基于JXTA的P2P遠程學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

1 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的普及，遠程教育被認為是網(wǎng)絡(luò)時代新的教育模式，正在迅速發(fā)展。在該教育模式下，教學(xué)活動突破了學(xué)習(xí)時間和空間的局限性，教師與學(xué)生之間的關(guān)系發(fā)生巨大改變，教學(xué)和學(xué)習(xí)過程體現(xiàn)為教師一學(xué)生和學(xué)生一學(xué)生之間的資源共享和交流互動。然而，當(dāng)今主要使用的基于B／S結(jié)構(gòu)的遠程學(xué)習(xí)系統(tǒng)暴露出許多缺陷：(1)只依靠服務(wù)器端存儲信息和根據(jù)用戶請求進行分發(fā)，信息倉儲基本保持靜止；(2)以服務(wù)器為中心，容易產(chǎn)生服務(wù)器瓶頸問題；(3)用戶處于一種被動接受狀態(tài)，而不能提供信息。
P2P(Peer-to-Peer)計算提供一種全新方式，P2P網(wǎng)絡(luò)認為所有節(jié)點在共享信息方面能力平等，每個用戶可提供分布信息倉儲，弱化了服務(wù)器客戶機的概念，這一特點符合現(xiàn)代教育模式中的教師一學(xué)生關(guān)系；從目前應(yīng)用看，P2P在大范圍的共享、搜索方面具有較大優(yōu)勢，不經(jīng)服務(wù)器就可實現(xiàn)對等節(jié)點間的資源傳遞，避免發(fā)生服務(wù)器瓶頸問題，這恰好符合了現(xiàn)代教育中的學(xué)生一學(xué)生關(guān)系。因此，將P2P技術(shù)引入到遠程學(xué)習(xí)系統(tǒng)可發(fā)揮其在協(xié)同、搜索方面的優(yōu)勢，擴展遠程學(xué)習(xí)系統(tǒng)在現(xiàn)代教育中的應(yīng)用，并能理想地解決傳統(tǒng)B／S結(jié)構(gòu)應(yīng)用系統(tǒng)的種種弊端。

2 基于JXTA技術(shù)的P2P網(wǎng)絡(luò)

JXTA項目是由SUN公司發(fā)起的開放源代碼項目，主要用于提供P2P系統(tǒng)所需的基礎(chǔ)服務(wù)，由一系列簡單的、開放的協(xié)議組成。通過這些協(xié)議，連接到網(wǎng)絡(luò)的任何設(shè)備都能夠相互通信、協(xié)作和資源共享。JXTA技術(shù)致力于創(chuàng)建一個通用平臺，以簡單而有效的方式構(gòu)建特定的對等式和分布式服務(wù)與應(yīng)用，從而使開發(fā)者無需過多考慮如何解決對等計算的技術(shù)問題，集中精力實現(xiàn)和完善可擴展、互操作性強、可靠性好的高層應(yīng)用。

2．1 JXTA應(yīng)用程序的體系結(jié)構(gòu)

JXTA應(yīng)用程序的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，從下至上劃分為3個層次，分別為核心層、服務(wù)層和應(yīng)用層。



(1)核心層(JXTA Core)該層封裝了最根本的東西，為P2P服務(wù)和應(yīng)用提供核心支持。包括對等節(jié)點創(chuàng)建、對等組創(chuàng)建、Peer發(fā)現(xiàn)、Peer通信、Peer監(jiān)視和相關(guān)的安全原語。

(2)服務(wù)層(JXTA Services) 該層擴展核心層的功能，為P2P應(yīng)用程序提供可選通用服務(wù)，如索引、文件共享、分布式信息檢索、對等節(jié)點認證、代碼緩存和內(nèi)容緩存機制。
(3)應(yīng)用層(JXTA Application)該層為創(chuàng)建各種類型的P2P應(yīng)用系統(tǒng)提供相關(guān)的應(yīng)用程序，主要有信息內(nèi)容管理、分布式存儲以及實時信息傳輸?shù)葢?yīng)用程序。

2．2 JXTA協(xié)議

JXTA協(xié)議采用XML標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式定義消息，獨立于具體的編程語言和傳輸協(xié)議，使得它更易于理解和獲得更多的支持。它可在TCP／IP、HTTP、 BlueTooth、HomePNA或其他傳輸協(xié)議之上建立一個虛擬JXTA網(wǎng)，使得節(jié)點位于由防火墻和NAT設(shè)備分隔開的網(wǎng)絡(luò)的不同部分或者處于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的環(huán)境之間都同樣可以相互通信。這一優(yōu)點正是當(dāng)前遠程學(xué)習(xí)系統(tǒng)最需要的。

3 遠程學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

3．1 遠程學(xué)習(xí)系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計

構(gòu)建的基于JXTA的P2P遠程學(xué)習(xí)系統(tǒng)采用混合P2P模式，各個參與學(xué)習(xí)的站點分為3種不同角色：學(xué)生對等節(jié)點(Student Peer，SP)、教師對等節(jié)點(Teaeher Peer，TP)、教務(wù)管理對等節(jié)點(ManagerbPeer，MP)。MP在學(xué)習(xí)系統(tǒng)中起到管理、組織、協(xié)調(diào)各參與者的作用，并負責(zé)創(chuàng)建課程組，記錄各個課程組的資源索引，在課程組間提供搜索路由的功能，管理維護教學(xué)網(wǎng)站中的BBS、電子白板、聊天室、資源下載區(qū)、教師信息、學(xué)生信息、內(nèi)部電子郵件系統(tǒng)等欄目；TP節(jié)點從屬于某一課程組，主要協(xié)調(diào)、組織、評價本課程組內(nèi)參與學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程，維護本課程組內(nèi)資源的索引信息，并將資源索引的變動信息傳遞給MP；SP找到相應(yīng)課程組后可加人到其中，利用課程組中提供的課件、參考資料等共享資料進行自主學(xué)習(xí)；當(dāng)碰到疑難問題時，可與在線人員進行兩兩學(xué)習(xí)交流，或展開多人共同探討；若遇到難題無法解決時，可聯(lián)系課程組教師通過電子白板實現(xiàn)虛擬教室，進行及時在線輔導(dǎo)講課。整個遠程學(xué)習(xí)系統(tǒng)的架構(gòu)如圖2所示。


3．2 遠程學(xué)習(xí)系統(tǒng)的實現(xiàn)

系統(tǒng)應(yīng)用的開發(fā)工具是NetBeans5．5、JDK5．0、JXTA2．0、 Sun Java System Application Server Enterprise Edition 8服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫采用由純Java語言編寫的小型數(shù)據(jù)庫PointBase，它對平臺的支持性強，并可直接過渡到其他數(shù)據(jù)庫。通過使用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法，根據(jù)遠程學(xué)習(xí)系統(tǒng)的工作原理和主要功能設(shè)計以下3個主要的類：

(1)Manager類該類代表系統(tǒng)中的MP，負責(zé)為MP設(shè)置JXTA環(huán)境及完成與TP的通信連接，將加入對等網(wǎng)的TP分配至合適的課程組；能夠創(chuàng)建一個新的課程組，當(dāng)某一課程組資源點擊人數(shù)低于某值時，刪除該課程組。主要方法有：啟動JXTA環(huán)境startJXTA()，創(chuàng)建課程組createCourseGroup()、刪除課程組deleteCourseCroup()、發(fā)布提供的遠程學(xué)習(xí)服務(wù)discoverySvc()、獲取節(jié)點在線狀態(tài)pipeAdv()、創(chuàng)建一個通信管道inputPipe()、信息發(fā)送sendMessage()、發(fā)布節(jié)點的在線狀態(tài)publishPipeAdv()，創(chuàng)建信息發(fā)送管道 createInputPipe()和運行主方法main()等。

(2)Teaeher類該類代表系統(tǒng)中的TP，負責(zé)為TP設(shè)置JXTA環(huán)境以及建立到MP的通信連接，并完成在學(xué)習(xí)系統(tǒng)中教師的功能。主要方法有：啟動 JXTA環(huán)境startJXTA()，發(fā)現(xiàn)教務(wù)對等節(jié)點在線狀態(tài)discoverManagerPipeAdv()，創(chuàng)建連接到MP的管道 createManagerPipes()、發(fā)布TP節(jié)點的在線狀態(tài)pub-lishTeacherPipeAdv()，創(chuàng)建發(fā)送會話消息到MP的通信通道createTeaeherInputPipe()、MP確認TP發(fā)送的答案accept()、創(chuàng)建新會話requestNewSession()、讀取TP的輸入getUserRe-sponse()、獲取TP對MP的響應(yīng)sendToManager()、問題信息處理processMessage ()、獲取對等節(jié)點問傳輸信息中的文本字符串getElementValue()、建立與MP節(jié)點的連接connectMan-ager()、斷開與MP 節(jié)點之間的連接disconnectManager()、請求一個新會話run()和運行主方法main()等。另外，Teacher類的main()方法中還定義一個InputPipeMsgListener類實現(xiàn)PipeMsgListener接口來獲得管道中的消息。

(3)Student類該類代表系統(tǒng)中的SP，負責(zé)為SP設(shè)置JXTA環(huán)境以及建立與TP的通信連接，并完成在學(xué)習(xí)系統(tǒng)中學(xué)生的功能。主要方法有：啟動JXTA環(huán)境 startJXTA()，發(fā)現(xiàn)教師對等節(jié)點在線狀態(tài)discoverTeacherPipeAdv()，創(chuàng)建連接到，TP的管道 createTeacherPipes()、發(fā)布SP節(jié)點的在線狀態(tài)publishStudentPipeAdv()，創(chuàng)建發(fā)送問題答案到TP的通信通道 createStudentInputPipe()、TP確認SP發(fā)送的答案accept()、創(chuàng)建新會話requestNewSession()、讀取 SP的輸入getUserRe-sponse()、獲取SP對TP的響應(yīng)sendToTeacher()、問題信息處理processMessage ()、獲取對等節(jié)點間傳輸信息中的文本字符串getElementValue()、建立與TP節(jié)點的連接connectTeacher()、斷開與TP節(jié)點之間的連接disconnectTeacher()、請求一個新會話run()和運行主方法main()等。

(4)Agent類該類負責(zé)收集問題和答案，對學(xué)生對等節(jié)點收集的答案進行評估響應(yīng)，并在“問題——答案”會話結(jié)束后根據(jù)該學(xué)生的回答給出相應(yīng)的學(xué)習(xí)建議。主要方法有：問題和答案集合創(chuàng)建initProblems()，獲得發(fā)送問題的總數(shù)get-TotalNumberOf Questions()，為SP提供下一個問題get-NextProblem()，處理答案processAnswer()，接收最后一個答案 getLastAnswer()、判斷問題是否結(jié)束hasMoreProblems()，獲得正確答案總數(shù)getTotalAnswersCorrect ()和獲得學(xué)習(xí)建議getSuggestions()等。此外，Agent類還定義了一個Problem類。這個類使用了三個方法：獲得特定問題編號的 getNumber()方法、獲得問題內(nèi)容的getQuestion()方法和獲得問題答案的getAnswer()方法。

(5)AgentFactory類 該類主要負責(zé)創(chuàng)建Agent對象。主要方法有：獲得Agent對象(getAgent)。系統(tǒng)開發(fā)完成后，進行了各種功能測試，證明該系統(tǒng)均能順利完成工作。

4 結(jié)束語

JXTA項目使得P2P應(yīng)用程序的開發(fā)者能將一個應(yīng)用程序中與P2P相關(guān)的特定功能交給JXTA去

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