用物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)建立人性化多媒體管理系統(tǒng)

引言

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)被視為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)之后的第三次信息產(chǎn)業(yè)浪潮，因其受到廣闊的行業(yè)應(yīng)用，教育領(lǐng)域中也開始應(yīng)用，同時(shí)高校開始研究物聯(lián)網(wǎng)在多媒體管理和實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用案例。為此，在高校多媒體課室、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理中應(yīng)更新觀念，按照教育改革的總體思路，認(rèn)真思考，把多媒體課室、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理目標(biāo)轉(zhuǎn)移到以節(jié)能、低碳以及數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、互動(dòng)化、集約化為核心的層面上來,加快推進(jìn)多媒體課室與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的整合，保證新技術(shù)的有序開發(fā)與運(yùn)用，使之更符合現(xiàn)代教育教學(xué)的要求，更具有發(fā)展?jié)摿Α?

運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)的理念及技術(shù)構(gòu)建系統(tǒng)支撐環(huán)境，建立物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下多媒體管理系統(tǒng)，改變傳統(tǒng)硬件控制器的方式，設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)軟件中央控制器，達(dá)到遠(yuǎn)程操控和課室的桌面操作虛擬化及個(gè)性化教學(xué)，并且實(shí)現(xiàn)預(yù)警式智能化系統(tǒng)維護(hù)和無障礙升級(jí)，同時(shí)達(dá)到基于手持移動(dòng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)多媒體設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和集約化管理，成為我們研究的新課題。

因此，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)，設(shè)計(jì)一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)多媒體管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)操作虛擬化及個(gè)性化教學(xué);同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)感知、智能調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)程控制及其他可擴(kuò)展的綜合功能，使高校多媒體管理系統(tǒng)在科學(xué)化、智能化、集約化方面進(jìn)一步提升，可實(shí)現(xiàn)高校多媒體課室建設(shè)的跨越式發(fā)展。

1更加人性化的多媒體管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

針對(duì)多媒體管理系統(tǒng)中遇到的一些技術(shù)瓶頸，我們通過前期的充分調(diào)研和分析規(guī)劃，設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的多媒體管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了校區(qū)內(nèi)的多媒體課室遠(yuǎn)程操控和課室的桌面操作虛擬化及個(gè)性化教學(xué)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)預(yù)警式智能化系統(tǒng)維護(hù)和無障礙升級(jí)，以及達(dá)到基于手持移動(dòng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)多媒體設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和集約化管理。本系統(tǒng)促進(jìn)了學(xué)校多媒體教學(xué)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)多媒體融合，在教學(xué)服務(wù)過程中體現(xiàn)人性化、高效率、無差錯(cuò)的管理。

本系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)就是：把物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的理念與技術(shù)運(yùn)用到高校的多媒體管理系統(tǒng)當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)多媒體課室智能操控，以完善自動(dòng)控制效應(yīng)；實(shí)現(xiàn)多媒體課室的集約管理，以提升設(shè)備的利用率；實(shí)現(xiàn)多媒體課室遠(yuǎn)程操控，以提升協(xié)同效果。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)多元化智能多媒體管理系統(tǒng)，打破了以往受地域、時(shí)間限制的缺陷，打通了固定互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)之間的限制，做到了計(jì)算機(jī)與手持移動(dòng)設(shè)備的終端融合，實(shí)現(xiàn)多媒體課室的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、準(zhǔn)確調(diào)控，縱橫多維溝通和異地與同步協(xié)調(diào)的全方位跟蹤管理新模式，加快學(xué)校多媒體課室管理的現(xiàn)代化、規(guī)范化、科學(xué)化進(jìn)程，使管理水平邁上新臺(tái)階，為教學(xué)環(huán)境創(chuàng)造更好的條件和提供有力的保證。

2系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)應(yīng)用層M2M通信技術(shù)的應(yīng)用，是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)下建立智能化多媒體管理系統(tǒng)的第一步。本系統(tǒng)將M2M多種不同類型的通信技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起，將數(shù)據(jù)從一臺(tái)終端傳送到另一臺(tái)終端，實(shí)現(xiàn)人、機(jī)器、系統(tǒng)三者之間的智能化、交互式無縫鏈接，從而實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器和機(jī)器與機(jī)器之間暢通無阻、隨時(shí)隨地的通信對(duì)話。設(shè)置多媒體設(shè)備都具備聯(lián)網(wǎng)和通信能力，通過數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)把感知和傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行分析和處理，實(shí)行自動(dòng)獲取數(shù)據(jù)采集、信息處理、自動(dòng)感知、智能調(diào)節(jié)、自動(dòng)控制、人工智能處理服務(wù)綜合功能。

另外，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)，結(jié)合學(xué)校多媒體課室實(shí)際情況,設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)下的多媒體系統(tǒng)管理。從系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)來看，整個(gè)系統(tǒng)主要分成自動(dòng)感知智能控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、軟件中央控制系統(tǒng)、協(xié)同工作平臺(tái)和處理模塊等五大部分。圖1所示是多媒體管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程。

圖1數(shù)據(jù)流描述圖

中央控制系統(tǒng)由M2M平臺(tái)、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)組成，系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)將各種各樣信息數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列收集、存儲(chǔ)和控制。例如，對(duì)手持移動(dòng)設(shè)備遠(yuǎn)程發(fā)來信息、管理工作終端發(fā)來信息和自動(dòng)感知傳送來的信息數(shù)據(jù)以及多媒體設(shè)備智能反饋信息數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和存儲(chǔ)，按照要求導(dǎo)入到處理模塊，借助于信號(hào)分析技術(shù)對(duì)獲得的各種原始數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理，處理模塊分為接入模塊、終端模塊、應(yīng)用接入模塊、管理處理模塊、數(shù)據(jù)庫模塊、Web模塊。支持信息的解析、分派、路由、協(xié)議轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)發(fā)、分配和控制，完成各種終端管理和控制的服務(wù)處理，并產(chǎn)生系統(tǒng)日志和網(wǎng)管信息。根據(jù)終端或者應(yīng)用發(fā)出的請(qǐng)求信息的命令執(zhí)行對(duì)應(yīng)的邏輯處理，并對(duì)終端發(fā)出控制信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和操控，處理后的信息數(shù)據(jù)通過協(xié)同工作平臺(tái)實(shí)現(xiàn)管理工作流程協(xié)同、控制管理聯(lián)動(dòng)。由即時(shí)通訊模塊形成了“網(wǎng)捆綁”的互動(dòng)協(xié)同操作，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)協(xié)同管理，并加入上傳、信息反饋、即時(shí)控制等功能形成多終端的“全功能”協(xié)同工作平臺(tái)。

當(dāng)管理者把持手持移動(dòng)設(shè)備操作（如手機(jī)、平板電腦等）發(fā)出信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)將通過3G、WirelessFidelity和Wi-MAX無線網(wǎng)絡(luò)并利用物聯(lián)網(wǎng)接入云計(jì)算平臺(tái)和中央控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)控和操縱多媒體計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)、恢復(fù)還原多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，另一方面，手持移動(dòng)設(shè)備應(yīng)具有查詢M2M終端設(shè)備狀態(tài)、遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的目的。

管理工作終端發(fā)指令到協(xié)同工作平臺(tái)，通過物聯(lián)網(wǎng)發(fā)到處理模塊，然后到達(dá)中央控制系統(tǒng)來控制和處理多媒體課室設(shè)備，協(xié)同工作平臺(tái)還可以支持全方位智能化多媒體課室設(shè)備系統(tǒng)維護(hù)和無障礙升級(jí)。

自動(dòng)感知智能控制主要采用RFID的射頻和熱電式、光電式、壓電式傳感自動(dòng)感知設(shè)備，對(duì)識(shí)別的信息進(jìn)行收集、分析并傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng)。多媒體課室設(shè)備控制系統(tǒng)與中央控制系統(tǒng)進(jìn)行通信，接收中央控制系統(tǒng)動(dòng)作指令，并反饋信息數(shù)據(jù)，從而自動(dòng)處理多媒體設(shè)備故障，實(shí)現(xiàn)智能化故障的診斷和排除。

通過桌面操作虛擬化以及個(gè)性化教學(xué)，可利用信息管控協(xié)議，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)用于虛擬化接入的終端，即通過物聯(lián)網(wǎng)接入教育云計(jì)算系統(tǒng)中，借助服務(wù)器虛擬化系統(tǒng)軟件的虛擬化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)端到端的虛擬化操作，從而提供個(gè)性化教學(xué)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)虛擬課堂。例如，教師可用蘋果iPad5移動(dòng)手機(jī)能夠從任何地方訪問其虛擬Windows桌面、應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)，達(dá)到個(gè)性化教學(xué)。

本系統(tǒng)采用雙數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，有中心與本地兩級(jí)數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)中安裝有兩個(gè)數(shù)據(jù)庫，當(dāng)中心的數(shù)據(jù)庫無法訪問時(shí)，系統(tǒng)會(huì)在“應(yīng)急模式”下自動(dòng)啟動(dòng)服務(wù)中的另一個(gè)數(shù)據(jù)庫，以服務(wù)對(duì)應(yīng)的PID，此時(shí)系統(tǒng)則由本地?cái)?shù)據(jù)庫提供支撐，以繼續(xù)工作。

3在多媒體課室管理和教學(xué)中的應(yīng)用

系統(tǒng)中的多媒體課室設(shè)備嵌入網(wǎng)絡(luò)通信接口及數(shù)據(jù)采集、檢測(cè)器件和TCP/IP協(xié)議，由多媒體軟件及中控器聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還原控制、投影設(shè)備的控制、信號(hào)源的選擇、幕布控制、音視頻切換、功放聲音控制及電源管理等。當(dāng)多媒體課室設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，感知系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)就自動(dòng)反饋信息到中央控制系統(tǒng)進(jìn)行診斷和排除，實(shí)行智能化維護(hù)和管理。

另外就是可實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。管理人員通過管理工作終端平臺(tái)進(jìn)行查看與控制，還可以使用手機(jī)、平板電腦實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程查看與控制。多媒體課室裝置有自動(dòng)感知智能控制，當(dāng)教師使用IC卡一卡通開課室門時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)多媒體設(shè)備，如計(jì)算機(jī)、投影機(jī)和功放自動(dòng)打開，電動(dòng)幕布放下，下課時(shí)老師離開教室，多媒體設(shè)備將自動(dòng)逐一關(guān)閉。具有可靠的應(yīng)用效果。

利用桌面操作虛擬仿真教學(xué)。教師手觸移動(dòng)平板電腦屏或使用電子教棒，多媒體屏幕將展示出三維實(shí)景虛擬相關(guān)課件和場(chǎng)景，體現(xiàn)“仿真、立體、對(duì)話、互動(dòng)”的視覺效果，以便教師進(jìn)行技能培訓(xùn)、專業(yè)授課等。這種虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真、數(shù)字化多媒體式的個(gè)性化教學(xué)，有效地拓展教學(xué)的功能和內(nèi)容,提升多媒體課室綜合層次。

通過物聯(lián)網(wǎng)接入國家精品課程資源中心云教育服務(wù)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)多媒體教學(xué)網(wǎng)絡(luò)直播和資源點(diǎn)播服務(wù)，確保穩(wěn)定流暢的視聽效果。

4技術(shù)難點(diǎn)與解決對(duì)策

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下實(shí)現(xiàn)智能多媒體管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)除了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)以外，還包括中央控制技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)。

本系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)使用硬件控制器，而采用軟件控制器?？稍诿總€(gè)多媒體設(shè)備內(nèi)嵌入網(wǎng)絡(luò)通信接口及數(shù)據(jù)采集、檢測(cè)器件，通過內(nèi)部子網(wǎng)將各種媒體的功能集成到軟件中控器上,并給每個(gè)多媒體課室的中控器都分配唯一的IP地址，使用串口電路、網(wǎng)絡(luò)接口電路與路由器連接和通訊控制，實(shí)現(xiàn)與外網(wǎng)及室內(nèi)其他網(wǎng)絡(luò)連接通訊來控制周邊多媒體設(shè)備。

利用軟件中央控制技術(shù)，可通過軟件修改RS232、RS485控制命令來實(shí)現(xiàn)多媒體設(shè)備主要功能的控制。在程序上，對(duì)每項(xiàng)開關(guān)信號(hào)需要確定其當(dāng)前狀態(tài)開與閉合的變化，運(yùn)用變量特性與變量空間，應(yīng)用檢測(cè)函數(shù)來統(tǒng)一各路開關(guān)信號(hào)。

系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)的關(guān)鍵在于開環(huán)控制、反饋控制、隨機(jī)控制、智能控制。本系統(tǒng)可對(duì)多媒體設(shè)備(模塊)進(jìn)行自身檢測(cè)，檢查各部分設(shè)備是否正常，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，自動(dòng)感應(yīng)收集數(shù)據(jù)和信息，并反饋到軟件中央控制器上，經(jīng)過分類處理進(jìn)行智能系統(tǒng)維護(hù)與升級(jí)，從而達(dá)到智能系統(tǒng)維護(hù)和無障礙升級(jí)，減輕人工對(duì)多媒體管理系統(tǒng)維護(hù)，最終提升多媒體管理質(zhì)量和效果。與此同時(shí)，管理技術(shù)人員也可以根據(jù)監(jiān)控實(shí)際情況做出調(diào)控遠(yuǎn)程維護(hù)操作，做到即時(shí)監(jiān)控、即時(shí)管理。

運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，可全方位地實(shí)現(xiàn)多媒體課室的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、縱橫多維溝通和異地與同步協(xié)調(diào)的跟蹤管理新模式。本系統(tǒng)采用CC2420實(shí)現(xiàn)無線通訊技術(shù)，達(dá)到手持移動(dòng)設(shè)備的終端技術(shù)實(shí)現(xiàn)可視化、透明化、遠(yuǎn)程管理，使其更加人性化。技術(shù)要點(diǎn)在于設(shè)置發(fā)送和接收模式。

實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)在于缺乏一種通用軟件。首先要定義新的協(xié)議，建立在應(yīng)用框架接口的基礎(chǔ)上，開發(fā)自優(yōu)化、自配置、自分布的適應(yīng)軟件，實(shí)現(xiàn)不同中間件的服務(wù)及應(yīng)用系統(tǒng)之間的交互、融合。

利用物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)建立多媒體管理系統(tǒng)，要注意解決端到端的特征分布式開放架構(gòu)問題，系統(tǒng)多樣化互操作問題，支持多用戶終端環(huán)境問題，以及對(duì)等節(jié)點(diǎn)操作分散的自主架構(gòu)問題。

5結(jié)語

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的多媒體管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施過程中,本項(xiàng)目主要解決多媒體設(shè)備前后端、中間傳輸通道不一致性和系統(tǒng)維護(hù)、升級(jí)困難的問題，實(shí)現(xiàn)多數(shù)據(jù)信息自動(dòng)采集、智能預(yù)警式系統(tǒng)維護(hù)和無障礙升級(jí)；同時(shí)解決了物聯(lián)網(wǎng)軟件中央控制器，達(dá)到遠(yuǎn)程操控和課室的桌面操作虛擬化及個(gè)性化教學(xué)；而基于手持移動(dòng)設(shè)備則用于實(shí)現(xiàn)多媒體設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和集約化管理，實(shí)現(xiàn)多媒體教學(xué)環(huán)境支持下的協(xié)同工作。

本系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段，以面向管理服務(wù)為導(dǎo)向，通過自主開發(fā)，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，全方位地實(shí)現(xiàn)多媒體課室的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、準(zhǔn)確調(diào)控，縱橫多維溝通和異地與同步協(xié)調(diào)的跟蹤管理新模式，建立更加人性化的多媒體管理系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)多媒體設(shè)備的遠(yuǎn)程控制管理和維護(hù)。

總之，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的多媒體管理系統(tǒng)的建成，提高了學(xué)校多媒體課室的管理水平，達(dá)到了高效智能化管理。

把當(dāng)前最前沿的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在多媒體系統(tǒng)的管理中,具有互聯(lián)互通、透徹信息感知和綜合智能服務(wù)等特點(diǎn)，進(jìn)一步改變了學(xué)校多媒體教學(xué)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了多媒體教學(xué)設(shè)備管理的實(shí)時(shí)化、集約化和智能化，使之更加人性化，充分發(fā)揮其在教學(xué)中的功能與價(jià)值，為高校多媒體管理走向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供參考。

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