摘要：闡述采用虛擬化技術實現用戶云桌面的方法，有效解決瘦客戶機系統(tǒng)性能差、對服務器的運算能力和網絡帶寬要求過高、多媒體播放效果差等缺點。介紹基于瘦客戶機的實驗教學平臺視頻傳輸效果，指出通過引入流標簽和組播技術等概念，能夠提供更好的服務，彌補在多媒體應用上的不足，有效滿足高校實驗教學多樣化的需求。

關鍵詞：瘦客戶機；云桌面；資源建設；實驗教學；網絡教研；共享課堂

0 引 言

實驗教學是高等學校人才培養(yǎng)中至關重要的環(huán)節(jié)，它在學生能力培養(yǎng)中發(fā)揮著不可或缺的作用。高水平實驗室建設與管理是保證高質量實驗教學的必要條件：通過高水平實驗室的建設與管理，實現對優(yōu)質軟硬件資源的整合與共享，為高校實驗教學提供良好的平臺保障，對提高高校的實驗教學質量大有裨益。以高水平實驗教學平臺為基地，推進高校創(chuàng)新人才培養(yǎng)，加強產學研的緊密結合，已經成為很多高校的一致共識。

目前，國內高等學校對實驗設備的管理通常采用分散管理方式，需要數量眾多的實驗室管理人員，而管理員在日常設備管理和維護過程中需要應對病毒、系統(tǒng)或硬件故障等問題，費時費力，管理效率低下。另外，高校需要定期或不定期地對計算機設備進行更換或升級，這也造成了資源的嚴重浪費。實驗室管理制度限制了學生參與實驗的時間和地點，也無法提供全天候服務，無法實現完全開放。由于學生不能自由地選擇時間，使知識得不到實踐驗證，很難達到融會貫通的效果。因此，我們提出將基于瘦客戶機的云平臺應用在實驗教學及管理中，采用云桌面虛擬化技術，有效解決上述問題。

采用云桌面技術，使得低成本瘦客戶機用戶可以獲得與傳統(tǒng)計算機一樣的桌面系統(tǒng)，且瘦客戶機不需要安裝任何操作系統(tǒng)或軟件，所有的軟件維護均在服務器端完成，因而具有低成本、虛擬化、高可靠性、高可擴展性等特性，比較徹底地改變了目前學校管理計算機設備和提供計算資源服務的方式。因此，基于瘦客戶機的云平臺將會在實驗教學和管理中發(fā)揮非常重要的作用。

1 云桌面技術發(fā)展現狀

近幾年，隨著計算機和網絡通信技術的高速發(fā)展，云計算在世界范圍內得到了快速發(fā)展。2011年，美國頒布了《聯(lián)邦云計算戰(zhàn)略>；2012年，歐盟委員會啟動了《釋放歐洲云計算潛力》的戰(zhàn)略計劃；澳大利亞、日本等國也都在國家層面出臺了對云計算的支持政策。很多跨國IT公司（如微軟、谷歌、亞馬遜、IBM、惠普、思科等）自主研發(fā)了云計算產品；國內IT公司（如阿里、百度、騰訊等）也都擁有自己的云產品。在虛擬實驗教學領域，云計算因其虛擬化、大規(guī)模、低成本、高可擴展性、高可靠性等優(yōu)勢，正在發(fā)揮越來越重要的作用。

云桌面技術是云計算的一個典型應用，將其應用到虛擬實驗教學平臺建設中是當下實驗教學的發(fā)展需要。云桌面通過瀏覽器（或類似應用）提供與Windows或Mac等操作系統(tǒng)外觀相似的虛擬操作環(huán)境，其文件、數據以及大部分運算均位于遠端的云服務器中，這樣就可以把管理服務、虛擬實驗數據空間等以桌面化的方式提供給用戶，使學生可以不受設備和時空的限制，保證實驗學習、實驗授課等活動的延續(xù)性和體驗一致性。

日前，國外已經有一些大學為本校師生提供云桌面服務，如英國林肯大學的Cloud Desktop、美國夏威夷太平洋大學的HPU Cloud Services、美國圣克勞德州立大學的Campus/iCampusDesktop等。國內高校對云桌面虛擬化技術的研究仍處于起步階段，目前東南大學、浙江大學、中山大學等高校在嘗試使用，并且取得了一定的應用效果。

2 基于云計算的瘦客戶機桌面虛擬化技術

瘦客戶機（thin client）指的是在客戶機一服務器網絡體系中，通過標準協(xié)議和服務器通信接入局域網的一個基本無需應用程序的計算機終端。在應用瘦客戶機的系統(tǒng)架構中，服務器端安裝有服務于瘦客戶機的多用戶虛擬化應用程序，用戶不能在瘦客戶機上安裝軟件，只能在登錄后的虛擬機環(huán)境下安裝軟件。

筆者提出的桌面虛擬化特點在于將桌面虛擬化，不限制訪問“個人虛擬桌面”系統(tǒng)的時間和地點，用戶使用任何終端設備通過網絡接入云平臺后，都可以正常地使用任何網絡資源，獲得和個人計算機棚同的效果，但是卻比傳統(tǒng)桌面更加靈活和安全，所以基于瘦客戶機的云平臺技術實驗室管理系統(tǒng)具有以下優(yōu)點。

1）高效的課件管理，集中管理控制。

在服務器端集中設定應用程序，采用虛實結合的技術，虛擬實驗教學平臺。提供集中和統(tǒng)一的管理平臺，能夠對實驗設備、教師桌面、虛擬實驗教學課件、教學終端進行高效的統(tǒng)一管理，系統(tǒng)管理員可以僅使用一臺電腦，足不出戶地解決所有運維管理問題。

2）提高教學連續(xù)性。

學生和教師的實驗學習以及教學環(huán)境系統(tǒng)會自動保留，以備后續(xù)的課程學習、使用和回顧。用戶桌面具備超過“還原卡”功能的“還原”能力，用戶可以自行選擇是否還原、還原到哪個斷點，而非系統(tǒng)強制還原到某一點。

3）豐富完整的用戶體驗。

虛擬實驗教學桌面跟普通PC無差別的使用習慣和體驗，減少了培訓成本。此外，虛擬實驗教學云平臺不僅提供普通的辦公環(huán)境、課件環(huán)境.教學環(huán)境，而且提供高端的設計類虛擬實驗教學環(huán)境、豐富的多媒體教學環(huán)境等，為用戶提供豐富、完整的用戶體驗。

4）使用靈活。

虛擬實驗教學平臺采用“客戶機一服務器”工作方式，因此通過虛擬實驗教學實踐平臺，可以讓老師和學生在校園內任何有網絡連接的地方使用自己的“個人桌面”，使移動辦公和學習成為可能。

5）低成本。

虛擬實驗教學平臺的云終端設備具有電子器件少、體積小、零噪音的優(yōu)點，并且功耗低，一般只有幾十瓦，卻具有長達6-9年的使用壽命瘦客戶機主要依賴服務器端的計算資源和存儲資源，避免了硬件設備的閑置和浪費。

6）高安全性。

因為云計算實驗室的軟件和數據都在云端，客戶使用的都是“云”虛擬出來的環(huán)境，這避免了傳統(tǒng)實驗室因為一臺計算機感染病毒，導致整個機房癱瘓的問題；此技術杜絕了用戶隨意安裝軟件、帶走實驗室內部數據的現象，從而保證了實驗室內部信息和系統(tǒng)的安全。

7）管理維護成本低。

基于瘦客戶機的虛擬化技術，不需要在瘦客戶機上安裝軟件，因而，系統(tǒng)管理員不用操作客戶端，只需在服務器端統(tǒng)一實現，即可完成實驗室整個系統(tǒng)的管理、維護、升級等工作。因此，負責維護和管理的工作人員負荷大大降低，有效地節(jié)約了人力成本。

3 基于瘦客戶機虛擬實驗教學平臺的功能和結構

虛擬實驗教學平臺的核心是采用云計算和虛擬化技術，建設一個虛擬實驗教學管理和資源共享的云平臺，實現校內外的優(yōu)質實驗教學資源充分共享和深度融合，滿足多點、多地和多種終端訪問的虛擬仿真教學的需求。

該平臺提供了非常全面的虛擬實驗教學功能，主要包括：實驗課管理、教學計劃制定、虛擬實驗教學平臺門戶網站、實驗時間和地點預約、實驗成績增刪改與查看、實驗室設備管理等。其中，門戶網站也可以服務當地教育行政部門，為全區(qū)教師提供專業(yè)發(fā)展平臺，達到為基層學校提高教育教學質量服務、推進教育教學改革的目的。開放式虛擬實驗教學平臺在學校的管理、科研、教研、培訓等工作中發(fā)揮著非常重要的作用。圖1為基于瘦客戶機的開放式虛擬實驗教學平臺架構圖，系統(tǒng)的工作方式如下。

（l）通過瘦客戶機等終端設備，用戶可以方便地連接到系統(tǒng)服務器端的虛擬化集中工具——會話管理中心，為桌面環(huán)境與服務器提供統(tǒng)一的管理平臺 。

（2）在用戶登錄時，服務器會根據不同的用戶分配不同的桌面環(huán)境。用戶通過身份驗證進入云數據中心后臺，實現了虛擬桌面的無縫登錄。

（3）用戶登錄后，可以進行一系列活動，包括預定實驗室、查詢實驗情況、查詢實驗課表等。另外，每個實驗室配有相應的監(jiān)視器，用來顯示實驗臺的使用情況。

（4）如果用戶選擇的是預定實驗室或實驗臺操作，則要在預定的時間內，通過一卡通刷卡進入實驗室。筆者教學中使用ZigBee控制實驗臺電源，在用戶刷卡后，對應的已預定實驗室或實驗臺的電源轉到“開”狀態(tài)，而監(jiān)控器上會顯示相應的實驗臺的狀態(tài)。

4 基于瘦客戶機實驗教學平臺中視頻傳輸應用效果

傳統(tǒng)的瘦客戶機系統(tǒng)對服務器性能和網絡帶寬提出了過高的要求。在以往的應用實踐中，雖然瘦客戶機系統(tǒng)能夠滿足用戶的大部分需求，但是多媒體通信的體驗無法令用戶滿意。在校園網絡中，在線用戶多、在線時間長，用戶帶寬和網絡應用相對于商業(yè)網絡和小區(qū)網絡更復雜?，F在市場上大部分云終端或瘦客戶機在虛擬桌面使用中只支持窗口化的標清視頻；而基于云計算平臺的瘦客戶機系統(tǒng)，通過引入流標簽和組播技術等概念，不僅可以提供更好的服務質量，還可以彌補多媒體應用上的不足，使用戶通過“云”體驗到非常理想的流媒體播放效果。筆者采用的辦法足對瘦客戶機的硬件進行重新開發(fā)，降低服務器和網絡的壓力，使虛擬機播放高清視頻非常流暢，并且支持HDMI高清接口、1080P高清電影播放，提供不低于30FPS的幀速率，虛擬桌面顏色大于32位，每臺虛擬機占用帶寬400-600KB，支持遠程播放視頻。因而，改進后的瘦客戶機系統(tǒng)有效地改進了多媒體性能，很好地支持虛擬云平臺環(huán)境下的多媒體應用。

5 結語

通過基于瘦客戶機的實驗教學平臺的建設，教學受時間和空間限制、人力資源短缺、運行維護難、信息安全等問題都得到了有效解決此外，平臺還提供了開放的、多維的、互動的、和諧的教學環(huán)境，使實驗室以及實驗設備得到了高效利用，有效提高了學生的實踐能力、創(chuàng)新意識以及自主學習能力。另外，隨著電子技術和云計算技術的發(fā)展，基于瘦客戶機的云平臺將會更好地滿足高校實驗教學市場的需求，所以從應用的角度來說，其在教學市場的前景非常廣闊。