基于云計算的高等教育管理信息服務平臺構建的研究

王鳳領　吳家麗　宋益多　喬晨蕊

摘 要：隨著云計算技術的發展，針對高校數字化信息資源分配不均，以及儀器設備重復投入建設帶來資金嚴重不足的現狀，云計算與教育的結合，對于建立開放靈活的教育信息化服務平臺，實現資源共享有著重要的意義。文章介紹教育信息化云服務平臺概述，闡述云計算在高校數 字信息化中的應用優勢，從高等教育管理信息服務系 統發展模式，設計了教育信息化云服 務平臺的技術架構，探討其在高等教育管理信息服務系統的構建，促進高校教育信息化建設的發展。

關鍵詞：云計算；高等教育；管理信息服務系統

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2163（2016）01-

Abstract： With the development of cloud computing technology in digital information resources in Colleges and universities， according to the uneven distribution of instruments and equipment， and repeated investment construction status of a serious shortage of funds， meanwhile combined with cloud computing and education， the establishment of an open and flexible education information service platform is of great significance to realize the resources sharing. The article introduces the education information cloud services platform， application advantages of cloud computing in the digital information technology. After that， from the development mode of information service system of higher education management， the paper designes the architecture of cloud platform of information service of education， and discusses the construction of the higher education management information service system， therefore promotes the development of higher education information construction.

Key words： Cloud Computing； Higher Education； Management Information System

0引 言

隨著云計算時 代的到來，高等教育信息化水平也將借勢提升，云計算的應用 必將對教育領域產生深 刻的影 響和重要的作用力量，促進教育教學的良性發展和全面進步。具體來說，將云計算結 合到高等教育領域 ，對高等教育信息化 建設即會具有重要的理論意 義和實踐價值。基于此，如何將云計算應 用到高等教育 中也已然成 為時下研 究的熱點問題，本文將對此展開如下分析與論述。

1云計算和云存儲的概念和特點

1.1教育信息化云服務平臺概念

教育信 息化云服務是一 種全新的教育信息化管理方法和服務 模式，它能夠把高度虛擬化的、海量的教育資源和教育應 用管理起來，組成一將資源池、教 育應用集為一體的統一服務。教育信 息化云服 務平臺是在云計算的基礎上構 建的教 育公共服務平臺，主要由學習門戶、基礎云架構、支持服務系統和云應用系 統等組成。其中，云應用系統提供直接面 向學習者的各類云服務，包括“學習管理云”、“搜索云”、“媒體云”、 “資源云”等各類教育。教育信息化云服務 平臺能夠為學習者提供智能識別終端設備、個性化資源、智能學習管理以及智能推薦 學習內容等服務，滿足終 身學習者的個性化需要，有利于學習者使用多終 端開 展隨時隨地的學習。

1.2教育信息化云服務平臺的特點

教育信息化云服 務平臺具有社會化、集約化、專業化的特點[1]。下面將對其展開逐項的闡釋與分析。

（1）社會化。通過媒體云和搜索云的建立，將一人、一組 、一校無法實施和整合的事情通 過 社會力量共同實現，將教育資源向生產社會化和消費社 會化 兩方面進行有效拓展。

（2）集約化。很多相關業務的應用不能有效互通，造成數據資源浪費，無法做到全面的數據挖掘和業 務分析，也不能及時高效地為用戶提供信息，為業務拓展與運營 管理 提供科學的決策依據；傳統的IT投資和運維模式是硬件、軟件、存儲、服務器、網絡等分別投資，在業務發展的不同階段建立新的系統，導致多類IT成本不斷增加，IT資源重復投資。

（3）專業性。該平臺將通過整合的 資源訪問統計分析，為系統改進提供明確指導，給出不同用戶學習過程翔實的統計數據。同時，教育云服務因其教學方法論、資源、教學服務的專業性，對其他競爭對 手的市場切入建立了較高 的準入門檻。

2云計算在促進高校信息資源共享中的優勢

云計算作為一種新型的服務 交付和使用模式，是通過網絡以按需、易擴展的方式向用戶提供所需的平臺、硬件、軟件和網絡資源。提供資源的網 絡被稱為“云” ，“云”中的資源在使用者看 來是 可以無限擴展的，并且按需使用和擴展、可以隨時獲取、按使用量付費。

2.1云存儲技術可提高高校信息資源共享能力

將高校物理位置分散的異構信息資源進行有效地整合，由云端集中管理和調度，存儲在“云”這個龐大的計算與存儲集群中。實現信息資源的集中 管理和分布存儲，消除信息孤島，避免信息資源重復建設，共同營造一個信息共享空間[2]。例如：Amazon Simple Storage Service（S3）是Amazon公司提供的基 于云平臺的網絡存儲服務。借助于S3，通過互聯網進行管理和訪問，用戶可以將數據存放到存儲云上，可以有效地節省用戶維護數據的成本。通過S3提供的SOAP接口或REST，云平臺中的應用 程序也可以調用存儲云中的數據、自動訪問。

2.2減少重復建設，降低硬件和軟件成本

隨著高校數字信息化教育資源環境的構建，云計算使得高校教育信息 化的投入更低，甚至零投入。高校無需大規模 購買相應設備來滿足日 益增 加的各種新服務需求，而轉為向供應商租用 公共教育云平臺，購買服務來實現。

2.3分布式計算技術和并行處理可提供強大的計算能力，且動態可擴展

將信息資源以分塊和多副 本備份的方式分散存儲在云中，通過大規模分布式文件系統，對數據的分析處理也以大規模分布式計算和并行計算技術實現。

例如：Hadoop Distributed File System，HDFS（Hadoop分布式文件系統）和google file system，GFS（谷歌文件系統）共同采用的MapReduce編程模型，采用并行處理的方式將應用程序的功能或數據分割成若干個模塊，運行于一個虛擬服務器集群上，由網絡上多臺計算機協同完成。此外，云平臺提供了各種開放API支持異構接入，并根據需求靈活擴展，實時更新信息資源、自動同步，為在更廣的范圍內實現信 息資源共享創造有利條件。

2.4提高數據存儲安全保障

云計算是采用計算節點同構、數據多副本容錯和可互換等措施 來保障服務的高可靠性。通過云計算實現分布式、異構信息資源的負載 均衡，避免網絡過載。利用冗余備份、容錯容災等技術避免因操作不當而造成的破壞、數據丟失以及服務中斷、病毒入侵、硬件損壞等威脅高校信 息資源共建共享的安全問題。現有的云服務提供商如IBM、Amazon、Google大多提供了集VPN、數據加密、冗余備份、安全存儲、身份認證等技術于一體的安全保障體系，保障云平臺的安全性和服務的連續性。

2.5虛擬化技術可提高高校基礎設施利用率

虛擬化技術作為云計 算的核 心技術之一，將高校現有的硬件設備整合為虛擬資源池，屏蔽網絡、服務器、存儲等物理設備間的差異，動態分配、部署給不同的服務和應用，降低建設成本，提高底層資源的利用率。

3基于云計算的高等教育管理信息服務系統發展模式的研究

經過多年的教育信息化建設，各家高校均投資購置大量的基礎設施，建立了自己網絡中心、校園網、現代教育 技術中心等，推進教育信息化的應用。然而，從現實情況來看，傳統校園網絡基礎設施的投入成本過高，資源利用率低，很難與教育信息系統的快速成長和服務多 元化要求相匹配。云計算作為一種新型的IT基礎設施 交付和使用模式，作為并行處理、分布式處理和網格計算技術的新近發展方向，依托互聯網為用戶提供快速、安全、便捷數據存儲和網絡計算的服務模式。對于研究建立一個開放、統一、靈活的高等教育管理信息服務系統有著重要的意義。

基于云架構的校園網基礎設施，可以通過IaaS（Infrastructure as a Service，基礎架構即服務）、PaaS（Platform asa Service，平臺即服務）和SaaS（Soft as a Service，軟件即服務）三種不同的云計算服務類型，實現基礎網絡和資源運營與管 理的彈性化和按需化，有效地降低教育信息系統建設成本，對于助推高校教育信息化建設轉 型具有潛在的應用價值[3]。其中，SaaS是通過瀏覽器等客戶端界面，向教育云成員和公眾以服務形式提供在云計算 基礎設施上運行的各類教育管 理信息服務；IaaS是通過動態化、虛擬化將存儲、網絡、計算和其它基本的基礎資源形成資源池，使得教育云的成員可以通過網絡獲得自己所需要的存儲、計算、網絡資源，以服務形式提供存儲、網絡和服務器等資源，無需管理或控制底層的云計算基礎設施；PaaS是以服務形式提 供給開發人員中間件、應用程序開發工具、數據庫及部署平臺，讓開發人員在云計算基礎設施上開發、部署教育管理信息服務系統，無需自行購買，避免重復投資帶來的浪費，為標準化的實現奠定良好的基礎。

4基于云計算高等教育信息服務平臺構建

基于云計算的高等教育綜合 服務平臺將會給人們提供不受地點、時間和高端設備限制而獲取存儲、計算、應用服務等信息化資源的渠道。云計算使軟件、平臺、網絡、管理等均能以服務方式提供給用戶，用戶憑權限管理或身份認證即可按需、自助購買相應的教育、教學服務[4]。

根據高等教育特點，將高等教育云計算服務平臺分為應用程序層、服務層、基礎管理層、中間件服務層、虛擬服務器層和物理資源層六個層次，該平臺通過將云 服務與現有基礎架構平臺相整合，具有社會化、集約化、開放化、專業化等特點，能夠實現軟件資源和硬件資源的統一分配、統一管理、統一監控、統一部署和統一備份等[5]，如圖1所示。

4.1應用程序層

應用程序層是指通過標準web瀏覽器，以云平臺服務形式提供 給終端用戶各種類型的應用程序軟件。當數據中心和云計算資源存儲池接到和發現請求 后，就會根據用戶的需求快速作出支持和響應，并進行動態和智能的分配資源。用戶可通過門戶管理服務形式登錄或申請所需資源。用戶無論在何時何地，只要擁有能上網的終端設備（如PC機、平板機、PDA、便攜機等）都能獲取所需資源，如校外資源、資料服務、校內資源、目錄服務、數據服務、應用服務等需求種類 [6]。

4.2服務層

高等教育云計算服 務平臺提供安全、快速、便捷的計算、應用程序、數據存儲，用戶能夠在任何時間、任何地點，用任何可以連接至互聯網的終端設備訪問這些服務，實現科學研究、網絡學習、協同辦公、管理決策、實驗教學、教學管理、校務管理等日常主題事務。

4.3中間件服務層

中間件服務層是一個應用服務平臺，中間件是基礎管理層和應用程序層之間的一類服務支持程序，為用戶提供一系列的應用開發、部署、運行、內容管理、訪問控制、認證管理、工作流引擎、數據存儲、事件管理、數據訪問、服務總線、虛擬主機托管等服務，同時 支持應用 服務的即插即用。技術成熟實用的有：Amazon提供的簡單消息隊列Simple Queuing Service、簡單數據庫管理SimpleDB、Dynamo框架，Windows Azure Service Platform提供的SQL服務、Live服務、.NET服務、Dryad框架，Google云計算平臺的大規模分布式數據庫BigTable、程序設計模式MapReduce、分布式鎖機制Chubby，Hadoop對MapReduce的開源實現[7]。

4.4虛擬服務器層

虛擬化技術實現軟件 和硬件的分離，用戶不需要考慮后臺硬件的實現過程，只需要在虛擬層運行自己的軟件。虛擬化技術實現資源在服務器上的遷移，當一臺服務器超載，將遷移到另外服務器上。云計算通過對硬件資源如內存、I/O設備、計算和存儲的虛擬化，以租用虛擬機形式向用戶提供各種服務，如Amazon提供的EC2彈性計算云服務和S3存儲服務。

4.5基礎管理層

基礎管理層是指以服務 形式提供虛擬硬件資源，包括存儲、虛擬主機、內存、網絡等，用戶只需租用或進行應用系統的搭建即可，無需購買相應的物理設備。該層是云計算服務平臺的關鍵，由虛擬化計算資源管理、存儲體系結構、服務處理與控制三類軟件構成。虛擬化計算資源管理軟件是專項督管硬件資源的部署、異常處理、虛擬化、運行監控、變更事務、配置管理，以架設一個可信、分布式的資源結構。服務處理與控制系統監聽處理來自中間件服務層的服務請求，根據虛擬機的能力進行 智能化任務分配，根據服務等級協議提供服務和計算費用，實現安全訪問控制。云計算存儲體系結構需要與 大規模分布式數據處理的需求結合一起獲得最佳的性能提升[8]。

4.6物理資源層

云計算采用集群存儲和管 理數據資源，以數據為中心，調度計算任 務到數據存儲節點運行，形成由生產者 到消費者模型，用戶通過Internet獲取云計 算系統提供的各種數據處理 服務。采用快速網絡將若干計算機集群或服務器連接在一起，把內存、存儲、I/O設備資源和計算能力聚集起來形成一個大的數據存儲和處理中心。

5結束語

通過對云計算在教育管理信息服務系統中的應用 進行的總體探索，為高校教育管理信息服務系統提供 新的發展模式。借助先進的云計算技術對教育信 息化資源和系統進行整合，加強教育信息化的 整合與共享，構建了高等教育管理信息服務系統架構，實現基礎設施的效 率最大化，為促進高校教 育信息化的多元化發展提出新思路。

參考文獻：

[1] 孫凌宇，歐陽春娟，冷明，等.云計算與高等教育管理信息服務系統構建[J].山西財經大學學報，2012，34（1）：251，257.

[2]陳慧芬，曾裕林.信息化環境下高校公共資源服務云平臺的構建[J].實驗技術與管理，2013（6）：80-83.

[3]王鳳領，張莉，李鈺. 云計算在高等教育信息化建設中的應用探討[J].黑龍江教育學院學報，2014，33（4）：19-21.

[4] 章澤昂，鄔家煒. 基于云計算的教育信息化平臺的研究[J]. 中國遠程教育，2010，（06）：66-70.

[5] 萬利平，陳燕. 云計算在教育信息化中的應用探究[J]. 中國教育信息化，2009（09）：74-77.

[6]沈丹丹，江正.對高校教育信息資源共享策略的思考[J].軟件導刊，2010（11）：81.

[7]王文清，陳凌.CALIS 數字圖書館云服務平臺模型[J].大學圖書館學報，2009（5）：13.

[8] 汪浩.基于云存儲的教學資源整合研究與實現[J].河南師范大學，2010，6（2）：27-24.