多媒体视频网络教学系统设计方案.docx

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多媒体视频网络教学系统设计方案

多媒体网络教学系统

设计方案

第一章概述

一.1项目建设背景

XXXX网站目前在多媒体网络教学上存在着空白，编辑人员只能在分别制作文字稿件和语音内容后，在稿件中链接相关语音内容地址，组织成一个静态网页。

各语种网站只能单独为语言学习者提供教学节目服务，没有形成一个完善的多媒体网络教学系统，提供基于网络的汉语教学服务。

随着全球学习汉语的热潮兴起，以及远程教育和网络教育的发展，单一的流媒体音视频教育模式已经不能满足现代的多媒体远程教学的需求。

多媒体网络教学系统的建设是搭建一个利用国际在线网站平台，面向海内外及未来的网络受众，向其提供通过母语学习汉语服务和获取中国文化信息服务的多媒体、多语种门户网站。

通过多媒体网络教学系统，能充分利用现有的多语种汉语音像教材，为世界各国提供汉语言文化的教学资源和服务，最大限度地满足海外汉语学习者的需求。

一.2基本业务现状

从整体部署上来看，目前的IT系统主要分布在站内和IDC两处：

1.IDC部分主要是电信提供的IDC托管机房，其主要功能是为网站系统提供整体的托管环境，大部分的网站访问运行环境均部署在此，提供静态、部分动态内容和部分流媒体形式的发布。

2.站内部分主要分为网络核心部署区、DMZ区、网站台内部署区、SAN存储区和其他应用区几个部分，分别提供不同的处理功能。

3.站内的各个功能区之间通过VLAN进行逻辑划分，主干及核心交换机之间均采用千兆方式连接，其他次要连接和桌面系统均采用百兆方式连接。

4.整个环境共有IDC和站内两个因特网出口，IDC托管设备直接连接到因特网出口，两条链路采用主备方式部署。

站内系统通过网通和电信通两个运营商连接设备通过两条链路与因特网连接，两条链路采用并行方式部署。

网络教学系统也将部署到IDC托管机房中，估计本期需要租用五个机柜。

后面我们还将根据业务发展的需要不段扩充系统规模。

第二章总体需求

二.1总体建设目标

本系统建设完成后，能够将网站的多语种汉语音像教材通过网络平台进行有机整合，实现对已有资源的再加工，对新资源进行整体规划，开发一系列具有网络特点的汉语教学产品，为海外汉语学习者提供文字、视频、音频、flash版等多种学习的手段，为不同水平、不同诉求的用户提供个性化服务。

最终达到能够为2000万注册用户提供通过母语学习汉语的服务。

系统要实现多媒体网络教学的全部管理功能，实现对多媒体教学内容的制作和管理，并能对系统中所有资源进行有效的管理，能够对在线学习、教师授课、考试等教学活动进行支持，提供有偿信息服务、通过手机学汉语、在线购买汉语学习教材、书籍和音像制品等商务服务。

通过多媒体网络教学系统，我们要发展具有鲜明特色的多语种、多媒体语音在线教学的新的业务亮点。

而通过这一新的业务增长点，能够吸引并留住大量的网站用户，逐渐树立国际在线网站的教育品牌。

按照分期建设、逐步完善的原则，多媒体网络教学系统的建设分两期完成。

二.2一期（本期）建设目标

完成多媒体网络教学系统平台的搭建，实现多媒体语音教学的核心功能，并实现为英语、法语、西班牙语、俄语、阿拉伯语、韩语、日语、泰语和德语九个语种的用户提供汉语教学服务，完成多媒体、多语种汉语教学门户网站的建设。

本系统设计原则

⏹总体规划，分步实施

由于教学、培训业务类型较多、培训需求复杂、学生需要逐步适用等因素，远程多媒体网络教学系统的应用和完善是一个长期的过程，因此系统需要分阶段，分层次实施。

同时为提高系统的可扩展性，保护培训投资，一定要整体规划，站在整体和全局的观点上筹划。

⏹可扩展性和保护现有资源的原则

项目设计要考虑到业务未来发展的需要，便于系统的扩展。

对于现有的数据需要充分考虑兼容性。

要充分考虑利用现有设备和技术能力，保护现有的投资。

⏹实用性与先进性

项目设计必须满足本项目需求，针对业务的具体要求进行设计，符合本系统3至5年内业务发展规划。

要符合业务特点并考虑到具体的使用人员的工作习惯。

在实用性的前提下，积极采用先进的技术和设备。

⏹高可靠和高可用性

必须保证整个系统能够提供24小时不间断正常运行的能力，同时保证高度可用并具有强大有效的容错能力。

⏹安全和可管理性

遵循国家制定的信息安全标准，必须在网络和系统的设计中充分考虑整体信息安全的需要，系统要有完备的安全防护、认证及加密和管理的措施，具有抵御外部和内部攻击的能力，并能够对系统整体提供有效的管理。

⏹通用性和节约原则

工程设计要尽量避免依赖专用软件、设备和器材，遵循通用性原则。

在充分满足未来3至5年之内业务发展需要的前提下，以节约的原则设计所用设备、器材和材料的数量和性能指标。

⏹标准化

本工程各项技术应遵循已有的国家标准及行业标准，没有国标及行标的则遵循国际标准。

第三章系统总体设计方案

三.1系统总体技术线路

在软件系统的实现技术体系上，采用国际上最新的J2EE技术来构建整个多媒体网络教学系统的软件平台。

在J2EE技术体系下的软件系统的实现完全采用三层结构模式进行软件设计。

采用国际通用的最佳设计模式MVC设计模式作为整个软件系统的设计蓝本。

采用JAVA语言进行软件系统的开发。

基于Internet技术，系统采用B/S结构，采用开放的设计体系结构。

体系结构：

J2EE

开发语言：

JAVA　Release2

设计模式：

MVC（model2）

流媒体服务器：

WindowsMediaServer9

应用服务器：

WebLogic9.0

数据库：

关系型数据库ORACLE10g

三.1.1软件技术架构

J2EE技术体系结构是SUN公司为开发基于JAVA平台的企业级应用所提出的一种JAVA开发技术规范。

它具有编“写一次，到处运行”的便利，是一个经过验证的安全模型。

J2EE是一种功能完备、稳定可靠、安全快速的企业级计算平台，它由多种基于JAVA的技术组成，包括EnterpriseJavaBeans（EJB），JavaServerPages（JSP），servlets，JavaNamingandDirectoryInterface（JNDI），JavaTransactionAPI（JTA），CORBA，JDBCdataaccessAPI等。

采用J2EE作为应用开发平台具有以下优点：

Ø平台无关性

用户不必将自己捆绑在某一种硬件或操作系统上，可以根据自身的情况选择合适的硬件、操作系统、数据库。

保证系统的开放性。

J2EE是一种组件技术，已完成的组件能被方便地移植到任何其它地方。

J2EE作为中间件，提供了强大的功能，使开发人员只需要关注商业逻辑，因而能加快开发速度，提高系统的运行效率和稳定性。

Ø保护用户投资

当用户更换平台时，由于基于J2EE的系统能方便地移植到其它平台上，而无须重新开发，因此能有效地保护用户的投资。

Ø广泛的支持

J2EE技术规范得到了从国际性大公司到自由软件开发者的广泛支持，SUN，IBM，ORACLE，NETSCAPE，BEA等纷纷推出基于J2EE的软件产品。

根据SUN的定义，J2EE体系具有如下图所示的结构：

三.1.2MVC设计模式

众所周知，当一个应用系统包含了数据访问代码，业务逻辑代码、前台表现陈述代码时，如果不能采用一种较好的设计模式及设计方法，应用程序很容易就成为这些代码的简单混合物，在这种情况下，应用系统将会常常出现或这或那的异常情况。

由于应用系统各模块间的强藕合，系统的各个部分互相依赖，使得系统的组件化变得相当的困难及代码重用的不可实现，当系统的任何一部分发生变化时将直接影响整个系统的稳定运行，比如要对系统增加一个数据视图时，常常需要对业务逻辑方法进行重新实现或者是拷贝粘贴相关的业务逻辑方法，当这样的需求在系统的多个地方提出时，就会发现系统里面充斥着许许多多的重复代码，数据访问也会出现这样那样的不可预见的错误，导致对应用的维护变成非常艰难。

因此，在软件系统的设计过程中，采用一种好的设计模式给目标系统带来的好处将是无穷尽的。

在技术体系即定的条件下，寻求一种好的设计模式无疑是系统开发的一个重要部分，MVC设计模式正是解决这些问题的绝佳方法。

在MVC的设计模式中，真正实现了M（model）、V（View）、C（controller）三层分离的目标。

其模式定义如下图所示：

其中模型表达了企业数据以及对于数据的访问更新等业务逻辑规则，通常情况下，模型作为接近真实世界过程的一个服务软件，因此，在进行业务建模的时候常常使用一些简单的实体建模技术。

视图是对于模型内容的一个体现，它通过业务模型及指定的业务数据表现规则访问业务数据并呈现给用户。

视图的责任就是当业务模型发生变化时维护表现层的稳固及一致性。

它能够通过两种方式来达到这个目的，一种是称之为“pushmodel”的模式，也就是主动模式。

在这种模式下，视图当其自身使用这个模型进行注册，以监听业务模型的改变，当业务数据发生变化时，视图可主动调整其对于企业数据的表现。

另一种是称之为“pullmodel”的模式，也就是被动模式。

在这种模式下，当需求视图接收当前最新数据时，相应的方法会被调用。

控制负责在模式及视图之间进行动作的交互及请求转分派。

当一个GET或者POST之类的HTTP请求到达控制器后，控制器负责将请求按照特定的规则转发到业务模型上，以激活业务处理过程或是业务模型的状态转换，当业务逻辑处理请求后，控制器将选择一个合适的视图去表现这些处理结果。

在一般的基于B/S结构的WEB应用系统中，JSP程序被定义为视图的表现形式，而Servlet作为控制器的角色出现，而EJB或者JavaBean负责业务逻辑的

采用J2EE架构，可根据自身的实际情况选择最适合的软硬件平台，并保证系统平台的安全、稳定、易用、高效。

系统设计应采用良好的、易扩展的分层体系结构，具体如下图：

系统体系结构图

三.1.3关系型数据库ORACLE

一、概论

Oracle是以高级结构化查询语言（SQL）为基础的大型关系数据库，通俗地讲它是用方便逻辑管理的语言操纵大量有规律数据的集合。

是目前最流行的客户/服务器（CLIENT/SERVER）体系结构的数据库之一。

　　二、特点

　　1、ORACLE7.X以来引入了共享SQL和多线索服务器体系结构。

这减少了ORACLE的资源占用，并增强了ORACLE的能力，使之在低档软硬件平台上用较少的资源就可以支持更多的用户，而在高档平台上可以支持成百上千个用户。

　　2、提供了基于角色（ROLE）分工的安全保密管理。

在数据库管理功能、完整性检查、安全性、一致性方面都有良好的表现。

　　3、支持大量多媒体数据，如二进制图形、声音、动画以及多维数据结构等。

　　4、提供了与第三代高级语言的接口软件PRO*系列，能在C，C++等主语言中嵌入SQL语句及过程化（PL/SQL）语句，对数据库中的数据进行操纵。

加上它有许多优秀的前台开发工具如POWERBUILD、SQL*FORMS、VISIABASIC等，可以快速开发生成基于客户端PC平台的应用程序，并具有良好的移植性。

　　5、提供了新的分布式数据库能力。

可通过网络较方便地读写远端数据库里的数据，并有对称复制的技术。

　　三、存储结构

　　1、物理结构

　　ORACLE数据库在物理上是存储于硬盘的各种文件。

它是活动的，可扩充的，随着数据的添加和应用程序的增大而变化。

下图为ORACLE数据库扩充前后在硬盘上存储结构的示意图：

　　2、逻辑结构

　　ORACLE数据库在逻辑上是由许多表空间构成。

主要分为系统表空间和非系统表空间。

非系统表空间内存储着各项应用的数据、索引、程序等相关信息。

准备上马一个较大的ORACLE应用系统时，应该创建它所独占的表空间，同时定义物理文件的存放路径和所占硬盘的大小。

　　下图为ORACLE数据库逻辑结构与物理结构的对照关系：

四、分布式数据库管理介绍

1、原理

　　物理上存放于网络的多个ORACLE数据库，逻辑上可以看成一个单个的大数据库。

用户可以通过网络对异地数据库中的数据同时进行存取，而服务器之间的协同处理对于工作站用户及应用程序而言是完全透明的：

开发人员无需关心网络的连接细节、无需关心数据在网络接点中的具体分布情况、也无需关心服务器之间的协调工作过程。

　　2、过程

　　由网络相连的两个ORACLE数据库之间通过数据库链接（DB-LINKS）建立访问机制，相当于一方以另一方的某用户远程登录所做的操作。

但ORACLE采用的一些高级管理方法，如同义词（SYNONME）等使我们觉察不到这个过程，似乎远端的数据就在本地。

数据库复制技术包括：

实时复制、定时复制、储存转发复制。

对复制的力度而言，有整个数据库表的复制，表中部分行的复制。

在复制的过程中，有自动冲突检测和解决的手段。

三.2系统模块化结构

多媒体网络教学系统应全部采用模块化设计，各功能模块既相对独立又相互联系，能适应企业最终复杂的实际应用。

通过对核心模块的扩展、定制方式，避免不必要的系统功能冗余，学习更高效。

系统模块化结构图

三.3总体功能要求

本系统共分两期进行建设，全部完成后，将建设成集网上学习、授课、教学教务管理、有偿信息服务、商务服务为一体的综合性远程教育管理及商务服务平台。

一期（即本期）要建立一个运行稳定的多媒体网络教学系统平台，完成教学管理、教学资源管理、学习互动、资讯发布管理、系统管理等功能模块的建设，支持以下基本业务形式：

学员可以通过网络进行注册、选课、课程学习，与教师和同学协作学习和交流，做练习，完成老师布置的作业并递交作业，参加在线测试、查看学习成绩等。

教师可以通过网络进行授课以及多种教学辅导活动：

管理教学、组织教学内容、编辑课件、与学生讨论，回答学生问题，布置作业，批改作业，出习题，维护习题库、统计分析学生学习情况等。

管理员可以个性化定制平台界面风格、功能；设定、添加、管理用户；统计并管理整个平台的使用情况；为其他合作伙伴的系统提供服务和接口。

考虑到二期要完成资讯类有偿信息服务、通过手机学汉语、在线购买汉语学习教材、书籍和音像制品等商务服务功能，本期的建设，必须为之留有扩展接口。

第四章详细设计方案

四.1系统要求

本项目要建设一套完善的多媒体网络教学系统，以实现系统化的远程语言教学环境为目标，包含多媒体课件管理、学生学习、教师授课、网上辅导及讨论、在线考试、统计分析和系统管理等内容。

要求支持多语言。

支持windowsmedia流媒体平台。

系统符合网络教学的相关国际技术标准，全部采用模块化设计，便于进行管理、维护和功能扩充。

全部采用Unicode编码，构建多语种汉语教学平台。

四.2业务流程

业务流程图

上图显示的是多媒体网络教学系统培训的整体流程，具体包含以下几个主要子流程：

1.课程发布流程

（1）由教学小组针对教学内容设计相关课程和作业等内容，委托课件制作公司按照设计制作全部课件；

（2）管理员在多媒体网络教学系统中建立此门培训课程；

（3）为此培训课程添加相关课件和作业；

（4）指定此课程的培训教师；

（5）发布课程后，学员就可以在系统中选修这门课程。

2.教师授课流程

（1）教师选择自己负责的课程后，可以查看选修这门课程的全部学员的信息，如：

学习进度，以前参加的课程等，掌握每位学员的基本情况；

（2）批改每位学员的主观题作业，并通过汉语学习BBS和在线答疑室回答学员的问题；

（3）批改此课程的相关测试和考试中的主观题；

（4）当学员完成课程学习后，统计相关的作业、测试和考试成绩；

（5）根据综合成绩，为每位学员给出评语，指导学员进一步的学习方向。

3.学生学习流程

（1）学员第一次登录系统后，需要进行汉语水平测试，在回答一系列问题后，系统会针对这名学员的实际汉语水平给出一个建议学习的课程列表，学员可以选取自己所需的课程；

（2）选定课程后，学员就可以进行相应的资料阅读、记录学习笔记、完成课程作业以及在线提问，在线学习交流等操作；

（3）当学员觉得课程内容已全部掌握时就可以参加整门课的测验；

（4）学员可以在学习过程中查看学习进度，教师和系统对作业的批改，最后可以查看教师给出的最终评语。

4.考试流程

（1）管理员添加试题库，填写相关的试题库属性，如试题库名称、类型、难度等，再添加相应试题，既可以采用批量导入的方式，也可以采用手工添加的方式；

（2）按照不同的组卷策略进行组卷，如按照难度、按照章节，还可以采用自动、手工以及二者结合的方式；

（3）将组好的试卷进行发布，可以设置一些试券属性，如是否限制答题次数，是否限制答题时间等，试卷既可以针对某门课程，也可以针对某个章节，学员就可以在线进行答卷。

5.调查流程

（1）管理员或教师根据需要设置调查，并添加调查内容，如：

调查的类型，选项等；

（2）将调查发布到指定位置，如：

课程调查、学习情况调查等；

（3）根据学员的反馈信息，统计相应的数据。

四.3性能要求

⏹平台和社区主要面向国内外用户，针对具备强大的性能及高的可靠性，项目要求能支撑50（根据客户需要修改）万注册用户，以及10000（根据客户需要修改）人以上同时在线；

⏹整个信息系统具有高可用性，应保证7×24小时长期安全运行，每年非计划性停机时间原则上应少于2小时。

⏹可扩展性：

数据源可灵活扩展，可以方便的将新的数据信息来源加入到整个平台之中；

系统性能可灵活扩展，系统的处理能力，包括处理的最大信息量，最大并发访问量以及索引能力都可以方便的进行扩展；

系统功能可灵活扩展，以便后期方便地实现有偿信息服务、商务服务以及其他新功能的增加。

⏹系统要支持百万级以上的信息量，在实际应用中还需要不断扩大信息量；

四.4存储容量估算

四.4.1存储数据类型

多媒体网络教学系统的数据类型主要分为以下类别：

1）页面数据

主要实现多媒体网络教学系统各级页面发布的功能，数据主要以小文件为主，一个页面是由多个文件组合而成，包括页面主文件、文字、图片等。

2）多媒体数据

主要是各种教学课件资源，如音视频课件、Flash课件、富媒体课件等，文件以大文件为主，每个文件独立存在，而且数据量比较大。

网站的此类数据非常丰富，而且新开发的多媒体课件增长率也很快，从而所需要的存储空间要求也非常高。

3）数据库文件

主要是多媒体网络教学系统使用的数据库数据，以表空间数据文件的形式存在，对存储空间需求很大。

所以，多媒体网络教学系统对于数据存储与共享也有较高的要求。

四.4.2存储容量估算

1）多媒体文件

视频课程：

⏹情景剧：

提供高码流（500K）及低码流（300K）两种码率格式，每集30分钟，100集/课，三年内达到每语种5课，每语种占用存储空间90G，以18个语种计算，共计1620G；

⏹在线授课：

2小时/次，每周1次，提供高码流（500K）及低码流（300K）两种码率格式，每次占用存储空间720M，以18个语种存储3年计算，共计1868G；

音频内容

⏹音频广播：

32K码流，每次5分钟，每天1次，每次占用存储空间1M，以18个语种存储3年计算，共计20G；

Flash课件

⏹每个栏目30课，每课占用存储空间5M，预计每个语种建设15个栏目，18个语种共占用存储空间约为40G；

2）网站图片、文字内容

按照多媒体网络汉语教学系统的5年发展规划，预计图片、文字内容共需要的存储空间约为5G；

3）用户数据存储

多媒体网络汉语教学系统，在3年内计划达到注册用户千万级，如果以千分之一为中级用户（中级用户是按照课程学习时间、论坛发表帖子的数量和质量等因素从初级用户升级的，他们可以在系统中拥有200M存储空间）计算，中级用户达到2万，那么需要4T存储空间，根据中级用户数可能存在的估算差异，计划将6T作为用户数据的存储空间。

上述内容共需存储空间约为10T，由于存储设备上要求实现RAID机制，保存数据快照以及预留热冗余盘，可用数据约占存储总量的三分之二，所以需要的存储设备的裸容量为16T。

四.5带宽估算

多媒体网络教学系统对网络带宽的要求，由多种因素决定，包括：

并发的用户数、课件的类型、用户访问类型、拓扑方式等。

在网络教育培训项目部署中，网络中最繁重的负载由以下方面引起：

⏹课程内容（最严重负载，30K-135K/每用户）

⏹应用程序（次要负载，3K/每用户）

⏹数据（每个人每分钟少于1-3K字节的最低负载）

四.5.1课程内容

一般情况下，网络课件中多媒体课程占70%，流媒体课件占30％。

多媒体课程：

70%（每学员占用带宽28Kbps）

流媒体课程：

30%（每学员占用带宽56Kbps）

四.5.2应用程序与数据

⏹管理数据需要的带宽：

一般情况下，管理数据包括用户验证、课程结构信息、用户学习活动跟踪信息等，一般比较小，一路为3Kbps以下。

具体数值需要根据信息类型不同而不同。

⏹在线交谈需要的带宽：

每个用户使用文本交谈小于1Kbps。

四.5.3单人带宽计算

带宽负载计算：

平均每在线人员带宽消耗：

（28K×70%＋56K×30%）＋3K=39.4K

四.5.4服务器所需要的带宽

服务器的带宽主要为服务器接入局域网带宽，为并发用户数目与所需带宽的乘积，课件服务器由于内容繁重，最可能会形成带宽的瓶颈。

计算并发访问对带宽资源占用的计算公式为：

带宽资源占用≥同时在线培训人数×每用户占用带宽。

多媒体网络教学系统一期按照注册用户数量为50万人计算：

⏹在比较理想的状态下，以1万人同时在线计算：

1万人同时在线时，同时点播课件的并发人数通常不大于10％，大约1000人。

以每人点播课件占用带宽为40K计算（算法见上），1000*40K=40M，因此：

1000人并发占用带宽为40M；

⏹以上带宽计算是以单人40K计算，由于课程类型的不同，带宽也有相应变化

所以，根据多媒体网络教学系统一期的初步设想，同时考虑用户人数的不断拓展，以及不同类型课程资源对带宽的影响，建议租用100M的出口带宽，以确实保障网络教学系统的正常使用。

四.6功能要求

本期建设中，要实现多媒体网络教学的核心功能，并要为后续功能扩展留下接口。

四.6.1基本功能

基本功能是每个用户都具备的系统基本功能。

⏹用户注册

系统提供用户注册功能，用户可以输入用户名、邮箱地址等个人信息，生成系统用户。

⏹登录

系统提供一个用户登录的统一入口，输入学员编号、密码经验证合法后，方可登录到系统中，否则提示错误信息。

⏹忘记密码

用户忘记密码后，提示用户输入自己的学员编号，然后系统随机生成密码，并发送到学员注册时填写的电子信箱中。

⏹个人信息维护

登录的用户可以查看个人的注册信息，并且可以修改个人联系方式（联系电话、电子邮件等）。

⏹修改密码

维护登录密码。

学员可修改自己的登录密码。

⏹可定制的个人界面

由于学生、教师、管理员等不同角色用户在系统中具有不同的功能及权限，因此具有各自个性化的界面。

四.6.2教学管理

四.6.2.1在线学习

在线学习功能模块是学生进行网络学习的平台，提供各种网络学习所需的功能及入口。

主要包含以下内容：

⏹学生能完成整个学习过程，可以通过网络进行注册、选课、课程学习。

⏹课程学习计划：

学员通过课程汉语水平测试，确定个人的汉语水平，选择预期学习目标（中级汉语水平、高级汉语水平等），再选择适合自己的学习时间范围，由系统给出一个或多个适合该学员的课程学习计划，帮助学员更有效的进行汉语学习。

⏹学员按课