云計(jì)算架構(gòu)的地市級(jí)電大教學(xué)資源共享研究

李彥武

(張家口廣播電視大學(xué)，河北 張家口 075000)

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云計(jì)算架構(gòu)的地市級(jí)電大教學(xué)資源共享研究

李彥武

(張家口廣播電視大學(xué)，河北 張家口 075000)

地市級(jí)電大在教學(xué)資源共享方面存在許多問題。云計(jì)算具有低成本、安全穩(wěn)定、按需使用等優(yōu)勢(shì)，其服務(wù)模式分為IaaS、PaaS和SaaS，部署模式包括私有云、公有云和混合云。地市級(jí)電大構(gòu)建云計(jì)算教學(xué)資源共享系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)校內(nèi)資源云共享，進(jìn)而形成各地市級(jí)電大的云共享聯(lián)盟，共建共享工作應(yīng)依靠省電大縱向督導(dǎo)與地市電大橫向協(xié)調(diào)的結(jié)合。

云計(jì)算；電大；教學(xué)資源；共享

一、引言

實(shí)現(xiàn)地市級(jí)電大之間教學(xué)資源共享，可以提高資源利用率，降低成本，減少浪費(fèi)，避免資源孤島。云計(jì)算是繼互聯(lián)網(wǎng)之后信息技術(shù)的重大革新，具有虛擬化、高可靠性、易用性、按需服務(wù)等特點(diǎn)。地市級(jí)電大利用云計(jì)算技術(shù)部署和研發(fā)教學(xué)資源共享系統(tǒng)，可以充分利用現(xiàn)有軟件和硬件設(shè)施，有效整合各種優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，促進(jìn)教學(xué)資源共享和教學(xué)服務(wù)變革，更好地實(shí)施現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育。

二、教學(xué)資源共享緣何選擇云計(jì)算

云計(jì)算是一種全新網(wǎng)絡(luò)服務(wù)方式，是分布式處理、并行處理和網(wǎng)格計(jì)算共同發(fā)展的結(jié)果。[1]云計(jì)算把大規(guī)模計(jì)算和存儲(chǔ)資源整合起來，將復(fù)雜的計(jì)算分布在很多分布式計(jì)算機(jī)上，通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)按需供給用戶。對(duì)于地市級(jí)電大而言，校園網(wǎng)即可建構(gòu)為校園“云”，從而使校園網(wǎng)用戶脫離技術(shù)與部署上的復(fù)雜性，從“云”中獲得教學(xué)應(yīng)用與存儲(chǔ)，避免或減少在硬件、軟件、技術(shù)方面的大規(guī)模投入。用戶所需的應(yīng)用軟件和教學(xué)資源不是運(yùn)行在用戶電腦上，而是運(yùn)行在“云”中。用戶數(shù)據(jù)也并不存儲(chǔ)在本地，而是存儲(chǔ)在“云”中。作為一種高效率的共享服務(wù)，云計(jì)算可以更好地勝任教學(xué)資源共享工作，與現(xiàn)有的傳統(tǒng)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)相比，云計(jì)算具有以下優(yōu)勢(shì)：

1．性能優(yōu)良

云計(jì)算依靠計(jì)算機(jī)集群、大容量存儲(chǔ)設(shè)備、高速帶寬等硬件設(shè)備的支持，具有強(qiáng)大的計(jì)算能力和良好的容錯(cuò)性，當(dāng)網(wǎng)站遇到突發(fā)性大訪問量，云計(jì)算的服務(wù)器集群和虛擬化技術(shù)，可以應(yīng)對(duì)因訪問量過大導(dǎo)致的訪問失敗或服務(wù)器崩潰，保證數(shù)量龐大的接入端穩(wěn)定地共享數(shù)據(jù)，以應(yīng)對(duì)電大系統(tǒng)大規(guī)模遠(yuǎn)程在線學(xué)習(xí)的要求。

2．易于擴(kuò)展

所有的教學(xué)資源存在云端的數(shù)據(jù)中心，虛擬化技術(shù)對(duì)云計(jì)算平臺(tái)資源進(jìn)行統(tǒng)一管理，動(dòng)態(tài)調(diào)整資源層以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用擴(kuò)展，可以滿足電大教學(xué)資源庫不斷擴(kuò)大和共享的要求。

3．成本低廉

云計(jì)算對(duì)用戶端的設(shè)備要求低，不需要高配置的電腦終端，用戶通過瀏覽器即可接入系統(tǒng)，通過訪問互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行Web應(yīng)用程序獲得所需要的教學(xué)資源。這一優(yōu)勢(shì)決定了云計(jì)算可以為地市級(jí)電大節(jié)省大量的計(jì)算機(jī)等硬件設(shè)備的購買和維護(hù)成本。比如，使用廉價(jià)的云計(jì)算無盤工作站取代傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)教室的學(xué)生電腦。

4．安全性高

云計(jì)算系統(tǒng)利用多種硬件和軟件機(jī)制，提供最可靠、最安全的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，用戶不用擔(dān)心數(shù)據(jù)丟失、病毒入侵，可提高教學(xué)資源的安全性。

三、地市級(jí)電大教學(xué)資源共享障礙分析

目前，各地市級(jí)電大教學(xué)資源共享存在重復(fù)建設(shè)嚴(yán)重、共享效率低、資源孤島現(xiàn)象以及缺乏相互協(xié)作等諸多問題，一些電大優(yōu)質(zhì)的自建教學(xué)資源,無法為更多兄弟電大提供服務(wù)；一些電大的計(jì)算機(jī)、服務(wù)器等設(shè)備，因配置過低無法使用而又無合理的共享策略，只能廢棄；一些電大內(nèi)部同時(shí)運(yùn)行著多個(gè)互不兼容的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)，提供著眾多無法共享的異構(gòu)教學(xué)資源等。筆者認(rèn)為，電大資源共享障礙大致可歸納為如下幾點(diǎn)：

1．引導(dǎo)缺位，觀念落后

省級(jí)電大在地市級(jí)電大教學(xué)資源共享方面，沒有充分起到統(tǒng)籌規(guī)劃和指導(dǎo)帶動(dòng)作用，共建共享工作缺乏來自上級(jí)電大的“起飛推力”；地市級(jí)電大缺乏全局觀念和發(fā)展觀念，本位主義思想嚴(yán)重，只注重強(qiáng)化自身優(yōu)勢(shì)，對(duì)共建共享帶來的利好缺乏長(zhǎng)遠(yuǎn)眼光。

2．各自為政，重復(fù)建設(shè)

各地市級(jí)電大受區(qū)域限制、利益分配的制約，各自為政, 條塊分割，重復(fù)建設(shè)嚴(yán)重，開發(fā)教學(xué)資源隨意性較強(qiáng)，相互之間缺乏協(xié)作，資源無法實(shí)現(xiàn)共享，導(dǎo)致資源的分散無序和人力財(cái)力的浪費(fèi)。即使是在市電大內(nèi)部，也往往是多個(gè)學(xué)習(xí)平臺(tái)不能互通信息，不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與遷移，不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源和存儲(chǔ)空間的動(dòng)態(tài)分配。

3．標(biāo)準(zhǔn)不一，無法兼容

缺乏統(tǒng)一的資源建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，資源異構(gòu)情況普遍存在。操作系統(tǒng)、軟件開發(fā)技術(shù)路線、數(shù)據(jù)庫缺乏統(tǒng)一規(guī)范，所開發(fā)的教學(xué)資源相互之間很難實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交流與互操作。

4．經(jīng)費(fèi)不足，影響建設(shè)

電大作為成人高校，受到地方政府關(guān)注較少，因而財(cái)政資金投入不足，辦學(xué)資源相對(duì)緊張。共建共享初期，因資源整合、硬件設(shè)備購置方面的需要，必然要進(jìn)行大規(guī)模投資。況且資源共享建設(shè)并非一次性工程，后期還需要不斷更新和補(bǔ)充，才能做到健康持續(xù)發(fā)展。特別是在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模式下，后期的更新維護(hù)更是需要大量資金投入。

四、云計(jì)算系統(tǒng)架構(gòu)及其部署模式

1．云計(jì)算系統(tǒng)架構(gòu)

云計(jì)算架構(gòu)分為三層，即基礎(chǔ)設(shè)施層、開發(fā)環(huán)境層和應(yīng)用軟件層。其服務(wù)模式也相應(yīng)的分為如下三種：

(1)設(shè)施即服務(wù)(IaaS)。將基礎(chǔ)設(shè)施作為服務(wù)。把最基本的計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、網(wǎng)絡(luò)資源，用虛擬化的方法提供給用戶。用戶可以在此之上部署或運(yùn)行各種軟件，包括客戶操作系統(tǒng)和應(yīng)用業(yè)務(wù)。

(2)平臺(tái)即服務(wù)(PaaS)。將軟件研發(fā)環(huán)境作為一種服務(wù)提供給用戶。用戶可以在云平臺(tái)開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行軟件系統(tǒng)開發(fā)。

(3)軟件即服務(wù)(SaaS)。將軟件作為一種服務(wù)提供給用戶。通過瀏覽器傳給云中用戶，向用戶提供基于Web的應(yīng)用軟件，并計(jì)時(shí)收費(fèi)。SaaS能按需提供可擴(kuò)展的、彈性的服務(wù)。[2]

在云計(jì)算系統(tǒng)架構(gòu)的地市級(jí)電大校園云中，學(xué)生、教師、管理人員、科研人員和開發(fā)人員均可以訪問SaaS層的教學(xué)資源、應(yīng)用軟件，也可以訪問IaaS層的各種虛擬軟件資源和硬件資源等；開發(fā)人員則可以利用PaaS提供的開發(fā)環(huán)境，進(jìn)行各種應(yīng)用程序的開發(fā)，如圖1所示。

圖1 云計(jì)算系統(tǒng)架構(gòu)

2．云計(jì)算部署模式

云計(jì)算部署模式包括私有云(Private cloud)、公有云(Public cloud)、混合云(Hybrid cloud)。私有云是構(gòu)建云平臺(tái)時(shí)最常見的部署模式。地市級(jí)電大可以根據(jù)自己的實(shí)際需求選擇部署模式，也可以部署服務(wù)于各地市級(jí)電大的校園云聯(lián)盟，實(shí)現(xiàn)各地市級(jí)電大之間的教學(xué)資源云共享。

(1)私有云。私有云是指僅供一個(gè)單位獨(dú)自使用的云，一般部署在有眾多分支機(jī)構(gòu)的單位或組織，具有靈活性強(qiáng)、可控性強(qiáng)、以服務(wù)為基礎(chǔ)、安全風(fēng)險(xiǎn)低等優(yōu)點(diǎn)。如北京科技大學(xué)云計(jì)算平臺(tái)、中國刑警學(xué)院校園云、蘭州大學(xué)校園云等，即為私有云。地市級(jí)電大之間實(shí)現(xiàn)資源云共享和互訪問操作，應(yīng)當(dāng)首先在各地市級(jí)電大內(nèi)部建設(shè)私有云，即以“整合資源，按需使用”的思想來構(gòu)建云計(jì)算校園網(wǎng)，整合學(xué)校全部可用的教學(xué)資源和網(wǎng)絡(luò)資源，通過虛擬化手段進(jìn)行統(tǒng)一管理和建設(shè)，最后實(shí)現(xiàn)按需使用。

(2)公有云。公有云指專門運(yùn)營云服務(wù)的機(jī)構(gòu)所提供的云。用戶無需投資建設(shè)軟硬件平臺(tái)，用戶所應(yīng)用的程序、服務(wù)及相關(guān)數(shù)據(jù)都存放在公有云提供者那里。公有云是一種經(jīng)濟(jì)、有效的部署方案。目前，許多公司已經(jīng)在網(wǎng)上提供免費(fèi)或收費(fèi)的公有云服務(wù)。

(3)混合云?；旌显剖撬接性?、公有云的組合體，其服務(wù)既可提供給外部客戶使用，也可供本單位自己使用，混合云中的云實(shí)體各自獨(dú)立運(yùn)行，且可互操作。[3]

五、教學(xué)資源云共享的實(shí)現(xiàn)

1．教學(xué)資源云計(jì)算共享系統(tǒng)模型構(gòu)建

虛擬化是實(shí)現(xiàn)云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)。云平臺(tái)利用軟件來實(shí)現(xiàn)硬件資源的虛擬化管理、調(diào)度以及應(yīng)用，隱藏了計(jì)算資源的底層屬性，它既包括把單個(gè)物理資源劃分成多個(gè)虛擬資源的裂分模式，也包括將多個(gè)物理資源整合成一個(gè)虛擬資源的聚合模式。[4]虛擬化對(duì)象包括存儲(chǔ)虛擬化、計(jì)算虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化和服務(wù)器虛擬化等。

從地市級(jí)電大教學(xué)資源共享的現(xiàn)實(shí)需求出發(fā)，設(shè)計(jì)基于虛擬化技術(shù)的五層結(jié)構(gòu)云計(jì)算資源共享系統(tǒng)模型，如圖2所示。

圖2 云計(jì)算資源共享系統(tǒng)模型

圖2中最上層是用戶界面，用戶通過該界面來利用“云”中各種服務(wù)和資源；第二層提供各種管理功能；第三層為開發(fā)人員提供各種功能；最下兩層為系統(tǒng)的硬件資源和軟件資源。該資源共享系統(tǒng)模型即為地市級(jí)電大校園私有云邏輯模型。該模型旨在實(shí)現(xiàn)市電大本部的校園私有云，從而滿足校內(nèi)用戶對(duì)各種教學(xué)資源的云共享。

(1)客戶服務(wù)層。它是信息資源共享的實(shí)現(xiàn)層。它由服務(wù)注冊(cè)、教學(xué)資源共享、用戶空間服務(wù)、資源查找、信息交流、在線學(xué)習(xí)等功能組成。該層主要功能是面向用戶提供各種應(yīng)用服務(wù)軟件，使任何支持Web方式的客戶端通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)連接至該層架構(gòu)。用戶使用PC、手機(jī)等終端設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)即可接入教學(xué)資源云共享平臺(tái)，訪問云中學(xué)習(xí)平臺(tái)、作業(yè)系統(tǒng)、課件點(diǎn)播系統(tǒng)、虛擬實(shí)驗(yàn)室、辦公軟件等應(yīng)用服務(wù)。比如，學(xué)生用戶可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)能力、經(jīng)濟(jì)條件、作息時(shí)間安排等在該層選擇適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)時(shí)段，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)。

(2)事務(wù)管理層。該層是對(duì)云計(jì)算資源應(yīng)用進(jìn)行有效管理調(diào)度，確保資源能夠安全高效地提供服務(wù)。它由資源管理、任務(wù)管理、用戶管理和安全管理等工作內(nèi)容組成。系統(tǒng)通過訪問控制權(quán)限、注冊(cè)賬戶及密碼方式進(jìn)行安全控制，控制用戶可訪問哪些共享資源，規(guī)定用戶可訪問的資源類型和數(shù)量等。

(3)應(yīng)用接口層。應(yīng)用接口層主要是面向開發(fā)者提供各類公用API接口、Web Services等。該層與事務(wù)管理層分離，有利于事務(wù)管理與應(yīng)用開發(fā)的松散耦合。

(4)虛擬資源層。該層為上面的各個(gè)層次提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算等資源。該層通過虛擬化技術(shù)將物理資源層異構(gòu)資源進(jìn)行封裝整合成為同構(gòu)資源，形成計(jì)算資源池、存儲(chǔ)資源池、軟件資源池等，降低了資源管理復(fù)雜度，提高了資源利用率，為協(xié)同工作和資源共享提供便利。例如將異構(gòu)平臺(tái)的各類教學(xué)資源、教學(xué)素材、數(shù)據(jù)庫等整合后提供給最終用戶。該層由VMware等虛擬化軟件實(shí)現(xiàn)。

(5)物理層。該層由服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等資源構(gòu)成。通過分布式技術(shù)和虛擬化技術(shù)，將硬件設(shè)備組成一個(gè)服務(wù)器集群用于云計(jì)算操作。除硬件資源之外，大量高質(zhì)量的教學(xué)資源包括動(dòng)畫、音視頻、CAI 課件、IP課件、教案、練習(xí)題、試卷等都存儲(chǔ)在該層的數(shù)據(jù)庫中。

2．地市級(jí)電大之間的資源共享

各地市級(jí)電大利用本校已有資源和云計(jì)算技術(shù)，在依上述模型實(shí)現(xiàn)“校園私有云”的前提下，由省級(jí)電大牽頭，將多個(gè)“校園私有云”組合成為多所地市級(jí)電大的校園云“聯(lián)盟”，實(shí)現(xiàn)各地市級(jí)電大教學(xué)資源的云共享，同時(shí)也可聯(lián)合“公有云”加盟其中，以進(jìn)一步降低共享成本，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，減少大型設(shè)備購買量，實(shí)現(xiàn)資源動(dòng)態(tài)伸縮調(diào)整和超級(jí)計(jì)算性能，實(shí)現(xiàn)跨市共享教學(xué)資源。

六、教學(xué)資源云共享管理機(jī)制

實(shí)現(xiàn)地市級(jí)電大教學(xué)資源云共享必定是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要一個(gè)長(zhǎng)期的建設(shè)過程。目前各地市級(jí)電大在經(jīng)濟(jì)實(shí)力、教學(xué)資源占有等方面并不平衡，故而在共享建設(shè)中的力量投入、互利程度就會(huì)有所不同，因此要在共享建設(shè)中制定科學(xué)合理的共享機(jī)制，從根本上解決利益沖突，使資源共享逐步實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、有序化和制度化，讓各方均能合理受益。

筆者認(rèn)為，地市級(jí)電大教學(xué)資源云計(jì)算共享的管理工作，應(yīng)包括縱向和橫向兩個(gè)維度的調(diào)整。[5]縱向由省級(jí)電大負(fù)責(zé)，進(jìn)行自上而下的督導(dǎo)；橫向由地市級(jí)電大現(xiàn)教中心負(fù)責(zé)，在地市級(jí)電大之間進(jìn)行協(xié)調(diào)。各地市級(jí)電大應(yīng)在自愿、協(xié)作、多贏的原則下簽署共享協(xié)議，積極籌措力量進(jìn)行各方面投入，毫無保留地提供已有教學(xué)資源，共享不僅關(guān)注現(xiàn)有資源共享，也應(yīng)考慮擬建資源的共享。

1．省級(jí)電大縱向調(diào)整

省級(jí)電大主要負(fù)責(zé)資源云計(jì)算共享的籌備規(guī)劃和資源配置調(diào)度；制定資源共享制度，協(xié)調(diào)各地市級(jí)電大責(zé)權(quán)利關(guān)系；指導(dǎo)協(xié)調(diào)教學(xué)資源共享的具體實(shí)施；對(duì)信息資源共享進(jìn)行績(jī)效評(píng)估；授權(quán)地市級(jí)電大有關(guān)部門協(xié)調(diào)處理各類問題等。

2．地市級(jí)電大橫向協(xié)調(diào)

在省級(jí)電大的統(tǒng)一安排調(diào)度下，地市級(jí)電大由現(xiàn)教中心負(fù)責(zé)與兄弟電大進(jìn)行聯(lián)絡(luò)協(xié)調(diào)；制定本校各部門資源云共享方案和制度；落實(shí)省級(jí)電大有關(guān)資源共享的規(guī)劃和決定；組織各市電大之間的教學(xué)資源開發(fā)建設(shè)、整合管理；負(fù)責(zé)校內(nèi)各部門、各院系之間教學(xué)資源云計(jì)算共享的協(xié)調(diào)工作等。

七、結(jié)束語

本文通過對(duì)當(dāng)前地市級(jí)電大教學(xué)資源共享現(xiàn)狀分析，結(jié)合云計(jì)算技術(shù)的特點(diǎn)，提出了基于云計(jì)算的教學(xué)資源共享系統(tǒng)模型。該系統(tǒng)能將教學(xué)資源和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化整合，實(shí)現(xiàn)地市級(jí)電大以及各地市級(jí)電大之間的軟硬件資源云共享，彌補(bǔ)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的不足，提高資源利用率，降低應(yīng)用復(fù)雜性，降低成本和風(fēng)險(xiǎn)。隨著“云計(jì)算”的迅速發(fā)展，電大教學(xué)資源共享問題必將不可避免地卷入“云時(shí)代”。積極地面對(duì)這一挑戰(zhàn)，能夠更好地加強(qiáng)電大教學(xué)資源共建共享，有效推進(jìn)電大遠(yuǎn)程教育現(xiàn)代化進(jìn)程。

[1]王龍,萬振凱.基于服務(wù)架構(gòu)的云計(jì)算研究及其實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程,2009,(7).

[2]王鵬.云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用實(shí)例[M].北京:人民郵電出版社,2010．

[3]孫柏祥.云計(jì)算高校教育信息化建設(shè)和發(fā)展的新模式[J].中國電化教育,2010,(5).

[4]王金波,金滓,何樂,鄒志樂.虛擬化與云計(jì)算[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009.

[5]柳軍,李彥武.高校數(shù)字化教學(xué)資源的校際間共建共享機(jī)制研究[J].中國教育信息化,2010,(5).

Study on the Sharing of Municipal RTVU Teaching Resources Based on Cloud Computing

LI Yanwu

(Zhangjiakou Radio & TV University, Zhangjiakou, Hebei 075000, China)

There are many serious problems in teaching resources sharing in municipal RTVUs. Cloud computing has many advantages: low cost, security and stability, and taking on demand. Cloud computing service mode is divided into IaaS, PaaS, and SaaS. Its deployment modes include private cloud, public cloud and hybrid clouds. Municipal RTVUs can realize the cloud sharing of resources on the school intranet by building teaching resources sharing system based on cloud computing, thus to achieve teaching resources cloud sharing alliance among municipal RTVUs. The co-building and sharing project should rely on the combination of vertical supervision of provincial RTVU and lateral coordination of municipal RTVUs.

cloud computing; RTVU; teaching resources; sharing

2012-12-21

李彥武(1973-)，男，河北張家口人，教育學(xué)碩士，實(shí)驗(yàn)師，主要從事教育信息化和職業(yè)教育研究。

G434

A

1008-469X(2013)02-0041-04