技术领域
[0001] 本
发明涉及远程教育技术领域，具体涉及一种在线教育系统及方法。
背景技术
[0002] 现代远程教育是随着现代信息技术的发展而产生的一种新型教育方式。现代远程教育可以有效地发挥远程教育的特点，是一种相对于面授教育、师生分离、非面对面组织的教学活动，它是一种跨学校、跨地区的教育体制和教学模式，它的特点是：学生与教师分离；采用特定的传输系统和传播媒体进行教学；信息的传输方式多种多样；学习的场所和形式灵活多变。
[0003] 随着计算机应用技术和网络技术的不断发展，各类网上应用层出不穷，提供在线教育的各类在线教育平台也应运而生。例如，专用的黑板类
软件可以共享教师的课件和书写内容，并提供课件录制功能，但是该类软件的缺点在于：第一、不具备远程协助的功能。当学生有疑难问题时，教师无法进行远程协助，无法在学生的电脑屏幕上进行演示操作；第二、不具有即时互动的功能，即教师与学生无法即时
聊天(包括视频聊天、语音聊天和文字聊天)，教师无法及时从学生那里得到教学反馈，学生也无法及时向教师提出问题，接受教师的答疑解惑。由于这些
缺陷的存在，极大影响了在线教育的效果，降低了用户体验。
发明内容
[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于克服
现有技术的不足，提供一种在线教育系统及方法，以解决现有技术中在线教育平台功能单一导致的教育效果不佳，用户体验度低的问题。
[0005] 为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] 一种在线教育系统，包括：
[0007] 教师端，及，至少一个学生端；
[0008]
服务器端，用于建立所述教师端与学生端的通信连接，并通过所述通信连接，实现所述教师端与所述学生端的教育互动；
[0009] 其中，所述教育互动包括：黑板共享、课件共享、
即时通信、远程协助。
[0010] 优选地，所述教师端和所述学生端，分别布设有NAT网关；
[0011] 所述服务器端，包括：STUN服务器，和/或，TURN服务器。
[0012] 另外，本发明还提出了一种在线教育方法，包括：
[0013] 教师端通过服务器端与至少一个学生端建立通信连接；
[0014] 通过所述通信连接，所述教师端与所述学生端进行教育互动；
[0015] 其中，所述教育互动包括：黑板共享、课件共享、即时通信、远程协助。
[0016] 优选地，所述教师端和所述学生端，分别布设有NAT网关；
[0017] 所述服务器端，包括：STUN服务器，和/或，TURN服务器。
[0018] 优选地，所述教师端通过服务器端与至少一个学生端建立通信连接，包括：
[0019] 教师端与至少一个学生端，同时连接到服务器后，所述教师端与每个所述学生端建立一个P2P控制信息的打洞线程，进行P2P的打洞连接；
[0020] 所述教师端与所述学生端打洞成功后，所述教师端与所述学生端进入通信状态，双方依靠心跳包保持彼此的NAT网关的互通状态。
[0021] 优选地，所述教师端与所述学生端进行黑板共享，包括：
[0022] 所述教师端与每个所述学生端新建一个黑板共享的P2P打洞线程，进行P2P的打洞连接；
[0023] 所述教师端与所述学生端打洞成功后，所述教师端与所述学生端进入通信状态，双方依靠心跳包保持彼此的NAT网关的互通状态；
[0024] 所述教师端读取教师端自身的黑板信息，并将所述黑板信息发送给打洞成功的学生端，以使所述学生端重现所述黑板信息；
[0025] 所述黑板信息包括：工具信息，和/或，动作信息；所述工具信息包括：画笔信息、橡皮擦信息；所述动作信息包括：书写、擦除、撤销、重复、清空。
[0026] 优选地，所述教师端与所述学生端进行课件共享，包括：
[0027] 所述教师端加载待共享的课件，并向所有学生端发送将要共享课件的通知消息，以使所述学生端接收到所述通知消息后，启动文件传输的P2P打洞线程；
[0028] 所述教师端接收到任一所述学生端发送的ACK响应时，向发送ACK响应的学生端启动文件传输的P2P打洞线程；
[0029] 所述教师端通过TCP/IP协议，向打洞成功的学生端发送待共享的课件。
[0030] 优选地，所述教师端与所述学生端进行即时通信，包括：
[0031] 所述教师端向所述学生端发送将要发送
媒体流的通知消息，以使所述学生端接收到所述通知消息后，启动媒体流的P2P打洞线程；
[0032] 所述教师端接收到任一所述学生端发送的ACK响应时，向发送ACK响应的学生端启动媒体流的P2P打洞线程；
[0033] 所述教师端向打洞成功的学生端发送媒体流。
[0034] 优选地，所述教师端与所述学生端进行远程协助，包括：
[0035] 所述教师端与需要进行远程协助的学生端建立远程协助的P2P打洞线程；
[0036] 所述学生端向打洞成功的教师端发送学生端自身的屏幕信息；
[0037] 所述教师端接根据所述屏幕信息进行
鼠标操作，并将包含所述鼠标操作的鼠标信息发送给所述学生端，以使所述学生端解析所述鼠标信息，并在本地重现所述鼠标动作。
[0038] 优选地，所述打洞线程的命名规则为：源用户名+目标用户名+功能+发起/接受识别符；其中，所述源用户名/目标用户名为：教师端的用户名，或者学生端的用户名；所述功能包括：黑板共享、课件共享、即时通信、远程协助。
[0039] 本发明采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：
[0040] 通过服务器端，建立教师端与学生端的通信连接，实现了黑板共享、课件共享、即时通信、远程协助多种形式的教育互动，功能丰富，多种交互手段相结合，使得教师和学生能够更加平滑地进行远程交流，教育效果好，用户体验度高。
附图说明
[0041] 为了更清楚地说明本发明
实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0042] 图1为本发明一实施例提供的一种在线教育系统的示意图；
[0043] 图2为本发明一实施例提供的一种在线教育方法的
流程图。
具体实施方式
[0044] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
[0045] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
[0046] 参见图1，本发明一实施例提供的一种在线教育系统，包括：
[0047] 教师端1，及，至少一个学生端2；
[0048] 服务器端，用于建立所述教师端1与学生端2的通信连接，并通过所述通信连接，实现所述教师端1与所述学生端2的教育互动；
[0049] 其中，所述教育互动包括：黑板共享、课件共享、即时通信、远程协助。
[0050] 可以理解的是，本发明提供的技术方案，通过服务器端，建立教师端与学生端的通信连接，实现了黑板共享、课件共享、即时通信、远程协助多种形式的教育互动，功能丰富，多种交互手段相结合，使得教师和学生能够更加平滑地进行远程交流，教育效果好，用户体验度高。
[0051] 优选地，所述教师端1和所述学生端2，分别布设有NAT网关3；
[0052] 所述服务器端，包括：STUN服务器4，和/或，TURN服务器5。
[0053] 所述STUN服务器4，和/或，TURN服务器5，能够探测网络中是否存在NAT网关，并对不同NAT模型实施不同穿越方法，从而建立所述教师端与学生端的通信连接。
[0054] 需要说明的是，所述教师端1和所述学生端2，包括以下项中的至少一种：
[0056] 优选地，所述服务器端，还包括：登录服务器6，所述登录服务器6与所述STUN服务器4，和/或，TURN服务器5相连。教师端1或学生端2先登录登录服务器6，通过登录服务器6的身份验证后，才可以与所述STUN服务器4，和/或，TURN服务器5建立通信连接。这样设置的好处在于，能够提高系统的安全性和可靠性，用户体验度高。
[0057] 参见图2，本发明还提出了一种在线教育方法，包括：
[0058] 步骤S11、教师端通过服务器端与至少一个学生端建立通信连接；
[0059] 步骤S12、通过所述通信连接，所述教师端与所述学生端进行教育互动；
[0060] 其中，所述教育互动包括：黑板共享、课件共享、即时通信、远程协助。
[0061] 可以理解的是，本发明提供的技术方案，通过服务器端，建立教师端与学生端的通信连接，实现了黑板共享、课件共享、即时通信、远程协助多种形式的教育互动，功能丰富，多种交互手段相结合，使得教师和学生能够更加平滑地进行远程交流，教育效果好，用户体验度高。
[0062] 可以理解的是，在本发明提供的技术方案的
基础上，可以设置教师端通过服务器端与至少一个学生端建立通信连接，是教师端与其绑定的学生端建立通信连接。例如，A教师教授B、C、D三个学生，那么A教师只与B、C、D三个学生的学生端建立通信连接。这样设置的好处是，便于在线教育系统或平台根据教育资源的被利用情况进行收费，同时，也利于节省教育系统或平台的带宽，提高系统安全性。
[0063] 优选地，所述教师端和所述学生端，分别布设有NAT网关；
[0064] 所述服务器端，包括：STUN服务器，和/或，TURN服务器。
[0065] 所述STUN服务器，和/或，TURN服务器，能够探测网络中是否存在NAT网关，并对不同NAT模型实施不同穿越方法，从而建立所述教师端与学生端的通信连接。
[0066] 需要说明的是，所述教师端和所述学生端，包括以下项中的至少一种：
[0067] 台式机、笔记本电脑。
[0068] 优选地，所述服务器端，还包括：登录服务器，所述登录服务器与所述STUN服务器，和/或，TURN服务器相连。教师端或学生端先登录登录服务器，通过登录服务器的身份验证后，才可以与所述STUN服务器，和/或，TURN服务器建立通信连接。这样设置的好处在于，能够提高系统的安全性和可靠性，用户体验度高。
[0069] 当用户以教师或者学生的身份登陆教师端或学生端的时候，教师端或学生端对登录服务器以TCP/IP方式进行连接
访问。通过登录服务器的身份验证后，教师端或学生端可以通过加密数据获取与教师端绑定的学生端信息，或者与所述学生端绑定的教师端信息，并将相关信息存储在本地。
[0070] 可以理解的是，所述学生端信息包括但不限于：学生端的IP地址，学生端的身份识别号、学生端的课时情况等；所述教师端信息包括但不限于：教师端的IP地址，教师端的身份识别号、教师端的课时情况等。
[0071] 优选地，所述教师端通过服务器端与至少一个学生端建立通信连接，包括：
[0072] 教师端与至少一个学生端，同时连接到服务器后，所述教师端与每个所述学生端建立一个P2P控制信息的打洞线程，进行P2P的打洞连接；
[0073] 所述教师端与所述学生端打洞成功后，所述教师端与所述学生端进入通信状态，双方依靠心跳包保持彼此的NAT网关的互通状态。
[0074] 可以理解的是，打洞成功后，NAT网关的端口保持一段时间的开启，超过这个时间，将会关闭，因此，教师端与学生端打洞成功后，双方进入通信状态，双方依靠心跳包保持彼此的NAT网关的互通状态。
[0075] 优选地，所述教师端与所述学生端进行黑板共享，包括：
[0076] 所述教师端与每个所述学生端新建一个黑板共享的P2P打洞线程，进行P2P的打洞连接；
[0077] 所述教师端与所述学生端打洞成功后，所述教师端与所述学生端进入通信状态，双方依靠心跳包保持彼此的NAT网关的互通状态；
[0078] 所述教师端读取教师端自身的黑板信息，并将所述黑板信息发送给打洞成功的学生端，以使所述学生端重现所述黑板信息；
[0079] 所述黑板信息包括：工具信息，和/或，动作信息；所述工具信息包括：画笔信息、橡皮擦信息；所述动作信息包括：书写、擦除、撤销、重复、清空。
[0080] 可以理解的是，对黑板共享功能，教师端与每个所述学生端新建一个黑板共享的P2P打洞线程，同时，对端的学生端也开始和自己的教师进行P2P的打洞连接。打洞成功后，双方也依靠心跳包来维持彼此NAT的互通状态。
[0081] 当教师在教师端的黑板上选择铅笔写字的时候，所选择的画笔和笔画的数据通过画板协议，以P2P的方式，通过已打通的黑板内容通道，传输给每一个学生端。学生端在收到画笔类型和笔画数据后，回答ACK给教师端，并且开始在学生端的黑板上用相同粗细的铅笔进行相同内容的描绘。当教师选择“撤销”这一动作对刚才所写的内容进行撤销时，该动作通过画板协议，以P2P的方式，经由已打通的黑板内容通道，传输给每一个学生端。学生端在收到“撤销”动作后，回答ACK给教师端，并对之前所绘制的内容进行撤销。其他的橡皮擦，彩笔作画工具和“重复”“清空”这些动作也和上述描绘情况类似。
[0082] 优选地，所述教师端与所述学生端进行课件共享，包括：
[0083] 所述教师端加载待共享的课件，并向所有学生端发送将要共享课件的通知消息，以使所述学生端接收到所述通知消息后，启动文件传输的P2P打洞线程；
[0084] 所述教师端接收到任一所述学生端发送的ACK响应时，向发送ACK响应的学生端启动文件传输的P2P打洞线程；
[0085] 所述教师端通过TCP/IP协议，向打洞成功的学生端发送待共享的课件。
[0086] 可以理解的是，当教师开始讲课时，首先调入自己的课件，目前本发明支持的课件格式包括：PDF和JPG，PNG等图片格式，其他格式的课件需要先进行格式转换。PDF的读入和解析/显示采用开源的xpdf-3.04，图片的读入和显示采用QT的QPixmap和Qimage进行处理。教师端加载待共享的课件后，教师端开始把课件配发给每个学生端。由于之前的教师端和每个学生端的P2P控制信息通道保持通畅的状态，因此教师端发出将要共享课件的通知消息给每个学生端，学生端收到这个通知消息后，启动文件传输的P2P打洞线程，并发送ACK给教师端。教师端收到学生端反馈的ACK
信号后，针对该学生端启动一个P2P打洞线程。在双方打洞成功之后，通过TCP/IP协议发送课件。在学生端确认收到课件后，双方停止该线程的服务，该任务完成。
[0087] 优选地，所述教师端与所述学生端进行即时通信，包括：
[0088] 所述教师端向所述学生端发送将要发送媒体流的通知消息，以使所述学生端接收到所述通知消息后，启动媒体流的P2P打洞线程；
[0089] 所述教师端接收到任一所述学生端发送的ACK响应时，向发送ACK响应的学生端启动媒体流的P2P打洞线程；
[0090] 所述教师端向打洞成功的学生端发送媒体流。
[0091] 需要说明的是，所述媒体流包括：
视频流和
音频流。
[0092] 可以理解的是，课件发送完毕之后，教师开始对课件的内容进行讲解，这时需要启动视频和音频服务。或者，当前这堂课就是答疑课，这时也需要启动视频和音频服务。
[0093] 由于之前教师端和每个学生端的P2P控制信息通道保持通畅的状态，因此教师端向学生端发送将要发送媒体流的通知消息，同时开启对各个学生媒体流的P2P打洞线程，每个学生端收到这个消息后，启动媒体流的P2P打洞线程，在双方打洞成功之后，进行媒体流的传输服务。
[0094] 优选地，所述教师端与所述学生端进行远程协助，包括：
[0095] 所述教师端与需要进行远程协助的学生端建立远程协助的P2P打洞线程；
[0096] 所述学生端向打洞成功的教师端发送学生端自身的屏幕信息；
[0097] 所述教师端接根据所述屏幕信息进行鼠标操作，并将包含所述鼠标操作的鼠标信息发送给所述学生端，以使所述学生端解析所述鼠标信息，并在本地重现所述鼠标动作。
[0098] 可以理解的是，教师对学生讲解的过程中，某个学生碰到问题，需要教师进行操作辅导，这时教师通过教师端选择远程协助该学生的学生端。由于之前的教师端和每个学生端的P2P控制信息通道保持通畅的状态，因此教师端发出需要远程协助的通知信息告诉该学生，同时启动远程协助的P2P打洞线程，该学生端收到通知消息后也启动远程协助的P2P打洞线程，并且返回ACK给教师端。双方打洞成功后，利用远程协议进行远程控制，由教师操控学生的电脑，把步骤演示给学生看。在确认版本号，特殊的验证信息后，学生端把屏幕信息传输给教师端，教师端把包含鼠标操作的鼠标信息发送给学生端，学生端在本地重现所述鼠标动作，学生端的操作结果通过屏幕信息返回给教师端。在操作任务完成后，或者在操作过程中，学生端和教师端都可以把远程协助关闭。由于之前教师端和该学生端的P2P控制信息通道保持通畅的状态，任何一方的关闭操作都会传到对方，于是双方切断远程协助的P2P的连接，远程协助任务结束。
[0099] 优选地，所述打洞线程的命名规则为：源用户名+目标用户名+功能+发起/接受识别符；其中，所述源用户名/目标用户名为：教师端的用户名，或者学生端的用户名；所述功能包括：黑板共享、课件共享、即时通信、远程协助。
[0100] 由上述技术方案可知，当一个教师有5个学生的时候，如果这一个教师同时和他的5个学生进行视频通话、音频通话、黑板共享、课件共享和远程协助的话，那么他就需要同时开5*(视频通话+音频通话+黑板共享+课件共享+远程协助+控制)共30个P2P的打洞连接。
[0101] 为了管理这些不同的打洞连接，对所述打洞线程采用“源用户名+目标用户名+功能+发起/接受识别符”的命名规则，将功能相同，用户名不同的线程归为一组进行管理，简化了代码的同时，还可以使各个P2P链路互不干扰。
[0102] 另外，可以理解的是，不同的NAT网关，P2P打洞成功后，动态端口维持开启的时间也不尽相同，通常在20S-60S之间。对于那些需要通畅连接，但并非时时刻刻都有数据传输的P2P链路，例如P2P控制信息通道需要心跳包来维持。而对于类似课件共享的P2P链路，由于其数据是一次性传输完毕，所以无需心跳包的维持。
[0103] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉
本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述
权利要求的保护范围为准。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。
