基于云計算的區域教育信息化建設模型和應用研究

摘要：闡述云計算技術的相關概念和特點，分析我國區域教育資源存在的問題，提出結合云計算技術的強大而先進的應用，探討基于云計算的區域教育信息建設模型和應用。

關鍵詞：區域教育；云計算；信息化建設；資源整合

0 引 言

《教育信息化十年發展規劃（2011-2020年）》中指出，要建成天地網全覆蓋、網絡寬帶接入、綠色安全的教育信息化服務平臺，明確以教育信息化為導向，帶動教學的現代化；建立通及城鄉、覆蓋各級各類教育，人人都能接受教育的信息化服務體系；建立學習型社會和消除教育不公平的服務保障體系；實現校校通寬帶，班班可上網，家家似學校，人人有終端的信息化教學環境。“規劃”為開展云計算在區域教育信息化中的研究和應用指明了方向。

1 區域教育資源的特征分析及存在的問題

1.1 教育資源分布不均衡且無法實現共享

我國不同區域、不同學校之間教育資源分布不均衡，資源共享程度有限，且無法實現有效整合。偏遠、新建和農村中的學校，因資金來源有限，往往面臨著設備陳舊、師資不足的現狀，特別是已有設備的維護和軟件更新無法得到保障，基礎設施利用率低，導致教學中所需各類軟件的正常運行受到影響，這給信息化教學帶來很大的困難。知名、重點和城市中的學校因資金來源廣，投入較多，且有更好的師資和教學設備等，可以確保正常的教學和科研工作的展開，進一步加劇了教育不公平現象的發生。

1.2 教育資源重復建設且使用效率低

當前教育資源大多采用集中式的建設，以教育行政部門、學校為單位考慮教育資源的建設和資金的投入，從而強化了教育行政部門和學校各自為政配置教育資源的現象，導致了教育資金的重復投入和資源的重復建設等問題。特別是受限于技術、管理及政策，各區域各學校間的教育資源缺乏有效的共享模式和方法，現有資源之間缺乏有效的互聯互通機制，協作困難，資源整合難度大，實際使用率低。

1.3 教育資源建設與教學需求不吻合

鑒于當前資源主要以行政采購配置為主，由教育主管部門、學校領導決策。供應商一般以資源生產商和第三方資源開發商為主，很少有使用部門的親自參與研發，特別是資源的使用主體——學生與教師很少能參與其中，這使教育資源出現了“建和用”的分離。教育主管部門、資源供應和開發商缺乏對一線實踐教學情況的了解，特別是對師生個性化需求的不了解，導致重金投入的教育資源不能滿足實際教學的需要，一方面造成資源的閑置浪費，另一方面導致教學資源2c0ce12cbe801c904302a83f97fccc2f不夠用的現象。

因此，非常有必要引入一種集技術、管理、運營于一體的全新服務模式來解決這些問題，建立與用戶需求相適應的現代教育服務模式。云技術的出現為教育信息化的建設注入了一劑強心劑。

2 云計算對區域教育信息化建設的支撐

2.1 云計算的概念

云計算是指IT基礎設施和服務交付使用的新模式，通過網絡以按需使用、易于擴展的方式狀得所需的軟硬件資源和信息化服務。“云”就足存在于網絡服務器集群中的資源，用戶通過瀏覽器，發送一個請求給云服務中心，就會有成千上萬的服務器為你提供服務，所有的處理都由云數據中心來完成，并將結果返回給用戶。用戶可以無限制獲取云中的資源，按量付費，動態擴腱，就像日常生活中使用水電、煤氣一樣使用IT資源。

2.2 云計算在區域教育信息化中的服務模式

云計算是并行處理、分布式計算和網格技術等進一步發展的產物，它能夠向網絡應用提供符種軟硬件基礎設施、平臺開發和數據處理等服務。

目前云汁算服務按類型主要有3種模式。

2.2.1 基礎設施即服務（Infrastructure as aService，laaS）

IaaS為用戶提供教學所需的虛擬服務器、存儲器和網絡設備等底層的硬件設施，這種硬件設施能根據用戶的教學需要動態伸縮，以滿足用戶的實際需要。用戶可以在云端快速地使用虛擬設備運行程序，模擬教學和科研，儲存數據和進行其他的教業務等。即使高峰時需海量的數據處理、存儲和帶寬能力，也可動態提供。如聯想公司的網盤和亞馬遜公司的EC2就是云硬件設施應用的實例。

2.2.2 平臺即服務（Platform as a Service，PaaS）

PaaS是一種無需下載或安裝就能將私人計算機中的資源轉移至網絡，通過互聯網傳送操作系統和相關服務的模式。PaaS可讓用戶不需在本地計算機上安裝集成開發環境和應用軟件，就可以直接使用云中提供的軟件，讓自己想要的系統在線運行，或在平臺上定制開發自已的應用程序，并通過互聯網傳遞給其他用戶。用戶琮可快速把自己的教學業務流程和想法應用到云系統中去，從而大大提高教學效率和執行力。如在線的安卓系統集成開發環境等就是典型的應用實例

2.2.3 軟件即服務（Software as a Service，SaaS）

SaaS是將軟件部署為托管服務，并通過云提供給客戶的交互模式，是一種通過在線淵川的專業化軟件。云服務商負責對軟件應用能力進行管理，以滿足用戶的需求，用戶小必關心軟件對具體硬件設施的要求或軟件結構，也無需在本地安裝軟件和建立自己的數據中心，只需通過瀏覽器訪問即可使用。如在線文檔編輯軟件就足典型的SaaS應用實例。

區域教育云可以是IaaS、PaaS、SaaS的任意一種或多種的組合體，目的都是為用戶提供按需使用，根據學習情況隨時申請、動態擴展、便于使用的網絡應用服務。

3 區域教育信息化的云服務模型架構建沒

3.1 基于云計算的區域教育信息化邏輯應用架構建設模型

基于云計算的區域教育信息化建設系統屬于云技術的應用領域，其總體架構包括云教育資源自動采集中心、云教育資源編目中心、云分布式數據存儲中心、云個性化綜合服務平臺，以及擴展性很強的云用戶學習端和云資源采集端，各部件之問均通過網絡進行連接傳輸數據。圖1為區域教育信息化建設系統總體框架圖。

云資源自動采集中心采用嵌入式軟硬件和云管理軟件，對來自不同領域、不同格式的數據進行自動采集，對采集的數據，通過網絡傳輸至加工中心作進一步處理。云資源編目中心也采用嵌入式的軟硬件和云管理軟件，對加工之后的數據進行編日，編目之后的精簡優質分類數據網傳至云分布式數據存儲中心。云分布式數據存儲中心采用海量的存儲設備，對數據進行分類管理和存儲以及備份。云個性化綜合云應用平臺則應用前臺和后臺的軟硬件，為用戶提供各類人性化的云服務。

3.1.1 教育資源的自動采集和加工

云教育平臺的資源自動采集中心采集來自不同方面、不同地區、不同類別等各類資源的原始數據，通過云教育資源加工平臺，進行統一規劃統一編號，統一加工，統一語義，統一模式等，以此將解決海量資源的多源異質、數據冗余、不完整、不精確等問題，以滿足云存儲和云應用的需要，最后獲得不同分類、精確、完整、富含語義特征、覆蓋原始數據特征的優質精簡教育資源，為后期資源進一步采集、存儲、處理、應用做準備。

3.1.2 云教育資源的編目與分布式存儲

通過資源加要之后獲得的資源，分布存儲于不同級別的資源站點，使用云存儲技術存至網絡服務器中，也可采用分級分層的云存儲技術保存數據資源，形成一個以地域范圍為單位的區域云分布式教育資源網，其中部分公共的資源存儲在公有云上，各單位比較私隱和敏感的資源則可以保存到私有云上。資源編目中心以云方式，在不同的資源站點運行云代理采集資源服務，將不同站點的精簡優質資源的編目索引采集至資源編目中心，同時保留相應的分類數據資源至數據分布式存儲中心存儲和備份，以防數據災難，云安全中心負責數據的安全管理。云端不同的代理采集與資源索引服務，可在不同時刻，根據不同網絡資源的使用情況，分時靈活無差錯地運行。

3.1.3 云個性化綜合服務平臺

云個性化綜合服務平臺包含云應用前臺服務和云物理層后臺服務，其中云應用前臺服務提供人性化的服務，提供統一而靈活的通用用戶接口，用戶通過智能手機等移動終端設備登錄并和Web界面進行交互，利用云應用前臺相應的服務菜單，可以定制個性化的資源需求和對獲取的結果進行反饋。云應用前臺對用戶的需求和反饋生成一系列的指令，發至云物理層后臺服務器，繼而通過云計算中心的云資源池獲取用戶的需求，并提供相應的服務，最后通過云管理軟件對賬戶進行管理，包括計時和計費信息。

3.1.4 云用戶端

基于云計算的區域教育信息化建設系統，可以使用戶在具備網絡的情況下，使用終端設備登錄系統，按需按量地使用學習資源；還能根據自己的需要定制個性化的服務，做到不受時空限制，人性化、便利化、智能化地使用云中的資源進行學習和研究。

3.2 基于云計算的區域教育信息化平臺架構建設模型

根據云計算的相關技術和區域教育信息化的特點，我們提出了區域教育云服務體系架構（如圖2所示）。從業務構成的角度，該架構由物理層、數據資源層、加工處理層、應用層和服務層構成。

3.2.1 物理層

為云教育服務平臺提供相關的物理資源，如虛擬機、存儲備份沒備、服務器、云終端I/O設備等。輔助性地使用各類云管理軟件，將各類相關的物理資源連接到網絡中，為數據資源層提供硬件支持。

3.2.2 數據資源層

為教育平臺提供云教育資源服務調度中使用的各類數據資源，包括教學資源、用戶信息以及云管理軟件等，為區域教育信息化平臺提供相關數據調度、數據存儲和數據處理與計算服務等

3.2.3 加工處理層

負責區域教育信息化平臺中的各類業務和各項數據的處理，從而實現教育資源的共享及相關業務數據資源的整合工作，包括數據檢索服務、數據交換服務、數據資源調度與配置、相關數據的計算與處理、個性化平臺的組建等基礎性服務。

3.2.4 應用層

提供云教育服務的各種應用，包括云教與學、在線考試、師生互動、云教育資源管理、云教育資源發布管理、用戶管理等。總的來說，包括云教育資源提供者、云教育服務供應商、云教育資源使用者三類大用戶的各類應用和服務

3.2.5 服務層

根據用戶的個性化需要，結合教育資源信息服務目錄，提供便利性、智能化的服務選擇，按需租用教育資源及其他各類信息化服務，

3.3 基于云計算的區域教育信息化服務構架建設模型

整個云服務中心基礎設備針對教育資源應用提供虛擬的云計算服務，云服務中心部署運行于供應商或服務商的分布式服務器集群中，軟硬件可選性能比較可靠的成熟型產品，以確保系統運行的穩定性和可靠性。圖3為云服務中心基礎設備部署圖。

3.3.1 云服務平臺I/O端接入服務

云服務平臺I/O端接入服務是整個服務中心的接人點，通過接收終端設備發送的Web虛擬機操作請求，并將請求轉發給下一接受服務的設備進行處理。

3.3.2 虛擬集群化管理系統

虛擬集群化管理系統運行于云服務中心后臺，通過微軟公司的powershell等來管理和配置云服務中心的軟硬件設備和虛擬的計算資源

3.3.3 虛擬機映像和管理用戶

虛擬機映像和管理用戶端通過Web網絡請求與前端云服務中心進行通信，運用相應的云管理軟硬件，來分配和管理用戶對虛擬機資源的請求。虛擬機映像和管理用戶端部署在云服務中心前端，接入服務去生成相關的虛擬機映像；當云服務中心前端收到虛擬機資源的請求后，虛擬機映像和用戶端會被前端接人請求喚醒。用戶發送Web請求至虛擬機和管理用戶端服務器，虛擬機資源庫將獲得虛擬機映像，使得虛擬集群化管理系統響應，用戶就可使用虛擬機進行相應的事務操作。

3.3.4 虛擬計算機池

虛擬計算機指通過軟件模擬的具有完整硬件系統功能，運行在一個完全隔離環境中的完整計算機系統，在虛擬計算機池里面部署了大量的虛擬機，對于一些部件不完整的計算機，可利用其他部件或別的機器的可共用部分，構成一個可以獨立且功能完整的計算機系統，以便對大量復雜的數據進行處理、計算，并提供海量數據的存儲服務。

3.3.5 物理計算機池（服務器集群）

服務器群集是一組各自獨立的服務器，它們組合在一起，提供一個用于承載教育信息化服務的高可用性平臺，可以對云計算中心的各類數據進行處理與維護，為數據的存儲與備份，資源的配置與獲取等提供相應服務；也可對數據的可用性、可管理性、可伸縮性等進行管理，通常包括分布式計算機服務器、存儲服務器、數據庫服務器（如SQL Server、Oracle）、郵件和協作服務器，以及基礎結構服務器（如在線計算服務器）等。

4 結語

基于云計算的區域教育信息化建設模型，有助于緩解我國區域教育信息化發展的瓶頸，破解教育資源分配不平衡、師資不足的難題，解決教育資源更新速度慢和共享程度低等問題，從而提高我國教育信息化發展的整體水平。通過區域教育信息化平臺，師生能方便、快捷、廉價地獲取所需的教學信息。要想真正實現云計算環境下的區域教育信息化，除了最關鍵的技術問題外，還需政府部門給予相關的政策支持和社會關注，健全職能管理機構，增加人財物等的投入。