编者按:在基于IPv6的下一代互联网络上,开展星地一体的中小学基础远程教育应用与示范,综合CNGI地面骨干网与卫星网覆盖范围优势,不仅为CNGI示范工程地面骨干网用户提供了实际的IPv6网络应用,而且将IPv6网络用户的范围延至卫星覆盖的偏远地区。
IPv6星地一体远程教育应用与示范,是依托于2005年CNGI示范工程一个应用试验项目——“IPv6 over DVB在远程教育中的应用与示范研究”进行的。IPv6 over DVB在远程教育中的应用与示范研究是CNGI工程的应用示范平台之一,也是CNGI工程的组成部分之一。CNGI工程的应用示范平台项目对我国下一代互联网业务和应用的发展具有重要示范作用。
CNGI示范网的核心网已建成,除了继续在接入网、驻地网、城域网等方面的努力之外,我们面临着新的挑战。
第一,“路”已经建成,在上面跑什么样的“车”?只有类型丰富多样的“车”才会推动下一代互联网络尽快走向商用。也只有大量的“车”流量才能有效地验证网络的有效性,包括网络规划与设计、设备与软件、体系结构与关键技术等等的有效性。
第二,如何扩大中国下一代互联网的覆盖范围?全国范围内仅有几十个下一代互联网核心节点,接入用户也仅限于大学等几百个单位。使更多的地区甚至是通信设施不发达的山区、农村等边远地区也能接入到CNGI示范网将对CNGI工程产生深远的影响。
IPv6星地一体的远程教育应用与示范项目的研发将有益于上述两个问题的回答。该项目的目标是建立支持IPv6的分布式远程教育资源管理与发布系统,在CNGI示范网中发布以中小学基础教育为主的海量教育资源,提供支持IPv6的远程教育应用;通过研究IPv6 over DVB卫星传输技术、研制支持IPv6 over DVB的关键设备,在卫星网络中率先支持IPv6数据传输,从而拓展CNGI网络的覆盖范围和覆盖密度;利用IP/DVB卫星传输设备,研发在卫星网络上进行教育资源播发与信息接收的软件系统,能够同时支持IPv4/IPv6远程教育节目接收,并支持单用户与局域网用户模式,兼有实时视频流教育节目广播及教育资源包下载功能;最后,在CNGI地面主干网及卫星网覆盖范围内建立多个中小学远程教育示范点,进行IPv6地面网与卫星网的远程教育应用示范。
系统说明
IPv6星地一体远程教育应用与示范系统主要包括“CNGI分布式教育资源网”,“IPv6 over DVB卫星传输系统”,“IPv6 over DVB卫星教育资源播发与接收系统”,以及在CNGI地面网和卫星网开展以中小学远程教育资源为主体的应用示范服务。IPv6星地一体远程教育应用示范系统拓扑图。
CNGI分布式教育资源网
CNGI分布式教育资源网面向中小学基础教育,在IPv6环境下,构造多服务器组成的分布式教育资源共享网络,为CNGI用户提供丰富的教育资源,并以Web方式提供用户访问,实现资源共享。
分布式资源网由处于CNGI网络中的中心服务器、端服务器群构成。中心服务器是分布式资源网的数据中心,用来存储和管理教育资源。一方面,管理人员可以通过资源管理工具对中心服务器上的资源进行维护和更新;另一方面,中心服务器根据端服务器的需求向其提供教育资源,实现分布式资源的同步。端服务器群由分散的若干端服务器构成,每个端服务器保存本地用户所需的教育资源,将收到的同步资源通过本地入库工具来实现自动入库功能,由入口服务器统一进行用户信息的管理和维护,并根据不同的用户类型将访问定位到相应的端服务器。各端服务器以Web方式提供用户请求的教育内容,并接收中心服务器的资源同步信息和数据,从中心服务器获得最近新增的教育内容。
分布式资源网中的各个功能部分包括资源从客户端到中心服务器的发布、资源在中心服务器与端服务器之间的同步、用户通过IPv6浏览器访问分布式资源、基于用户策略的负载均衡机制、资源自动入库功能等。
IPv6 over DVB卫星传输系统
IPv6 over DVB传输系统是IPv6星地一体远程教育平台中重点攻关和研发的内容,主要研究与开发在基于DVB的卫星链路上传输IPv6互联网分组所需的关键技术和软硬件,为在低成本、服务于大众的卫星DVB网络上开展IPv6远程教育应用提供服务。
IPv6 over DVB卫星传输关键技术涉及发送网关及接收端两个系统。
IPDVB传输发送端网关和监控配置系统:将来自于卫星资源播发服务器的IPv4/IPv6数据报进行封装,利用硬件卡进行MPEG-2 TS数据流传送,软件可管理网关的PID配置信息,包括增加、删除,远程修改网关的发送速率设置,反映网关的状态,包括发送速率、状态等。
IPDVB传输Linux/Windows接收端子系统和监控配置系统:分别基于Linux和Windows操作系统,使用DVB卡,接收卫星高频信号,调制后获得TS流,对TS流按照ULE或MPE方式解封装,组成IPv4/IPv6数据包,向上层协议提交或者向网络上转发。对数据驱动软件进行设置,包括频率、PID、桥接功能,对状态进行查询,包括PID列表和TS速率与丢失数查看等。
IPv6 over DVB传输系统的特点在于,实现IP数据报文的封装、解封装处理时,支持MPE和ULE协议,从而兼容IPv4协议和IPv6协议,以适应不同业务的需求。IPv6 over DVB传输系统Linux接收端和Windows接收端能够分别从卫星DVB链路上正确接收数据包,处理后直接提交给接收端应用程序或使用网桥功能将收到的数据转发至本地链路上的其他主机。
IPv6 over DVB卫星教育资源播发与接收
卫星网络播发中心是连通CNGI核心网络与偏远地区节点的桥梁。中心服务器通过CNGI网络将资源向播发服务器同步。在收到资源后,播发服务器上的资源播发系统将节目单、文件、命令、消息、流媒体等资源采用组播方式向IP/DVB传输网关发送IPv4/IPv6数据包。IP/DVB网关将收到的IPv6数据包处理后通过卫星信道发送。IP/DVB接收端在收到信号后,将经过处理的数据包提交给接收端应用系统。卫星教育资源接收应用系统分别将节目单、文件、命令、消息、流媒体等资源入库,以“教育网台”的形式呈现给终端用户。
卫星教育资源播发与接收应用系统将卫星播发服务器接入CNGI中,基于IPDVB卫星传输系统实现教育资源的远程发送和接收业务。接收端用户可以架设局域网接收IPv6教育网台,以Web方式为校园网用户提供“教育网台”资源访问;也可以实时接收卫星播发服务器定时广播的视频教育节目。
应用与示范
该项目研发成果已通过测试,在系统功能、资源管理、服务能力、系统压力和负载分流、卫星传输等方面的各项指标均全部达到了应用示范的设计要求。目前,已在CNGI各主干网、驻地网以及卫星网络上部署实施,全面展开了基于IPv6的星地一体中小学远程教育应用与示范,为接入CNGI地面网与卫星网的IPv6用户以及中小学校提供远程教育资源和服务。
在CNGI示范网上分别选取了中国联通、CERNET2以及中国网通/科技网的CNGI主干网开展IPv6远程教育应用的试验与示范。在CNGI中,各运营商的IPv6网络经过CNGI交换中心互相连通,为不同网络中的主机通迅提供了基础环境。部署在各运营商IPv6网中的分布式资源服务器群可以互相通信,并为整个CNGI网络中的用户提供教育资源服务。IPv6卫星网用户选取内蒙古各盟市的乡镇农牧区中小学校作为卫星接收端进行示范点软硬件建设,通过卫星将资源投递到内蒙古地区未连入CNGI的,尤其是位于偏远农牧区的中小学。
CNGI骨干网与卫星网的用户通过“星地一体·教育网台”Web客户端访问远程教育资源。目前在各节点存储的教育资源覆盖了小学、初中、高中各年级28个主干学科,总量达到340G。这些教育资源包括文本、图片、动画、课件、音视频文件,学科示范案例的系列数字化教学资源。基础教育资源库包括高中学科教学、初中学科教学和小学学科教学三种教学资源库。
综上所述,我们可以发现,与其他通信技术相比,卫星通信技术具有覆盖范围广、建设成本低、建设速度快等特点,在解决农村及边远地区通信和扩大互联网覆盖区域等方面具有天然的优势。本项目研究的“IPv6 over DVB卫星传输技术”将使IPv6数据包可以通过卫星网络进行传输。当前CNGI示范网的建设刚刚进行到核心网,接入网尚未部署,全国各地只有极少数的地区提供纯IPv6网络接入,少数的地区可以通过IPv4/IPv6隧道或者IPv4/IPv6转换设备接入到IPv6网络,更多的地区则没有IPv6网络。建立IPv6卫星网络将有助于改善上述状况。
IPv6星地一体远程教育项目可以使IPv6用户通过CNGI示范网访问海量的中小学教育资源。以大量的视频、文件等为主要内容的教育资源在CNGI示范网中传输,对CNGI示范网的网络规划与设计、设备与软件、核心技术与协议等等的有效性起到积极的试验与验证作用。优秀的教学内容得以通过CNGI示范网进入到学校、家庭等用户群,对扩大CNGI工程的社会影响、推动CNGI商业化的步伐也会起到积极的促进作用。
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