[发明专利]一种基于DTN的卫星远程教育系统及其交互式通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种基于DTN(DTN：Delay Tolerant Network，延迟容忍网络)的卫星远程教育系统及其交互式通信方法。

背景技术

我国幅员辽阔，地区差异大，教育发展不平衡。远程教育对于促进边远地区的教育发展至关重要，是我国非常重视的长期发展战略。卫星远程教育充分发挥了广播优势，以较低的费用实现广大区域内大数据量的分发，降低了远程教育的实施成本，特别适合于地理分布广、人口密度低、经济欠发达的地区用来实现教育信息化、分享优质教育资源。现有的卫星远程教育信息化系统，由资源库、卫星广播网络和终端节点三部分组成。其中资源库可以存储于互联网或局域网上，通常包括数据库服务器、媒体服务器等，用来实现教育资源的编辑、制作、存储和管理。终端节点是地理上分散的远程教育用户，配置单台计算机或小型局域网，以视频、音频、多媒体课件等信息化方式来提供教学服务。卫星广播网络由播发服务器、IPDVB网关、卫星信道和接收端系统组成，任务是将教育资源以IP数据包的形式分发到远程用户的计算机上。

卫星远程教育系统在利用卫星传输数据时一般采用IP over DVB-S技术。DVB(Digital Video Broadcast)是一套完整的、适用于不同媒介的数字电视广播系统规范，其使用统一的信源编码方案，对音视频等信息进行编码、压缩、打包形成传输流(TS，Transport Stream)，经过传输流复用后，通过卫星、有线电视或地面广播等不同媒介进行传输。其中，DVB-S是卫星数字电视广播方面的标准。如图1所示，在教育资源分发时，卫星网络播发中心的播发服务器访问资源库，将资源信息以IP形式打包发送。在经过IPDVB网关处理后，将IP数据包封装到TS流中。然后，利用卫星信道进行TS流传输。卫星地面站的接收系统在收到TS流后，计算机再将其解封装为IP数据包，提供给终端节点的教学软件使用。

卫星远程教育基于IP over DVB-S技术，利用卫星的广播特性，可以实现单点发送数据而多点同时接收数据。这种方法能够以较高的传输速度，向远端大量用户发送高质量教育资源，使边远地区获得互联网上优质的教学内容，实现了教育资源的共享。但是，卫星广播的单向传输特性也存在着局限性。在远程教育实施过程中，终端用户对资源的需求体现出了多样性的特点：中小学校、不同地区学校、民族学校对资源的需求并不相同，且随时间变化较大，统一推送的教学内容无法满足其要求，用户希望能够根据自己的情况订阅资源。同时，用户学习的方式、学习的积极性也受到了单向网络“灌输教学”模式的制约。终端用户希望能够享受远程答疑、网上阅卷和作品发布等互联网远程教育模式下的服务。这些用户需求的提出，促使卫星远程教育系统必须将单向通信改变为双向，即引入反向回传通信机制。

由于卫星链路是单向的，所以在反向传输技术上存在两种模式，即卫星链路(即内交互)模式和外交互模式。

第一种是采用卫星DVB-RCS信道作为反向回传信道的IP over DVB-S/RCS的内交互技术。该技术要求在卫星地面站同时配备卫星数据接收设备和发送设备，即地面站为双向站。在收发数据时，前向链路选用DVB-S，反向链路选用DVB-RCS，数据采用IPover DVB-S/RCS模式通信。这种技术方案成熟，但发送设备和卫星信道租用费用较贵。出于成本的考虑，对于完全不可能建设地面链路的地区，如果远程教育用户规模较大且分布相对集中，可以考虑采用；但对于边远地区的中小学校而言，地理分散、教育经费不足，无法推广普及。

双向卫星地面站较高的建设费，对于边远地区的学校无法承受。用于反向回传的卫星DVB-RCS信道，其日常租用费用需要由各个终端用户(学校)支付。远程教育应用需要回传的信息有限，DVB-RCS信道空闲率较高。

第二种是基于PSDN、DSL、GPRS或无线3G网络等接入技术来形成异构的“外交互”回传链路。该技术要求在卫星地面站配备卫星数据接收设备，并具有互联网接入功能。在收发数据时，前向链路选用DVB-S，而反向链路利用已经存在的计算机网络进行通信，即对于具有网络接入功能的卫星接收端，可以利用网络基础设施接入互联网运营商，通过Internet将用户端的请求上传到卫星播发中心。反向链路可以是基于Internet固定接入的运营商专线，如帧中继、DDN等；可以是根据实际情况建立的拨号上网链路，如电话拨号、ADSL；也可以是无线接入网络，如WiFi、GPRS或3G等技术。对于具备搭建地面链路的地区，出于带宽和成本的考虑，在远程教育中使用外交互模式也是适合的。