基于云架構的區域教育云構建探究

■武漢市教育科學研究院王康廖漢文

基于云架構的區域教育云構建探究

■武漢市教育科學研究院王康廖漢文

自21世紀以來，我國在基礎教育信息化方面取得了巨大的成就。通過實施“校校通工程”、“農村中學現代遠程教育工程”以及“班班通”等項目，已實現了基礎教育信息基礎設施的普及。但由于受經濟發展水平、整體規劃能力、共建共享機制等因素的制約，我國基礎教育信息化存在資源配置不均衡、教育應用系統不統一、“信息孤島”現象嚴重等問題，已成為制約基礎教育信息化發展的瓶頸。而云計算的出現，對構建基于云架構的區域教育云，以此破解基礎教育信息化難題提供了絕佳的契機。本文結合云計算的特性，分析我國基礎教育信息化中的主要問題，研究探討教育云架構設計及云平臺建設，提出了區域教育云的建設模式，以期為區域教育云搭建提供參考。

一、我國基礎教育信息化存在的問題

目前我國基礎教育信息化建設存在的問題表現在以下幾個方面：（1）基礎教育信息化設施穩步發展，城鄉差距縮小，但資源配置仍不平衡。具體表現在：平均生機比、師生比、校園網建設、互聯網接入等方面城鄉差距仍然較大。（2）應用系統缺乏且不統一，數據共享困難。各地區教育教學應用系統數量及種類都存在較大差異，薄弱地區應用系統缺乏。系統之間的數據互訪難以實現，“信息孤島”現象嚴重。（3）資源共建共享機制不完善，量多質不高精品少。受限于經費投入、實用性、資源規范化以及網絡帶寬等因素，實現資源共享困難，同時資源共建共享缺乏有效的運行機制。

針對基礎教育信息化中存在的主要問題，我們引入云計算及其架構，并將其應用于區域教育信息化建設過程中，以此構建區域教育云建設模式。

二、區域教育云

1．云計算相關概念

云計算是面向服務的架構、分布式計算、網格計算和虛擬化等多種技術發展融合的產物。云計算目前主要應用于商用服務，其云端是以虛擬化技術為基礎而形成的一個巨大的虛擬化資源池（由硬件、開發平臺和應用軟件等組成），服務提供商將數據資源作為服務通過互聯網提供給用戶，用戶不需要特定的軟硬件支撐以及數據中心，只需按照“即用即付費”的方式便可隨時隨地通過網絡終端設備獲取各種資源，云端資源還能動態地根據各種服務規模的負載進行自動配置，使資源的利用率達到最優化。云計算具有基礎設施成本低廉、資源利用率高、軟件冗余度高三大基本特征。云計算提供三個層次的服務：（1）基礎設施即服務（IaaS）。提供虛擬硬件資源服務，如主機、存儲、網絡等資源，用戶只需通過互聯網租賃即可搭建自己的應用系統。（2）平臺即服務（PaaS）。構建在云基礎設施之上，為云應用程序開發者提供應用服務平臺。（3）軟件即服務（SaaS）。基于云平臺開發的各類應用服務以及根據特定需要通過多重租用作為一項服務提供的完整應用程序。

（未完，待續）

責任編輯 向保秀

教育云則是云計算在教育領域的遷移，它是指將教育信息化所需的一切硬件資源利用虛擬化技術構建一個巨大的虛擬資源池，以資源池為基礎搭建面向教育機構、教育從業人員和學員的服務平臺。

2．架構設計

如圖1所示，基于云計算架構的教育云架構分5層：

基礎設施層由各數據中心的的服務器、存儲器、網絡設備組成，它是架構的基石。

虛擬硬件資源服務層構建在基礎設施層上，利用虛擬化技術對底層硬件設施進行管理，構造一個虛擬硬件資源池，資源池向上提供各種計算服務、數據存儲和網絡通訊等虛擬硬件資源，即IaaS。虛擬化技術就是淡化用戶對物理資源設施如處理器、內存、I/O設備的直接訪問，取而代之的是用戶訪問邏輯的資源，后臺的物理連接則由虛擬化技術來實現和管理。用戶訪問的虛擬資源由各類虛擬機組成，當前最流行的虛擬機軟件有Vmware、VirtualPC。

平臺服務層構建在虛擬硬件資源服務層上，為軟件開發人員開發各類基于云計算的教育教學應用軟件提供開發與測試環境、數據庫、公用API、Web服務API等平臺與接口，即PaaS，從而免去了開發人員開發所需的許多復雜系統配置。

軟件服務層，提供各類教育教學應用軟件，即面向教育的SaaS。本層主要包含：（1）教學管理軟件：學生綜合信息管理系統、課程管理系統、師資綜合管理系統、教師績效考評系統；（2）網絡教育教學軟件：網上備課系統、在線作業系統、出卷評測系統、網絡課堂點播系統、網絡協同教學系統、教師研討交流系統、教師繼續教育系統；（3）校務管理軟件：財務管理系統、資產管理系統、后勤管理系統；（4）協同辦公軟件；（5）教育資源庫：教學資源及目錄庫、教育統計信息庫、科研資源庫。（6）教育評估軟件：學生綜合素質評估系統、教師發展評估系統、教育質量評估系統、辦學水平評估系統；（7）公共應用軟件：在線考試與統計分析系統、視頻會議系統（遠程學習系統）；（8）學校門戶網站管理系統。以教育云上的教育教學應用軟件經過信息整合，即可建立起融合電子政務、信息服務、資源共享、教育管理、教育應用、遠程學習、網上活動等于一體的教育信息化公共云服務平臺。

用戶接入層主要是學生、教師、學校、家長、教育部門、教育科研機構等用戶使用瀏覽器通過統一的身份認證登陸訪問教育云服務平臺。

3．建設模式

我國通過“校校通工程”“農村中小學現代遠程教育工程”以及“班班通”等教育信息化項目的實施，目前許多地區已建立起各自的教育城域網和相配套的網絡管理中心，并積累了豐富的教育信息化建設和管理的經驗；同時教育云應該是分布式的，國家級、省級、地市級、縣區級、協同建設、分級部署。區域教育云則應由各區級教育云和市級教育中心云組成。區級教育云是對現有的教育網絡信息中心進行擴充建成，市級教育中心云是對市教育網絡信息中心進行擴充建成規模大于區級教育云的教育云，經過互聯而成的區域教育云為各類教育機構提供教育教學應用服務。

區域教育云以教育城域網為載體，依托教育城域網將各區教育云與市教育中心云互聯而成。區域教育云設立區域教育云建設管理中心進行綜合管理，并兼顧市教育中心云的管理。區教育云設立區云管理中心，實現對區教育云資源的管理。

區域教育云中的基礎設施層可由各區教育云和市教育中心云各自建設。平臺服務層根據各自需要自行建設。軟件服務層分兩個標準：區教育云的軟件服務層可根據各自的具體教育教學需要，與區域教育云建設管理中心進行協商，同意后由教育軟件開發企業或自主開發；而市教育中心云的軟件服務層根據市教育教學發展需要，由教育軟件開發企業或自主開發，軟件服務層是建設的重點。

區域教育公共云服務平臺可由基于云平臺的各類教育教學應用軟件經信息整合而成。區教育云提供基礎性和自身特色性的系統服務，市教育中心區提供基于城市教育發展需求的統一性系統服務。其中教育資源庫建設采用市區校三級共建與二級分布式存儲聯合機制，由市教育中心云和區教育云共同建設。聯合機制的主要思路是市教育資源的管理與存儲、資源的統一檢索目錄庫由市教育中心云負責；區教育資源的管理與存儲由區教育云負責；校教育資源的管理由學校負責，但資源存儲在區教育云實行統一管理，以節省成本。基于資源統一目錄共享的聯合建設機制將對區域教育資源庫的大共享提供強有力的支撐。

4．應用分析

建成的區域教育云將有效解決基礎設施資源配置不均衡、教育信息化系統不統一、教育資源無法有效共享三大難題。（1）實現基礎設施建設均衡化。各地區經濟水平等客觀因素使得信息化設備建設方面的城鄉差異將長期存在。而區域教育云通過虛擬化技術所提供的云服務，支持各區校用戶隨時隨地通過各種終端設備獲取應用服務，極大降低了對用戶端設備的硬性要求，同時保證在原有設備無需大量更新的基礎上獲得更佳的使用效益。（2）實現教育信息化平臺多元化。各區校無需投入資金獨自建設教育教學應用系統，區域教育信息化公共云服務平臺能向區校提供定制的辦公自動化、教學教務、圖書、科研信息管理和后勤服務系統等各類教育教學應用系統，既節省大量的資金投入，又具有更好的擴展性和靈活性，這將有力促進基礎教育信息化應用系統的轉型升級。（3）實現教育資源共享高度化。目前各地區部分區校在建設教育資源庫時，投入大量軟硬件建設經費，但是區校間的資源卻未能有效實現高效共享。用“云計算”的模式，可以將學校的教育資源上傳到統一的平臺，并以云服務的形式提供給用戶，借助云計算超強的計算能力，檢索資源變得更快捷、更有效、更廉價。

責任編輯 向保秀