基于云計算的資源共享平臺的研究與實踐

朱欽陽

【摘要】針對現有教育信息化發展中資源整合復雜、存儲資源海量、信息不共享等現狀，分析和設計了基于云計算的教育信息化平臺。該平臺通過云計算技術與SOA體系架構進行融合，建立一種價格低廉、多用戶、可擴展的云服務架構模型，實現云平臺客戶端、云平臺管理中心和云服務資源庫等功能。在實驗室測試結果表明，平臺的功能和性能均達了設計的要求。

【關鍵詞】云計算;信息化平臺;面向服務;SOA體系架構

隨著信息技術的快速發展，教育信息化發展達到了重要的階段，智慧教育已經成為各國教育信息化的重點發展方向。目前，我國智慧教育還在初級階段，存在著許多問題制約著我國教育信息化的發展。2012年3月教育部頒布了《教育信息化十年發展規劃（2011-2020）》，要求發展智慧教育，推進教育的改革，促進新型信息技術在教育事業的應用，全面提升教育教學質量。

本文作者根據教育信息化發展的現狀，為了解決教育資源整合難、海量的數據資源無法存儲、教育信息的不共享以及資源利用率低等問題，把云計算技術與SOA體系架構進行融合，分析和設計了基于云計算的教育信息化平臺，實現互聯網+教育模式，達到網上和網下混合學習、教育資源共享、教育服務多樣的目的。

一、云平臺相關技術概述

（一）SOA體系架構

面向服務的架構（SOA）是把企業的應用功能做成服務的形式的軟件設計思想，服務之間是一種抽象的、松散耦合的粗粒度軟件架構，服務可以重復使用，操作獨立，互不影響，并且可以通過重新組合構成一個新的服務再進行使用。SOA標準架構如圖1所示：

（二）云計算概念

云是指由大量的互聯網資源包括網絡設備、大規模存儲設備及互聯網軟件等進行聚焦后形成的資源池。這些資源可以動態地進行分配，采用虛擬化技術可擴展使用資源，負載均衡對請求進行均衡調用分配等，達到資源率最優化。云計算是利用互聯網技術把云資源進行管理和配置，充分利用一切信息資源，為用戶提供各種定制的低成本、高效率的按需交付計費使用的服務模式。

（三）云計算核心技術

1.虛擬化技術

虛擬化技術是一種將計算機中的服務器、網絡設備、存儲設備等資源進行抽象、轉換后以新的形式展現出來的資源管理技術，解決了實體結構地域或物理組態所限制的問題。通過該技術可以將實體資源分割成多個虛擬資源分開管理，也可以將多個實體資源重新組成一個虛擬資源統一管理。虛擬化技術可以把過剩的高性能物理資源和過低老舊的物理資源進行重組重用，透明化底層物理硬件，從而最大化的利用物理資源。

2.分布式存儲技術

云平臺所處理的資源往往非常龐大，由大量的服務器組成，并且可以橫跨多個區域。云平臺需要高效、快速處理海量的數據，并要保證數據的高可靠性，采用分布式存儲技術把數據存儲在不同的服務器中。該技術不僅充分利用了各個區域的硬件設備，又能方便擴展，提高存取速度，通過組合便宜的計算機構成集群，實現超級計算機運行的性能，有效提高了計算機的利用效率和降低了運行成本。

二、教育資源共享平臺的功能設計

（一）平臺建設目標

教育信息化平臺是基于云計算的教育教學管理平臺，其建設的目標是：

1.教育資源共享包括課程資源、服務資源、軟硬件設備資源等，讓優質的教學資源可反復使用，針對不同部門和用戶群體實現定制化的資源服務。

2.用戶數量擴展最大化，讓海量的用戶通過平臺使用共享優質的教學資源，讓優質資源得到持續化的使用。

3.構建基于云計算的教育信息化平臺，讓用戶得到廉價的、多樣性的、優質的、滿足個性化需求的教育產品。

（二）教育信息化平臺功能分析

教育信息化平臺分為客戶端和服務器端兩個部分，客戶端作為用戶訪問服務器的入口，根據不同的用戶需求設置不同的訪問空間，進入相應的空間訪問所需的服務。云平臺服務器端由云服務管理中心和云服務資源庫兩部分組成，云服務管理中心的主要作用是管理和分配平臺所有服務，云服務資源庫的作用是聚合各種教學服務資源、業務層服務資源和監管服務資源后部署在大量的服務器上。教育信息化平臺功能結構圖如圖2所示：

（三）非功能性分析

教育信息化平臺在性能方面的要求主要有五個方面。

易用性：用戶使用軟件操作簡單方便。任何用戶只要經過簡單學習就能掌握操作步驟、界面友好便捷、效率高。

可擴展性：隨著用戶需求的變化，平臺除了要滿足現有的基本功能外，還要求在原來的架構上，根據用戶的新需求增加新的功能。

可靠性：平臺在一定的時間和條件下運行正常，或發現錯誤能及時改正。由于平臺用戶多，平臺的可靠性是至關重要，要求平臺的每個層面的運行的子系統間相互獨立，互不影響。

可維護性：能夠根據需求的變化，能較方便地修改已有的代碼，代碼有詳細的文檔資料說明，有較好的可讀性，容易理解。

安全性：主要包括數據安全和網絡安全兩個方面。云平臺中存儲海量的課程資源和用戶信息，其中有一些私密的個人信息，要求信息存儲和傳送安全保密，不能丟失和隨便訪問。為了保證平臺正常運行和信息的安全，應做好防御攻擊性安全，要及時更新系統的補丁、檢查系統木馬情況和檢查系統各組程序的客外掛漏洞。

三、教育信息化平臺詳細設計與實現

（一）技術架構

該平臺采用三層設計，分為基礎應用層、操作系統層和物理基礎設施層。

（二）云服務設計

教育信息化平臺是采用面向服務的框架進行設計，使用JavaWeb服務構建SOA。

1.業務服務設計

SOA業務服務訪問設計的思路是把java service類轉化成WSDL文件，通過訪問WSDL文件實現其功能。首先編寫Java Service～，然后利用Apache CXF控件把java類通過發布工具生成WSDL文件。訪問方式有兩種，一種是采用SEI調用，先創建SEI接口，即定義一個客戶端和服務器端共享的公共服務，然后服務器端實現該SEI接口的類，最后開發Java Web Service類，客戶端調用服務程序。另外一種是采用Provider/Dispatcb訪問，先創建服務端SEI接口，然后服務器端實現該SEI接口，并創建相應的XML文件，最后使用Apache CXF框架開發Java Web Service類，客戶端通過Dispatcb類和XML文件調用服務程序（XML文件、Provider服務類）。

2.數據交互服務設計

根據教育結構化數據的特點，本平臺實現數據的增刪改查四種方法，包括兩個數據業務接口、兩個相應的業務實現類和一個數據控制類。

3.數據服務訪問設計

根據業務服務設計的思路，因為業務服務設計采用APachecxf框架進行開發，本平臺通過客戶端的服務訪問類訪問服務器發布的服務，即CXF中的客戶端代理工廠調用web服務和CXF的動態代理工廠調用web服務。一種是模糊匹配服務器的服務地址訪問服務，另一種是通過CXF代理生成遠程服務的代理對象直接訪問服務器的SEI接口。

4.數據傳輸設計

數據傳輸方式主要是POJO類和XML數據。客戶端頁面提交表單數據和接收數據采用POJO類傳輸，先把表單數據封裝到POJO對象后提交給服務器，服務器接收后進行相應的處理把結果封裝成POJO對象返回給客戶端頁面。如果客戶端數據請求的數據較復雜時，需要利用javaxml處理類對數據封裝成XML文件，服務器端采用CXF的Provider-Dispathch解析XML文件，然后創建一個Dispath對象，構成一個請求通過invokeo方法調用Provider類，該類解析XML文件，完成數據的處理，并以XML文件形式返回結果。

（三）部分功能設計

1.資源共建共享平臺

實現本平臺與學校其它資源平臺的對接;教師備課、授課資源備份共享;各專業自制資源匯總，打造本地云課堂;建立學校的教學資源庫，實現專業教學及課件資源的共建共享、按需下載。

2.空間管理

空間分為學生、教師、管理員和教學管理人員等4種用戶，每一種用戶有不同的訪問空間，其中教師空間有備教案、備課件、備資源包、備作業、備試卷、備導學和備微課等功能。

3.教務管理

是教師、學生、家長教務行為數據化、信息化的管理工具，提升教務管理效率。

學生管理：對學生各種信息進行日常管理，包括學籍入檔、在校情況、進出校信息、家訪記錄、報道注冊信息等，實現學生信息關系的系統化、科學化、規范化和自動化。

成績管理：不僅僅是發布學生成績，為每次考試提供豐富的分析圖表、趨勢動態和詳細分析，分析薄弱點，明確科目改進的側重點;考試排名、質量分析，制定階段性目標，系統為你分析可行性并記錄每個前進的軌跡。

考勤管理：對學生和教師日常考勤進行登記、查詢、修改，包括學生上課缺勤情況、在線請假、加班情況等信息，生成考勤日歷表和卡號信息等。便于教師與學生及時有效的溝通，隨時查看把握孩子在校學習時長。

排課系統：教師可針對每個學期連續排課和預排課，自動生成課程表，實時對課程進行調整修改。

選課系統：采用網上報名方式，學生可以進行自主選課;教師批量選課，根據學生選課情況開設班級，對課程進行進度安排，布置班級作業和任務等，采用學分的概念，有效管理和拓展學生線下學習活動，使學習更加豐富多元化。

4.行政OA管理

該功能主要與學校現有的行政管理、人事管理、實驗教學管理和財務管理等系統對接融合。

5.大數據分析中心

建立大數據中心，收集每個學生、老師、學校的數據，形成數據分析節點，利用人工智能的大數據分析系統進行數據分析和可視化，讓學生、老師、家長三方都更全面的了解學生學習情況，老師可對教學內容做針對性的調整，管理人員同時也可以根據科學的數據支撐進行學校資源管理，使教育信息化快速發展，提高學生成績、教師教學能力。

四、結束語

本文在實驗室開發設計的基于云計算的教育信息化平臺經過測試，驗證了其理論體系有效可行，功能滿足設計要求，其云計算技術融合SOA面向服務設計理念的應用為教育云服務應用拓展了教育實踐的視角。低成本、多用戶、可擴展的教育信息化平臺作為智慧教育的一種工具，可以高效地滿足互聯網+教育模式下的智慧學習方式會得到很好的發展和應用。