基于云計算的網絡學習資源存儲系統構建研究

摘要：針對目前網絡學習平臺中多媒體課件資源帶來的網絡資源消耗高、網絡資源利用率低、投資運營成本高和課件資源重復建設等問題，利用分布式數據存儲技術及其相關的虛擬技術，提出了基于云計算的網絡學習資源存儲系統構建思路，有望解決網絡學習中海量學習資源數據存儲的難題，從而降低存儲維護成本，統一管理網絡學習資源，提高網絡學習平臺整體性能，改善用戶學習體驗。

關鍵詞：網絡學習平臺；網絡學習資源；云計算；云存儲；分布式資源管理

隨著國內企業越來越重視員工專業知識與工作技能的培訓，尤其在經歷了世界范圍內的金融危機與經濟衰退后，高層決策者們更加意識到將企業發展成“學習型企業”已成為一種趨勢，培訓是企業發展和提高核心競爭力的有效途徑。傳統的采用教師現場教學的培訓模式，由于員工數量眾多且地域分散，給企業帶來了巨大的成本支出，開展網絡培訓是企業的必然選擇。本文結合廣東電網公司網絡培訓現狀，在網絡學習平臺的基礎上，從網絡學習資源存儲系統構建方面開展了研究和探索。

一、網絡學習平臺概述

隨著網絡技術的發展，網絡學習（e-learning）作為一種新興的學習方式迅速被各企業采納并使用，改進了企業的培訓實施和管理。它克服了時間和空間的限制，通過將重復性培訓內容制作成電子化的培訓課件并上傳至網絡學習平臺供員工在線學習，有效降低了重復培訓的硬件費用和人力成本。[1]

學習資源的存放和管理設計是整個網絡學習平臺的核心技術，當前平臺主要采用資源集中存儲的架構，特征是用戶登錄集中控制，學習資源統一存儲。該架構模式的優點是技術成熟，系統部署、維護相對簡單，方便統一實施和推廣應用。但隨著流媒體資源在網絡學習系統中所占的比例越來越高，這種架構對后端的應用服務器性能要求、網絡傳輸帶寬要求越來越高，毋庸置疑，基于傳統存儲系統部署的網絡學習平臺（如圖1）已經遇到了諸多挑戰。

二、云計算下的網絡教學資源存儲系統特點

1.云計算概述

云計算在業界存在許多描述與定義，目前比較受認同的定義來自美國國家標準與技術研究院：云計算是一種模式，以按需方式，通過網絡方便地訪問云系統的可配置資源池（如網絡、服務器、存儲、應用程序或服務），同時它以最少的管理開銷及最少的與資源提供者交互，迅速配置或釋放資源。[2]云計算認知的三個階段：分布式計算的延伸；IT商業模式、服務模式的轉變；IT架構、服務的構建模式。筆者認為這三個認知階段都是云計算可能對技術和經濟造成的重要變革。

2.云計算下的存儲系統特點

基于云存儲技術的網絡學習系統架構充分利用了云計算的理念：學習者使用“云”提供的資源而不需要關注資源存放在“云”的哪個位置，邊緣節點存儲與中央節點存儲結合實現一個統一的“內容云”，由用戶信息、課件信息等組成的數據庫仍然部署于中央節點存儲，統一管理；課件、音視頻等文件部署于中央和邊緣節點存儲，邊緣節點采用分布式部署方式，每個邊緣節點均與中央節點之間有數據自動同步策略，邊緣節點可以往中央節點推送課件、音視頻等文件；中央節點也可向邊緣節點分發課件、音視頻等文件，這個過程是可以控制的。當某地用戶訪問課件、音視頻資源時，采用就近訪問的原則，由“云”中最近或最合適的邊緣存儲節點提供存儲服務。用戶只需關注具體需要使用的資源類型，并不需要知道具體學習資源所在的物理位置。對于用戶而言，其面對的是一個跨越多個地市甚至是多個省份的大“云”，“云”為其提供標準的統一的訪問接口，根據其要求的服務級別，分配最優的資源。

基于云計算的資源存儲系統架構具有以下優點：一是邊緣節點存儲作為Cache緩存設備，提供快速的、就近的存儲服務；二是中央存儲節點是整個系統的資源庫、分布存儲調度入口和匯聚節點，支撐大數據帶來的存儲和處理需求；三是邊緣節點與中央節點存儲之間的自動分發與上收的雙向機制，有利于各地市學習資源的有機整合；四是采用云計算技術的網絡學習資源存儲系統，不但能非常方便的進行資源管理和更新，而且能更好地保證數據的安全性。

三、基于云計算的網絡學習資源存儲系統實現形式

1.基于分布式文件系統框架的網絡學習資源存儲系統實現

網絡學習平臺通常使用NFS實現文件共享，NFS幫助所有Web服務器像訪問本地磁盤一樣訪問相同的遠程目錄。網絡學習平臺的大量集中訪問使Web服務器集群顯得吞吐率不足，筆者考慮可將文件創建多個副本，復制后存放到多臺服務器上。但帶來的問題是大量腳本需要維護，整體管理和監控困難。這時分布式文件系統是一個值得考慮的選擇，如Hadoop、MogileFS、NDFS。

在分布式文件系統里，所有的文件都將被分別存儲在各個存儲節點，每個節點都與物理存儲上的某個目錄具體對應。分布式文件系統能實現跨多臺物理主機并根據一定的策略進行智能的文件復制，這并不受底層文件系統的限制。使用分布式文件系統可以避免底層規則的諸多限制，非常適合大規模文件存儲應用的需求。[3]

總體來說，分布式文件系統可以幫助我們完成許多事情，其現實意義在于：一是可以組建包含大量廉價服務器的海量存儲系統；二是通過文件系統內部的容錯機制，保障數據的安全性、文件的可用性；三是系統可擴展性非常好；四是可以實現文件多副本之間的負載均衡。

2.基于內容存儲云架構的網絡學習資源存儲系統實現

（1）基于內容的網絡學習資源存儲云架構。市面上基于內容存儲云架構（如圖3）比較典型的是日立公司的技術產品，采用核心到邊緣的解決方案，結合低成本NAS實現無容量限制和勿需備份前端文件緩存設備。[4]中心的主存儲部分作為總的資源庫管理，它是對象存儲，每個存進來的文件都被打包成對象，方便文件的長期存放、保護及搜索，可以作為多租戶模式的對象存儲。部署在云邊緣（離學習者最近的地方）的存儲，提供通用的文件訪問接口。

（2）基于HCP和HDI的網絡教學資源存儲系統模型。Hitachi Content Platform是一個分布式對象存儲庫，可提供高級存儲與數據管理功能，應對非結構化數據卷不停增長帶來的挑戰。可以使用支持眾多數據類型、應用程序和企業內具有不同服務水平需求的用戶，并可支持云計算環境的單個對象存儲基礎架構用以消除存儲孤島。HDI可從遠程和分支機構或其他云存儲用戶那里的HCP得到的文件數據，實現可擴展和虛擬化的對象存儲。

圖4中的系統模型通過在中心及地市分別部署分布式內容云產品（軟件系統或硬件設施），實現網絡學習資源的分布式調度和存儲管理。

從對外提供的服務能力來看，可以認為HCP和HDI接近Iaas服務，這種架構解決的是網絡基本設施的服務問題，通過存儲分布式實現內容就近分發，保證網絡教學平臺為用戶所提供的服務質量。在使用云計算服務后，所有內容都將被保存在分布式數據節點上，用戶通過網絡透明訪問，根據所處現實環境被分擔到就近的、負載量小的中心或邊緣存儲節點。網絡教學平臺可采用HCP和HDI技術作為加速手段，以此獲得更高的訪問效率和更優的用戶體驗。

四、結論

云計算的出現為計算機界的發展帶來了新的熱門話題，同時使我們對未來網絡信息服務產生無盡的遐想，把云計算技術與方法運用到網絡學習資源存儲系統的建設中，不僅可以提高網絡資源的利用率、訪問速度，還大大簡化了網絡學習存儲系統中的資源管理工作，進而為存儲和管理數據資源提供了幾乎無限多的空間，這就使網絡學習存儲系統性能提升有徑可循，極大地增強了用戶體驗，使云計算服務更加貼近人們的學習生活，讓每個學員都可以切身感受到科技帶來的巨大便利。總體上講，云計算領域的研究尚缺乏統一明確的研究框架體系，還存在大量未明晰和有待解決的問題。基于云計算的網絡學習資源存儲系統構建研究有望給網絡學習平臺的發展帶來新的方向，我們有理由去設想利用云計算高效的運算處理能力和無限的存儲能力來實現高可用性的網絡教學資源共享平臺。

參考文獻：

[1]董新慧.電力企業一線員工技能培訓研究[J].黑龍江科技信息，2012，（1）.

[2]張耀祥.云計算和虛擬化技術[J].計算機安全，2011，（5）.

[3]歐偉新，陳國忠.云計算及其分布式架構[J].電信快報，2012，（1）.

[4]Hitachi Content Platform 對象存儲系統[EB/OL].http：//www.hds.com/assets/pdf/hitachi-datasheet-content-platform-cn.pdf.

（責任編輯：孫晴）