NGN:远程教育跃变的新契机_教育_NGN及软交换

NGN:远程教育跃变的新契机

2005/06/10

　　NGN将给许多技术提供更广阔的施展空间，虚拟现实技术、流媒体技术、无线技术等都将在NGN上得到更广泛的应用，而这些技术的充分应用必将给网络教育带来很多革命性的变化。

　　自从1876年贝尔发明了电话以来，网络和通信的发展已经经历了若干阶段，时至今日，现代通信和网络技术在经过了一百多年的发展后，更深刻地影响着人类社会的方方面面。但是，随着Internet的兴起和随之而来的数据网络的迅速发展，现有的通信网络逐渐暴露出其固有的局限性，已经越来越无法适应新的形势，亟需加以变革和发展。在适应大众需要的过程中，网络业务逐步呈现出宽带化、综合化、多样化和个性化的趋势，并最终催生了下一代网络(Next Generation Network，NGN）的产生。今天的人们对NGN都充满各种各样的期待。因为在这个融合的、业务极为丰富的网络上，我们将可以开发出更多更好的网络应用而不必再受通信技术的限制。作为教育信息化的一个重要领域，NGN同样也将影响远程教育方面的实现技术和方式。

NGN对教育的影响

　　当我们将NGN应用到办公室、家庭、汽车甚至电话、电视，我们永远不能忽视的一个领域就是学习和培训。十年树木，百年树人。对于任何国家来说，教育都是永恒的话题。如何解决社会需求与教育资源相对不足和教学手段落后的矛盾，使有限的教育资源得到合理利用和共享，提高教育的质量与效率将成为今后教育的一个重要课题。我们需要一种新的教育模式和技术手段来充分利用与整合各种资源。

　　远程教育是随着现代信息技术的发展产生的一种新型教育方式，它通过现代远程教育手段使师生之间交互不受时空限制，是多种媒体优化、有机组合的教育方式，可以有效地发挥各种教育资源的优势，为各种社会成员学习得到更方便的、广泛的教育服务。

　　以前，远程教育的形式往往局限于以同轴电缆广播电视网为主的单向传输方式。由教育部门组织专业教师编写教材和录制好所有课程的录像带，然后通过广播电视网进行播放，教育部门组织学生收看，并定期进行考试，成绩合格后发放文凭和合理地收取学费。这种方式直到现在仍然是远程教育中使用较多的方式之一。这种远程教育方式采用单向传输方式传播教育信息，存在收费难、交互难的缺陷。网络的出现使得通过网络进行远程教育成为现实。1994年底，在国家教委主持下，“中国教育和科研计算机网示范工程”由清华大学等10所高校共同承建。1997年，湖南大学与湖南电信合作，第一个建立起了网上大学。NGN的出现，为远程教育的发展提供了更为广阔的发展空间。

　　2004年12月25日，中国第一个NGN暨中国下一代互联网示范工程核心网（CERNET2）正式开通，这是世界上规模最大的纯IPv6互联网，标志着我国下一代互联网建设全面拉开序幕。

　　从CERNET2上，我们看到下一代网络将能更好地支持流媒体技术、虚拟现实技术、移动接入技术，而这些技术的大量应用又将引起远程教育的深刻变革。

流媒体技术在远程教育中的应用

　　网络远程教学可分为同步、异步两种教学模式。异步教学模式也就是采用Web浏览技术，工作人员先将多媒体课件放到服务器上，用户只需将其下载到本地计算机上，需要观看时再进行播放。这种模式下学生可以选择自己认为合适的时间学习。目前大部分教育网站都是采用异步教学模式。由于多媒体信息的数据量大，在目前网络接入速度较低的情况下需要很长的时间将课件下载到本地计算机上，而且需要占用大量硬盘存储空间，给用户带来很大不便，同时容易造成课件资料广泛传播，这涉及到了知识版权的问题。而同步教学模式就是让每个学员都能感受“面对面”教学，即可以和其他学员协作学习、讨论问题，又可以和授课老师实时交流。这种模式要求教师授课场景、授课文字、图片、声音、动画等内容都要实时通过网络传向单机，学员的问题和意见也要实时反馈给远方的教师。但是如何能做到在同步教学模式中实时传播课件，如何解决异步教学模式中的不足之处呢?技术人员根据其特点引进了一种新的技术——流媒体技术。

　　流媒体是一种在网络上实时、流式传输的数据流。用户可以一边下载一边对接收部分数据进行播放，而不需要把全部媒体文件下载到硬盘后再播放。流媒体技术的出现将使得现在的网络远程教育具有更好的实时性，教学内容也更加丰富。但是传统的IP网络是一个无连接的网络，只能提供尽力而为的服务，无法保证实时语音和视频等多媒体应用的服务质量。这就限制了流媒体在网络教育中的应用。然而，下一代网络将具有更高的网络带宽、更好的服务质量，流媒体在下一代网络的应用中将成为主流。

　　流媒体具有流式传输、资源消耗少、等待时间短、媒体类型多、获取成本低、压缩多样性、跟踪用户信息、交互性等优势，自然成为“第四代媒体”中最独特的一种媒体。流媒体在远程教育中的应用主要分为实时教学和课件点播。

　　实时教学在一般情况下的实现过程如下: 实时教学开始后，通过摄像头和麦克风现场采集教师讲课的视频和音频作为编码器输入，经编码计算机编码为媒体流，并发送到流媒体服务器，然后服务器启动服务模块，通过多播发布媒体流，学生用客户端播放器接受和播放媒体流。为了提供交互性，在课件制作中可以相应地增加所需的功能。例如在课堂上回答问题或讨论问题。教师控制发言权，得到教师的允许后，学生可以回答问题或同其他同学交流来讨论问题。这样远程面授就可以成为现实了，学生只需要一台PC、一个Modem就可以坐在家里听课并实时地和老师交互。

　　课件点播功能使得学生可以向服务器请求特定课件数据流的播放。目前的课件点播多为HTTP加HTML的形式，学生到网站上下载需要的课件，这种方式耗费时间长，需要较大的存储空间，限制了课件点播作用的发挥。有了流媒体技术的支持，学生可以自行选择学习内容，不受时间地点的限制，并且可以控制开始、暂停、前进和后退等播放过程。

　　有了流媒体的支持，在下一代网络这个平台上，现代远程多媒体教育将快速地发展起来。网络教育的流媒体化能有效推动现代远程教育的发展，对于促进我国教育的普及和建立终生学习体系，实现教育的跨越式发展，具有重大的现实意义。

虚拟现实技术在远程教育中的应用

　　我们在PC前除了可以远程上课、和老师交互，我们还必须重视学习的客观规律:

必须先有感性认识再上升到理性认识。

必须理论结合实践。

　　在课堂教学环境下，我们可以通过实物直观、模像直观和语言直观来获得感性认识。在各种直观方式中，实物直观，即直接观察和感觉各种实物是效果最好的，但在课堂环境下很难做到或者要花费很大的代价，在远程教育中就更难以实现了。另外，在课堂上我们可以通过各种实验来强化学生对理论的理解，在远程教育中我们又如何做到这一点呢？答案就是虚拟现实技术。

　　虚拟现实是从英文Virtual Reality 一词翻译过来的，指的是本来没有的事物和环境，通过各种技术虚拟出来，让你感觉到就如真实的一样。

　　人在现实世界中是通过眼睛、耳朵、手指等器官来实现视觉、听觉、触觉等功能的，人们可以通过视觉观察到色彩斑斓的外部环境，通过听觉感知丰富多彩的音响世界，通过触觉了解物体的形状和特性。虚拟现实是人们利用计算机生成一个逼真的三维虚拟环境，将模拟环境、视景系统和仿真系统合三为一，并利用人机交互设备，把操作者与计算机生成的三维虚拟环境连结在一起。操作者通过人机交互设备，以自然的方式（如头的转动、手的运动等）向计算机送入各种动作信息，并且通过视觉、听觉以及触觉等多种感知获得三维感觉世界。

　　虚拟现实技术应用研究现在已全面展开。有人曾对全世界范围内进行的805项虚拟现实技术研究项目进行了统计，结果表明: 娱乐、教育及艺术方面的占据主流，达21.4％。在NGN这个平台上，虚拟现实技术将带来远程教育的革命性的进步。

　　1997年美国标准与技术研究院“使用VRML的制造系统建模”，探讨了虚拟现实技术及在网络上的应用。希望将互联网变成一个三维的立体空间。主页的链接也不再是高亮显示的图片和文字，而是在三维空间打开一扇门或者触摸一个物体就进入了另一个主页。甚至同时上网者互相之间都能看到，你在网上可以有一个虚拟的自己，可以像逛街一样浏览主页，同时和路上碰到的人打招呼。你也能在Internet上设计自己的三维虚拟空间，可以建造虚拟的房间、建筑物、城市、山脉和星球。还能用虚拟的家具、汽车、人员、飞机或你能想象的任何东西来填充虚拟的世界。

　　在虚拟现实技术的帮助下，我们不妨构想一个虚拟大学。学生在PC前，戴上立体眼镜或头盔，接入互联网,进入我们的虚拟大学的课堂。以地理课为例，借助虚拟现实技术，将山川河流等相关地形地貌信息建成模型库，再通过虚拟现实系统的人机对话工具，使得受教育者通过一次次足不出户的虚拟经历就能亲身领略祖国山川河流的壮美，在获得知识的同时，得到美的感受和启迪，从而将枯燥的书本知识以更有效率的个人亲身体验的方式转化为受教育者所掌握的知识。同时，特别值得注意的是，一旦各种地形地貌的模型库建设好之后，可以被反复使用，理论上永不损坏，再加之网络技术的使用及迅速普及，也为多用户同时使用某个模型库提供了现实的可能。

虚拟现实技术可以在远程教育中起到以下几个作用。

弥补了远程教学条件不足。

避免真实实验或操作带来的各种危险。

彻底打破空间和时间的限制。

可以虚拟人物形象，创建人性化的学习环境。

虚拟现实技术在远程教育中可以应用在以下几个方面:

知识学习。通过虚拟现实技术再现实际生活中无法观察到的自然现象或事物的变化过程，为学生提供生动、逼真的感性学习材料，帮助学生解决学习中的知识难点。

探索学习。虚拟现实技术可以对学生学习过程中所提出的各种假设模型进行虚拟创造。通过虚拟系统可直观地观察这一假设所产生的结果或效果，有利于激发学生的创造性思维，培养学生的创新能力。

虚拟实验。利用虚拟现实技术，可以建立各种虚拟实验室，在“实验室”里，学生可以自由地做各种实验，以巩固学到的知识。

技能训练。利用虚拟现实技术，可以做各种各样的技能训练，如军事作战技能、外科手术技能、教学技能、体育技能、汽车驾驶技能等。这些技能训练无任何危险，学生可以反练习，直到掌握技能为止。

　　虚拟现实技术的产生、发展为教学方式的改变提供了全新的思路和手段，在不远的将来甚至会带来远程教育在手段和思想上的根本变革。

移动接入技术对远程教育的影响

　　下一代的教育应该是基于“学”，而不是基于“教”，远程教育是一种比较好的帮助学习的手段。电子学习、远程学习早已进入了我们的生活。但是采用各种技术的目的除了使学习效果更好，还有就是让学习更加方便。随时随地的学习是我们要借助下一代网络实现的另一个目标。

　　NGN将更好地支持移动接入，更快的速度、更稳定的连接和更高的安全性，这一切为移动学习创造了条件。

　　现在我们大量采用电子设备来提高学习效果的这种电子学习方式，还只是第二代远程学习。新一代技术对世界产生影响是在20世纪末的最后几年，整个世界突然在一场无线革命中变得一切没了线: 移动电话似乎哪儿都有，电子商务变换成了移动商务，有线联系被人们遗弃而代之以无线联系。移动学习就是这场无线革命的产物，它代表了下一代的学习方式。

全球所有有线连接中所遇到的各种尴尬终将会被无线连接所替代。这里有一些令人震惊的数据:

全球目前有15亿部移动电话，而全球总人口是60亿。

移动用户的数量仅中国就达到2亿，并每月将以200万部的速度递增。

2003年，全球有5250万部移动电话在世界各地漫游。

2004年，移动（或无线）商务的利润全球将达到2亿美元。

2005年，计算机无线网络用户将超过10亿。

　　移动学习起源于远程学习研究得出的这么一条规则。这一规则说: 不是技术本身具有适合教学的特性，使得远程教育和开放大学取得了成功，而是技术比较普遍地被大众拥有。从来没有一项技术在人类历史上有像移动电话那样被大众百姓应用到如此普及的地步。

　　如果说“电子学习”的主要设备是台式电脑，那么“移动学习”的主要设备就是PDA、智能手机和移动电话等。在一个能够比较方便地在手里、背包里携带进行教育和培训的设备上，我们将享受移动学习带来的乐趣。

移动学习的实现主要有以下几种方式:

短信群发。这种方式主要针对普通移动电话开展移动学习。

通过群发短信（Bulk SMS）对所有学生或对某一门课程的所有学生提供激励支持和常规的管理支持服务;

对数据库中抽取出来的某些学生的某一方面的管理要求发送群发短信;

对数据库中抽取出来的某些学生或个别学生的某一方面的管理要求发送小组短信，甚至是个别化的短信。这种方式开展移动学习开销小，简单，易于实现，但效果较差，无法传递大量的文字图片甚至视音频信息。

利用PDA移动学习。学生把学习资料拷贝到PDA中并随时随地学习。在PDA上开展移动学习的问题已全部得到解决，学生们在PDA上已经能够学习完整的课程。他们对这种在PDA上开展移动学习的评价表明，它可以为学生创设出一个舒适、令人愉快的学习环境。这样我们的学生可以在火车、地铁、汽车、机场等几乎任何地方，只要他们想学习又处于空闲就可以进行学习。这种方式的移动学习在功能强大的PDA的支持下可以获得丰富多彩的学习资料。包含大量文字和图表的电子书籍可以在PDA上轻松地阅览。只是这种方式无法利用网络的强大功能，不能随时随地获得更多的知识。

利用智能手机无线接入学习。智能手机不但具有PDA的功能，而且可以方便地接入网络获得各种各样的学习资料。WAP技术可以用于开发移动学习的资料，通过手机上的浏览器可以浏览网站上的学习资料。兼容xHTML技术标准的新型电话即将开发出来，相信它将使得开发移动学习的软件变得和编写网页一样简单。这种方式不但具有PDA学习的所有功能，而且可以利用网络的大量共享资源进行学习。功能强大的智能手机不但可以浏览文字和图片，在流媒体技术的的支持下甚至可以播放视频和音频的教学资料。

基于3G技术的移动学习。开发移动学习的紧迫性随着3G等无线技术的到来而得到进一步加强。3G技术将带来学习方式的新变化: 3G技术将保证通过空中无线的实时视频连接，明显不同于我们今天脆弱的网络连接; 大众百姓能通过电话在任何地方开展工作; 3G的数据传输率将使得电话大容量数据传输变得可能和可行。现有的2G和2.5G移动电话比较普及，但性能不是很好。Wi-Fi性能好，但普及性差。3G移动电话技术性能好又能普及。

　　有两个市场适合于移动学习: 一是没有电脑设备又不能访问网络的学习者，一是不停移动的学习者。换句话说就是: 农村或偏远地区的学习者，他们有移动电话; 大城市的学习者，他们是携带最先进的移动工具不停移动的劳动者。

　　未来属于无线，这一发展趋势目前正影响着教育和培训。移动学习的发展正处于新的发展的前沿——电子学习之后的下一代学习。随着信息技术与网络通信技术的日益发展，无线技术为现代远程教育注入了新的生机和活力，也带来了远程教育中教学观念和方法的深刻变革。网络远程教育突破了传统教育在时间和空间上的局限，扩展了教育环境，从真正的意义上实现了教育资源的共享。在下一代网络这个平台上，业务将极大的丰富，如何开展适合远程教育的业务将是网络技术人员和教育工作者在今后的时间里需要重点考虑的问题。
　　
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NGN

　　NGN是“下一代网络(Next Generation Network)”或“新一代网络(New Generation Network)”的缩写。NGN是以软交换为核心，能够提供话音、视频、数据等多媒体综合业务，采用开放、标准体系结构，能够提供丰富业务的下一代网络。从发展的角度来看，NGN是从传统的以电路交换为主的PSTN网络中逐渐迈向以分组交换为主，它承载了原有PSTN网络的所有业务，把大量的数据传输卸载到IP网络中以减轻PSTN网络的重负，又以IP技术的新特性增加和增强了许多新老业务。从这个意义上讲，NGN是基于TDM的PSTN语音网络和基于IP/ATM的分组网络融合的产物，它使得在新一代网络上语音、视频、数据等综合业务成为了可能。下一代网络将具有一下几个特点:

支持业务多样化，如语音、数据和多媒体业务。

基于分组传输。

端到端的宽带传送能力。

网络与业务分离，服务能够得到网络的支持，而与网络基础设施无关。

支持终端的移动性。

方便维护与管理。

更高的服务质量、安全性和可靠性。

可持续发展。

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CERNET2

　　2004年12月25日，作为下一代互联网先驱的CERNET2正式开通。CERNET2是中国下一代互联网示范工程中最大的核心网和惟一的学术网，是目前所知世界上规模最大的采用纯IPv6技术的下一代互联网主干网。网络教育离不开网络基础环境的支持，下一带互联网CERNET2的开通，能给持续低迷的网络教育的发展带来新的机遇。

首先是技术优势给网络教育带来新变化，主要体现在两点:

　　其一，容量更大。这里的容量指IP地址，我们现在用的第一代互联网采用IPv4地址协议，Ipv4地址将在近年耗尽，这将给服务器运行和用户接入带来很多麻烦，互联网发展因而将受严重限制。下一代互联网将启用IPv6地址协议，它提供了更大的地址容量。采用IPv6协议后，每个人的电脑都可以配置成为网络服务器，运行必要的教育软件就在家里开办一个“网校”。
　　　　
　　其二，速度更快。目前，CERNET2以2.5～10Gbps速率连接全国20个主要城市的CERNET2主干网的核心节点，为全国高校和科研单位提供1～10Gbps的高速IPv6接入服务，下一代互联网将比现在的网络传输速度提高1000倍以上，下一代互联网的基础带宽可能会是40G以上，这将意味着高质量多媒体内容可以更为流畅地运行在网络上，彻底解决了目前使用的第一代互联网带宽不足的缺陷。

　　再次，CERNET2的开通可以为就当前高校网络教育带来新的应用机遇。由于CERNET2首先连接的是高校，因此，最直接的应用应属于校内与校间资源的共享。有调查显示国内高校网络资源利用率一直是很低的，尤其是辅助教学，应用得更少。通过连接CERNET2，学校尤其是名牌高校能够开放更多的教育资源，这些资源包括从多媒体数字图书馆到教师课堂教学的录像资料等，甚至高校间可以互通学分，学生可以跨校选课。

　　最后，CERNET2的开通也可以为社会教育培训机构提供网络教育机会，学生除了学习学校课程之外，仍然需要学习很多新知识，很多大三、大四的学生开始有计划学习实用性知识。例如，通过学习并考取英语、计算机等职业资格证书来提高自己未来的职业竞争力，这些教育资源往往并非学校提供的，学生多数在校外学习。提供这类教育培训服务的机构完全可以利用CERNET2来实现高质量的网络教育，让学生在宿舍中就可以通过高速网络来学习知识。

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