面向服務(wù)的開(kāi)放教育云存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要： 研究將云存儲(chǔ)技術(shù)應(yīng)用到面向服務(wù)的開(kāi)放教育中，設(shè)計(jì)了面向服務(wù)的開(kāi)放教育云存儲(chǔ)系統(tǒng)，以解決開(kāi)放教育中資源存儲(chǔ)及由于信息不對(duì)稱引起的學(xué)生厭學(xué)問(wèn)題，提升開(kāi)放教育的服務(wù)水平。通過(guò)對(duì)云存儲(chǔ)的分析，并結(jié)合開(kāi)放教育的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)以資源推薦為亮點(diǎn)的云存儲(chǔ)系統(tǒng)，其中資源推薦算法采用了基于項(xiàng)目的協(xié)同過(guò)濾算法。

關(guān)鍵詞： 開(kāi)放教育； 云存儲(chǔ)； 資源推薦； 基于項(xiàng)目的協(xié)同過(guò)濾算法

中圖分類(lèi)號(hào)：TP31 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2013）01-12-02

Design of service-oriented open education cloud storage system

Zhang Xueyan

（Ningbo TVRadio University， Ningbo， Zhejiang 315016， China）

Abstract： How to apply cloud storage technology in service-oriented open education is studied. A cloud storage service system for service-oriented open education is designed to solve the following two problems： resource storage and the problem of bored of study caused by information asymmetry in open education. The level of service of the open education is enhanced. Combined with the characteristics of open education， through the analysis on the concept of cloud storage， a cloud storage system which can recommend resources is designed. Project-based collaborative filtering algorithm for resource recommending is applied in it.

Key words： open education； cloud storage； resource recommended； project-based collaborative filtering algorithm

0 引言

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，為現(xiàn)代開(kāi)放教育提供了新的教學(xué)手段，促進(jìn)了開(kāi)放教育的發(fā)展。在基于計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的新型教學(xué)模式中，各種教學(xué)資源通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提供給開(kāi)放式教育的學(xué)員自主學(xué)習(xí)的環(huán)境。但隨著教學(xué)資源數(shù)量急劇增加及資源類(lèi)型的多樣化，產(chǎn)生了以下兩個(gè)問(wèn)題：①傳統(tǒng)的資源存儲(chǔ)方式無(wú)法適應(yīng)實(shí)際需求；②學(xué)生無(wú)法獲取或無(wú)法及時(shí)獲取有效的資源或信息，即產(chǎn)生了開(kāi)放教育中的信息不對(duì)稱問(wèn)題。

云存儲(chǔ)技術(shù)的出現(xiàn)，為解決教學(xué)資源存儲(chǔ)問(wèn)題帶來(lái)了曙光[1-4]。云存儲(chǔ)專(zhuān)注于向各類(lèi)用戶提供基于網(wǎng)絡(luò)的在線存儲(chǔ)服務(wù)。云存儲(chǔ)的核心是存儲(chǔ)設(shè)備與應(yīng)用軟件的結(jié)合，利用應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)服務(wù)[3-5]。本課題旨在設(shè)計(jì)面向服務(wù)（具有資源推薦功能）的云存儲(chǔ)系統(tǒng)，以解決上述的兩個(gè)問(wèn)題。

1 云存儲(chǔ)系統(tǒng)介紹

云存儲(chǔ)是一個(gè)以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理為核心的云計(jì)算系統(tǒng)。云存儲(chǔ)由大量的同構(gòu)或異構(gòu)的存儲(chǔ)設(shè)備組成，融合了虛擬化技術(shù)、網(wǎng)格技術(shù)、數(shù)據(jù)保護(hù)及管理技術(shù)，為用戶提供按需分配的靈活方便的云存儲(chǔ)服務(wù)[5，6]。云存儲(chǔ)系統(tǒng)利用云存儲(chǔ)技術(shù)把存儲(chǔ)設(shè)備轉(zhuǎn)換為存儲(chǔ)服務(wù)。圖1是一個(gè)云存儲(chǔ)系統(tǒng)。

目前典型的云存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)模型可分為存儲(chǔ)層、基礎(chǔ)管理層、應(yīng)用接口層及訪問(wèn)層，如圖2所示。

其中API是應(yīng)用程序接口，iSCSI是互聯(lián)網(wǎng)小型計(jì)算機(jī)接口，F(xiàn)C為光纖通道，NAS為網(wǎng)絡(luò)連接式存儲(chǔ)，P2P為對(duì)等存儲(chǔ)系統(tǒng)。存儲(chǔ)層位于模型的最底層，由許多多樣的存儲(chǔ)設(shè)備組成。存儲(chǔ)層可以實(shí)現(xiàn)同構(gòu)或異構(gòu)設(shè)備的虛擬化管理?；A(chǔ)管理層是云存儲(chǔ)的核心層，是最難實(shí)現(xiàn)的部分，對(duì)外提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務(wù)。應(yīng)用層相對(duì)其他層來(lái)說(shuō)較為靈活，在此可根據(jù)不同的需要提供不同的應(yīng)用服務(wù)。訪問(wèn)層是云存儲(chǔ)系統(tǒng)與用戶的接口部分。

2 面向服務(wù)的開(kāi)放教育云存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

服務(wù)于開(kāi)放教育的云存儲(chǔ)系統(tǒng)為私有云存儲(chǔ)系統(tǒng)，即只有注冊(cè)了學(xué)籍的用戶才能訪問(wèn)系統(tǒng)資源。云存儲(chǔ)系統(tǒng)面向?qū)W員提供基于web的訪問(wèn)方式，提供文件在線存儲(chǔ)、備份、共享及多版本控制等功能，內(nèi)部采用多種虛擬化技術(shù)，底層提供iSCSI、FC、NFS等API訪問(wèn)接口。

本系統(tǒng)的功能包括：教師通過(guò)上傳資源來(lái)建設(shè)課程；學(xué)生可通過(guò)系統(tǒng)來(lái)完成作業(yè)并上傳；系統(tǒng)根據(jù)不同用戶的需求向用戶推薦資源。

2.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)涉及到管理員、教師用戶及學(xué)生用戶三類(lèi)用戶，這三類(lèi)用戶通過(guò)云存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)資源進(jìn)行操作。系統(tǒng)另外提供一個(gè)推薦資源或通知通告的功能模塊。具體的系統(tǒng)UML類(lèi)圖如圖3所示。

圖3中，User為三類(lèi)用戶的父類(lèi)。File類(lèi)包括文件和目錄，具體由屬性type來(lái)決定，type為true時(shí)為文件，1為目錄；dir為路徑信息，包含了文件或目錄的名稱。

2.2 系統(tǒng)的主要類(lèi)功能設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要類(lèi)為用戶類(lèi)User，資源類(lèi)File及系統(tǒng)功能類(lèi)Recommender。其中User類(lèi)是管理員類(lèi)Administrator、學(xué)生StudentUser及教師TeacherUser三個(gè)類(lèi)的父類(lèi)。

⑴ Administrator類(lèi)具有創(chuàng)建用戶、刪除用戶、初始化用戶密碼、創(chuàng)建課程、指定課程責(zé)任教師、關(guān)聯(lián)課程與班級(jí)、刪除課程等功能。

⑵ StudentUser類(lèi)具有上傳作業(yè)及刪除自己已上傳作業(yè)的權(quán)限。本系統(tǒng)暫時(shí)考慮不允許學(xué)生用戶上傳資源。另外本系統(tǒng)還需要知道學(xué)生所在的班級(jí)，因此在此類(lèi)中還需要class屬性來(lái)說(shuō)明學(xué)生所在的班級(jí)。

⑶ TeacherUser類(lèi)具有上傳資源，刪除已上傳的資源，批改學(xué)生作業(yè)及發(fā)布通知的功能。另一個(gè)教師可以教授多門(mén)課程，因此增加一個(gè)字符數(shù)組類(lèi)型course來(lái)記錄該教師所負(fù)責(zé)的課程。

上述三個(gè)類(lèi)從User類(lèi)繼承的功能是修改自己的密碼，下載文件或文件夾，重命名文件或文件夾。

⑴ File類(lèi)是一個(gè)資源類(lèi)，可表示文件或文件夾。包括文件編號(hào)，文件路徑及文件名，權(quán)限信息，創(chuàng)建者，創(chuàng)建時(shí)間及最后修改時(shí)間等屬性。其中，權(quán)限主要包括只讀和讀寫(xiě)兩個(gè)權(quán)限，若文件夾為只讀，說(shuō)明該文件夾下不可創(chuàng)建文件或文件夾，也不能刪除文件或文件夾，從而保證了資源的安全。文件編號(hào)id是一個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)生成的惟一編號(hào)，可標(biāo)識(shí)File對(duì)象。

⑵ Recommender類(lèi)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的資源及通知通告推送服務(wù)。具體參考2.3。

我們?cè)谠撛拼鎯?chǔ)平臺(tái)中提供了一個(gè)接口給在線作業(yè)系統(tǒng)，教師可以在線批改作業(yè)，具體由checkAssignment方法實(shí)現(xiàn)。

2.3 Recommender類(lèi)設(shè)計(jì)

Recommender類(lèi)是本系統(tǒng)最重要的類(lèi)之一，是面向服務(wù)的具體體現(xiàn)，本課題主要參考文獻(xiàn)[7]中個(gè)性化服務(wù)推薦的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)通過(guò)該類(lèi)向?qū)W生發(fā)布信息，其中popNotice方法是直接向?qū)W生在該系統(tǒng)中登記的手機(jī)號(hào)碼發(fā)送短信，并將通知的副本拷貝到學(xué)生所在的云盤(pán)目錄中。而popResource類(lèi)是把資源拷貝到學(xué)生用戶所在的云盤(pán)相關(guān)目錄中，并發(fā)短消息提示學(xué)生查看資源。

Recommender類(lèi)中最主要的功能，同時(shí)也是最難實(shí)現(xiàn)的功能是個(gè)性化資源的選擇，即為不同的學(xué)員推薦不同的學(xué)習(xí)資料。本課題組采用基于項(xiàng)目的協(xié)同過(guò)濾算法（Project-based Collaborative Filtering Algorithm， PCFA），計(jì)算出資源之間的相似性，得出目標(biāo)資源的相似資料集合與利用加權(quán)和計(jì)算資料的預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)分值。根據(jù)預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)值的高低向?qū)W員推薦學(xué)員最偏好的前N個(gè)資源。系統(tǒng)的推薦流程圖如圖4所示。

計(jì)算當(dāng)前資源可能評(píng)價(jià)值時(shí)，首先要計(jì)算資源間屬性相似度，獲得當(dāng)前資源屬性相似的資源，然后才能得到該資源的可能評(píng)價(jià)值。對(duì)于最后圖4中資源下載到學(xué)員本地計(jì)算機(jī)，學(xué)員可以在個(gè)人設(shè)置處進(jìn)行配置，可供學(xué)員選擇的項(xiàng)有：

⑴ 自動(dòng)下載（系統(tǒng)推薦）；

⑵ 詢問(wèn)后下載；

⑶ 顯示資源列表，允許選擇性下載。

對(duì)于top-N中N的值也可由學(xué)員自行配置，系統(tǒng)默認(rèn)為10。在下載完成后，系統(tǒng)會(huì)給出一份已下載的資源列表，并提示哪些是教師推薦的資源。

3 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)通過(guò)給教師和學(xué)生提供一個(gè)基于云存儲(chǔ)的個(gè)人存儲(chǔ)空間（云盤(pán)），初步實(shí)現(xiàn)了向?qū)W員個(gè)性化推薦資源及通知通告的功能，并且使得學(xué)生可在任何聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)上完成自己的作業(yè)。初步解決了遠(yuǎn)程教育中由于信息不對(duì)稱而引起學(xué)員學(xué)習(xí)熱情下降的問(wèn)題，在本課題組給出的500份調(diào)查問(wèn)卷（有效問(wèn)卷為378份）中，79.4%的成人學(xué)員肯定了資源推薦對(duì)于學(xué)習(xí)積極性提高具有非常重大的意義，認(rèn)可了本系統(tǒng)的資源推薦服務(wù)。

目前系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題是無(wú)法獲知學(xué)生對(duì)推薦給他們的資源是否滿意或還需要哪些資源。在今后的工作中，我們將會(huì)在Recommender中再增加一個(gè)學(xué)生對(duì)推薦資源的認(rèn)可度的參數(shù)，返回給Recommender系統(tǒng)用以校正相似度參數(shù)，為學(xué)員提供更好的資源推薦服務(wù)。

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