肖克曦

摘要：云計(jì)算的出現(xiàn)，為高校教育信息化平臺(tái)帶來(lái)了新的建設(shè)和應(yīng)用模式。分析了云計(jì)算三種服務(wù)模式及其關(guān)系；闡述了目前高校教育信息化平臺(tái)建設(shè)中存在的問(wèn)題；給出了基于云計(jì)算的高校教育信息化平臺(tái)的架構(gòu)體系；通過(guò)一個(gè)典型案例說(shuō)明了教育云平臺(tái)的構(gòu)建內(nèi)容。

關(guān)鍵詞： 云計(jì)算；教育信息化；架構(gòu)體系；服務(wù)模式；虛擬化

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）17-0134-02

Abstract：The emergence of cloud computing brings new construction and application mode for the educational information platform of higher education. Analysis of cloud computing three service models and their relations， and expounds the problems existing in the construction of university education information platform； and presents the architecture of college education information platform based on cloud computing； and through a typical case， illustrates the education cloud platform construction of content.

Key words：Cloud Computing； Educational Informationization； Architecture； Service Model； Virtualization

1 引言

在教育信息化平臺(tái)建設(shè)中，各高校在基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)、軟硬件設(shè)備的購(gòu)置上，投入了大量的人力財(cái)力，在一定程度上促進(jìn)了高校教育資源的均衡與共享，提高了信息化教學(xué)環(huán)境和管理水平。而隨著高校教學(xué)改革的深入，越來(lái)越重視學(xué)生的個(gè)性化需求。完全學(xué)分制、創(chuàng)新教育、慕課等新的管理和教學(xué)形式的引入，對(duì)高校的教育信息化平臺(tái)建設(shè)提出了新的要求?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”的提出，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)計(jì)算等技術(shù)的出現(xiàn)，為解決此問(wèn)題提供了新的技術(shù)途徑和模式，云計(jì)算又是其中的核心和基礎(chǔ)。

2 云計(jì)算服務(wù)模式

云計(jì)算的一個(gè)重要特點(diǎn)就是面向服務(wù)的。云計(jì)算安全聯(lián)盟（Cloud Security Alliance）曾指出了云計(jì)算的本質(zhì)[1]，云計(jì)算是一種服務(wù)提供模型，通過(guò)該模型用戶可不受時(shí)空的限制，根據(jù)自身需要，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)選擇資源池中的共享資源；同時(shí)這些資源的分配是動(dòng)態(tài)的和彈性的，可以在不同用戶之間靈活劃分。云計(jì)算提供了三種服務(wù)模式，即IaaS（基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）、PaaS（平臺(tái)即服務(wù)）和SaaS（軟件即服務(wù)）。IaaS將底層的物理資源，如CPU、存儲(chǔ)器、網(wǎng)絡(luò)資源等，利用虛擬化技術(shù)進(jìn)行整合，通過(guò)特定接口透明地提供給用戶，用戶可以按需申請(qǐng)資源。PaaS為用戶提供完整的軟件開(kāi)發(fā)與運(yùn)行環(huán)境，用戶在獲取到相應(yīng)的虛擬化平臺(tái)后，不必從零開(kāi)始配置，而是可以直接進(jìn)行應(yīng)用的開(kāi)發(fā)或部署。SaaS屬于頂層服務(wù)，它面向的主要是應(yīng)用軟件的使用者，用戶無(wú)需安裝對(duì)應(yīng)的軟件，而是由云平臺(tái)對(duì)用戶軟件和數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，按需提供服務(wù)，可伸縮性強(qiáng)。此三種服務(wù)模式的關(guān)系如圖1所示：

3 高校教育信息化平臺(tái)建設(shè)存在的問(wèn)題

目前，高校教育信息化平臺(tái)建設(shè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。校園網(wǎng)、智慧校園的興起、在線學(xué)習(xí)平臺(tái)的普及等，提高了教育資源的共享和利用率，促進(jìn)了高校管理手段和教學(xué)方式的變革。但這其中暴露出的一些問(wèn)題也不容忽視，關(guān)系著教育信息化平臺(tái)的可持續(xù)發(fā)展。

3.1 軟硬件設(shè)施分散，管理維護(hù)成本高

高校的各二級(jí)院系在信息化平臺(tái)的建設(shè)中，一般會(huì)自購(gòu)硬件設(shè)備和相應(yīng)的教學(xué)軟件，比如服務(wù)器、在線教學(xué)平臺(tái)等。為了保證兼容性和穩(wěn)定性，一臺(tái)服務(wù)器上通常只運(yùn)行1到2個(gè)應(yīng)用，硬件資源的利用率不高。有些教學(xué)軟件在功能上具有通用性，但僅供院系內(nèi)部使用，軟件資源的共享性也不足。同時(shí)，機(jī)房為了滿足不同的教學(xué)需求，在每臺(tái)機(jī)器上都安裝了大量的軟件[2]。為了維護(hù)軟硬件資源的正常運(yùn)行，每個(gè)院系都需要安排專(zhuān)門(mén)的人員進(jìn)行管理，工作量較大，效率較低。

3.2 信息化教學(xué)資源日新月異，現(xiàn)有設(shè)施更新速度慢

隨著信息化教學(xué)的深入開(kāi)展，數(shù)字化學(xué)習(xí)資源越來(lái)越豐富。慕課（MOOC）、微課等教學(xué)模式的涌現(xiàn)，對(duì)于軟硬件水平提出了更高的要求。比如在慕課建設(shè)和運(yùn)行中，會(huì)存儲(chǔ)大量的教學(xué)視頻和各類(lèi)學(xué)習(xí)資源，學(xué)習(xí)者對(duì)服務(wù)器會(huì)產(chǎn)生大規(guī)模的并發(fā)數(shù)據(jù)訪問(wèn)，慕課平臺(tái)會(huì)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)生成大量的學(xué)習(xí)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。這就需要服務(wù)器等硬件設(shè)施具備更高數(shù)據(jù)處理能力，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具備較高的數(shù)據(jù)吞吐量等。而二級(jí)院系現(xiàn)有的設(shè)備，通常已經(jīng)運(yùn)行多年，由于當(dāng)初設(shè)計(jì)和自然損耗等原因，已不能跟上最新的需求。若獨(dú)自更新相關(guān)軟硬件，則需經(jīng)歷新一段規(guī)劃與建設(shè)周期，耗時(shí)較長(zhǎng)。

3.3 管理水平參差不齊，專(zhuān)業(yè)化不足

在教育信息化平臺(tái)管理中，有些高校的二級(jí)學(xué)院沒(méi)有配備專(zhuān)門(mén)的技術(shù)管理人員，而是由相關(guān)行政人員或?qū)I(yè)教師兼為管理。而這些非專(zhuān)門(mén)技術(shù)人員，對(duì)平臺(tái)軟硬件的日常維護(hù)，停留在服務(wù)器的啟停、后臺(tái)數(shù)據(jù)的備份等功能性維護(hù)上，而對(duì)于性能優(yōu)化、運(yùn)行安全、負(fù)載均衡等專(zhuān)業(yè)技術(shù)層面的維護(hù)往往不足，導(dǎo)致平臺(tái)在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，出現(xiàn)反應(yīng)遲緩、系統(tǒng)宕機(jī)等問(wèn)題。

4 云計(jì)算與高校教育信息化平臺(tái)的結(jié)合

在高校教育信息化平臺(tái)建設(shè)中，使用云計(jì)算技術(shù)，可以有效利用現(xiàn)有的硬件基礎(chǔ)設(shè)施，通過(guò)整合充分發(fā)揮它們的潛能；將各類(lèi)型的教育資源和應(yīng)用軟件，統(tǒng)一進(jìn)行管理，形成教育資源池，促進(jìn)資源的共享；同時(shí)，這種集約化方式將促進(jìn)管理方式的專(zhuān)業(yè)化，降低運(yùn)維成本。

4.1 基于云計(jì)算的教育信息化平臺(tái)架構(gòu)體系

在架構(gòu)體系設(shè)計(jì)上，以大規(guī)模高性能計(jì)算能力為保證，以資源虛擬化、管理統(tǒng)一化為基礎(chǔ)，以按用戶需求提供可伸縮性的穩(wěn)定服務(wù)為目標(biāo)。架構(gòu)體系如圖2所示。

最底層的基礎(chǔ)設(shè)施層由服務(wù)器、存儲(chǔ)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等物理硬件構(gòu)成，通過(guò)使用VMware ESX或Xen Server等[3]虛擬化軟件，將它們整合成一個(gè)資源池，組成虛擬服務(wù)器集群，根據(jù)高校各二級(jí)學(xué)院或職能部門(mén)的實(shí)際需求按需分配，并實(shí)時(shí)監(jiān)控資源的動(dòng)態(tài)變化，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。這樣能統(tǒng)一管理不同部門(mén)甚至不同校區(qū)分散的基礎(chǔ)設(shè)施資源，提高其利用率和管理質(zhì)量。該層在服務(wù)權(quán)限上，一般使用“私有云”[4]的形式，僅面向?qū)W校內(nèi)部使用，保證安全性。

基礎(chǔ)設(shè)施層之上是服務(wù)平臺(tái)層。該層提供了通用的業(yè)務(wù)服務(wù)[5]，比如Web服務(wù)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)、應(yīng)用服務(wù)、管理服務(wù)等，以及相關(guān)資源的調(diào)度；同時(shí)，該層還提供了一套標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)和運(yùn)行框架，便于眾多教育應(yīng)用軟件的部署和管理。該層的實(shí)現(xiàn)可通過(guò)Hadoop等技術(shù)搭建分布式運(yùn)行環(huán)境，利用“混合云”模式，面向?qū)W校和社會(huì)提供不同等級(jí)的授權(quán)服務(wù)，其主要使用者是應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)和維護(hù)人員。

服務(wù)平臺(tái)層之上是軟件服務(wù)層。該層利用服務(wù)平臺(tái)層上的環(huán)境，搭建類(lèi)型豐富的教學(xué)應(yīng)用程序與管理軟件。比如慕課、虛擬實(shí)驗(yàn)等在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，討論區(qū)等在線互動(dòng)平臺(tái)，教學(xué)課件等學(xué)習(xí)資源平臺(tái)，在線測(cè)試、統(tǒng)計(jì)分析等教學(xué)評(píng)價(jià)與管理平臺(tái)等。這些平臺(tái)經(jīng)過(guò)有機(jī)整合，能根據(jù)實(shí)際需要服務(wù)于高校教育的各個(gè)方面。該層也采用“混合云”模式，主要使用者是校內(nèi)師生和校外的社會(huì)學(xué)習(xí)者。通過(guò)瘦客戶端的B/S模式、虛擬桌面等技術(shù)，使用者可根據(jù)服務(wù)目錄，選擇所需應(yīng)用，即可進(jìn)行相關(guān)教學(xué)活動(dòng)，無(wú)需在客戶端安裝大量的應(yīng)用軟件，所有軟件都運(yùn)行于云端。若要增刪或更新服務(wù)，可在云端統(tǒng)一執(zhí)行，客戶端立即能反映出結(jié)果。真正做到了按需服務(wù)，統(tǒng)一管理。用戶可利用多種終端設(shè)備訪問(wèn)云平臺(tái)，既可以是傳統(tǒng)PC，也可以是移動(dòng)設(shè)備，擺脫了訪問(wèn)的時(shí)空限制，促進(jìn)了移動(dòng)學(xué)習(xí)、泛在學(xué)習(xí)等學(xué)習(xí)方式的變革。

4.2 應(yīng)用案例

慕課又稱(chēng)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放課程[6]，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。從理論上說(shuō)，它能承擔(dān)大量的學(xué)習(xí)者同時(shí)參與教學(xué)，數(shù)目可達(dá)成千上萬(wàn)，甚至十?dāng)?shù)萬(wàn)。其全部教學(xué)活動(dòng)都通過(guò)網(wǎng)絡(luò)在線進(jìn)行，所有教學(xué)資源、互動(dòng)信息、作業(yè)測(cè)試、跟蹤統(tǒng)計(jì)等數(shù)據(jù)，都存儲(chǔ)于網(wǎng)絡(luò)并根據(jù)學(xué)習(xí)者需求快速響應(yīng)和反饋。因此，慕課的運(yùn)行需要高性能的服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的支持。從傳統(tǒng)方式來(lái)說(shuō)，若要開(kāi)設(shè)慕課，需要新購(gòu)置服務(wù)器和存儲(chǔ)器等硬件設(shè)施，開(kāi)發(fā)慕課服務(wù)和管理軟件，安排專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)維護(hù)。這種方式前期投入高、開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、后期成本大，但資源的共享和利用率不高，功能擴(kuò)展不方便。若使用云計(jì)算平臺(tái)架構(gòu)，則能充分利用已有的硬件資源，進(jìn)行彈性分配，其大規(guī)模分布式計(jì)算和存儲(chǔ)能力可較好滿足慕課運(yùn)行的需要。軟件環(huán)境也不用重新購(gòu)買(mǎi)和配置，可按需申請(qǐng)，自動(dòng)部署。開(kāi)發(fā)者可將主要精力放在教學(xué)資源的開(kāi)發(fā)和教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)等方面。其后期的維護(hù)也無(wú)需安排專(zhuān)門(mén)人員，而由云端統(tǒng)一完成，降低了成本，提高了效率。其架構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3：

5 結(jié)束語(yǔ)

基于云計(jì)算的高校教育信息化平臺(tái)，能有效利用高校現(xiàn)有軟硬件設(shè)備，通過(guò)虛擬化技術(shù)統(tǒng)一建設(shè)和管理，充分發(fā)掘基礎(chǔ)設(shè)施的潛能。使用者可按需申請(qǐng)服務(wù)，合理利用資源。云計(jì)算的大規(guī)模分布式計(jì)算能力，能為海量服務(wù)請(qǐng)求提供穩(wěn)定高效的支持，能適應(yīng)高校信息網(wǎng)絡(luò)部門(mén)、各二級(jí)學(xué)院、老師與學(xué)生等不同層次和不同角色的服務(wù)需求，在降低成本的基礎(chǔ)上，充分提高資源的利用率和共享率，促進(jìn)管理水平的專(zhuān)業(yè)化。

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