，事實上客戶端訪問流媒體服務器上的流媒體數據時，從存儲設備上讀取數據而產生的I/O延遲是這個訪問過程中最主要的時間消耗；如果忽視流媒體服務器存儲系統(tǒng)的設計，將會是組織流媒體服務器發(fā)展的瓶頸。在該系統(tǒng)設計過程中，采用服務器集群解決方案來設計流媒體服務器，把服務器的存儲系統(tǒng)設計，網絡I/O設計與服務端管理軟件設計一起考慮，這樣就使系統(tǒng)具有較高的性能，同時服務器具有較低的價格，并用現有的成熟技術，開發(fā)相應的管理軟件。1)集中式流媒體服務器解決方案基于并行計算機結構的流媒體服務器系統(tǒng)采用的是集中式存儲，集中式處理解決方案，其中集中式存儲是其靈魂所在，這種流媒體的服務器系統(tǒng)可以做到流媒體節(jié)目庫對每個用戶來說只有一個，這樣，任意用戶可以訪問這一庫中任何節(jié)目內容，真正做到了資源充分共享，當然可以根據需要，系統(tǒng)安全支持多個分立的流媒體節(jié)目庫，可以靈活配置。集中式處理服務器在最大限度上解決了資源的合理利用問題，具有負載平衡性能，能夠在系統(tǒng)負荷增加時，將增加的負荷平均分攤到各個處理節(jié)點中去。這種服務器最適用于大規(guī)模或者是超大規(guī)模的流媒體應用，如Ncube4,其中最高的配置是256個處理節(jié)點，支持44000個并發(fā)數據流。2)分布式流媒體服務器解決方案分布式系統(tǒng)是采用多個服務器來進行處理，這種方案中每個服務器是獨立的、對存儲I/O、網絡I/O資源不是全局共享的，如果開放類似VOD的點播業(yè)務，會產生有些服務器系統(tǒng)資源安全占滿，而其它的服務器卻很空閑的情況，因此，這種系統(tǒng)最適合于類似NVOD廣播應用，這些系統(tǒng)一般可由多個PC Server級的服務器來充當，每個服務器只有有限的節(jié)目，所有節(jié)目都以NVODD方式播出，相當于節(jié)目頻道數更豐富了，對用戶而言只是選擇的節(jié)目數多了，節(jié)目的收看時間靈活了一些而已，并不是真正的互動系統(tǒng)。目前，由于PC Server級別的流媒體服務器廠商很多，因此，搭建這樣的系統(tǒng)顯得很容易，系統(tǒng)代價也很低。3)服務器集群解決方案服務器集群解決方案可以看作是分布式流媒體服務器解決方案的改進，一方面的改進是多個服務器通過運行集群程序組成相互通訊協(xié)調工作的服務器集群、客戶端將服務器集群視為單一的邏輯服務器設備而不再是多個獨立的服務器；另一方面的改進是采用了SAN將節(jié)目資源集中存放，這在物理上解決了集中式存儲問題。在實現上，集群式流媒體服務器系統(tǒng)需要開發(fā)分布式存儲工具，讓每個流媒體節(jié)目可以分散到所有的磁盤陣列中去，實現真正的存儲資源共享；另一方面，系統(tǒng)要求負載平衡軟件，硬件無關通信軟件，用來達成處理能力共享的要求，多個服務器之間通過高速局域網絡交換機連接。這種流媒體服務解決方案既可用于NVOD方式的應用，同時出于在處理功能上借鑒了集中式處理的若干思想，因此也可用于實現VOD點播方式的應用，目前已經有人基于這樣的思想提出了實現高性能計算機的廉價方案，可以想象，這種方案兼顧了前兩種方案的特點，同時具有較低的系統(tǒng)代價和較高的性能價格比，有相當的吸引力。經過認真的考慮，網絡教學系統(tǒng)的流媒體服務器決定采用服務器集群的解決方案。 流媒體服務器硬件設計1) 服務器集群結構服務器集群就是指一個一個單獨的服務器主機連接起來，并且協(xié)調不同服務器乃至整個服務器群里面的通信，使它們能夠執(zhí)行共同的任務。這樣無論你有多少臺服務器，對用戶而言也只有一個獨立的服務單元；即便其中某些服務器因故障停止了運行，該服務器的工作負載轉移至另外一臺服務器，以保證提供持續(xù)不斷的服務。除故障應急程序之外，某些形式的集群也使用負載均衡功能，該功能可使計算負載得以在聯(lián)網的計算機間進行分配。一個服務器集群的總體性能可以認為是集群內所有服務器性能的總和。這樣可以把多個CPU處理能力、數據I/O能力較低，內存容量較少的服務器聯(lián)合成為一部高性能設備使用。我們集群式流媒體服務器的設計中采用高性能、高可靠性的上架式PC服務器作為流媒體服務的處理節(jié)點。每個節(jié)點具有兩個SMP方式工作的處理器，為節(jié)點提供強大的運算處理能力。每個服務器節(jié)點配置的RAM內存的數量與服務器所傳輸的流媒體數據流的帶寬特性，服務器為每個數據流設置的緩沖區(qū)的大小，以及希望每個節(jié)點支持的并發(fā)數據的數量有關。我們?yōu)槊總€服務器節(jié)點配置1G的內存，并可根據實際情況增加或減少。每個服務器節(jié)點具有兩塊本地的磁盤，并采用RAID1技術進行數據鏡像；節(jié)點在本地磁盤上存儲各自的操作系統(tǒng)和相關的系統(tǒng)數據。所有節(jié)點的操作系統(tǒng)是相對獨立的，一個節(jié)點的加入或去除不會影響其他節(jié)點和整個集群的正常工作。每個服務器節(jié)點具有兩個網絡I/O接口。其中一個為高速以太網接口，所有的節(jié)點通過該網絡接口連接到高速以太網網絡交換機上，組成一個LAN；同時該交換機還連接著通向廣大流媒體應用客戶端的網絡。服務器節(jié)點的這個高速以太網接口主要用于接收客戶端的訪問請求和客戶端傳輸流媒體數據流的數據，以及服務器節(jié)點之間的通訊。服務器節(jié)點的另一個網絡I/O接口是光纖通道(FC)接口，節(jié)點通過它訪問存儲設備上的流媒體數據。服務器集群中的每個節(jié)點在物理上和邏輯上都是獨立和平等的，客戶端對流媒體數據的訪問將均衡地分布到每個節(jié)點上進行處理。具體的服務器節(jié)點的網絡接口結構圖如下：集群式流媒體服務器光纖通道(FC)接口高速以太網接口服務器節(jié)點4服務器節(jié)點3服務器節(jié)點2服務器節(jié)點1服務器節(jié)點1服務器節(jié)點2服務器節(jié)點3服務器節(jié)點42) SAN存儲體系集群式的流媒體服務器采用SAN體系來存儲流媒體文件的數據。存儲區(qū)域網絡SAN是一種高速存儲網絡，它通過專用的集線器、交換機和網關建立起服務器和磁盤陣列之間的直接連接。SAN不是一種產品而是配置網絡化存儲的一種方法。這種網絡技術支持遠距離通信，并允許存儲設備真正與服務器隔離，使存儲成為可由所有服務器共享的資源。SAN也允許各個存儲子系統(tǒng)，如磁盤陣列和磁帶庫，無需通過專用的中間服務器即可互相協(xié)作。SAN是構建在存儲器接口上的，使存儲資源能夠被構建于服務器之外，這樣多個主機服務就能夠在不影響系統(tǒng)性能或主網絡的情況下分享這些存儲資源。在該系統(tǒng)中，流媒體數據被存儲在若干具有光纖通道接口磁盤陣列上，這些磁盤陣列通過專用光纖通道交換機與所有的服務器節(jié)點直接 相連，所有的磁盤陣列上存儲的數據在邏輯上相當于一個巨型“磁盤”，這個“磁盤”上的所有數據被所有的服務器節(jié)點共享，同時被共享的還有所有磁盤陣列的I/O資源。磁盤陣列上的流媒體文件系統(tǒng)與各節(jié)點的操作系統(tǒng)隔離，這樣即使服務器節(jié)點的操作系統(tǒng)出現故障，只需重新安裝操作系統(tǒng)即可，多媒體數據不需重新制作。采用SAN將流媒體數據的存儲與服務器節(jié)點提供的數據傳輸服務完全地分開具有一定的優(yōu)點，首先：存儲的流媒體數據易于管理維護；其次服務器節(jié)點的操作系統(tǒng)易于升級；然后存儲設備與服務器節(jié)點易于擴展；最后系統(tǒng)具有高容錯能力、高可靠性。存儲在磁盤陣列上的流媒體數據以RAIDS的方式條紋化分布到所有的磁盤上，這樣不僅能夠實現數據的冗余從而提高數據的可靠性，而且能夠充分地利用所有磁盤的數據I/O帶寬，提高系統(tǒng)支持并發(fā)流媒體數據流訪問的能力。 流媒體服務器系統(tǒng)軟件設計1) 服務器集群服務服務器集群式由一組獨立的服務器節(jié)點組成，這些節(jié)點一起工作以運行一系列共同的應用程序，同時為客戶和應用提供單一的系統(tǒng)映射。集群內的服務器節(jié)點物理上通過網絡電纜連接，程序上則通過集群軟件連接。這些連接允許服務器節(jié)點使用故障應急與負載均衡功能，而故障應急與負載均衡功能在單機是不可能實現的。具體的結構圖如下：Internet/Intranet 訪問請求硬件負載均衡器虛擬IP地址服務器節(jié)點4服務器節(jié)點3服務器節(jié)點2服務器節(jié)點1服務器節(jié)點1服務器節(jié)點2服務器節(jié)點3服務器節(jié)點4集群式流媒體服務器的每一個服務器節(jié)點運行Microsoft Windows 2003 Server網絡操作系統(tǒng)。Microsoft Windows 2003 Server里面的“集群服務”監(jiān)測著標準應用程序和服務器的狀況，提供了由一臺服務器節(jié)點到另外一臺服務器節(jié)點的轉換服務。MSCS可以在一分鐘之內從許多一般類型的常見錯誤恢復重要任務的數據和應用程序。另外，使用“即插即用”技術，“集群服務”還能夠檢測網卡、TCP/IP網絡堆棧以及共享的物理磁盤的添加和刪除。Microsoft Windows 2003 Server的集群技術提供了高度的可用性、伸縮性與易管理性：(1)高度的可用性：集群具有避免單點故障發(fā)生的能力。應用程序能夠跨計算機進行分配，以實現并行運算與故障恢復，并提高更高的可用性；(2)可伸縮性：加入更多的處理器或計算機可提高集群的計算能力；(3)易管理性：集群以單一系統(tǒng)映射的形式來面向最終用戶、應用程序及網絡，同時也為管理員提供單一的控制點。2)流媒體服務器集群的負載均衡眾多客戶端對流媒體數據訪問的數據流在流媒體服務器節(jié)點間的均衡分布是通過網絡負載均衡技術加以實現的。解決服務器集群對客戶端訪問的負載均衡問題，在傳統(tǒng)上有兩種方法：第一是采用專用的硬件負載均衡器，圖如下：圖41 專用的硬件負載均衡器其次是集中調度訪問負載，具體的示意圖如下：圖42 集中調度訪問負載 以上兩種負載均衡的方案中，硬件負載均衡器和用于集中調度的主機都會成為系統(tǒng)性能的瓶頸，而且這兩個瓶頸也會極大地影響系統(tǒng)的容錯能力，同時也會增加系統(tǒng)的成本。但是針對網絡負載平衡來說，它是一種IP的負載平衡技術，它作為一個網絡驅動程序運行在每一個服務器節(jié)點上，而不需要專門的負載均衡設備，它的操作對TCP/IP網絡協(xié)議棧而言是透明的。有了NLB，客戶端傳入的TCP通信、用戶數據包協(xié)議通信和一般路由封裝通信請求被分發(fā)給各個集群成員。分發(fā)的依據是基于服務器負載百分比設置的統(tǒng)計算法。NLB提供了動態(tài)伸縮功能，即在不影響客戶端的情況下，自動適應集群內服務器節(jié)點的添加和刪除。采用NIB的服務器集群中每個服務器節(jié)點除了擁有各自的主IP地址之外，還擁有一個共同的虛擬IP地址，客戶端通過這個公共的IP地址向服務器集群發(fā)出訪問流媒體數據的請求：NLB通過集群內各服務節(jié)點之間的通訊，了解當前各節(jié)點的網絡通訊量現狀，確定具體應由哪一個節(jié)點向這個客戶端提供傳輸的整個過程中，這個鏈接將一直保持。NLB的工作方式具體示意圖如下：圖43 NLB的工作方式圖NLB(網絡負載平衡功能)增強了流媒體服務器程序的可用性和可伸縮性，目前NLB技術可以在多大32個服務器節(jié)點的集群內平衡引入的IP通信量；對于需要更多的服務器集群，每個集群最多包含32個服務器節(jié)點，每個服務器集群內部采用NLB實現負載均衡；同時采用DNS服務器將客戶端的訪問請求循環(huán)的發(fā)送到各NLB服務器集群中去，具體的示意圖如下：圖44 系統(tǒng)擴展超過32個服務器節(jié)點： 在網絡教學系統(tǒng)中，流媒體編碼是通過實時教學完成的。實時教學旨在為時空上分離的教師和學生提供一個虛擬多媒體課堂教學環(huán)境，它是網絡教學系統(tǒng)中的最重要的組成部分之一，它通過教學現場的多媒體錄像和網絡傳輸實現教學現場的直播，從而解決傳統(tǒng)課堂教學的的時空制約問題，這樣就可以大大的擴大學校的教學規(guī)模，實現名師授課的共享。實時教學模塊在設計上，首先得充分的考慮到把教師上課的信息元素傳送給不在現場的學生，這些信息元素通常包括教師的聲音、視頻展臺、圖像、教師在黑板上的演示、黑板上的視頻、課件以及軟件演示等。實現時，上面提到的視頻展臺的視頻、黑板上演示的視頻，教師的圖像由專業(yè)視頻采集卡捕捉到計算機中，并且這些視頻都會顯示在教師上課的計算機屏幕上，然后利用微軟的彩屏技術通過軟件以彩屏方式把上課情景傳送出去，供學生觀看。考慮以彩屏方式作為視頻源，是因為教師上課時經常會使用到PowerPoint、視頻展示臺、軟件演示、以及通過黑板板書等多種媒體教學方式，彩屏能很好的把以上媒體都記錄下來，實踐表明這種方式能很好的滿足大多數上課的需要各種視頻具體示意圖如下：首先是教師視頻顯示在屏幕的左上角，視頻展示臺圖像、黑板圖像顯示在屏幕左邊的預覽 區(qū)內。在上課的過程中，根據上課需要，當使用PowerPoint時，控制視頻縣市區(qū)的圖像切換到PowerPoint，使用黑板時，控制視頻顯示區(qū)的圖像切換到黑板。使用其他的軟件工具如Acrobat Reader或者是通過IE上網時，這些軟件都在視頻顯示區(qū)中運行。當計算機上進行軟件的演示時，軟件界面變成只有教師的縮小圖像疊加在屏幕上，教師根據上課需要，把自己的圖像在屏幕上進行移動。具