专利名称：双向卫星多媒体远程实时教学系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种多媒体远程实时教学系统，特别是一种双向卫星多媒体远程实时教学系统，属于计算机技术领域。
背景技术：
随着多媒体以及网络通信技术的飞速发展，网络教育/远程教育已从原来基于局域网以及Internet的模式衍生到基于双向卫星网络的模式，在基于双向卫星网络的多媒体实时远程教育方面的研究与应用也取得了显著的成就。经对现有技术的查新，检索到两种同类产品它们分别是以色列Mentergy公司开发的TrainNet；以色列VCON公司开发的Meeting point 4.5。
以色列Mentergy公司开发的TrainNet是目前世界上最为强大的交互式远程教学系统，已成为直接到PC的TBT工业标准。学生通过一个集成化环境参与学习。高质量、全屏视频效果、实时交互和协作、应用共享等为学生创造一个真正的高效学习环境。该产品支持同步与异步两种教训模式，仅支持组播的连接方式，可支持的最低回传带宽为128kbps(视频)+8kbps(音频)，只支持单向的a屏幕广播。以色列VCON公司开发的Meeting point 4.5是国内使用最为普遍的交互式远程教学系统。它设计之初的应用目标是针对多点视频会议，由于其对视音频交互，以及白板，应用程序共享等互动操作支持较好，因而在远程教育中得以广泛应用。该产品支持一对一(单播)和一对多(组播)两种交互模式，通过硬件进行视音频压缩/解压缩以及多点播送控制，无法直接到学生桌面。可支持的最低回传带宽为138kbps。
现有系统存在以下几方面的问题(1)无法支持过窄回传带宽(比如低于100kbps)上视音频的正常交互；(2)无法支持组播数据的跨网络传输，进而导致系统无法将教学资源直接送到学生桌面；(3)无法支持系统的跨网络部署，进而导致系统支持的学生端数量有限(往往与卫星小站的个数相同)；(4)大多数同步实时授课系统直接采用了视频会议系统中的多点群组交互机制，这种交互机制不适合于实时授课。采用这种交互机制，不仅增加了上层管理的复杂程度，同时也造成不必要的系统资源开销，特别是网络带宽资源的开销。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种双向卫星多媒体远程实时教学系统(称之为astroTrainer)，使其不仅可利用双向卫星高速接入技术不受地域限制及可捆绑卫星电视服务的优势，而且能克服卫星上行带宽过窄(最低可达76.8kbps)的缺陷，实现视音频、屏幕及白板等多媒体数据的双向实时交互，此外能支持尽可能多的客户端，并且客户端成本低，构建方式简单灵活。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明由多媒体客户端、转发器、转发服务中心以及课堂管理服务中心四个相对独立的应用组件组成，多媒体客户端(Client)，是系统的最终用户端；转发器(Transmit Part)，是介于卫星网络与地面局域网之间的多媒体数据中转服务节点，分为内联转发器与外联转发器两类，通过网络负责多媒体数据在系统各多媒体客户端之间的传输；转发服务中心(Transmit Server)，位于卫星主站服务器的转发器；课堂管理服务中心(Class Management Service)由一组Web Service构成，是整个系统的控制中心；四个部分共同形成视音频课堂，数据课堂以及课堂管理三大功能，多媒体客户端分布在各个卫星小站所在地，位于一个地方的所有多媒体客户端通过地面以太网连接到内联转发器，内联转发器通过地面专线与设置在本地卫星小站机器上的外联服务器相连，位于各个卫星小站的所有的外联服务器以及位于卫星主站服务器的转发服务中心通过双向卫星网络进行连接，同时课堂管理服务中心也位于卫星主站服务器上，任何一个多媒体客户端都可以连接到卫星主站服务器上的转发服务中心与课堂管理服务中心，从而四个部分形成了一个紧密的整体，呈现出分层次星型的拓扑结构。
整个系统构建在TCP/IP协议及.NET Framework之上，多媒体客户端与课堂管理中心服务器之间采用http连接协议，多媒体客户端与内联转发器、内联转发器与外联转发器之间，外联转发器与转发服务中心之间采用UDP协议连接，整个系统呈现松耦合的总体结构。
本发明中多媒体客户端都是通过地面局域网与卫星网络相连，在地面局域网与卫星网络之间存在防火墙，而课堂管理服务中心位于卫星主站，因此客户端要与课堂管理服务中心完成控制信息的交互必须穿透防火墙，采用http调用Web Service是解决这一问题的好方法，此外这种方法将主要的处理功能放在服务器端进行，减轻了客户端的负担，从而使系统能支持尽可能多的客户端。故本发明中多媒体客户端基于Web方式构建，无需在最终用户处安装客户端，用户可以轻松方便的通过浏览器参与系统，进行相关的操作。多媒体客户端包括三个部分权限控制模块，视音频课堂模块和数据课堂模块。(1)权限控制模块与课堂管理服务中心进行状态、控制信息的交互，根据交互结果对客户端的视音频课堂模块与数据课堂模块的多媒体数据交互权限进行控制和管理，另外权限控制模块还负责更新在客户端显示的用户列表。(2)视音频课堂模块，负责接收、解码视音频数据并在本地回放或者编码、发送从本地视音频设备中采集到的视音频数据。课堂中所有客户端的视音频课堂模块通过转发器相连构成一个完整的视 音频课堂。处于课堂中的任一客户端在课堂进行的任何时候至多能接收两方的视音频。其中一方是教师端的视音频，贯穿课堂始终，且该视音频数据源在课堂进行中始终保持不变；另外一方是与教师视音频交互的焦点学生端的视音频，根据教师与学生交互的需要在课堂中或出现或消失，焦点学生视音频数据的来源则根据权限控制模块的交互权限指令来确定，在课堂进行中会根据实际教学需要做出改变。(3)数据课堂模块，该功能模块包括两部分共享屏幕与共享白板。位于教师端的数据课堂模块负责捕捉本地教师机屏幕图像及白板数据，并进行压缩、通过转发器发送给课堂中学生端的数据课堂模块，此外它还接收焦点学生端在共享屏幕及共享白板上进行交互的多媒体数据并将其还原迭加在本地屏幕和白板上。位于学生端的数据课堂模块解压接收到的教师机的屏幕图像及白板数据并在本地重画，此外在重画的图像上迭加接收到的焦点学生端的多媒体交互数据。课堂中所有客户端的数据课堂模块通过转发器相连构成一个完整的数据课堂。数据课堂增强了师生之间的交互手段，体现了实际教学的师生互动性。通过共享屏幕模块学生客户端能够共享教师客户端的屏幕，得到授权的焦点学生端还可以操作教师端的屏幕，这为大规模的电子文档教学(如Word，PPT)与软件协作教学提供了有效的工具；通过完全协同的共享白板工具，教师与授权的焦点学生可以通过白板协同讨论问题。
多媒体客户端按其登陆的用户身份可分为教师客户端，学生客户端以及管理员客户端，它们各自拥有不同的权限，可以进行不同的操作。教师客户端可以使用实时视频，音频，并通过电子白板，屏幕共享以及文本Chat等工具与学生进行交互，并可以批准/禁止学生的视频，音频和操作共享屏幕。学生客户端可以使用实时视频，音频，并通过电子白板，操作共享屏幕以及文本Chat等工具与老师及课堂中其他学生进行交互。管理员客户端可以对系统中所有用户的身份及其权限进行管理，并能对课堂资源进行管理和分配。
此外，由教师客户端发出的多媒体数据量比较大，对出口带宽大小要求比较高，在课堂进行过程中，教师客户端始终在运行，并且学生客户端对教师客户端的多媒体数据的延时比较敏感，因此系统中教师客户端通过地面专线与卫星主站相连，充分利用了卫星下行带宽较宽，数据传输速度快的特点，而学生客户端通过地面组播网与卫星小站相连，以保证教师端多媒体数据传输的速度与质量，并使系统能支持尽可能多的学生客户端。
为了尽可能的扩大教学规模以及解决实际教学应用中教学点所在地与卫星主站或小站地理位置不一致的问题，本发明采用两种网络连接方式单播及组播。因此多媒体客户端按其连接网络的方式可分为单播客户端和组播客户端两类。学生客户端以组播方式与本地局域网的转发器相连。教师客户端通过地面专线以单播方式与转发服务中心直接相连。
转发器，是介于卫星网络与地面局域网之间的多媒体数据中转服务节点，分为内联转发器与外联转发器两类。它们位于的网络环境不同，内联转发器位于地面局域网服务器，而外联转发器位于对应卫星小站的服务器，它们之间通过地面专线进行连接。内联转发器负责将本地客户端发送的多媒体数据在本地局域网组播，并将其单播发送给相应的外联转发器；或者单播接收外联转发器发送来的多媒体数据在本地局域网组播。由于各个卫星小站与卫星主站通过IP协议映射构成一个对卫星用户透明的IP组播网络，因此所有位于卫星小站与主站的外联转发器形成一个支持IP组播的局域网拓扑结构，外联转发器负责将单播接收到的多媒体数据通过卫星网络组播发送给其他外联服务器，将组播接收到的多媒体数据通过地面专线单播发送给相应的内联服务器。
转发服务中心，是一个特殊的外联转发器，它位于卫星主站服务器上，在卫星网络中具有较大的出口带宽，使其成为系统中多媒体数据最大的集散中心。由于系统中教师客户端发送的视音频、屏幕及白板等多媒体数据，数据量比较大，因此必须通过位于主站服务器的转发服务中心下行组播到各个小站服务器上的外联转发器。此外与其它位于小站的外联服务器相比，为了减少系统的消耗，加快教师客户端数据的传播，转发服务中心支持单播客户端的连接，允许教师客户端通过地面专线直接单播连接到转发服务中心。转发服务中心也能组播接收从各小站外联服务器转发过来的多媒体数据，并将其单播发送给相关的教师客户端，完成实时交互。
转发器和转发服务中心采用两种数据转发方式(1)单播 组播；(2)组播 组播转发。卫星组播网络由转发服务中心与各小站的外联服务器构成；地面组播网络由学生端与本地的内联转发器共同构成。每个转发器及转发服务中心通过与课堂管理服务中心的交互动态创建多个活动的课堂，每个课堂有一个组播地址，六个组播端口和三个单播转发端口。本发明通过IP组播技术允许大量同步用户加入虚拟课堂，并通过单播转发功能突破了卫星主站或小站对教学点地理位置的限制。
课堂管理服务中心由一组.NET Web Service构成，后台有数据库服务器支撑，它是整个系统的控制中心，多媒体客户端，转发服务中心，内联转发器，外联转发器通过http请求与课堂管理服务中心进行交互，课堂管理服务中心通过http响应获得整个系统当前最全面最完整的信息，从而为系统的不同组成部分提供全面的协调能力。课堂管理服务中心为有限的课堂资源提供了管理功能，既可新建课堂，也可对既定课堂进行跟踪，还可方便地对系统中所有的用户进行权限管理。此外课堂管理服务中心支持教师和学生用户通过单击页面中的链接访问课堂的功能。
双向卫星是指本发明是针对现行双向高速卫星接入技术进行设计的，其优势在于首先，双向卫星实时授课这种方式简单直观，信息量大，学习的技术“门坎”不高，便于学生接受，教育手段符合学生的认知特点。其次，互联网式的远程教学虽然有自身的优点，但是其中要涉及到诸如路由器、交换机、服务器等众多设备，无疑给系统增加了众多不稳定的因素，卫星网络则在这方面稳定得多。第三，覆盖面广，可以在城郊、农村及偏远地区等电信与有线网络鞭长莫及的领域实现远程实时教学，真正突破了教学的地理限制。第四，就是管理和维护的问题，双向卫星网络教学在管理和维护上都比互联网教学更宜于操作，并且成本也低。考虑到现行双向宽带卫星接入技术上行数据传输速率不够理想(80kbps-300kbps)，很难适应诸如远程教学等双向多媒体交互服务对大量实时上行数据传输速率要求的特点，本发明通过非对称视频压缩编码方法，即对通过带宽较宽下行链路传输的教师视频数据采用高采样频率，高分辨率，低压缩比的方法进行压缩，以保证教师视频质量；而对通过带宽窄的上行链路进行传输的焦点学生视频数据则采用低采样频率，低分辨率，高压缩比的方法进行压缩，以减少上行的视频数据量；另外Hook技术的使用大量减少了双向多媒体交互服务中实时上行的共享白板及共享屏幕数据的流量(仅为70-75kbps)，实现了在过窄带宽(最低76.8kbps)上的实时交互。因此，本发明是一款基于双向卫星网络、支持双向多媒体实时交互的教学系统。
本发明还具有以下优点●支持多课堂卫星教学模式本发明允许同时进行多个课堂，每个课堂都能独立的按时自动开启和结束。管理员可以为系统中同时进行的课堂数量设定一个限制，该限制允许对基于课堂服务类型的网络带宽占用进行调整。
●课堂持久性与发起者处于连接状态时方可访问的对等式会议不同，无论是否存在课堂参与者，astroTrainer中的虚拟课堂都将在整个预定周期内持续进行。这种方式提供了更加灵活且真实的课堂模型，课堂参与者可以随时加入或离开课堂，而无需担心课堂是否会被中断。
●支持故障自动恢复本发明提供一套自动的故障恢复机制，当系统中有异常情况出现时，无需人工干预，系统会自动进行一系列处理。例如对于客户端的异常退出，系统会自动修改相应客户端的状态。通过这套机制保证了系统的正常运行，提高了系统的健壮性和可靠性。
本发明具有实质性特点和显著进步，本发明利用双向卫星高速接入技术对教学现场进行视音频，共享屏幕和共享白板数据的采集和网络传输，实现教学现场的多媒体直播，并克服了双向卫星回传带宽过窄的缺陷，突破了教学中地域及环境条件的限制，实现了师生视音频、共享白板和共享屏幕的实时交互及课堂管理监控等功能，解决了传统课堂教学在时间和空间上的制约问题，大大扩展了教学规模，实现名师授课、教育资源的共享以及师生的协同交互，并降低了大规模教学的成本。
图1本发明的总体结构图；图2本发明所基于的双向卫星网络拓扑结构图；图3本发明的功能模块调用图；图4本发明的多媒体客户端工作机制示意图；图5本发明的转发器与转发服务中心模块工作机制示意图。
具体实施例方式
结合本发明的内容提供以下实施例，对本发明作进一步的理解，具体如下图1给出了本发明的总体架构，以下将根据这幅图来描述整个系统的实施运行机制。系统中教师端通过地面专线与卫星主站相连，而学生端通过地面组播网与卫星小站相连。在实际运作中，将每个卫星小站所在地中位于地面局域网内的学生端与内联转发器一起构成一个地面组播网络，内联转发器通过地面专线与位于当地的卫星小站上的外联转发器相连。内联转发器会将本地学生端发送的多媒体数据在本地局域网组播，并将其单播发送给相应的外联转发器；或者单播接收外联转发器发送来的多媒体数据在本地局域网组播。所有位于卫星小站的外联转发器和位于主站的转发服务中心通过卫星IP协议映射形成一个对卫星用户透明的卫星组播网络，外联转发器负责将从相应内联转发器单播接收到的多媒体数据通过卫星网络组播发送给其他外联转发器和转发服务中心，并将从卫星网络组播接收到的多媒体数据通过地面专线单播发送给相应的内联转发器。教师端通过地面专线直接与主站的转发服务中心进行单播连接。教师端将大量的多媒体数据单播发送给转发服务中心，转发服务中心将单播接收到的多媒体数据组播发送给各小站外联服务器，并组播接收从各小站外联服务器转发过来的多媒体数据，将其单播发送给相关的教师客户端。通过以上连接与数据转发，同时实现了多个课堂教师与焦点学生实时的多媒体交互，包括视音频，共享白板以及共享屏幕交互。实施过程中，采用了下行带宽为2Mbps，回传带宽为76.8kbps的双向卫星网络，每个教师端多媒体数据发送所占带宽为400-500kbps，因此最多可支持4个课堂同时进行；焦点学生端多媒体数据发送所占的带宽为50-70kbps，因此每个卫星小站任意时刻只能加入一个课堂。此外管理员客户端可以通过地面专线直接与卫星主站服务器相连，也可以连接在学生端所在的地面局域网中，它们通过http调用位于卫星主站的课堂管理服务中心提供的课堂管理服务(一组Web Service)来实现对系统中的课堂资源及用户的管理。
图2所示，是一个实验性的双向卫星多媒体远程实时教学系统所基于的双向卫星网络拓扑结构，它以主站为中心节点，与各个远端VSAT小站构成星状通信网。主站既可以向全网广播公共信息业务，也可以分别与各个VSAT小站以“一跳”(Single-hop)方式建立各自的双向通信业务联系。并且主站可作为中枢站以“两跳”(Double-hop)方式沟通任意两个VSAT小站之间的通信线路。这种网络结构适用于全网只有一个信息中心，各远端小站主要是与信息中心通信且业务量不大的用户。这种系统能够支持话音、传真、图像等业务。但话务量不能过大，否则网络效率降低。图中所标注的下行2Mbps，回传76.8kbps的带宽是实验时所采用的双向卫星网络的双向链路的带宽大小。在实际操作中，通过IP协议映射可以将整个卫星网络构成一个对用户透明的组播网络，卫星主站与各个远端卫星小站是这个组播网络上的不同节点。由于卫星网络星型的拓扑结构以及不对称的通信信道，与地面局域网形成的组播网络不同，卫星组播网络上的各个节点并不对称，主站节点作为组播发起点时组播带宽达到2Mbps，而各小站节点作为组播发起点时组播带宽只有76.8kbps。此外，主站与小站之间数据传输的时延在实验中为750ms(“一跳”)，而小站与小站之间数据传输的时延在实验中达到750*2＝1500ms(“二跳”)。
图3所示，本发明包括多媒体客户端，转发器，转发服务中心以及课堂管理服务中心四个相对独立的应用组件。按系统的逻辑功能结构划分，本发明包括应用层(Application)、后台服务(BackClass Service)、控制服务器(ControlServer)以及数据转发服务器(Data Transmition Server)四个功能模块，简称A、B、C、D模块。应用层模块主要包括多媒体客户端，后台服务器模块与控制服务器模块构成课堂管理服务中心，数据转发服务器模块包括转发器与转发服务中心。图中给出了这四个功能模块之间的调用关系，应用层模块包括多媒体客户端，它以Web方式呈现给用户，在客户端网页界面中嵌有视音频控件，共享屏幕与共享白板控件。这些控件与数据转发服务器模块之间存在基于UDP协议的数据连接，连接方式为组播与单播相混合，它们与数据转发服务模块之间的运作机制在图5中给出了详细描述。控制服务器模块负责系统中所有用户对课堂资源的访问权限控制，定时更新用户列表，并对异常退出系统的用户进行管理。控制服务器通过http调用后台服务模块中提供的课堂管理服务来实现控制功能。后台服务模块统一管理数据库服务器，Web服务器，并提供一组Web Service给客户端及控制服务器进行http调用，为系统的不同组成部分提供全面的协调能力。本发明中多媒体客户端都是通过地面局域网与卫星网络相连，在地面局域网与卫星网络之间存在防火墙，客户端采用http调用Web Service的方法穿透防火墙与课堂管理服务中心完成控制信息的交互。本发明采用松耦合的集成方式，组件化的开发方式。各个模块之间的关联较少，独立性较大，对某个模块功能的扩展不会影响到其它模块。另外，课堂管理服务中心采用Web Service方式开发，不仅调用方便，而且通过新增或修改Web Service可以扩展管理功能。
如图4所示，多媒体客户端是本发明中构造最为复杂的组成部分，图中描述了它的工作机制。多媒体客户端基于Web方式，包括三个部分权限控制模块，视音频课堂模块和数据课堂模块。(1)权限控制模块与课堂管理服务中心进行状态、控制信息的交互，根据交互结果对客户端的视音频课堂模块与数据课堂模块的多媒体数据交互权限进行控制和管理，另外权限控制模块还负责更新在客户端显示的用户列表。(2)视音频课堂模块，负责接收、解码视音频数据并在本地回放或者编码、发送从本地视音频设备中采集到的视音频数据。(3)数据课堂模块，该功能模块包括两部分共享屏幕与共享白板。位于教师端的数据课堂模块负责捕捉本地教师机屏幕图像及白板数据，并进行压缩、通过转发器发送给课堂中学生端的数据课堂模块，此外它还接收焦点学生端在共享屏幕及共享白板上进行交互的多媒体数据并将其还原迭加在本地屏幕和白板上。位于学生端的数据课堂模块解压接收到的教师机的屏幕图像及白板数据并在本地重画，此外在重画的图像上迭加接收到的焦点学生端的多媒体交互数据。
转发器和转发服务中心是本发明中多媒体数据分发传输的枢纽，本发明为了支持尽可能多的学生客户端，采用了IP组播技术，构造了两个组播网络，分别是由转发服务中心与各小站的外联服务器通过双向卫星网络互联构成的卫星组播网络，以及由当地的学生端与内联转发器通过地面以太网互联构成的地面组播网络。此外系统通过组播与单播混合的传输方式实现了卫星组播网络与地面局域网组播网络的无缝连接。转发器和转发服务中心采用两种转发方式(1)单播 组播；(2)组播 组播转发；这两种转发方式的工作机制如图5所示。每个转发器及转发服务中心通过与课堂管理服务中心的交互动态创建多个活动的课堂，每个课堂有一个组播地址，六个组播端口和三个单播转发端口。
实施效果本发明突破了教学中地域及环境条件的限制，实现了优秀教育资源的共享并大大降低了大规模教学的成本；采用双向卫星高速接入技术进行实时的多媒体远程教育，与同类产品相比，不仅能够支持更窄回传带宽(最低达76.8kbps)上正常的视音频、屏幕及白板等多媒体数据的双向实时交互，而且能支持尽可能多的客户端，并且客户端成本低，操作简单灵活。
权利要求
1.一种双向卫星多媒体远程实时教学系统，包括多媒体客户端、转发器、转发服务中心以及课堂管理服务中心，其特征在于，多媒体客户端，是系统的最终用户端，转发器是介于卫星网络与地面局域网之间的多媒体数据中转服务节点，通过网络负责多媒体数据在系统各多媒体客户端之间的传输，分为内联转发器与外联转发器两类，转发服务中心位于卫星主站服务器的转发器，课堂管理服务中心由一组Web Service构成，是整个系统的控制中心，四个部分共同形成视音频课堂，数据课堂以及课堂管理三大功能，多媒体客户端分布在各个卫星小站所在地，位于一个地方的所有多媒体客户端通过地面以太网连接到内联转发器，内联转发器通过地面专线与设置在本地卫星小站机器上的外联服务器相连，位于各个卫星小站的所有的外联服务器以及位于卫星主站服务器的转发服务中心通过双向卫星网络进行连接，同时课堂管理服务中心也位于卫星主站服务器上，任何一个多媒体客户端都可以连接到卫星主站服务器上的转发服务中心与课堂管理服务中心，从而四个部分形成了一个紧密的整体，呈现出分层次星型的拓扑结构。
2.根据权利要求1所述的双向卫星多媒体远程实时教学系统，其特征是，整个系统构建在TCP/IP协议及NET Framework之上，多媒体客户端与课堂管理中心服务器之间采用http连接协议，进行控制信息的交互，多媒体客户端与内联转发器、内联转发器与外联转发器之间，外联转发器与转发服务中心之间采用UDP协议连接，进行多媒体数据的交互，整个系统呈现集中控制，松耦合的总体结构。
3.根据权利要求1所述的双向卫星多媒体远程实时教学系统，其特征是，多媒体客户端基于Web方式，无需在最终用户处安装客户端，用户通过浏览器参与系统，进行相关的操作，教师和学生用户通过单击页面中的链接访问课堂，管理员通过Web管理用户及课堂资源，因此，按登陆的用户身份多媒体客户端可分为教师客户端，学生客户端以及管理员客户端三种，多媒体客户端包括三个部分权限控制模块，视音频课堂模块和数据课堂模块(1)权限控制模块与课堂管理服务中心进行状态、控制信息的交互，根据交互结果对客户端的视音频课堂模块与数据课堂模块的多媒体数据交互权限进行控制和管理，另外权限控制模块还负责更新在客户端显示的用户列表；(2)视音频课堂模块，负责接收、解码视音频数据并在本地回放或者编码、发送从本地视音频设备中采集到的视音频数据，课堂中所有客户端的视音频课堂模块通过转发器相连构成一个完整的视音频课堂，处于课堂中的任一客户端在课堂进行的任何时候至多接收两方的视音频，其中一方是教师客户端的视音频，贯穿课堂始终，另外一方是与教师视音频交互的焦点学生客户端的视音频，根据教师与学生交互的需要在课堂中或出现或消失，焦点学生视音频数据的来源则根据权限控制模块的交互权限指令来确定，在课堂进行中会根据实际教学需要做出改变；(3)数据课堂模块，该功能模块包括两部分共享屏幕与共享白板，位于教师客户端的数据课堂模块负责捕捉本地教师机屏幕图像及白板数据，并进行压缩、通过转发器发送给课堂中学生端的数据课堂模块，它还接收焦点学生客户端在共享屏幕及共享白板上进行交互的多媒体数据并将其还原迭加在本地屏幕和白板上，位于学生客户端的数据课堂模块解压接收到的教师机的屏幕图像及白板数据并在本地重画，在重画的图像上迭加接收到的焦点学生端的多媒体交互数据，课堂中所有客户端的数据课堂模块通过转发器相连构成一个完整的数据课堂，通过共享屏幕模块学生客户端能够共享教师客户端的屏幕，得到授权的焦点学生端还可以操作教师端的屏幕，通过完全协同的共享白板工具，教师与授权的焦点学生可通过白板协同讨论问题。
4.根据权利要求1或3所述的双向卫星多媒体远程实时教学系统，其特征是，多媒体客户端按其连接网络的方式可分为单播客户端和组播客户端两类，学生客户端以组播方式与本地局域网的内联转发器相连，教师客户端通过地面专线以单播方式与转发服务中心直接相连。
5.根据权利要求1所述的双向卫星多媒体远程实时教学系统，其特征是，转发器，分为内联转发器与外联转发器两类，内联转发器位于地面局域网服务器，而外联转发器位于对应卫星小站的服务器，它们之间通过地面专线进行连接，内联转发器负责将本地客户端发送的多媒体数据在本地局域网组播，并将其单播发送给相应的外联转发器；或者单播接收外联转发器发送来的多媒体数据在本地局域网组播，各个卫星小站与卫星主站构成一个对卫星用户透明的组播网络，所有位于卫星小站与主站的外联转发器形成一个支持组播方式的局域网拓扑结构，外联转发器负责将单播接收到的多媒体数据通过卫星网络组播发送给其他外联服务器，将组播接收到的多媒体数据通过地面专线单播发送给相应的内联服务器。
6.根据权利要求1所述的双向卫星多媒体远程实时教学系统，其特征是，转发服务中心，是一个特殊的外联转发器，它位于卫星主站服务器上，在卫星网络中具有较大的出口带宽，是系统中多媒体数据最大的集散中心，系统中教师客户端发送的视音频、屏幕及白板等多媒体数据，数据量比较大，必须通过位于主站服务器的转发服务中心下行组播到各个小站服务器上的外联转发器，转发服务中心支持单播客户端的连接，允许教师客户端通过地面专线直接单播连接到转发服务中心，转发服务中心也能组播接收从各小站外联服务器转发过来的多媒体数据，并将其单播发送给相关的教师客户端，完成实时交互。
7.根据权利要求1所述的双向卫星多媒体远程实时教学系统，其特征是，采用IP组播技术，存在两种组播网络，分别是由转发服务中心与各小站的外联服务器通过双向卫星网络互联构成的卫星组播网络，由当地的学生端与内联转发器通过地面以太网互联构成的地面组播网络，通过组播与单播混合的传输方式实现了卫星组播网络与地面局域网组播网络的无缝连接，据此转发器和转发服务中心采用两种数据转发方式(1)单播 组播；(2)组播 组播转发，每个转发器及转发服务中心通过与课堂服务中心的交互动态创建多个活动的课堂，每个课堂有一个组播地址，六个组播端口和三个单播转发端口。
8.根据权利要求1所述的双向卫星多媒体远程实时教学系统，其特征是，课堂管理服务中心，由一组Web Service构成，后台有数据库服务器支撑，它是整个系统的控制中心，多媒体客户端，转发服务中心，内联转发器，外联转发器通过http请求与课堂管理服务中心进行交互，课堂管理服务中心通过http响应获得整个系统当前最全面最完整地信息，课堂管理服务中心为有限的课堂资源提供管理，既可新建课堂，也可对既定课堂进行跟踪，还可对系统中所有的用户进行权限管理，此外，通过新增或修改Web Service进一步扩展课堂管理中心功能。
全文摘要
一种双向卫星多媒体远程实时教学系统属于计算机设计和应用技术领域，包括多媒体客户端、转发器、转发服务中心、课堂管理服务中心，四部分形成视音频课堂，数据课堂和课堂管理三大功能，多媒体客户端分布在各个卫星小站所在地，位于一个地方的多媒体客户端通过地面以太网连接到内联转发器，内联转发器通过地面专线与设置在本地卫星小站机器上的外联服务器相连，位于卫星小站的外联服务器以及位于卫星主站服务器的转发服务中心通过双向卫星网络连接，课堂服务中心位于卫星主站服务器上，多媒体客户端连接卫星主站服务器上的转发服务中心与课堂管理服务中心。本发明不受地域限制，实现多媒体数据的双向实时交互，成本低，构建简单灵活。
文档编号G09B5/08GK1472713SQ0311698
公开日2004年2月4日 申请日期2003年5月16日 优先权日2003年5月16日
发明者申瑞民, 江济, 王加俊, 肖任重, 高毅 申请人:上海交通大学