空中合作系统功能的扩展

　　 卫星系统在一定程度上受地理位置的限制，因为设备和线缆很沉重，大部分是很难搬运的，它主要用于特定的教室。为了延展这一高效服务的覆盖面，不同地点间必须共享音视频信号。对此有三个解决办法：（1）增加功能上对等的站点；（2）通过网络连接；（3）提高信号质量[12][13]。

　　 1. 增加对等站点

　　 使用可移动空中合作系统站点是增加对等站点的方法之一，在大学内的可运输空中合作系统站点就具备空中合作系统的对等功能 ，借助发电机和自动跟踪1.8米天线，教室外任意一点都可以成为一个空中合作系统的对等站点。

　　 要在校园建立这样一个对等站点，必须交换如下音视频信号：

　　 ● 发射两个视频和一个音频

　　 ● 接收三个视频和一个音频

　　 除了音视频信号，所有站点还需要共享信道控制功能。在利用可运输空中合作系统站点实现屏幕共享的同时，可以利用WWW服务器／客户端的方法实现校园内信道控制信号的共享[11]，例如：在东京大学，利用这种方法，有10个以上教室接入SCS系统。

　　 2. 通过网络连接

　　 为了使空中合作系统得到最大扩展，也开展了将空中合作系统与ISDN或者IP会议系统相连接的尝试。结果是，线路带宽不够，为适应窄带环境，导致图像和音频质量下降。如果控制系统彼此不同，那么这种连接就不可避免地需要手动操作。但是这种连接的优点和这种覆盖的扩展性使教学人员可以很方便地和国外的大学实现国际间合作。

　　 空中合作系统现已在国内大专院校等机构内设立了150个站点，任何网络与空中合作系统连接都会给双方带来可喜的效果。国家多媒体教育研究所一直在和秋田大学进行合作实验，在夏威夷大学开展基于卫星的泛太平洋教育和通信试验，与日本国际合作机构及其他机构合作，利用SCS系统和ISDN视频系统进行试验。

　　 将两个覆盖面不同的卫星连接在一起，就可以实现两个网络的共享，这样就会遇到前面提到的同样问题：怎样交换音视频信号？怎样控制信道？空中合作系统不同于其它的卫星网络，它可以实现站点间同时共享2个或3个信道。通常的卫星网络一般只有一个共同的接收信道，如果在空中合作系统中两个或三个共享图像中有一个图像要从空中合作系统传输到其它卫星网络，图像的选择和切换就要求在两个网络的网关之间完成，如同画中画功能必须在多点中选择一个主画面进行共享一样。

　　 国家多媒体教育研究所从1996年开始进行了以下卫星网络连接实验：SCS与Post Partners，SCS与PEACESAT，SCS与MINCSUH，以及其它连接试验。尽管SCS与Post Partner的连接是一个试验网络并且要手动操作，但是它对于大学来说很有用，因为这个网络覆盖了一些亚太国家，包括泰国和印尼等。从1996年到2001年，通过与通信研究实验室（CRL）、邮电部以及其他机构的合作，我们进行了50多次连接试验。在国家多媒体教育研究所的支持下，在SCS中的日本大学，包括东海大学、电子通信大学、秋田大学等能够与泰国的马古国王理工学院、印度尼西亚的万隆理工大学、菲律宾的爱特诺德马尼拉大学等大学连接，开展国际间的教育交流试验。

　　 SCS系统的操作几乎是全自动的，但是Post Partners网络的运行和连接都是手动的，在国家多媒体教育研究所安装有两个网络的设备，实现音频和视频的中继。在试验中发现，由于偶然的环境变化，会导致两个网络之间声音失衡等问题。2003年启动了新的Post Partners项目，国家多媒体教育研究所将继续与之合作。

　　 2002年与PEACESAT合作，在夏威夷大学通过ISDN连接两个卫星网络，完成了SCS与PEACESAT的连接试验，大面积的覆盖率使两个网络都获益匪浅，人们期待这种连接能支持各种活动[14]。

　　 2002年，与岛根医科大学和其它大学合作，将可运输的空中合作系统基站移入大学，进行了SCS 与MINCSUH之间的连接试验。人们也都认为更大范围的覆盖率会有利于两个网络。

　　 在多站点之间，信号共享是必需的。空中合作系统在站点间共享两个或三个信道，这可以为网络提供更高的灵活性。如果这种多站点操作的方法也应用于连接的覆盖区域内，那么在一定覆盖区域内共享的这些信道必须在其它区域内平等地共享。因此，中继站必不可少，在基于IP的系统中也同样如此。对于合作的活动来说，互连对两个网络都有好处，但是连接技术和共享方法需要进一步地研究[12][13]。

　　 3. 提高信号质量

　　 不管我们使用什么样的网络技术，视频会议功能总是很重要的，但是要实现更高水平的讨论或者教学，需要共享更高清晰度的图像、表格或者数据。将信道的带宽从1.5M提高到6M，并不是一个好的解决方案，因为空中合作系统将同时使用2－3个信道，这将增加教学成本，但图像质量却趋于饱和。

　　 考虑到空中合作系统可以处理多个信道，我们于1998年在空中合作系统中开发了一个数据传输系统，这个系统在2－3个普通视频会议信道之外，利用一个1.5M的信道实现数据共享。这个数据传输系统发送数据到卫星系统的调制解调器，数据处理在Windows环境中完成，数据以多点传送的模式发送到其它参与站点。任何站点都可以通过这个信道将数据发送到任何站点。这样，一个网状数据共享模式就实现了。试验系统安装在空中合作系统的6个站点上。通过此系统，1.5M的数据信道就能够直接到达每一个教室[5][13]。

　　 国家多媒体教育研究所通过在空中合作系统网络上使用IP技术，进行了多画面传输的试验。为测试实时的互动系统，进行了软件编码和多点传送技术的试验。使用IP技术的卫星系统多数使用星形配置，在这种配置中，宽的下行信号从一个中心站发送出去到其他站点，窄的上行信号从其他站点发送至中心站。关于空中合作系统的网状卫星网络中使用IP，下列问题需要进一步研究：

　　 ● 没有总线专门为传输服务

　　 ● 多站点数据共享

　　 ● 需要一个信道转换和IP应用的界面（平台）

　　 多站点操作环境中IP技术的整合正处于研究阶段。

结论

　　 教育或研究活动过去是在一个封闭的教室或者实验室中独立完成的。空中合作系统中实现的简便协作功能激活了各种校际间的合作活动，如虚拟教室、研究型会议和座谈会。有了空中合作系统，许多大学第一次有可能通过网络合作，这也加速了日本利用远程教育的学分互换。因为这种方式缓解了时间和资金的压力，各种各样的校际间的合作成为可能，这包括一百多个站点间关于某一主题的学术讨论会、对学生的远程指导和大型虚拟座谈会。有时班级太小或者没有相关的教授，有些特殊的课程在单一大学难以完成，如果多个大学都需要这门课程，那么，多个大学可以共同邀请一个专家开设该课程。大学的一般课程也可以共享，而不必每所大学重复开设了，这对于难以参加校外学术活动的学生来说尤其有用。学生们甚至是教师都可以和其他大学交流各自的想法和做法，甚至还可能成立一个联合研究生院。

　　 通过网络的合作，研究型活动也得到了促进，通过使用空中合作系统和装备了电视摄像机和展示设备的教室，各所大学的展示技能也得到发展。

　　 虽然人们对具有高质量图像的远程教育梦想已久，但是其要求的技术、合适的教学法或者有效的内容截至目前还没有得到充分的研究。空中合作系统提供了一个好的环境，使我们可以开发一种全新的教育模式和教育活动。

　　 还需要在以下几个方面改进空中合作系统的功能：改进卫星系统使其更符合教育需要；进一步研究什么是最合适的配置？如何教学？ 教育和技术间的相互促进将产生新的教学法和技术。由于空中合作系统性能稳定、参与站点多并且使用时间长，在改善日本大学的教育和研究方面发挥了重要作用。同时，为推进合作网络的发展，仍需要开展进一步的研究。

[参考文献]

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[3] K. Kondo. (1996). VSAT Application for Inter-university Educational Network， Proc. IEICE， Vol.79， No.8， 777-782. (in Japanese)

[4] K. Kondo， K. Tanaka & A .Takahara. (1997). Japanese Inter-University Satellite Network"SCS"， IAF-97-M.5.01， Turin， Italy， Oct. 6-10.

[5] K. Kondo. (2001). Development of Inter-university Network SCS， Media and Education， 1-27， No.7. (in Japanese)

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[8] K. Kondo， R. Suzuki， Y. Uto， A. Igata (1996). A comparison Experiment of Compressed and Wide-Band Pictures for Educational Purpose， IEICE Trans.DII， Vol. J79-DII， No.10， 1734-1740， Oct.1996. (in Japanese)

[9] K. Kondo， T. Takewaki， K. Tanaka， H. Ohnishi， T. Kondo， K. Nagaoka， T. Hirose， K. Okada， & E. Kokue. (1996). Satellite Veterinary Educational Experiment using Compressed Picture， JET96-5， 53-58， 1996. (in Japanese)

[10] K. Kondo. Multi-Site Operation in Inter-University Satellite Network SCS"， IEICE Trans. D-I， Vol.J82-D-I， No.9， 1210-1216， Nov.1999. (in Japanese)

[11] K. Asai， K. Tanaka， K. Yuki， & K. Kondo. (1998). Extension of the Inter-University Satellite Network in Japan ， Online EDUCA， Berlin， Dec.， 1998.

[12] K. Kondo (2001) Study of International Collaboration System in Asia Pacific Region， ICDE2001， Dusseldorf.

[13] K. Kondo， N.OSAWA， K.Asai & H.Ohnishi. (2003). Functional Expansion of Space Collaboration System (SCS)， 21stAIAA ICSSC， AIAA-2003-2425， Tokyo， Apr.， 2003.

[14] C. Higa， K. Kondo. (2002). The Integration of Satellite Networks; Space Collaboration (SCS) and PEACESAT"， IEICE Technical Report， ET2002-32-43.

(韩艳辉 译 陈 丽 校)

评 论

　　 近藤喜美夫教授是日本国家多媒体教育研究所研究和发展部主任，他长期从事卫星教育网络的开发和应用研究工作，是日本卫星教育应用的先驱。他最早提出了应用卫星网络开展教育合作的设想，并主持开发了基于日本国内商业通信卫星JAST3的校际空中合作系统，目前，该校际空中合作系统已经拥有分布在123所大专院校和有关机构的150个站点。近藤喜美夫教授在文章中系统地介绍了空中合作系统的由来、技术路线、应用实验情况、学生的反馈、发展方向，以及存在的问题。

　　 日本是世界上最早应用卫星系统开展双向交互教学的国家之一。在日本，双向交互卫星系统有两种教育应用模式：一种模式是服务于远程教育机构的教学和学习支持过程，这种模式是早期双向交互卫星系统的应用方式；另一种模式是服务于常规高校或科研机构之间的交互活动，这种模式类似于美国大学教育电视系统的应用方式。空中合作系统是第二种模式的典型代表，这种模式最近几年发展非常迅速。

　　 我国是卫星教育应用最广泛的国家，也是最早开始实验双向交互卫星系统的国家之一。1988年北京师范大学利用6M带宽的卫星信道分别与加拿大和美国开展了实时双向远程教学的实验，尽管效果得到普遍的认可，但由于卫星信道费用和相关设备的昂贵，这种模式没有得到推广。1998年，清华大学率先利用6M带宽和卫星信道开展实时双向远程教学，正如本文中提到的，双向对称的交互需要所有站点都装备昂贵的发射设备，由于大多数站点没有能力购买发射设备，多数时间仍然使用单向卫星广播的模式。

　　 与日本相比，我国双向交互卫星系统的教育应用具有以下两个特点：

　　 1. 主要采用非平衡系统，这种系统利用1.5M卫星通道广播高清晰度的课程内容，利用窄带256k IP网络进行反馈信息的回传；

　　 2. 目前，双向卫星系统只是应用在远程教育系统中，尚未应用在其他形式的教育交流中。

　　 非平衡系统只能支持非对称的交互，非对称的交互容易造成交流双方关系的不平等，进而影响真正意义上交互的发生。为了实现远程平等交互，平衡系统必不可少。随着我国国民经济的发展，相信在平衡系统支持下的平等交流很快将成为现实。随着教育国际化和教育信息化的发展，教育交流的范围、形式和内容将不断丰富。本文介绍的平衡式双向交互卫星系统在日本教育机构间，以及与国际教育机构之间教育交流中的应用模式非常值得借鉴。

　　 文中总结的经验，对我国的实践有以下几点启发：

　　 1. 除了在远程教育系统中利用双向卫星系统外，还应该借鉴空中合作系统的经验，利用双向卫星系统，开展国内、国际教育机构之间的学术交流和资源共享，更有效地利用卫星资源，促进教育的均衡发展和国际化；

　　 2. 应该开发多种双向交互卫星系统，并研究各种双向交互卫星系统的应用模式和成本效益，提供多种选择，允许教育机构根据实际需要，选择合适的技术解决方案；

　　 3. 无论使用平衡系统还是非平衡系统，技术都不能自动提高交互效果，教育交流的质量更大程度上取决于教学设计，因此，应该重视利用双向卫星系统进行远程交流的教学设计方法的研究和推广。

　　 本文的经验说明，在互联网时代，卫星仍然是重要的教育交流媒体，平衡式双向卫星系统在支持平等的教育交流与合作方面，具有不可比拟的优越性。（陈 丽）