面向智慧校园的多媒体教室集群管理系统设计研究

黄立平

[摘 要]随着智慧校园的发展，传统教室管理系统已经无法满足教师和学生对多媒体教室查询和管理的需要，需要构建一套全新的多媒体教室集群管理系统。文章通过应用无线微控制器，设计协调器节点等多媒体教室集群管理硬件和多媒体教室节点、空教室查询等软件。对比实验证明，设计的系统获得结果的运行时间更短，响应速度更快，更符合智慧校园的要求。

[关键词]智慧校园;多媒体教室;集群管理系统;响应速度

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2020.22.097

[中图分类号]G434[文献标识码]A[文章编号]1673-0194（2020）22-0-03

0     引 言

目前，智慧校园建设成为各个高校未来教育发展的必然趋势，可以有效促进各个高校向智能化、科学化、人性化方向发展。智慧化校园建设具有一定的创新意义和实际价值，可以有效改善教师与学生之间的关系，但应用多媒体技术和设备对传统多媒体教室管理造成了一定的困扰。大多数高校采用封闭式的管理模式管理多媒体教室，即上课开放、下课关闭。但随着智慧校园的到来，日益增加的多媒体教室减少了学生课余自修时间，因此，高校需要将多媒体教室改为全天开放，为学生提供相应的学习场所。基于此，本文立足于智慧校园，对多媒体教室集群管理系统进行设计研究。

1     多媒体教室集群管理系统硬件设计

1.1   无线微控制器选择

本文从多媒体教室集群管理系统的实际应用出发，考虑到该系统是面向智慧校园的，需要结合不同应用环境对无线微控制器各项功能需求，选择型号为NAC-6100的无线微控制器。NAC-6100型号控制器的接口数量为4个千兆电口;默认管理AP数量为8个;最大在线并发用户数量可达4 000名;内置账户数大于60 k;电源输入为单电源输入;内置硬盘为64 G的SSD;AP License步长为1;功耗小于25 W;部署模式可分为旁路部署、串行部署、网关部署和远程部署;外观整体规格尺寸为350 mm×220 mm×45.55 mm。总之，NAC-6100型号控制器的规格小，方便系统安装;保证系统可同时为多人提供服务。同时，NAC-6100型号控制器的硬件资源十分丰富，包含25个数字输入输出电路、5个12位模数转换器、4个32位模/数转换器，具备内网终端状态可视化分析、大数据分析、行为管理、行为审计、无线管理等功能。在设计多媒体教室集群管理系统时，需要开发和制造与该无线微控制器连接的电源以及外围设备等实现系统控制，简化系统整体的开发过程。

1.2   协调器节点设计

协调器节点是整个多媒体教室集群管理系统硬件中的核心，承担着对多媒体教室集群组建和管理过程中各个节点中上传数据信息的采集和处理任务，通过协调器可以发送节点对应的控制指令，并与上位机通信。本文在设计多媒体教室集群管理系统时，将协调器装置以串口的形式与对应的上位机连接，从而实现上位机用户端与NAC-6100型号控制器的实时通信。协调器装置将上位机应用程序的对应控制指令和数据精准地发送到对应的多媒体教室集群中，只需要较少一部分的控制指令，协调器装置即可完成全部操作。协调器节点主要由控制模块、时钟芯片、稳压电路、天线、指示灯、串口电路以及存储芯片等结构组成。考虑到本文研究的多媒体教室集群管理系统主要面向智慧校园，可以为协调器节点选择两种供电模式：第一，由电源模块将交流电转换为5 V直流供电路板为其提供电量;第二种，直接由USB接口供电。

2     多媒体教室集群管理系统软件设计

2.1   多媒体教室节点定位及控制

多媒体教室集群管理系统中的多媒体教室节点的定位功能主要以系统中上位机的相关数据为基础，从数据库中充分提取多媒体教室集群中对应的多媒体教室具体使用时间等信息，再结合用户在系统中输入的自定义请求，将相应指令以通信协议的格式发送到对应的协调器装置中。利用该装置对用户提出的控制指令进行分析和辨别，再将其发送到多媒体教室集群中，以此对多媒体教室节点进行定位。图1为多媒体教室集群管理系统对多媒体教室节点的控制流程。

当多媒体教室集群中的各个节点接收到对应的控制指令或控制数据时，通过解析指令，可以将解析得到的结果转化为系统自身能够有效识别的任务，并将多个任务绘制成执行任务表。待完成相应任务后，利用系统外部相连接的存储芯片，绘制执行任务表存储相应的参数信息。当多媒体教室集群中的各个节点从上位机用户端接收到相应指令后，自动执行对应的临时成立任务。

2.2   空教室查询

当用户利用多媒体教室集群管理系统查询多媒体空教室时，首先需要由具备注册条件的用户在系统中注册账号，主要采用异步JavaScript和XML技术实现。当用户在上位机客户端进行注册并填写个人基本信息后，由多媒体教室集群管理系统自动将信息与数据库中的信息数据进行对比，若对比结果不符合注册用户账号的要求，则将具体错误内容发送到上位机界面中，提醒用户更改或取消注册动作。当用户填写的信息符合注册标准时，由多媒体教室集群管理系統自动将新用户填写的各项基本信息存储在系统数据库中，完成账号注册。用户登录采用JSP+bootstrap3研发的登录页面，通过填写正确的账号和密码，由安全访问控制解决方案的安全框架验证账号和密码。用户的登录账号不同，在登录后系统展示的页面也各不相同。超级管理人员可查询系统中的所有菜单，并执行操作系统内的所有功能，查询空教室等;系统管理人员可查询系统中用户管理的相应模块，查询空教室等;普通用户登录仅可查询多媒体教室集群中的空教室。图2为空教室查询模块功能示意图。

多媒体教室集群管理系统中的空教室查询功能主要为普通系统用户提供空教室信息，并通过系统内部各个软件组成将处理后的完成信息输出到上位机用户端界面中，为用户展示详细的空教室时间、楼层、多媒体设备等参数信息。在第一时间为用户提供所需信息，方便用户后续自主安排学习计划。

3     仿真对比实验

3.1   实验准备

本文仿真对比实验的目的在于检测多媒体教室集群管理系统是否满足面向智慧校园的多媒体教室系统的需求，采用黑盒测试法对该系统与传统管理系统进行对比实验。在已知两种系统各项功能的基础上，通过检测验证系统各项功能是否正常。设置实验组为多媒体教室集群管理系统，对照组为传统系统，按照多媒体集群管理的流程，通过黑盒测试，验证两种系统的运行时间。

3.2   实验结果及分析

根据上述实验准备完成对比实验，将具体输入性测试、功能执行以及预期输出时间结果3个角度对比实验组与对照组的运行结果，将实验过程产生的数据绘制成表1，具体如下。

根据表1中的实验结果数据可以看出，实验组与对照组均可以完成用户给出的相应任务，但从运行时间看，实验组的运行时间在12.3～16.5 ms，明显短于对照组的23.5～36.2 ms运行时间。因此，通过本文设计的仿真对比实验得出，本文设计的面向智慧校园的多媒体教室集群管理系统，不仅可以满足智慧校园对多媒体教室集群管理的需要，同时系统自身运行具备及时性，且各项性能明显优于传统系统。

4     结 语

本文基于智慧校园中多媒体教室现状，提出一种全新的多媒体教室集群管理系统，该系统可完成对多媒体教室节点定位以及查询功能。在后续的研究中还要不断优化改系统，使其具备对相应多媒体教室的教师管理以及课程安排查询功能。

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