基于云計(jì)算的區(qū)域高校教學(xué)資源共享*

陳 巧 ，袁 紅 ，熊秋娥

（1．南通大學(xué) 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，江蘇 南通 226019；2．南通大學(xué) 法政與管理學(xué)院，江蘇 南通 226019）

基于云計(jì)算的區(qū)域高校教學(xué)資源共享*

陳 巧1，袁 紅2，熊秋娥1

（1．南通大學(xué) 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，江蘇 南通 226019；2．南通大學(xué) 法政與管理學(xué)院，江蘇 南通 226019）

文章通過對當(dāng)前高校教學(xué)資源共享服務(wù)現(xiàn)狀的研究，結(jié)合云計(jì)算技術(shù)的特點(diǎn)，提出了區(qū)域高校基于軟硬件資源共享的UTRS-Cloud，重點(diǎn)分析了UTRS-Cloud教學(xué)資源存儲云的構(gòu)建和通用資源管理平臺的實(shí)現(xiàn)。

云計(jì)算；教學(xué)資源；教學(xué)資源庫

一、研究背景

數(shù)字化教學(xué)資源是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化教與學(xué)的基礎(chǔ)，是整個(gè)學(xué)校教育信息化建設(shè)的核心內(nèi)容之一?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》明確指出，在加快教育信息化進(jìn)程中要“加強(qiáng)優(yōu)質(zhì)教育資源開發(fā)與應(yīng)用；加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源體系建設(shè)；引進(jìn)國際優(yōu)質(zhì)數(shù)字化教學(xué)資源，開發(fā)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)課程，建立開放靈活的教育資源公共服務(wù)平臺，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)教育資源普及共享”。為此很多單位和專家開展了資源共享模式的研究和建設(shè)。如在構(gòu)建模式上采用“集中的書目系統(tǒng)和統(tǒng)一的利用平臺”的集中式共享，或是采用“資源分布存儲使用，資源目錄統(tǒng)一集中”的分布式教育信息資源共享；或以教學(xué)聯(lián)合體的形式、以區(qū)域共建共享等來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教育資源共享；或從技術(shù)上采用Web2.0、Blog、數(shù)據(jù)挖掘或者網(wǎng)格技術(shù)來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教育信息資源共享，這些共享模式與技術(shù)極大地促進(jìn)了教育信息資源的共享和應(yīng)用，為促進(jìn)地方教育的發(fā)展提供了有力的支持和服務(wù)。[1]為實(shí)現(xiàn)共享資源的優(yōu)質(zhì)化、完善網(wǎng)絡(luò)教學(xué)體系建設(shè)，一些學(xué)者從理論上進(jìn)行了各種機(jī)制研究：政府調(diào)控機(jī)制、管理服務(wù)機(jī)制、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制和質(zhì)量監(jiān)控機(jī)制、表彰激勵(lì)機(jī)制、項(xiàng)目管理機(jī)制等，這些理論研究完善了網(wǎng)絡(luò)教育信息資源公共服務(wù)平臺的構(gòu)建理論，為促進(jìn)資源的優(yōu)質(zhì)化提供了理論指導(dǎo)。[2][3]

然而目前各種網(wǎng)絡(luò)教育信息資源的共享，無論是理論上的研究、技術(shù)上的實(shí)現(xiàn)模式，還是共享模式應(yīng)用，都較少考慮到用于支撐資源共建的軟硬件平臺的共享以及專業(yè)維護(hù)技術(shù)人員的共享應(yīng)用，因此各個(gè)單位都要承擔(dān)巨大的軟硬件投資。近年出現(xiàn)的以虛擬化技術(shù)和按需租用為核心的云計(jì)算(Cloud Computing)技術(shù)與理念，使單位不需要構(gòu)建自己專用的數(shù)據(jù)中心就可以在云平臺上運(yùn)行各種各樣的平臺系統(tǒng)和教育信息資源，為基于區(qū)域的高校資源服務(wù)共享帶來一個(gè)全新的思路和方法。

二、云計(jì)算概述

云計(jì)算是一種新興的共享基礎(chǔ)架構(gòu)方法，由網(wǎng)格計(jì)算發(fā)展而來，通過虛擬技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)上大量可用的資源（如存儲、帶寬、計(jì)算能力等）集中起來構(gòu)成一個(gè)虛擬資源池，并由軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)管理，無需人為參與。這些可動(dòng)態(tài)部署、動(dòng)態(tài)調(diào)優(yōu)、動(dòng)態(tài)收回、自主管理的虛擬資源設(shè)備的管理和維護(hù)由提供云計(jì)算服務(wù)的企業(yè)負(fù)責(zé)，他們通過Internet向用戶提供無限可隨意擴(kuò)展的計(jì)算力、存儲空間及各種軟件服務(wù)。[4]-[6]用戶只需要像使用煤氣、水電一樣，以付費(fèi)的方式在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，以任何方式連接至互聯(lián)網(wǎng)的終端設(shè)備訪問這些服務(wù)，而不需關(guān)心存儲或計(jì)算發(fā)生在哪個(gè)硬件設(shè)備或是哪朵“云”上。

云概念一提出就受到各個(gè)領(lǐng)域的關(guān)注，亞馬遜、IBM、英特爾、微軟、雅虎、SUN、EMC、Google 等大型的 IT公司紛紛投入巨資建立云計(jì)算平臺，提供相關(guān)的云計(jì)算服務(wù)。同時(shí)學(xué)術(shù)界也紛紛對云計(jì)算進(jìn)行深層次的研究,例如谷歌同華盛頓大學(xué)以及清華大學(xué)合作,啟動(dòng)云計(jì)算學(xué)術(shù)合作計(jì)劃(Academic Cloud Computing Initiative),推動(dòng)云計(jì)算的普及,加緊對云計(jì)算的研究?？▋?nèi)基梅隆大學(xué)等對數(shù)據(jù)密集型的超級計(jì)算(Data Intensive Super Computing,DISC)進(jìn)行研究,本質(zhì)上也是對云計(jì)算相關(guān)技術(shù)開展研究。

三、基于云計(jì)算的高校教學(xué)資源共享 （UTRSCloud）

各高校目前積累了相當(dāng)數(shù)量的教學(xué)資源，這些資源來源于不同的提供商教學(xué)資源系統(tǒng)，有高校自主開發(fā)的教學(xué)資源，有存在于Internet上的泛在性教學(xué)資源等，為此各高校需提供支持服務(wù)的相應(yīng)軟件平臺、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器和存儲設(shè)備。隨著資源數(shù)量幾何級數(shù)增長、用戶需求的提高，設(shè)備的日益老化，高校必將投入更大的財(cái)力、物力和人力用以維持師生教學(xué)資源服務(wù)的需求。

基于云計(jì)算的高校教學(xué)資源共享UTRS-Cloud的核心思想是:利用云計(jì)算的虛擬化技術(shù)，將高校現(xiàn)有的硬件設(shè)備通過開源軟件XEN進(jìn)行虛擬化，并與公共服務(wù)區(qū)域上的其他軟硬件資源結(jié)合形成資源池，將資源池的資源二次按需分配。資源池提供的大規(guī)模分布式存儲系統(tǒng)為目前高校現(xiàn)有的教學(xué)資源、一些商業(yè)化機(jī)構(gòu)提供的資源構(gòu)建透明化的資源數(shù)據(jù)中心——教學(xué)資源存儲云，同時(shí)UTRS-Cloud在由資源池提供的具有高效計(jì)算、高并發(fā)性等要求云計(jì)算平臺上通過與教學(xué)資源存儲云特有的接口互聯(lián)，搭建了一個(gè)引入激勵(lì)機(jī)制的通用資源管理平臺，為各類用戶提供一個(gè)參與各類教學(xué)資源共建、共享及統(tǒng)一管理的平臺，促進(jìn)教學(xué)資源的共享及優(yōu)質(zhì)化，如圖1所示。

1.教學(xué)資源存儲云

UTRS-Cloud通過對高校教學(xué)資源的數(shù)據(jù)組成、數(shù)據(jù)類型、存儲分布、存儲和交換需求進(jìn)行分析，結(jié)合云存儲的特點(diǎn)，將教育部門和高校提供資源服務(wù)的硬件服務(wù)器、存儲設(shè)備等通過虛擬化技術(shù)進(jìn)行整合，將教學(xué)資源存儲至一個(gè)存儲空間大小按需分配、靈活擴(kuò)展的云上，形成教學(xué)資源存儲云。教學(xué)資源存儲云內(nèi)部的架構(gòu)是看不見的，各院校只需通過其提供的接口直接與存儲云上的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行交互，進(jìn)行各類資源的訪問調(diào)用。根據(jù)教學(xué)資源的不同提供方式，把教學(xué)資源存儲云劃分為三種：公共存儲云、私有存儲云、第三方存儲云，如圖2所示。

公共存儲云上的教學(xué)資源是一些開放式或是已達(dá)成可供限定區(qū)域共享協(xié)議的資源；私有存儲云上的教學(xué)資源由于版權(quán)或者涉密的原因，一般情況下為特定單位內(nèi)部的師生服務(wù)。第三方存儲云上的資源一般是各家數(shù)據(jù)庫廠商提供的如文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫、課件、視頻等商業(yè)化教學(xué)資源，只允許付費(fèi)單位或個(gè)人使用。

UTRS-Cloud在完成整合內(nèi)部分布在各個(gè)存儲點(diǎn)的教學(xué)資源數(shù)據(jù)后，私有存儲云和第三方存儲云上的資源，通過資源存儲云提供的授權(quán)認(rèn)證機(jī)制及云存儲提供的注冊接口，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源存儲云數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)與交換。隨著后續(xù)資源的日益膨脹和用戶性能要求的提高，UTRS-Cloud采用租用商業(yè)云資源或者區(qū)域高校硬件互享的模式實(shí)現(xiàn)高校間的教學(xué)資源存儲云按需隨時(shí)隨地?zé)o限擴(kuò)展，形成一個(gè)包含各學(xué)科的、可循環(huán)使用、不斷更新的優(yōu)質(zhì)資源教學(xué)存儲云。

2.資源數(shù)據(jù)庫

面對教學(xué)資源存儲云上不斷增加的異構(gòu)海量資源，UTRS-Cloud采用資源庫和資源目錄庫共同聯(lián)合備案的模式。各個(gè)現(xiàn)存的資源庫以獨(dú)立的第三方資源服務(wù)的形式注冊到目錄庫中，通過云的擴(kuò)展調(diào)用及目錄庫提供的接口，實(shí)現(xiàn)各個(gè)云上資源庫之間的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，為通用資源平臺提供終端用戶實(shí)時(shí)交互的數(shù)據(jù)來源。

資源庫：記錄資源的詳細(xì)信息，如資源類型、名稱、大小、作者、來源；保存授權(quán)認(rèn)證信息，如是否收費(fèi)、收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)及授權(quán)范圍、認(rèn)證信息接口。

資源目錄庫：各個(gè)資源庫的目錄數(shù)據(jù)庫，記錄各個(gè)資源庫的授權(quán)資料及資源庫中各類資源的摘要信息，如資源名稱、類型、作者、關(guān)聯(lián)資源庫名；也是通用資源管理平臺的數(shù)據(jù)庫，記錄終端用戶的個(gè)人基本資料、資源使用及需求情況，用戶類型及各類權(quán)限等各類信息。

3.通用資源管理平臺

架構(gòu)在提供元數(shù)據(jù)聯(lián)合編目服務(wù)和全局資源調(diào)度功能的公共云服務(wù)中心之上的UTRS-Cloud作為SaaS的服務(wù)支撐平臺，構(gòu)建提供統(tǒng)一身份服務(wù)、認(rèn)證服務(wù)、訪問控制服務(wù)、應(yīng)用注冊等共性服務(wù)的通用資源管理平臺UTRS。UTRS底層與資源存儲云中的目錄庫、資源庫相連，通過授權(quán)認(rèn)證機(jī)制為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供一個(gè)可視化的Web Service頁面，來獲取各類資源云中的海量數(shù)字教學(xué)資源。從使用流程上看，UTRS可分為資源建設(shè)、資源評審入庫和資源利用三個(gè)層次，如圖3所示。

（1）資源建設(shè)

資源建設(shè)者主要由教師、各數(shù)據(jù)庫廠商構(gòu)成。通過UTRS平臺上應(yīng)用注冊服務(wù)和資源提交模塊，教師以個(gè)人身份提交包括教學(xué)課件、媒體視頻、試卷、教學(xué)案例、文獻(xiàn)資料等教學(xué)資源。各類數(shù)據(jù)庫廠商的數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)資源庫的管理模塊，實(shí)現(xiàn)批量資源的上載。

（2）資源評審入庫

對用戶提交上來的資源，根據(jù)UTRS的系統(tǒng)流程模塊自由設(shè)定評審流程。流程用戶包括資源審核員、分學(xué)科審核員、專家學(xué)者、主編，流程行為包括：初審、復(fù)審、專家送審、專家會審、主編終審等。對于以個(gè)人用戶注冊提交的資源，可以通過管理員設(shè)定流程或者采用UTRS的默認(rèn)流程：由資源審核員進(jìn)行分類初審，初審?fù)ㄟ^的資源由各學(xué)科的審核員進(jìn)行復(fù)審，復(fù)審?fù)ㄟ^的資源再進(jìn)行專家送審、評定星級。兩星以下送審?fù)ㄟ^的資源直接入庫進(jìn)入資源利用中心供用戶消費(fèi)。對于專家送審評定等級三星及其以上的資源，安排專家會審定級或是定期資源遴選活動(dòng)，進(jìn)行資源入庫及頁面推薦。初審或是復(fù)審沒有通過的資源，審核員給出反饋或是修改意見，通過系統(tǒng)短消息或者郵件的形式通知資源提供者。各數(shù)據(jù)庫廠商提供的資源，在入庫之前由專家進(jìn)行會審，統(tǒng)一批量入庫。

（3）資源利用中心

資源利用中心是UTRS的核心功能模塊，它包含用戶管理、資源管理、電子商務(wù)管理、系統(tǒng)管理幾大功能模塊。消費(fèi)者利用UTRS提供的注冊、發(fā)布、查詢服務(wù)，實(shí)現(xiàn)資源的閱讀、下載、收藏、訂閱及資源的評價(jià)、打分等，系統(tǒng)分析用戶數(shù)據(jù)信息后，實(shí)現(xiàn)資源的自動(dòng)分級、排序、統(tǒng)計(jì)。UTRS將消費(fèi)者的評論信息自動(dòng)反饋給資源建設(shè)用戶，為資源建設(shè)者提供后續(xù)修改參考依據(jù)，資源建設(shè)者可對消費(fèi)者的意見依據(jù)價(jià)值進(jìn)行評分處理，UTRS對消費(fèi)者的激勵(lì)通過電子商務(wù)模塊進(jìn)行反饋。系統(tǒng)根據(jù)用戶對資源提供的各類反饋信息，如評價(jià)、評分、瀏覽次數(shù)、下載次數(shù)、收藏量、推薦量及作者的修改反饋次數(shù)等通過內(nèi)置公式作為資源建設(shè)者的獎(jiǎng)勵(lì)參考，激發(fā)建設(shè)者持續(xù)更新完善的熱情，促進(jìn)教學(xué)資源的優(yōu)質(zhì)化。UTRS根據(jù)用戶的基本信息及使用情況的分析，形成用戶的個(gè)人虛擬資源庫，并為用戶提供資源的主動(dòng)推薦、推送服務(wù)。

用戶管理：采用基于角色授權(quán)（注冊用戶、資源審核員、分類學(xué)科資源審核員、專家、管理員、超級管理員），將用戶實(shí)體與其角色、權(quán)限屬性相分離，無需重復(fù)設(shè)置人員權(quán)限屬性。

資源管理：可按資源學(xué)科類別、資源類型、來源方式分組管理，進(jìn)行單個(gè)或是批量資源的審核、添加、刪除、修改。

電子商務(wù)管理：根據(jù)需要設(shè)定有償資源的使用標(biāo)準(zhǔn)，通過網(wǎng)銀、支付寶等形式購買資源點(diǎn)卡或者包月形式，也作為激勵(lì)機(jī)制的獎(jiǎng)勵(lì)形式。

系統(tǒng)管理：采用基于模塊化UTRS的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置。如各種角色的訪問控制模塊設(shè)定、資源庫的管理、數(shù)據(jù)備份、各類日志的管理、各種資源數(shù)據(jù)及使用情況的統(tǒng)計(jì)管理、數(shù)據(jù)報(bào)表的生成等。

4.關(guān)鍵技術(shù)

（1）資源庫的加載技術(shù)

UTRS-Cloud的資源庫存儲云資源來源復(fù)雜，資源具有異構(gòu)性、動(dòng)態(tài)性、格式多樣性、跨組織性等特點(diǎn)。用戶和管理員要完全遍歷存儲云上的資源時(shí)，不可能要求用戶在使用每一個(gè)云資源之前都進(jìn)行分次、分類登錄、檢索及各類管理操作。為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜資源統(tǒng)一透明化，方便普通消費(fèi)者和管理員的操作，UTRS-Cloud采用以獨(dú)立資源庫形式注冊到資源目錄庫中，UTRS讀取目錄庫提供授權(quán)表記錄，通過授權(quán)表提供的接口、用戶名、口令及授權(quán)級別信息，調(diào)用數(shù)據(jù)庫連接代碼函數(shù)轉(zhuǎn)載定位至不同的資源庫，即可實(shí)現(xiàn)單次統(tǒng)一檢索獲取云上各種資源數(shù)據(jù)及各種資源的管理操作。

（2）權(quán)限管理與控制技術(shù)

UTRS采用以PKI體系為基礎(chǔ)的統(tǒng)一身份授權(quán)管理平臺，實(shí)現(xiàn)基于角色的用戶權(quán)限管理與控制，提供了各類用戶和資源提供者間的安全通信基礎(chǔ)。超級管理員事先依據(jù)角色對不同用戶的層級對應(yīng)地設(shè)置不同的資源層級訪問權(quán)限，在用戶請求服務(wù)時(shí)進(jìn)行權(quán)限驗(yàn)證，嚴(yán)格控制不同角色登錄進(jìn)入后只能根據(jù)事先指派進(jìn)行相應(yīng)的權(quán)限操作，從而嚴(yán)格控制用戶對資源的訪問，以有效地保證數(shù)據(jù)與服務(wù)安全。

四、結(jié)束語

本文通過對當(dāng)前高校教學(xué)資源共享服務(wù)模式現(xiàn)狀分析，結(jié)合云計(jì)算的技術(shù)與特點(diǎn)，對高校教學(xué)資源存儲和共享平臺服務(wù)方式進(jìn)行了重構(gòu)，提出了UTRS-Cloud。它以現(xiàn)有的軟硬件資源為基礎(chǔ)，利用云計(jì)算的技術(shù)與理念構(gòu)建高校聯(lián)合的教育資源存儲云及UTRS服務(wù)平臺，有效地解決了數(shù)字化資源建設(shè)重復(fù)、分布不均，實(shí)現(xiàn)軟硬件資源、教學(xué)資源和技術(shù)人員的共享，降低高校管理人員應(yīng)用的難度和復(fù)雜性，從而達(dá)到降低管理成本，減少風(fēng)險(xiǎn)，提高整體效益和服務(wù)水平，發(fā)揮信息化的最大效益，并促進(jìn)區(qū)域教學(xué)團(tuán)體開展更大范圍的協(xié)作，促成更大范圍、更為全面的資源共享及優(yōu)化。

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（編輯：楊馥紅）

G443

B

1673-8454(2011)15-0053-04

江蘇省教育技術(shù)研究所2011年度立項(xiàng)課題(課題批準(zhǔn)號:2011-R-19738）；南通大學(xué)2009年教學(xué)研究課題(課題批準(zhǔn)號:2009B60）；江蘇省教育科學(xué)“十一五”規(guī)劃課題（課題批準(zhǔn)號:D/2009/01/134）和江蘇省教育技術(shù)研究所“十一五”規(guī)劃2008滾動(dòng)重點(diǎn)課題（課題批準(zhǔn)號:8151）。