基于云計算的智慧校園應用研究

【摘 要】結合云計算的優(yōu)勢，以云計算技術在校園網絡中的應用為例，提出了可供借鑒的“智慧校園”的實施方案。

【關鍵詞】云計算 智慧校園 實施方案

【中圖分類號】 G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2014）02C-0190-03

云計算是一種商業(yè)模式，它通過多個服務器來實現(xiàn)計算任務的分配，從而達到分時共享計算資源和存儲資源的目的。作為計算模型之中最能體現(xiàn)互聯(lián)精神的方案，云計算在計算模式、計算能力、計算成本等幾個方面的優(yōu)勢改變了人們的學習、工作和生活。隨著物聯(lián)網、云計算等概念的應用普及，特別是IBM倡導的“智慧地球”“智慧城市”的理念，使“智慧地球”這一概念得到高度關注。我國很多城市也將“智慧城市”建設作為提升城市綜合競爭力的一個重要目標，而“智慧校園”作為“智慧城市”一個非常重要的部分，更是推動著教育信息化的跨越式發(fā)展。所以如何推進“智慧校園”的普及應用是擺在眾多教育者面前的一個重要課題。

云計算技術如果能應用在智慧校園，將對學校的教育科學研究以及校園網技術的發(fā)展產生深遠的影響，對校園網很長時間以來難以解決的維護和安全問題提供可行的解決方案，促進信息技術在校園的科學、合理應用。智慧校園是數(shù)字化校園的高端形態(tài)，它包含的是互聯(lián)、協(xié)同以及智能的理念，同時在一個方便快捷、安全高效、綠色節(jié)能的發(fā)展目標引導下，借助基礎信息數(shù)據(jù)庫、應用程序以及云計算服務支持平臺，使用戶數(shù)據(jù)存儲和應用程序都運行在“云”即互聯(lián)網的大規(guī)模服務器集群上，以達到高智能、高集成、高效率的智慧校園網絡數(shù)據(jù)應用模式，從而有效地實現(xiàn)校園網絡安全監(jiān)控與管理，以及構建個性化的教育環(huán)境。

一、智慧校園的優(yōu)勢

（一）按需使用

學生可以根據(jù)自己的學習需要，通過各種終端或瀏覽器登錄智慧校園網絡平臺，靈活選擇適合自己的軟件平臺，個性化定制自己的學習環(huán)境，隨時隨地檢查自己的學習進度，以及接收和完成老師留下的課堂作業(yè)。有線和無線相結合的接入方式讓學生可以在任何時候訪問校園平臺，還可以節(jié)省下載并安裝升級軟件的時間。

（二）節(jié)約成本

校園網絡平臺包括軟件資源和硬件資源，整體投入代價高昂，不但要根據(jù)使用要求來不斷更新硬件資源，正版軟件以及數(shù)據(jù)庫使用版權費用也不是一般學校所能承受的。智慧校園的引入，學校只需要比較廉價的客戶終端即可，昂貴的高性能服務器以及正版軟件由服務提供者或數(shù)據(jù)中心負責運行維護。這樣既減輕了學校的負擔，緩解了教育信息化過程中資金不足的問題，同時又很好地保證了服務的質量與可靠性。

（三）安全可靠

對于學校來說，一個安全的網絡環(huán)境是必須的，因為一旦校園網絡遭到入侵或者發(fā)生致命錯誤，輕則影響教學秩序，重則各種依賴于此的重要數(shù)據(jù)可能會被篡改或者刪除。然而，由于校園網面向的是眾多師生，不是每個人都有良好的設備使用習慣，校園網環(huán)境無法做到一塵不染，很多實驗室、電教室等的計算機設備在不經意間就成為了病毒的集中營，對于數(shù)據(jù)安全性以及教學的正常秩序都是不小的威脅。在智慧校園環(huán)境下，反病毒軟件的更新和升級交由數(shù)據(jù)中心負責，文件安全分類以及存儲安全策略可以確保即使客戶端受到破壞，后臺數(shù)據(jù)也不會被篡改或者刪除，并且可以在極短的時間內恢復系統(tǒng)的正常運行。

二、云計算概覽

（一）云計算介紹

盡管云計算這個名詞在最近幾年才開始流行起來，但從本質上來說，云計算并不能算是一項新技術。云計算，實際上就是將網格式計算、分布式處理和并行處理進一步發(fā)展和擴大，它是運行于網絡的虛擬服務設備群相互協(xié)調的過程，通過互聯(lián)網絡的支持，使分布式計算機和網絡設備高效地進行計算任務。云計算是一個廣義上的術語，主要是指某些服務的交付和應用，借助現(xiàn)代網絡，通過按需分配與易于擴展的模式，通常包含以下幾個方面：廣泛的信息資源收集和共享、靈活調配的計算資源、自助式的個性化服務。在實踐中，我們可以看到云計算的主要理念是集中大量的網絡計算資源，經過統(tǒng)一調度和管理，以構成虛擬計算資源池，將高效的服務提供給客戶。這種提供資源的現(xiàn)代網絡系統(tǒng)，便稱之為“云”。其中，“云”中的所有信息資源可以根據(jù)用戶需求，在任何時間訪問，并且支持無限擴展，以實現(xiàn)按需分配資源。一般來說，云計算在結構上可以分為三個層次，即云設備、云平臺和云軟件。從發(fā)展的角度來看，未來的智慧校園應該隨時隨地都能連接云平臺，實現(xiàn)快速和簡易地訪問互聯(lián)網，為教育信息化提供基礎和保障。

（二）云架構層次

云計算架構包含著一整套能夠應付大量密集型運算的基礎設施作為后臺支持，其基本形式包括：云基礎設施即服務（IaaS，Cloud Infrastructure as a Service）、云平臺即服務（PaaS，Cloud Platform as a Service）和云軟件即服務（SaaS，Cloud Software as a Service），如圖1所示。云基礎設施即服務是基本的基礎設施資源，它主要為客戶提供虛擬化的網絡資源、計算資源、存儲資源和安全保護，用戶可以在上面部署包括客戶操作系統(tǒng)和運行各種軟件等應用。云平臺即服務是指云計算平臺供應商在用戶要求下，通過互聯(lián)網將業(yè)務軟件的運行環(huán)境和開發(fā)環(huán)境打包成為一個完整的軟件開發(fā)服務支持，用戶可以以此創(chuàng)建他們自己的業(yè)務應用程序，并且可以直接在云平臺的運行環(huán)境中運營自己的業(yè)務。云軟件即服務是指交付給用戶定制的軟件應用程序。

圖 1 云架構層次示意圖

三、云計算在校園網中的應用

（一）智慧校園體系架構

目前隨著云計算應用范圍逐步擴大，教育機構和學校的信息處理如果能借助云計算的優(yōu)勢，校園網絡應用普及將會快馬加鞭。一方面，通過云平臺可以更好地協(xié)助教育管理人員和教育技術工作者進行教學設計，優(yōu)化教學過程，管理教學資源，教師也更加容易提升課題教學的效率和生動性。另一方面，學習者可以在云計算服務的支持下通過各種形式的網絡APP，利用豐富的信息資源和服務更好地滿足自己的學習需要。此外，智慧校園使用云計算模式可以通過外包的方式減少不必要的硬件資源投入，降低軟件采購成本，從而加快網絡建設和應用。因地制宜地將校園要素與智慧校園應用層相結合，形成智慧的校園資源分析、智慧的校園環(huán)境、智慧的校園服務等。

圖2 智慧校園體系架構

（二）基于云計算的VCL

實驗是學生將知識轉化為技能的重要方式。然而，并非每所學校都有足夠的資源來確保每個學生都能隨時隨地使用實驗室，在實驗室資源有限的情況下學校往往需要通過排隊輪候的方式分配學生使用，這無疑降低了教學效率，削弱了教學效果。云計算模式下的虛擬計算實驗室（Virtual Computer Laboratory，VCL）通過共享數(shù)據(jù)資源和遠程桌面的方式，是實現(xiàn)“每個教師和學生都有一個虛擬實驗室”的一個很好的方式。結構框圖如圖3所示。VCL環(huán)境構建的目的是更好地滿足教學、項目或科研實驗環(huán)境的要求，它運行在校園網的內部，對于VCL的最終用戶（師生和研究人員）來說其內部運行完全透明，用戶只需要通過瀏覽器進行資源預訂，之后就可以通過遠程桌面應用程序RDP進行對調用資源的訪問。此外，該系統(tǒng)也可以像實體實驗室一樣給虛擬實驗室設置一個個的“座位”，使VCL系統(tǒng)既適合個人的應用需求，同時也可以適用于團體使用，如對于多分組的教學需求等。

圖3 VCL結構框圖

四、一種基于云計算智慧校園的解決方案

筆者在此簡要介紹一種應用級的解決方案，如圖4所示。首先，用戶通過終端發(fā)送一個請求到HTTP服務器，通過HTTP服務器將請求提交給WAS（WebSphere Application Server）應用程序服務器插件，該插件可以根據(jù)需求被配置為多種形式，如管理節(jié)點、部署管理器等。不同的節(jié)點代理可以選擇不同的形式。應用服務器集群，后端數(shù)據(jù)庫（DB2服務器）和Web服務器等相關聯(lián)的底層支持模塊，它們之間相互支持構建起智慧校園服務。因此，各種復雜的應用就需要進行大致的分層或者分類，然后將不同層次或者類型的應用封裝到多個虛擬器件上，同時將不同層次或者類型的支撐模塊分別安裝在不同的虛擬器件中。針對應用服務器集群、后端的數(shù)據(jù)庫（DB2 Server）和Web 服務器，至少需要三個虛擬設備。因此，需要根據(jù)不同的節(jié)點代理，選擇不同的中間件來訪問DB2數(shù)據(jù)庫。不同的WAS在服務器上的托管節(jié)點通過會話復制來實現(xiàn)相互之間的通信。

圖 4 IHD-WAS-DB2 解決方案

云計算作為一種新技術產業(yè)，到目前為止其執(zhí)行標準和方式還沒有完全統(tǒng)一，目前應用于智慧校園還只是處在探索和實踐階段，但隨著云計算技術逐漸在智慧城市、智慧旅游等方面的大展身手，基于云計算的智慧校園代表著未來校園的建設理念，其前景也必將是光明的。

【參考文獻】

[1]李征，王璐.云計算在智慧校園中的應用研究[J].計算機與現(xiàn)代化，2012（5）

[2]黃晨暉，林泳琴.基于云計算的虛擬計算機實驗室的研究與實現(xiàn)[J].實驗室研究與探索，2011（11）

[3]黃榮懷，張進寶等.智慧校園：數(shù)字校園發(fā)展的必然趨勢[J].開放教育研究，2012（8）

【作者簡介】林喜輝，北海職業(yè)學院電子信息工程系講師。

（責編 丁 夢）