基于SOA架构和流媒体技术的在线教育平台的研究

简介

现代远程教育是指通过音频、视频（直播或录像）以及包括实时和非实时在内的计算机技术把课程传送的教育。现代远程教育是随着现代信息技术的发展而产生的一种新型教育方式。计算机技术、多媒体技术、通信技术的发展，特别是因特网(Internet)的迅猛发展，使远程教育的手段有了质的飞跃，成为高新技术条件下的远程教育。现有道路运输管理在线教育还处在人工下达、人工组织培训及局部管理培训等陈旧的安全教育培训方法，亟需构建新一代面向未来应用的大型在线教育系统基础架构，能够支撑高并发环境下的视频学习、考试。

系统总体架构

系统由两大子系统组成：业务管理平台、流媒体服务，如下图所示：

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业务管理平台基于Microsoft MVC5+EF6框架设计，采用三层体系结构，支持多种数据库系统，如SQL Server、Orical等。流媒体服务平台包括：

1. 视频转码系统
2. 中心流媒体
3. 边缘流媒体
4. 内容分发
5. 日志收集及调度
6. 视频缩略图服务

虽然本期重点关注PC用户的直播点播服务，但还是本系统具有良好的通用性和广泛的适用性，可以支持用户的多种终端接入方式。对不同的终端提供不同门户，例如：对PC类用户可以提供丰富多彩的网页，对手机用户提供便于页面，同时提供的个性化Portal。

总体设计拓扑

整个流媒体视频服务系统硬件建设的总体思路为保证整个系统的高可靠性、高安全性、高可扩性，系统的结构合理性来设计。本系统最大的并发流支持200个并发流（600~2Mbps）以上,运行于内网。

系统结构图：

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1. 两台服务器承担WEB页面发布、会员视频上传及内容管理工作；
2. 多台高性能服务器作为专用流媒体视频服务器负责整个点播、直播流服务；
3. 多台转码服务器组成集群将非流媒体视频格式文件转换成标准的流媒体视频格式文件；

功能模块

用户管理模块

网站用户分为超级管理员、管理员和普通用户三大类：超级管理员，交管视频教育网站的维护管理人员；管理员，各级企事业单位或者行政职能部门的管理人员；普通用户，各类交通从业者。 用户注册及管理，超级管理员，该类用户的数目以及使用需严格管控，原则上这类用户只属于网站维护管理及运营人员。该类用户只能由超级管理员输入其个人信息（真实姓名、性别、身份证号、所属公司、手机号）注册，不能自行注册；该类用户的权限分配和注销都只能由超级管理员进行相应操作。普通用户该类用户由管理员统一导入个人相关信息（真实姓名、性别、身份证号、所属公司、手机号）进行注册；该类用户的权限分配和注销都只能由所属管理员进行相应操作。备注：根据客户需求暂不开放访客注册的功能，即普通用户只能由管理员统一进行注册。

超级管理员负责整个交管视频教育网站的日常维护、网站数据更新、网站管理、管理员账号的注册注销及权限分配等基本任务。该类用户由超级管理员进行注册和注销，负责所属企事业或行政职能部门相关人员的信息管理；在有实际需求的时候，管理员可以由超级管理员审核后给予视频数据等网站内容更新的权限及相关功能。普通用户，该类用户由管理员统一进行批量注册及管理，该类用户没有任何后台权限，只能对交管视频教育网站所列内容进行浏览、学习及考试。

人脸识别模块

初次登陆时，要求用户面对摄像头，将脸部影像置于目标框内进行信息采集，采集完成后相关信息写入个人资料。

启动人脸信息验证模块并要求用户面对摄像头，将脸部影像置于目标框内进行验证通，验证过后开始学习/考试。同时，人脸信息验证模块呈现一个小窗口位于屏幕上方继续工作，如果发现用户在目标框内消失或者验证信息有误则中断当前学习/考试，要求用户再次进行人脸信息验证，验证通过后方可继续当前学习/考试。

管理员对管辖用户进行查询、编辑等操作时，显示该用户记录的人脸信息以方便管理员查验是否用户本人。

用户生成相关统计报表时会在相关统计报表中自动附加其个人资料中记录的人脸信息，以验证是否用户本人。

人脸信息采集完成后用户无权进行更改；如果确实需要更改，必须经过上级管理员的认可操作方可更改。

视频操作

视频文件说明视频文件主要以MPEG、AVI、RM格式为主，单个视频文件的大小不超过600M，播放时长不超过80分钟。

视频更新视频的上传、更新、删除等操作只能由超级管理员完成；由超级管理员授权的管理员可以在相应权限范围内进行视频的上传、更新、删除等操作。网站支持多个视频的批量上传。

视频分类视频可以按照所属类别（必修课/选修课）、讲授老师、视频内容、学习权限、适用区域、更新日期等标签分类检索。学习视频同一个视频可以分多次学习，系统自动记录当前所学视频的播放进度，下一次学习时自动从当前进度开始播放；单次学习时长小于10分钟为无效学习，大于等于10分钟（不包含暂停时间）的学习为有效学习；播放时长小于10分钟的视频必须一次学完，否则为无效学习；用户通过人脸验证开始视频学习以后，视频不允许快进，但是可以拖动后退回放，在拖动后退回放以后可以在当前所学时长内快进；学习视频期间暂停，再次开始需要重新进行人脸信息验证；学习视频期间暂停时间不得大于一个小时，否则视频自动关闭；用户学习视频过程中视频播放界面焦点锁定，不允许切换，否则视频学习自动暂停或者终止；用户完整学完一个视频后可再次学习该视频，但记为无效学习。

视频统计视频统计信息视频总点播次数：视频被点播学习的总次数；视频有效点播次数：视频被点播学习的不同用户数；视频总完成数：视频被完整学习完的总次数；视频有效完成数：视频被完整学习完的不同用户数；用户统计信息用户学习总时长：用户学习视频的时间总和；用户有效学习时长：用户学习视频的有效学习时间总和；用户学习视频总数：用户点播学习过的视频总数；用户完成视频总数：用户点播并学习完的视频总数；用户有效学习视频总数：用户点播并有效学习完的视频总数；视频打分用户完整学习完一个视频后，可以针对该视频打分，选择点亮一到五个星。用户对同一个视频有且仅有一次打分权利。

考试

由管理员生成不同科目的题库，并批量导入、修改、删除题库中的试题。

用户获得考试资格后所参加考试的试卷由下面两种方式动态生成：由用户所属管理员根据用户的学习课表完成情况设置试卷试题比例后，系统自动从对应题库中随机选取满足试卷数量的试题形成考试试卷；

根据用户获得考试资格所学习的视频按比例选择与视频内容相关的试题形成考试试卷。每个用户都有一张学习课表，学习课表由m门必修课和n门选修课组成。当用户全部学完m门必修课，并且在所有选修课中学完n门不同课程后，获得考试资格。学习课表确定后，有效学习时间为一年。

用户获得考试资格后可以参加对应考试，如果考试不合格，可以参加一次补考。

备注：学习课表由所属管理员生成，用户自己无权更改学习课表，如有更改需求必须向所属管理员申请更改；学习课表更改后，其考试资格及相关统计信息会随之变化；学习课表确定后对应的学习时间可以由其所属管理员定义；用户获得考试资格后，考试不合格，补考时间限制由其所属管理员定义。

考试开始后采用倒计时显示剩余时间。考试期间，页面左侧有类似于电梯箱内楼层显示的数字对应考题编号，方便参考人员快速定位到相应考题位置；参考人员做出解答的考题对应的左侧数字自动变为绿色，方便参考人员区分已答题和未答题。考试期间，参考人员完成全部答题后可以点击“交卷”按钮提前交卷；考试计时为0，系统自动锁定考卷并交卷。

参考人员交卷后考卷锁定不能更改，显示考试得分；并用红色标示答错题目对应的数字，参考人员可以定位查看正确答案。

考题正考选中数：该题被正考选中的总次数；考题补考选中数：该题被补考选中的总次数；考题正考准确数：该题被正考选中并被答对的总次数；考题补考准确数：该题被补考选中并被答对的总次数；考题正考难过数：该题被正考选中且答对但考试不合格总次数；考题补考难过数：该题被补考选中且答对但考试不合格总次数。

短信模块

短信的发送：主要是用户注册或系统通知用户时使用

视频转码服务

视频转换：提供常见的视频格式转换至mp4(h264/aac)格式、自动截图生成预览图片、播放地址等。

视频点播服务

视频文件的点播：提供点播服务的集群

视频播放监管服务

监督视频点播者的实际观看效果，通过强制要求视频点播者不定时互动达到监督的作用。

检索服务

内容搜索：根据分类、标签及简介进行分词及检索