基于云計算的數(shù)字校園網(wǎng)模型研究*

何曉鴻 胡曉君(武漢交通職業(yè)學院,湖北 武漢 430065)

基于云計算的數(shù)字校園網(wǎng)模型研究*

何曉鴻 胡曉君
(武漢交通職業(yè)學院,湖北 武漢 430065)

文章結合松耦合、按需分配的設計理念以及云計算的架構思想,提出并介紹數(shù)字化校園網(wǎng)的云化架構模型,描述模型中基礎設施服務層、平臺服務層、應用服務層以及安全支撐體系的功能和應用場景。數(shù)字校園網(wǎng)的云化架構可以有效提高硬件設備的使用效率,節(jié)省軟硬件維護成本,增加用戶體驗的友好程度,這對數(shù)字校園網(wǎng)的建設具有一定的參考和指導意義。

云計算;數(shù)字校園網(wǎng);云化架構;虛擬化

隨著網(wǎng)絡技術的迅猛發(fā)展,高等院校的數(shù)字化、信息化建設也漸漸被當作該校綜合實力以及現(xiàn)代化層次的一個重要評價標準。數(shù)字化、信息化的校園平臺,一方面可以為學校的教學和科研提供強大的技術支持,另一方面,它作為一個開放的平臺,新的思想、觀點可以通過這個平臺得到快速的傳播和交流,給學校在人才培養(yǎng)、教育觀點、校園管理方面帶來新的面貌。作為其技術支撐平臺的互聯(lián)網(wǎng)技術,近年來,也從功能簡單,以學習為主、以文本為主的web1.0時代開始,跨過任何人都可以參與的,用戶可產(chǎn)生內容的合作化、社區(qū)化的web2.0時代,逐漸進入到功能可以自定義和擴充、任何人都可以創(chuàng)新的云計算時代。構建基于云計算的數(shù)字化校園將是未來發(fā)展的方向。

1 云計算概論

云計算的概念首次踏入公眾眼簾是在2007 年,IBM公司宣布了它的云計算計劃。在IBM的技術白皮書“Cloud Computing”里這樣定義“云計算”:云計算[1]描述了一種類型的系統(tǒng)平臺或者一種類型的應用程序?！霸破脚_”可以動態(tài)的按需部署、按需配置、按需開通或取消服務。其中的服務器可以是物理的服務器,也可以是虛擬化的服務集群,高級的云計算通常還包含其他的一些網(wǎng)絡設備、存儲設備、防火墻以及其他安全設備等?！霸茟谩眲t是一種能通過互聯(lián)網(wǎng)來訪問的,具有可擴展性的應用程序。使用大規(guī)模的服務器集群來運行網(wǎng)絡應用程序和服務,任意用戶都能通過互聯(lián)網(wǎng)接入設備訪問。由此可見,IBM定義云計算有兩個方面的含義:一方面,描述了一個類似于當前操作系統(tǒng)功效的基礎設施平臺,另一方面,描述了建立在基礎設施平臺之上的云計算應用。

云計算提供了支持動態(tài)擴展資源池的、虛擬化的、高可用性的下一代計算平臺[2]。具有以下基于web2.0模式的網(wǎng)絡無法比擬的三個特征:第一,云計算的基礎設施可以最大限度的利用廉價的硬件基礎設施,搭建在廉價服務器集群之上;第二,基于云計算的應用程序是與底層服務協(xié)作開發(fā)的,最大限度地利用了運算,存儲,網(wǎng)絡能力等資源;第三,通過冗余的多個廉價服務器之間的備份,使應用軟件達到了很高的可靠性。

2 數(shù)字化校園的現(xiàn)狀

1990年,在最早全面實行信息化教育的美國,克萊蒙特大學的教授Kenneth C.Green率先提出了數(shù)字化校園的概念,并啟動了迄今為止,最具代表性的高校信息化研究項目CampusComputingProject(CCP)。而后,在近10年時間里,美國總統(tǒng)克林頓先后撥款5億美元,用于資助國家實驗室以及部分大學的網(wǎng)絡建設?，F(xiàn)如今,互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)連接了美國境內所有的學校,而且隨著無線互聯(lián)技術的發(fā)展,移動在線學習已經(jīng)在美國各大高校蔓延;而在歐洲,英國無疑是信息化教育技術開始最早的國家。英國政府提供了全民學習網(wǎng)作為全民網(wǎng)絡教育通道,經(jīng)過近10年的發(fā)展,該網(wǎng)絡平臺已經(jīng)成為歐洲最大的全民教育門戶網(wǎng)站,覆蓋了國內所有的企業(yè)、家庭、社會服務系統(tǒng)、教育機構以及公眾傳媒體系,可以滿足職業(yè)教育、家庭教育、學校教育等多種需求。總而言之,國外的發(fā)達國家在數(shù)字化教育建設的發(fā)展已經(jīng)進入了一個嶄新的時代。

我國的數(shù)字化校園建設始于90年代,全國各大高校對建立數(shù)字化校園的重視程度與日俱增,數(shù)字化的校園建設風起云涌,校園內的軟硬件設施建設也是迅猛發(fā)展,如今網(wǎng)絡覆蓋率已經(jīng)達到95%以上,全國高校人均生機比達16∶1,已經(jīng)建成了以數(shù)字化校園網(wǎng)絡為基礎的多種應用系統(tǒng),例如網(wǎng)上遠程教學系統(tǒng)、數(shù)字化的開學迎新系統(tǒng)、網(wǎng)上校務管理系統(tǒng)、網(wǎng)上圖書管理系統(tǒng)、校園一卡通系統(tǒng)、公共數(shù)據(jù)平臺、視頻會議系統(tǒng)等。高校教育信息化建設日新月異,得到了前所未有的發(fā)展。

但是,數(shù)字化校園網(wǎng)的飛速發(fā)展,必然給其建設提出一系列新的要求。數(shù)字化校園也逐漸從以硬件基礎設施建設和系統(tǒng)建設為主的階段,過渡到優(yōu)化整合各種應用平臺,優(yōu)化資源結構配置,提供更方便、更靈活的服務階段?；谠朴嬎愕臄?shù)字校園網(wǎng)將是很好的一個選擇。搭建基于云計算的數(shù)字化校園可以有效解決現(xiàn)階段校園網(wǎng)中由于基礎設置的閑置、重復購置、軟硬件投入失衡導致的資源浪費問題;由于各部門獨立建立自己的應用系統(tǒng),無法共享、交換數(shù)據(jù)造成的信息孤島問題;由于信息資源管理的各自為政,造成同一校園網(wǎng)用戶需要多次認證以進入不同的應用系統(tǒng)的問題等等。

3 基于云計算的數(shù)字化校園模型

云計算依靠標準化、虛擬化的方式有機地整合了云中的硬、軟件資源,并以服務的方式,通過網(wǎng)絡提交給用戶。典型的云計算架構由基礎設施層、平臺層、應用層組成[3](如圖1)?；A設施層是指通過整合分散在不同位置的各種計算機資源、存儲資源來提供虛擬化的平臺環(huán)境,從而對外提供靈活的,可隨機動態(tài)調整的基礎設施服務;平臺層位于基礎設施之上,為用戶的云應用提供諸如云中資源的部署、分配、管理、監(jiān)控等運行和維護資源的支持,使開發(fā)者不需要過多的考慮所需要的軟硬件環(huán)境,只需要專注于自己的具體開發(fā)工作;應用層位于平臺層之上,它支持云用戶直接利用已有的各種服務,或者利用已有的接口去開發(fā)自己的程序,使得用戶從常規(guī)的程序安裝、運行、維護的工作中解脫出來,也減輕了軟件維護和售后技術支持等方面的負擔與成本。

圖1 云計算層次化模型

基于通用的云計算模型[4],建立數(shù)字校園網(wǎng)建設的實際應用狀況[5],本著整合各種應用平臺,優(yōu)化資源結構配置,提供更方便、靈活的用戶服務的原則,本文提出了一種新的高效率、低耦合、高復用的、基于云平臺的數(shù)字校園網(wǎng)模型(如圖2)。

圖2 數(shù)字化校園架構模型

從圖2可以看出,第一,所有的網(wǎng)內計算資源在云平臺服務中心注冊服務,用戶根據(jù)注冊的目錄來搜索對應的服務,并據(jù)此對相關的服務資源進行調度及使用。第二,該模型主體包括基礎設施層,以提供虛擬化的硬件資源池;平臺層,以提供統(tǒng)一標準的軟件支撐平臺;應用層,以提供動態(tài)靈活的應用服務。另外,校園云的安全管理為該模型提供了整體的安全保障。

基礎設施層一方面完成了對校園網(wǎng)內部硬件設備,比如服務器,存儲單元、網(wǎng)絡設備、I/O資源等的整合,另一方面利用網(wǎng)絡資源虛擬化技術、服務器虛擬化技術、存儲虛擬化技術等,對各種硬件資源進行池化處理,并對它們進行管理和自動部署。基礎設施服務把各種服務器打包成虛擬機,供用戶調度,通過虛擬網(wǎng)絡的架構實現(xiàn)多個虛擬機之間的交互,是基于云計算的數(shù)字校園網(wǎng)模型的基礎和物質保障。對于數(shù)字校園網(wǎng)來說,這種設計可以非常有效地提高應用服務的靈活性和對用戶請求的響應能力,并大大降低采購硬件設備的采購成本以及使用期內的維護費用;平臺層作為資源管理的中間件,對應用層提供服務,它實現(xiàn)了統(tǒng)一的用戶管理、統(tǒng)一的安全管理、統(tǒng)一的資源管理、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理,通過集群、虛擬化、負載均衡等對外提供統(tǒng)一的身份認證和訪問控制服務,開發(fā)、測試服務等等。例如,校園網(wǎng)服務平臺的數(shù)據(jù)中心平臺建設,可以設計將多種業(yè)務應用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心平臺,構建統(tǒng)一、完整的數(shù)字化校園網(wǎng)支撐平臺。所有業(yè)務應用共享數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)中心平臺對用戶層提供數(shù)據(jù)的系統(tǒng)維護、整合、訂閱、以及綜合信息服務等功能;應用層最終對用戶提供個性化的軟件服務,是數(shù)字校園網(wǎng)提供的按需申請的最終端的服務,用戶可以通過網(wǎng)頁瀏覽器、手機,瘦客戶端訪問數(shù)字校園網(wǎng)。校園網(wǎng)通用的應用層服務有郵件服務系統(tǒng)、辦公系統(tǒng)、科研系統(tǒng)、遠程教學系統(tǒng)、電子圖書館系統(tǒng)等,這些應用系統(tǒng)通過平臺層和基礎設施層的支持,即可在云架構下靈活的擴展和管理,搭建成軟件服務云。用戶只要擁有相關權限,登陸到云端就可以得到軟件的相應服務。即可在任何地方訪問云服務,不需要安裝系統(tǒng),更不需要承擔系統(tǒng)繁瑣的日常維護工作。至此,我們已經(jīng)搭建起了一個基于數(shù)字化的校園網(wǎng)云服務。另外,為了加強云服務的安全性,云服務的安全保障模塊也是必不可少的。比如,用戶只有通過認證,得到授權,才能訪問自己的數(shù)據(jù);不同等級的用戶,可以支持不同的訪問權限;用戶自己的數(shù)據(jù)在加載到內存,或在網(wǎng)絡上傳送的時候,不可以被其他的用戶瀏覽或更改以保證用戶個人數(shù)據(jù)的私密性等,以保證云上的數(shù)字校園網(wǎng)具有一個安全的應用環(huán)境。

4 結論

本文在研究傳統(tǒng)校園網(wǎng)架構的基礎之上,結合當今先進的松耦合、按需分配的設計理念以及云計算的架構思想,搭建了層次化的數(shù)字校園網(wǎng),設計并給出了數(shù)字化校園網(wǎng)的云化架構模型,詳細描述了模型中基礎設施層、平臺層、應用層以及安全支撐體系的功能和應用場景。實踐證明,通過該數(shù)字校園網(wǎng)的云化架構,可以有效提高硬件設備的使用效率,節(jié)省軟件硬件維護、安全、日常管理方面的人力和財力,同時由于用戶訪問的靈活性和響應速度的大幅提高,也大大提高了用戶體驗的友好程度。這種基于云計算的數(shù)字校園網(wǎng)模型對于以后的數(shù)字化校園網(wǎng)建設具有一定的參考和指導意義。

[1]Boss G,Malladi P,Quan D,Legregni L,Hall H. Cloud Computing.IBM White Paper[EB/OL].(2009 -12-06).http://download.boulder.ibm.com/ibmdl/ pub/software/dw/wes/hipods/Cloud_computing_wp_final _8Oct.pdf.

[2]John B Horrigan.Use of Cloud Computing Applications And Services[M].Washington:the Pew Research Center,2008:987-1120.

[3]王亮.走近云計算[M].北京:人民郵電出版社, 2009,(6):18-30.

[4]汪洋.云計算在院校教育中的應用初探[J].科技經(jīng)濟市場,2009,(4):8-11.

[5]孫柏祥.學校教育信息化建設和發(fā)展的新模式[J].中國電化教育,2010,(5):123-125.

TP393.18

A

1672-9846(2013)02-0078-03

2013-04-13

何曉鴻(1976-),女,湖北武漢人,武漢交通職業(yè)學院講師,主要從事電子與信息技術教學。

胡曉君(1968-),女,湖北武漢人,武漢交通職業(yè)學院教師,主要從事計算機應用技術教學。