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    基于软夸线方案的研讨环境搭建

    时间：2023-06-27 21:45:03来源：百花范文网本文已影响人

    张茂峰

    （锐捷网络股份有限公司 福建省福州市 350002）

    研讨型环境越多普及商业楼因为环境促进思维方式开放性不同。在教育行业中多厂商、多产品，导致后期老师基本的接受度或者问题容忍度较低。研讨型教学的移动教学，学生互动频繁，关键需要解决课上资源、指导、点评方式的便利特征，解放老师操作与信息多步骤处理等打断连续性的体验流程。打通数据链路、自感应的信息操作具有重要意义[5]。

    行业很多采用服务端作为信息中心，采用C-B-C链路模型。校园网复杂性导致链路打点多、延迟大。采购方式的投标采购，导致众多厂家设备不兼容。不同产品方案建立自链路和技术安全屏障等，导致无法打通方案链路，无法进行多端协同互动、数据共享问题。本文针对该情况，改进各个端的消息链路链接，建立公共的消息管道机制，打通教学组件的同时，提供便捷的现代化课堂操作，以客户为中心的方案，是一种倡导建议，避免资源浪费。

    （1）通过数据夸线实现自动管理，例如批注、资源共享等多端的数据自动化同步与管理。

    （2）通过本地鉴权中心在现代化教室视频流模式下，可以直接进行互动简评。

    （3）利用设备部署信息与认证机制中心打通，解决手动配置繁杂的画面与数据操作。

    （4）数据安全区域划分与内部安全机制管理，多家厂商同时兼容特点。

    （5）蓝牙BLE，NFC等便捷的自认证组网，快速画面切换，简化多层网络连接步骤。

    3.1 场景一特性

    单屏幕场景主要是教室、会议室。该屏幕又可能是大屏或者班牌等较多差异化的展示区域设备。教学主要以交互智能平板为核心设备，配套教师移动授课终端、无线功放、多媒体音箱和视频展台，实现多媒体互动活动。

    3.2 场景二特性

    双屏幕场景，双屏教学解决方案的核心主要体现在双屏幕的无缝组合上，双屏镜像显示可获得更大视角，另外较多厂商开发双屏互动、双屏互显功能，利用左右脑认知特点，形成记忆关联，提升教学效果。

    3.3 场景三特性

    多屏幕场景，包括学生分组屏幕。属于较现代化教学模式的场景。辅助屏用于显示，小组研讨管理，批注等功能，如图1所示。

    图1：多屏幕场景

    以上配套录播设备，实现现代化远程互动、授课共享、多校联动等功能，图2为常规教室链路流程，图3为进行本文描述方案链路流程。

    图2：常规教室链路流程

    图3：描述方案链路流程

    常规教室链路存在部署阶段复杂，上课前准备设备多，如研讨教学、随堂问答、多教室互动、大型多组讨论教室，授课后数据问题同步等，是当前行业急需解决问题[6]。改进后，可以通过跨组网方式，通过中心进行交互，提升管理数据便利性，本文重点解决自动切换、活动后自动同步信息到云端[1]。

    4.1 框架结构图

    教室特点是设备间可达，外来设备需要连接特定网络，一般有中心设备交互，针对该特点考虑建立一条打通相关设备总线，本文称为软夸线。实现自发现、自组网特点。解决多屏协同、文件分享、显示屏幕等分布式业务[7]。

    除支持二层自动广播发现，设备间组网，自动协商协议、加密等信息。同时支持三层网络NFC、蓝牙自动判断现对距离位置，自动登录管理，自动切换到最优屏幕数据传输链路，如图4，支持手动选择设备功能[8]。

    图4：框架结构图

    （1）软夸线，需要划分为数据总线、控制线、广播等链路，保证数据与执行效率具有低延时特性。另外，附加总线进入、输出的安全机制，较好可靠性。

    （2）加密后的UDP数据传输、MQTT等协议加持补充，底层SOCKET封装。加密支持RSA加密算法对UDP非对称加密，自动MQTT消息包需要二进制封装。

    （3）网络变动频繁，设备端支持自动判断连接类型（局域、广域）。自动协商显示图片效果，提前判定网络特征，选择中间件进行交互。

    公共事件，需要采用握手协商机制，由设备管理模块、安全管道中心提供，兼容第三方注册。云端数据采用https与内部加密（对称、非对称、AUTH权限、签名TOKEN等机制）。支持数据在认证的设备、账号加密网络存放，兼容局域特点。数据管理负责多端设备相互同步。数据存放支持加密，非对称采用RSA升级算法ECC，对称加密采用DES对应AES，AES采用128位密钥长度，ECC密钥长度为132，兼顾速度与安全性。

    ECC算法中Q=KP(代表k个相同的线上点P)使用离散对数难点，采用Ep(a,b)并取曲线点作为基点P，选取k作为私钥，生成公钥Q=kP给用户，这时候用户数据i，编码后变成曲线点M与R随机数，服务端利用私钥解密：

    M+RQ-k(rP)=M+r(KP)-k(rP)=M

    分布式文件模块为用户设备中的应用提供多设备间的文件共享，支持设备类型、局域的教室UUID跨设备访问，最终中心的数据管理模块统一管理同步云端[2]。如图5所示。

    图5：数据管理模块

    4.2 设备存储区域

    设备设置三个存储区，共享存储、签名存储、沙盒存储。分别对应公开访问、签名验证访问、私有访问，私有区域包括APP的DATA目录等。其中，共享区域支持第三方扩展后约定规则表查询存储文件、信息配置、无记名DB文件，以文件形式存储，支持音视频、数据流文件信息，如图6所示[9]。

    图6：设备存储区域

    主设备需要较强的数据处理能力，并且支持扩展能力。所有公共区域的设定，需要对应告知主设备相关信息，具有可查阅功能，可增加、删除、修改权限等信息。

    签名共享区域支持SQLITE、DB数据库文件、自定义加密文件。第三方访问需要经过GROUP团体证书或者团体TOKEN进行验证后，告知第三方位置信息、加密方式、临时用户名密码等信息。

    沙盒存储，需要主APP认证的签名，一般不进行外部访问，所有数据需要主应用负责处理相关流程转发机制，主要包括内部服务、通知、状态等。支持高速缓存、临时读取等针对不同场景文件使用[3]。

    数据处理根据终端特点，设立强一致性、弱一致性、最终一致性数据，需要在架构设计时候考虑不同场景数据，物连数据。主设备会针对该等级特点进行相关处理，如图7所示。

    图7：数据处理

    服务提供模块，主要支持事务工作，数据订阅通知总线进行传递，支持关系、K-V、常规等数据等三种关系。

    管理组件针对操作、权限、协商管理、数据同步等工作。第三方的访问、缩减、事务、快照、加密，以及数据合并和冲突递归解决等。

    同步模块是存储与通信的服务，其目标是保持设备间的数据一致性，留存、提交等工作，支持强一致、弱一致、最后一致的原则。

    通信适配层是核心功能区域，具有严格的维护数据表，维护机制。具有管道的创建、连接、关闭等权限[10]。

    4.3 蓝牙、NFC辅助定位

    支持蓝牙、NFC等方式进行信息交换，解决无法获取设备信息。

    模拟Beacon协议，采用BLE蓝牙，支持频繁通断和快速连接，基于室内定位算法，计算距离。建立链接，通过蓝牙、NFC接触可以直接介入小组讨论数据，不干扰显示屏显示又能访问对应数据，如图5所示。该方案需要部署期间唯一码进入教室设备认证，避免隔壁会议室或者教室互相串台[4]。

    利用发射信号频段2.4G，支持硬件设备、手机之间、手机与大屏之间等对应方式，主、从设备模式进行信号发送接收。依靠自身携带SSID信号，本文新增UUID与IDENTIFIER标识进行信息干扰区分外，计算方式如下：

    d=10^((abs(RSSI) - A)/(10*n))

    增加兼容2种模式：进入/退出地理区域Monitoring模式，检测区域Ranging所有iBeacons设备模式相对位置。解决了SSID对于水波原理干扰衍射缺陷外，增加多波峰波谷与Monitoring、Ranging模式共生算法，从进入区域判断后，根据不通设备进入的时间Timer权重、相对位置Distance离散特点权重进行预判。

    另外针对人员走动，设备移动采用记忆模式记录稳定状态，在存在干扰前提下能进行按登记位置的设备信息，利用广播通讯进行信息同步，差帧算法与Kerman滤波判断干扰源的影响，我们称为MSSD间隔干扰，

    p(k|k)=(I-Kg(k)*H)*P(k|k-1)

    V=p(k|k)/dis(i)

    k点的系统的最优值x(k|k)，不断根据心跳循环，更新x(k|k)对应的p(k|k)，从而最优解的过滤值，dis(i)为存储前值判断。解决了多设备信号无法优先判断导致的自动登录、数据互动场景灵敏度低特点，该方案目前已在产品方案CDCP前完成效果验证。

    本文主要研究可行的教学场景解决方案，通过场景梳理出打通链路，公共的数据访管理，打通各个应用内部与外部的不通问题。

    从普通研讨环境痛点入手，进入整个设备间结构化特点分析，再从场景进行升级打造合适的数据传输，场景使用价值，建立核心的技术高度兼容多厂商，增加算法解决信号干扰情况下稳定判断场景，便捷的设备部署、管理模块，对于院校、高级会议厅等具有较高的方案参考价值以及设备升级方案借鉴意义。

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