基于JXTA的课程辅助教学系统的研究与实现

摘要：本文叙述了P2P网络的概念、发展历史以及它与传统网络模式的区别，探讨和分析了JXTA技术，阐述了基于JXTA技术对分布式课程辅助教学应用系统JBCAT的研究、设计与实现。

关键词：Peer-to-Peer；混合模式P2P；JXTA技术；计算机辅助教学；网络协作化

中图分类号：TP311文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2008)12-20000-00

The Research and Realization of JXTA-Based Course Aided Teaching System

ZHAO Xiao-jing, RAO Chen

(ChangZhou Institute of Technology School of Computer & Information Engineering,Changzhou 213002,China)

Abstract:This article introduces the conception， history of P2P network as well as its differences from traditional networks. Then it analyzes and explores JXTA technology. On this basis， this article presents our research， design and implementation of JBCAT Ca new distributed course aided system in details.

Key words: peer to peer; Hybrid P2P; JXTA technology; computer aided teaching; cooperation

1 引言

现在的辅助教学系统大多采用集中式（客户／服务器）的模型实现，这类系统在教学内容的设计、内容的浏览方法都比较好，但在教学功能上存在两个不足：一是资源共享方式的不足。学习者只能浏览到网站中各个网页提供的内容，也就是说只有网页上的内容才能实现共享，而教师或其他学习者拥有的很多资源由于只存放在本地机中没有放在网页上则难以实现共享。二是在线同步交互的不足。在线同步交互就是教师、学生在远程电子教室，直接通过Internet进行实时教学，这种教学模式要求信息能即时传递与反馈。采用这种方式需要网络有足够的带宽和良好的性能，否则质量不能保证。这就需要大量的网络设施硬件的投资，很多教学站点望而却步，这使得学习者难以得到及时的教学辅导，教师也难以按照现代教学思路实施教学评估，严重地影响了网络教学的效果。

为了能够解决传统辅助教学系统的不足，本系统采用基于JXTA平台的P2P技术进行辅助教学系统的研究与设计（JXTA Based Course Aided Teaching System），以下简称JBCAT。这种辅助教学追求以学习者为主的研究性协作性学习，应用网络信息平台及虚拟学习社区的优势引导、革新教学模式，最终使教学效率、教学质量能有质的提高。

2 P2P技术

P2P是英文Peer to Peer的缩写，称为对等网或点对点技术。P2P是一种网络模型，在这种网络中所有的节点是对等的(称为对等点)，各节点具有相同的责任与能力并协同完成任务。对等点之间通过直接互连共享、处理、存储甚至高速缓存资源，无需依赖集中式服务器或资源就可完成。这种模式与当今广泛使用C/S网络模式形成鲜明对比，C/S模式中服务器是网络的控制核心，而P2P模式的节点则具有很高的自治性和随意性。

P2P系统最大的特点就是用户之间直接共享资源，其核心技术就是分布式对象的定位机制，这也是提高网络可扩展性、解决网络带宽被吞噬的关键所在。迄今为止，P2P网络已经历了集中目录式结构、纯P2P网络模型和混合式网络模型三代。从P2P应用发展的前景来看，参与P2P网络的设备的种类将不断丰富。为使不同性能的设备更加有效的利用P2P网络，提高网络的总体性能以及扩展性，应当使不同的设备根据性能的不同承担不同的任务，使用P2P混合模式可以较好的满足这种要求。

本系统就采用混合式P2P网络模型。在该模型中，节点分为两个层次，一类是处理能力较强的超级节点，另一类是普通节点。它既有集中目录式结构的特点，又有纯P2P的特点。我校的各个学院的混合式P2P网络模型如图1所示。

其中在学院内部采用集中目录式结构，即在每个学院内部配置一个超级节点，学院内部的普通节点将自身所拥有的资源信息登记在学院内部的超级节点上，以便于资源的定位；学院之间超级节点的连接采用完全图模型，当某个学院内部的普通节点需要其它学院内部的资源时，该普通节点所在的超级节点负责向其它学院的超级节点发起查询，并将查询结果返回给查询发起者。

普通节点是JBCAT系统提供给老师和学生的操作实体，所有的操作都可以通过普通节点来实现。普通节点实现了四个辅助教学功能模块，分别是：登录模块(注册/登录/注销)、课程管理模块、新闻公告模块、交流协作模块。

超级节点的处理能力较强，由学校教务部门统一管理，维护着学院内部普通节点的注册信息、在线信息，并且对普通节点发起的操作请求给予响应，给系统各个功能模块充当索引作用。普通节点要连入辅助教学系统网络，必须在学院内部的超级节点上进行注册，然后登录超级节点，登录之后，便可以享受系统带来的服务。

超级节点的功能模块包括用户管理、讨论板管理、在线辅导管理、共享资源管理以及学院之间的通讯模块。其中学院之间通讯模块主要用于校级资源的查找。

3 JXTA技术

JXTA是为了构建P2P网络而制订的一组协议，是处理构建P2P网络所碰到的问题的解决方法；其次，JXTA是P2P应用程序开发的运行平台。

传统的网络学习系统虽然可以允许学习者进行学习交流和直接沟通，但这类学习活动一般都需要在主题、时间和交流人员等方面制订明确的计划和安排，造成了很多的麻烦和不便。基于P2P的知识交流方案却不同，P2p使得知识自由获取的、动态的学习成为可能。在JBCAT系统中我们采用基于JXTA的p2p模式，在本系统中资源是开放的：一方面，可以为广大学习者同时使用；另一方面，所有成员都可以将自己的知识加入进来，不断丰富资源库，学生可以随时、随地学习，学习者可以通过即时沟通方式能够更快捷地解决所遭遇的现实问题，并消除了通过正式教学系统进行学习的时空障碍。同时JBCAT系统使人际间的知识交流更加迅速，资源共享更加快捷和方便，从而提高了人们解决学习问题和处理事务的效率。我们还可以把原有的教学过程转变成在网络上的协同学习，可以开放和提供各种学习资源，从而满足不同用户的不同需要，并在每个学习需要的时间和地点被利用。以达到改善教学质量，提高教学效率，降低教学成本的目的。

4系统总体设计与主要功能模块

JBCAT系统由登录管理、课程管理、交流协作三大功能模块组成。总体设计如图2所示。

系统各功能模块设计描述如下：

(1)登录管理

登录管理模块是JBCAT系统的一个最基本的功能模块，是其它模块功能得以实现的基础。登录管理模块分为三个子模块，分别是：用户注册、用户登录和用户注销模块。

用户注册功能是必不可少的基本功能，也是登录和注销功能的前提。由于在系统中，学院内部采用中心化拓扑模型，所以需要超级节点扮演接受用户注册的服务器角色。注册内容包括姓名、password、身份(是学生还是教师等)、学院类别、注册时间等，注册成功后生成一个ID号，记录在超级节点。用户登录/注销功能是普通节点连入和退出系统的具体方式。用户只有在成功登录学院内部的超级节点的情况下，才能享受系统带来的各种功能；当用户想退出系统时，应该首先注销，这样才能在超级节点上删除本节点过时的在线信息。

(2)课程管理

教师节点在注册成功以后，登入JBCAT系统，可以创建新课程组，新用户；学生节点经过超级节点身份认证，成功登入JBCAT系统后，学习者根据自己的兴趣和需要自主搜索课程对等组然后加入到该课程对等组内。如果学习者是第一次加入该课程组，创建该课程组的管理者（教师节点）首先要对学习者进行初始化，给学习者一个进入对等组的密钥。一旦学习者加入课程对等组后，将会接受到学习者课程组内的更新信息，这些更新信息包括新闻公告、学习者所属的对等组内的共享资源和组内成员信息的目录更新。学习者可以参与多门课程的学习，可以在不同的课程组之间进行切换，学习结束后可以退出该课程组。

(3)新闻公告

公告板服务主要用于一些简短的临时性的通知或公告。面向课程组的全体成员进行广播，比如通知有新问题请大家参与讨论。

(4)交流协作

只要登录到该系统，学生在任何时候可以搜索其他用户，方便地进行问题讨论和交流。此时系统就不再需要服务器的支持，用户的交流就不会受服务器限制。交流协作模块是本系统最重要的模块，主要由三部分组成。

A)讨论板子模块

该模块的用途是十分广泛的，在辅助教学方面的应用可以归纳为几个方面：在线答疑、在线专题讲座、多人会议。在本系统中，支持多个讨论组，极大地便利了以上功能的开展。

传统的C/S模式中实现讨论组功能，发言内容必须经过服务器中转，这样既加重了服务器的负担，又不利于发言内容的保密性。而基于P2P技术实现的讨论组功能，发言信息不需要经过服务器中转，信息直接发送给组内的每一个成员，超级节点只起到了管理讨论组的功能。

由于讨论组发言消息要直接发给组内的每个成员，而组内成员加入/退出讨论组的灵活性很大，这导致了组内成员交流采用TCP协议的代价很大。因此，系统选择了UDP协议。

B)在线辅导子模块

如果说讨论板注重的是文字交流，那么在线辅导注重的是操作交流。该模块主要用电子白板来实现。电子白板在同一时刻只有一个操作者，操作权由超级节点负责发放，超级节点维护着操作权的分配。老师和学生都可以申请对电子白板的操作权，超级节点按照操作权分配算法给申请者予以回应。操作权分配算法原则一是老师申请优先；二是先到先得的算法。

与讨论组功能模块类似，由于电子白板操作消息也要直接发给电子白板内部的每个成员，因此，系统选择了UDP协议。

C)资料共享子模块

该模块也是老师与学生交流的重要方式之一，用户节点可以共享资源，在的同时，要在超级节点上登记此资料的信息，资料信息包括：资料名、者ID、者姓名、学院类别和时间。为了保证要下载该资料的用户能顺利下载，要寄存一份在超级节点上。用户下载之前先向超级节点发送查询某一资源下载地址列表消息，超级节点会返回该课件的下载地址列表，下载地址列表中包括超级节点和已下载过该课件的学生节点，然后用户可以向地址列表中的任一地址进行课件的下载，充分体现了P2P的精髓。

5 结束语

通过此课题的研究，采用的P2P网络设计模式克服了传统模式的不足，同时，将JXTA技术应用于辅助教学领域进行研究，也有助于对教育网络化、信息化的进一步探讨，这个P2P应用系统的研究和实现对课程辅助教学系统的开发提供了一种新的思路和解决方案。

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收稿日期：2008-03-27