何曉鴻 胡曉君(武漢交通職業(yè)學(xué)院,湖北 武漢 430065)

基于云計(jì)算的數(shù)字校園網(wǎng)模型研究*

何曉鴻 胡曉君
(武漢交通職業(yè)學(xué)院,湖北 武漢 430065)

文章結(jié)合松耦合、按需分配的設(shè)計(jì)理念以及云計(jì)算的架構(gòu)思想,提出并介紹數(shù)字化校園網(wǎng)的云化架構(gòu)模型,描述模型中基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)層、平臺服務(wù)層、應(yīng)用服務(wù)層以及安全支撐體系的功能和應(yīng)用場景。數(shù)字校園網(wǎng)的云化架構(gòu)可以有效提高硬件設(shè)備的使用效率,節(jié)省軟硬件維護(hù)成本,增加用戶體驗(yàn)的友好程度,這對數(shù)字校園網(wǎng)的建設(shè)具有一定的參考和指導(dǎo)意義。

云計(jì)算;數(shù)字校園網(wǎng);云化架構(gòu);虛擬化

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展,高等院校的數(shù)字化、信息化建設(shè)也漸漸被當(dāng)作該校綜合實(shí)力以及現(xiàn)代化層次的一個重要評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)字化、信息化的校園平臺,一方面可以為學(xué)校的教學(xué)和科研提供強(qiáng)大的技術(shù)支持,另一方面,它作為一個開放的平臺,新的思想、觀點(diǎn)可以通過這個平臺得到快速的傳播和交流,給學(xué)校在人才培養(yǎng)、教育觀點(diǎn)、校園管理方面帶來新的面貌。作為其技術(shù)支撐平臺的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),近年來,也從功能簡單,以學(xué)習(xí)為主、以文本為主的web1.0時代開始,跨過任何人都可以參與的,用戶可產(chǎn)生內(nèi)容的合作化、社區(qū)化的web2.0時代,逐漸進(jìn)入到功能可以自定義和擴(kuò)充、任何人都可以創(chuàng)新的云計(jì)算時代。構(gòu)建基于云計(jì)算的數(shù)字化校園將是未來發(fā)展的方向。

1 云計(jì)算概論

云計(jì)算的概念首次踏入公眾眼簾是在2007 年,IBM公司宣布了它的云計(jì)算計(jì)劃。在IBM的技術(shù)白皮書“Cloud Computing”里這樣定義“云計(jì)算”:云計(jì)算[1]描述了一種類型的系統(tǒng)平臺或者一種類型的應(yīng)用程序。“云平臺”可以動態(tài)的按需部署、按需配置、按需開通或取消服務(wù)。其中的服務(wù)器可以是物理的服務(wù)器,也可以是虛擬化的服務(wù)集群,高級的云計(jì)算通常還包含其他的一些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲設(shè)備、防火墻以及其他安全設(shè)備等?！霸茟?yīng)用”則是一種能通過互聯(lián)網(wǎng)來訪問的,具有可擴(kuò)展性的應(yīng)用程序。使用大規(guī)模的服務(wù)器集群來運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序和服務(wù),任意用戶都能通過互聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備訪問。由此可見,IBM定義云計(jì)算有兩個方面的含義:一方面,描述了一個類似于當(dāng)前操作系統(tǒng)功效的基礎(chǔ)設(shè)施平臺,另一方面,描述了建立在基礎(chǔ)設(shè)施平臺之上的云計(jì)算應(yīng)用。

云計(jì)算提供了支持動態(tài)擴(kuò)展資源池的、虛擬化的、高可用性的下一代計(jì)算平臺[2]。具有以下基于web2.0模式的網(wǎng)絡(luò)無法比擬的三個特征:第一,云計(jì)算的基礎(chǔ)設(shè)施可以最大限度的利用廉價(jià)的硬件基礎(chǔ)設(shè)施,搭建在廉價(jià)服務(wù)器集群之上;第二,基于云計(jì)算的應(yīng)用程序是與底層服務(wù)協(xié)作開發(fā)的,最大限度地利用了運(yùn)算,存儲,網(wǎng)絡(luò)能力等資源;第三,通過冗余的多個廉價(jià)服務(wù)器之間的備份,使應(yīng)用軟件達(dá)到了很高的可靠性。

2 數(shù)字化校園的現(xiàn)狀

1990年,在最早全面實(shí)行信息化教育的美國,克萊蒙特大學(xué)的教授Kenneth C.Green率先提出了數(shù)字化校園的概念,并啟動了迄今為止,最具代表性的高校信息化研究項(xiàng)目CampusComputingProject(CCP)。而后,在近10年時間里,美國總統(tǒng)克林頓先后撥款5億美元,用于資助國家實(shí)驗(yàn)室以及部分大學(xué)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。現(xiàn)如今,互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)連接了美國境內(nèi)所有的學(xué)校,而且隨著無線互聯(lián)技術(shù)的發(fā)展,移動在線學(xué)習(xí)已經(jīng)在美國各大高校蔓延;而在歐洲,英國無疑是信息化教育技術(shù)開始最早的國家。英國政府提供了全民學(xué)習(xí)網(wǎng)作為全民網(wǎng)絡(luò)教育通道,經(jīng)過近10年的發(fā)展,該網(wǎng)絡(luò)平臺已經(jīng)成為歐洲最大的全民教育門戶網(wǎng)站,覆蓋了國內(nèi)所有的企業(yè)、家庭、社會服務(wù)系統(tǒng)、教育機(jī)構(gòu)以及公眾傳媒體系,可以滿足職業(yè)教育、家庭教育、學(xué)校教育等多種需求?？偠灾?國外的發(fā)達(dá)國家在數(shù)字化教育建設(shè)的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了一個嶄新的時代。

我國的數(shù)字化校園建設(shè)始于90年代,全國各大高校對建立數(shù)字化校園的重視程度與日俱增,數(shù)字化的校園建設(shè)風(fēng)起云涌,校園內(nèi)的軟硬件設(shè)施建設(shè)也是迅猛發(fā)展,如今網(wǎng)絡(luò)覆蓋率已經(jīng)達(dá)到95%以上,全國高校人均生機(jī)比達(dá)16∶1,已經(jīng)建成了以數(shù)字化校園網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的多種應(yīng)用系統(tǒng),例如網(wǎng)上遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)、數(shù)字化的開學(xué)迎新系統(tǒng)、網(wǎng)上校務(wù)管理系統(tǒng)、網(wǎng)上圖書管理系統(tǒng)、校園一卡通系統(tǒng)、公共數(shù)據(jù)平臺、視頻會議系統(tǒng)等。高校教育信息化建設(shè)日新月異,得到了前所未有的發(fā)展。

但是,數(shù)字化校園網(wǎng)的飛速發(fā)展,必然給其建設(shè)提出一系列新的要求。數(shù)字化校園也逐漸從以硬件基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和系統(tǒng)建設(shè)為主的階段,過渡到優(yōu)化整合各種應(yīng)用平臺,優(yōu)化資源結(jié)構(gòu)配置,提供更方便、更靈活的服務(wù)階段?；谠朴?jì)算的數(shù)字校園網(wǎng)將是很好的一個選擇。搭建基于云計(jì)算的數(shù)字化校園可以有效解決現(xiàn)階段校園網(wǎng)中由于基礎(chǔ)設(shè)置的閑置、重復(fù)購置、軟硬件投入失衡導(dǎo)致的資源浪費(fèi)問題;由于各部門獨(dú)立建立自己的應(yīng)用系統(tǒng),無法共享、交換數(shù)據(jù)造成的信息孤島問題;由于信息資源管理的各自為政,造成同一校園網(wǎng)用戶需要多次認(rèn)證以進(jìn)入不同的應(yīng)用系統(tǒng)的問題等等。

3 基于云計(jì)算的數(shù)字化校園模型

云計(jì)算依靠標(biāo)準(zhǔn)化、虛擬化的方式有機(jī)地整合了云中的硬、軟件資源,并以服務(wù)的方式,通過網(wǎng)絡(luò)提交給用戶。典型的云計(jì)算架構(gòu)由基礎(chǔ)設(shè)施層、平臺層、應(yīng)用層組成[3](如圖1)?；A(chǔ)設(shè)施層是指通過整合分散在不同位置的各種計(jì)算機(jī)資源、存儲資源來提供虛擬化的平臺環(huán)境,從而對外提供靈活的,可隨機(jī)動態(tài)調(diào)整的基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù);平臺層位于基礎(chǔ)設(shè)施之上,為用戶的云應(yīng)用提供諸如云中資源的部署、分配、管理、監(jiān)控等運(yùn)行和維護(hù)資源的支持,使開發(fā)者不需要過多的考慮所需要的軟硬件環(huán)境,只需要專注于自己的具體開發(fā)工作;應(yīng)用層位于平臺層之上,它支持云用戶直接利用已有的各種服務(wù),或者利用已有的接口去開發(fā)自己的程序,使得用戶從常規(guī)的程序安裝、運(yùn)行、維護(hù)的工作中解脫出來,也減輕了軟件維護(hù)和售后技術(shù)支持等方面的負(fù)擔(dān)與成本。

圖1 云計(jì)算層次化模型

基于通用的云計(jì)算模型[4],建立數(shù)字校園網(wǎng)建設(shè)的實(shí)際應(yīng)用狀況[5],本著整合各種應(yīng)用平臺,優(yōu)化資源結(jié)構(gòu)配置,提供更方便、靈活的用戶服務(wù)的原則,本文提出了一種新的高效率、低耦合、高復(fù)用的、基于云平臺的數(shù)字校園網(wǎng)模型(如圖2)。

圖2 數(shù)字化校園架構(gòu)模型

從圖2可以看出,第一,所有的網(wǎng)內(nèi)計(jì)算資源在云平臺服務(wù)中心注冊服務(wù),用戶根據(jù)注冊的目錄來搜索對應(yīng)的服務(wù),并據(jù)此對相關(guān)的服務(wù)資源進(jìn)行調(diào)度及使用。第二,該模型主體包括基礎(chǔ)設(shè)施層,以提供虛擬化的硬件資源池;平臺層,以提供統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的軟件支撐平臺;應(yīng)用層,以提供動態(tài)靈活的應(yīng)用服務(wù)。另外,校園云的安全管理為該模型提供了整體的安全保障。

基礎(chǔ)設(shè)施層一方面完成了對校園網(wǎng)內(nèi)部硬件設(shè)備,比如服務(wù)器,存儲單元、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、I/O資源等的整合,另一方面利用網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化技術(shù)、服務(wù)器虛擬化技術(shù)、存儲虛擬化技術(shù)等,對各種硬件資源進(jìn)行池化處理,并對它們進(jìn)行管理和自動部署?；A(chǔ)設(shè)施服務(wù)把各種服務(wù)器打包成虛擬機(jī),供用戶調(diào)度,通過虛擬網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)多個虛擬機(jī)之間的交互,是基于云計(jì)算的數(shù)字校園網(wǎng)模型的基礎(chǔ)和物質(zhì)保障。對于數(shù)字校園網(wǎng)來說,這種設(shè)計(jì)可以非常有效地提高應(yīng)用服務(wù)的靈活性和對用戶請求的響應(yīng)能力,并大大降低采購硬件設(shè)備的采購成本以及使用期內(nèi)的維護(hù)費(fèi)用;平臺層作為資源管理的中間件,對應(yīng)用層提供服務(wù),它實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一的用戶管理、統(tǒng)一的安全管理、統(tǒng)一的資源管理、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理,通過集群、虛擬化、負(fù)載均衡等對外提供統(tǒng)一的身份認(rèn)證和訪問控制服務(wù),開發(fā)、測試服務(wù)等等。例如,校園網(wǎng)服務(wù)平臺的數(shù)據(jù)中心平臺建設(shè),可以設(shè)計(jì)將多種業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心平臺,構(gòu)建統(tǒng)一、完整的數(shù)字化校園網(wǎng)支撐平臺。所有業(yè)務(wù)應(yīng)用共享數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)中心平臺對用戶層提供數(shù)據(jù)的系統(tǒng)維護(hù)、整合、訂閱、以及綜合信息服務(wù)等功能;應(yīng)用層最終對用戶提供個性化的軟件服務(wù),是數(shù)字校園網(wǎng)提供的按需申請的最終端的服務(wù),用戶可以通過網(wǎng)頁瀏覽器、手機(jī),瘦客戶端訪問數(shù)字校園網(wǎng)。校園網(wǎng)通用的應(yīng)用層服務(wù)有郵件服務(wù)系統(tǒng)、辦公系統(tǒng)、科研系統(tǒng)、遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)、電子圖書館系統(tǒng)等,這些應(yīng)用系統(tǒng)通過平臺層和基礎(chǔ)設(shè)施層的支持,即可在云架構(gòu)下靈活的擴(kuò)展和管理,搭建成軟件服務(wù)云。用戶只要擁有相關(guān)權(quán)限,登陸到云端就可以得到軟件的相應(yīng)服務(wù)。即可在任何地方訪問云服務(wù),不需要安裝系統(tǒng),更不需要承擔(dān)系統(tǒng)繁瑣的日常維護(hù)工作。至此,我們已經(jīng)搭建起了一個基于數(shù)字化的校園網(wǎng)云服務(wù)。另外,為了加強(qiáng)云服務(wù)的安全性,云服務(wù)的安全保障模塊也是必不可少的。比如,用戶只有通過認(rèn)證,得到授權(quán),才能訪問自己的數(shù)據(jù);不同等級的用戶,可以支持不同的訪問權(quán)限;用戶自己的數(shù)據(jù)在加載到內(nèi)存,或在網(wǎng)絡(luò)上傳送的時候,不可以被其他的用戶瀏覽或更改以保證用戶個人數(shù)據(jù)的私密性等,以保證云上的數(shù)字校園網(wǎng)具有一個安全的應(yīng)用環(huán)境。

4 結(jié)論

本文在研究傳統(tǒng)校園網(wǎng)架構(gòu)的基礎(chǔ)之上,結(jié)合當(dāng)今先進(jìn)的松耦合、按需分配的設(shè)計(jì)理念以及云計(jì)算的架構(gòu)思想,搭建了層次化的數(shù)字校園網(wǎng),設(shè)計(jì)并給出了數(shù)字化校園網(wǎng)的云化架構(gòu)模型,詳細(xì)描述了模型中基礎(chǔ)設(shè)施層、平臺層、應(yīng)用層以及安全支撐體系的功能和應(yīng)用場景。實(shí)踐證明,通過該數(shù)字校園網(wǎng)的云化架構(gòu),可以有效提高硬件設(shè)備的使用效率,節(jié)省軟件硬件維護(hù)、安全、日常管理方面的人力和財(cái)力,同時由于用戶訪問的靈活性和響應(yīng)速度的大幅提高,也大大提高了用戶體驗(yàn)的友好程度。這種基于云計(jì)算的數(shù)字校園網(wǎng)模型對于以后的數(shù)字化校園網(wǎng)建設(shè)具有一定的參考和指導(dǎo)意義。

[1]Boss G,Malladi P,Quan D,Legregni L,Hall H. Cloud Computing.IBM White Paper[EB/OL].(2009 -12-06).http://download.boulder.ibm.com/ibmdl/ pub/software/dw/wes/hipods/Cloud_computing_wp_final _8Oct.pdf.

[2]John B Horrigan.Use of Cloud Computing Applications And Services[M].Washington:the Pew Research Center,2008:987-1120.

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TP393.18

A

1672-9846(2013)02-0078-03

2013-04-13

何曉鴻(1976-),女,湖北武漢人,武漢交通職業(yè)學(xué)院講師,主要從事電子與信息技術(shù)教學(xué)。

胡曉君(1968-),女,湖北武漢人,武漢交通職業(yè)學(xué)院教師,主要從事計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)教學(xué)。