基于云計算的高等教育管理信息服務(wù)平臺構(gòu)建的研究

王鳳領(lǐng)　吳家麗　宋益多　喬晨蕊

摘 要：隨著云計算技術(shù)的發(fā)展，針對高校數(shù)字化信息資源分配不均，以及儀器設(shè)備重復(fù)投入建設(shè)帶來資金嚴(yán)重不足的現(xiàn)狀，云計算與教育的結(jié)合，對于建立開放靈活的教育信息化服務(wù)平臺，實(shí)現(xiàn)資源共享有著重要的意義。文章介紹教育信息化云服務(wù)平臺概述，闡述云計算在高校數(shù) 字信息化中的應(yīng)用優(yōu)勢，從高等教育管理信息服務(wù)系 統(tǒng)發(fā)展模式，設(shè)計了教育信息化云服 務(wù)平臺的技術(shù)架構(gòu)，探討其在高等教育管理信息服務(wù)系統(tǒng)的構(gòu)建，促進(jìn)高校教育信息化建設(shè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：云計算；高等教育；管理信息服務(wù)系統(tǒng)

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-2163（2016）01-

Abstract： With the development of cloud computing technology in digital information resources in Colleges and universities， according to the uneven distribution of instruments and equipment， and repeated investment construction status of a serious shortage of funds， meanwhile combined with cloud computing and education， the establishment of an open and flexible education information service platform is of great significance to realize the resources sharing. The article introduces the education information cloud services platform， application advantages of cloud computing in the digital information technology. After that， from the development mode of information service system of higher education management， the paper designes the architecture of cloud platform of information service of education， and discusses the construction of the higher education management information service system， therefore promotes the development of higher education information construction.

Key words： Cloud Computing； Higher Education； Management Information System

0引 言

隨著云計算時 代的到來，高等教育信息化水平也將借勢提升，云計算的應(yīng)用 必將對教育領(lǐng)域產(chǎn)生深 刻的影 響和重要的作用力量，促進(jìn)教育教學(xué)的良性發(fā)展和全面進(jìn)步。具體來說，將云計算結(jié) 合到高等教育領(lǐng)域 ，對高等教育信息化 建設(shè)即會具有重要的理論意 義和實(shí)踐價值?；诖?，如何將云計算應(yīng) 用到高等教育 中也已然成 為時下研 究的熱點(diǎn)問題，本文將對此展開如下分析與論述。

1云計算和云存儲的概念和特點(diǎn)

1.1教育信息化云服務(wù)平臺概念

教育信 息化云服務(wù)是一 種全新的教育信息化管理方法和服務(wù) 模式，它能夠把高度虛擬化的、海量的教育資源和教育應(yīng) 用管理起來，組成一將資源池、教 育應(yīng)用集為一體的統(tǒng)一服務(wù)。教育信 息化云服 務(wù)平臺是在云計算的基礎(chǔ)上構(gòu) 建的教 育公共服務(wù)平臺，主要由學(xué)習(xí)門戶、基礎(chǔ)云架構(gòu)、支持服務(wù)系統(tǒng)和云應(yīng)用系 統(tǒng)等組成。其中，云應(yīng)用系統(tǒng)提供直接面 向?qū)W習(xí)者的各類云服務(wù)，包括“學(xué)習(xí)管理云”、“搜索云”、“媒體云”、 “資源云”等各類教育。教育信息化云服務(wù) 平臺能夠?yàn)閷W(xué)習(xí)者提供智能識別終端設(shè)備、個性化資源、智能學(xué)習(xí)管理以及智能推薦 學(xué)習(xí)內(nèi)容等服務(wù)，滿足終 身學(xué)習(xí)者的個性化需要，有利于學(xué)習(xí)者使用多終 端開 展隨時隨地的學(xué)習(xí)。

1.2教育信息化云服務(wù)平臺的特點(diǎn)

教育信息化云服 務(wù)平臺具有社會化、集約化、專業(yè)化的特點(diǎn)[1]。下面將對其展開逐項的闡釋與分析。

（1）社會化。通過媒體云和搜索云的建立，將一人、一組 、一校無法實(shí)施和整合的事情通 過 社會力量共同實(shí)現(xiàn)，將教育資源向生產(chǎn)社會化和消費(fèi)社 會化 兩方面進(jìn)行有效拓展。

（2）集約化。很多相關(guān)業(yè)務(wù)的應(yīng)用不能有效互通，造成數(shù)據(jù)資源浪費(fèi)，無法做到全面的數(shù)據(jù)挖掘和業(yè) 務(wù)分析，也不能及時高效地為用戶提供信息，為業(yè)務(wù)拓展與運(yùn)營 管理 提供科學(xué)的決策依據(jù)；傳統(tǒng)的IT投資和運(yùn)維模式是硬件、軟件、存儲、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)等分別投資，在業(yè)務(wù)發(fā)展的不同階段建立新的系統(tǒng)，導(dǎo)致多類IT成本不斷增加，IT資源重復(fù)投資。

（3）專業(yè)性。該平臺將通過整合的 資源訪問統(tǒng)計分析，為系統(tǒng)改進(jìn)提供明確指導(dǎo)，給出不同用戶學(xué)習(xí)過程翔實(shí)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。同時，教育云服務(wù)因其教學(xué)方法論、資源、教學(xué)服務(wù)的專業(yè)性，對其他競爭對 手的市場切入建立了較高 的準(zhǔn)入門檻。

2云計算在促進(jìn)高校信息資源共享中的優(yōu)勢

云計算作為一種新型的服務(wù) 交付和使用模式，是通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式向用戶提供所需的平臺、硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)資源。提供資源的網(wǎng) 絡(luò)被稱為“云” ，“云”中的資源在使用者看 來是 可以無限擴(kuò)展的，并且按需使用和擴(kuò)展、可以隨時獲取、按使用量付費(fèi)。

2.1云存儲技術(shù)可提高高校信息資源共享能力

將高校物理位置分散的異構(gòu)信息資源進(jìn)行有效地整合，由云端集中管理和調(diào)度，存儲在“云”這個龐大的計算與存儲集群中。實(shí)現(xiàn)信息資源的集中 管理和分布存儲，消除信息孤島，避免信息資源重復(fù)建設(shè)，共同營造一個信息共享空間[2]。例如：Amazon Simple Storage Service（S3）是Amazon公司提供的基 于云平臺的網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)。借助于S3，通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行管理和訪問，用戶可以將數(shù)據(jù)存放到存儲云上，可以有效地節(jié)省用戶維護(hù)數(shù)據(jù)的成本。通過S3提供的SOAP接口或REST，云平臺中的應(yīng)用 程序也可以調(diào)用存儲云中的數(shù)據(jù)、自動訪問。

2.2減少重復(fù)建設(shè)，降低硬件和軟件成本

隨著高校數(shù)字信息化教育資源環(huán)境的構(gòu)建，云計算使得高校教育信息 化的投入更低，甚至零投入。高校無需大規(guī)模 購買相應(yīng)設(shè)備來滿足日 益增 加的各種新服務(wù)需求，而轉(zhuǎn)為向供應(yīng)商租用 公共教育云平臺，購買服務(wù)來實(shí)現(xiàn)。

2.3分布式計算技術(shù)和并行處理可提供強(qiáng)大的計算能力，且動態(tài)可擴(kuò)展

將信息資源以分塊和多副 本備份的方式分散存儲在云中，通過大規(guī)模分布式文件系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)的分析處理也以大規(guī)模分布式計算和并行計算技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

例如：Hadoop Distributed File System，HDFS（Hadoop分布式文件系統(tǒng)）和google file system，GFS（谷歌文件系統(tǒng)）共同采用的MapReduce編程模型，采用并行處理的方式將應(yīng)用程序的功能或數(shù)據(jù)分割成若干個模塊，運(yùn)行于一個虛擬服務(wù)器集群上，由網(wǎng)絡(luò)上多臺計算機(jī)協(xié)同完成。此外，云平臺提供了各種開放API支持異構(gòu)接入，并根據(jù)需求靈活擴(kuò)展，實(shí)時更新信息資源、自動同步，為在更廣的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)信 息資源共享創(chuàng)造有利條件。

2.4提高數(shù)據(jù)存儲安全保障

云計算是采用計算節(jié)點(diǎn)同構(gòu)、數(shù)據(jù)多副本容錯和可互換等措施 來保障服務(wù)的高可靠性。通過云計算實(shí)現(xiàn)分布式、異構(gòu)信息資源的負(fù)載 均衡，避免網(wǎng)絡(luò)過載。利用冗余備份、容錯容災(zāi)等技術(shù)避免因操作不當(dāng)而造成的破壞、數(shù)據(jù)丟失以及服務(wù)中斷、病毒入侵、硬件損壞等威脅高校信 息資源共建共享的安全問題?，F(xiàn)有的云服務(wù)提供商如IBM、Amazon、Google大多提供了集VPN、數(shù)據(jù)加密、冗余備份、安全存儲、身份認(rèn)證等技術(shù)于一體的安全保障體系，保障云平臺的安全性和服務(wù)的連續(xù)性。

2.5虛擬化技術(shù)可提高高?；A(chǔ)設(shè)施利用率

虛擬化技術(shù)作為云計 算的核 心技術(shù)之一，將高?，F(xiàn)有的硬件設(shè)備整合為虛擬資源池，屏蔽網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲等物理設(shè)備間的差異，動態(tài)分配、部署給不同的服務(wù)和應(yīng)用，降低建設(shè)成本，提高底層資源的利用率。

3基于云計算的高等教育管理信息服務(wù)系統(tǒng)發(fā)展模式的研究

經(jīng)過多年的教育信息化建設(shè)，各家高校均投資購置大量的基礎(chǔ)設(shè)施，建立了自己網(wǎng)絡(luò)中心、校園網(wǎng)、現(xiàn)代教育 技術(shù)中心等，推進(jìn)教育信息化的應(yīng)用。然而，從現(xiàn)實(shí)情況來看，傳統(tǒng)校園網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的投入成本過高，資源利用率低，很難與教育信息系統(tǒng)的快速成長和服務(wù)多 元化要求相匹配。云計算作為一種新型的IT基礎(chǔ)設(shè)施 交付和使用模式，作為并行處理、分布式處理和網(wǎng)格計算技術(shù)的新近發(fā)展方向，依托互聯(lián)網(wǎng)為用戶提供快速、安全、便捷數(shù)據(jù)存儲和網(wǎng)絡(luò)計算的服務(wù)模式。對于研究建立一個開放、統(tǒng)一、靈活的高等教育管理信息服務(wù)系統(tǒng)有著重要的意義。

基于云架構(gòu)的校園網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，可以通過IaaS（Infrastructure as a Service，基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù)）、PaaS（Platform asa Service，平臺即服務(wù)）和SaaS（Soft as a Service，軟件即服務(wù)）三種不同的云計算服務(wù)類型，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)和資源運(yùn)營與管 理的彈性化和按需化，有效地降低教育信息系統(tǒng)建設(shè)成本，對于助推高校教育信息化建設(shè)轉(zhuǎn) 型具有潛在的應(yīng)用價值[3]。其中，SaaS是通過瀏覽器等客戶端界面，向教育云成員和公眾以服務(wù)形式提供在云計算 基礎(chǔ)設(shè)施上運(yùn)行的各類教育管 理信息服務(wù)；IaaS是通過動態(tài)化、虛擬化將存儲、網(wǎng)絡(luò)、計算和其它基本的基礎(chǔ)資源形成資源池，使得教育云的成員可以通過網(wǎng)絡(luò)獲得自己所需要的存儲、計算、網(wǎng)絡(luò)資源，以服務(wù)形式提供存儲、網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器等資源，無需管理或控制底層的云計算基礎(chǔ)設(shè)施；PaaS是以服務(wù)形式提 供給開發(fā)人員中間件、應(yīng)用程序開發(fā)工具、數(shù)據(jù)庫及部署平臺，讓開發(fā)人員在云計算基礎(chǔ)設(shè)施上開發(fā)、部署教育管理信息服務(wù)系統(tǒng)，無需自行購買，避免重復(fù)投資帶來的浪費(fèi)，為標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)現(xiàn)奠定良好的基礎(chǔ)。

4基于云計算高等教育信息服務(wù)平臺構(gòu)建

基于云計算的高等教育綜合 服務(wù)平臺將會給人們提供不受地點(diǎn)、時間和高端設(shè)備限制而獲取存儲、計算、應(yīng)用服務(wù)等信息化資源的渠道。云計算使軟件、平臺、網(wǎng)絡(luò)、管理等均能以服務(wù)方式提供給用戶，用戶憑權(quán)限管理或身份認(rèn)證即可按需、自助購買相應(yīng)的教育、教學(xué)服務(wù)[4]。

根據(jù)高等教育特點(diǎn)，將高等教育云計算服務(wù)平臺分為應(yīng)用程序?qū)?、服?wù)層、基礎(chǔ)管理層、中間件服務(wù)層、虛擬服務(wù)器層和物理資源層六個層次，該平臺通過將云 服務(wù)與現(xiàn)有基礎(chǔ)架構(gòu)平臺相整合，具有社會化、集約化、開放化、專業(yè)化等特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)軟件資源和硬件資源的統(tǒng)一分配、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一監(jiān)控、統(tǒng)一部署和統(tǒng)一備份等[5]，如圖1所示。

4.1應(yīng)用程序?qū)?/p>

應(yīng)用程序?qū)邮侵竿ㄟ^標(biāo)準(zhǔn)web瀏覽器，以云平臺服務(wù)形式提供 給終端用戶各種類型的應(yīng)用程序軟件。當(dāng)數(shù)據(jù)中心和云計算資源存儲池接到和發(fā)現(xiàn)請求 后，就會根據(jù)用戶的需求快速作出支持和響應(yīng)，并進(jìn)行動態(tài)和智能的分配資源。用戶可通過門戶管理服務(wù)形式登錄或申請所需資源。用戶無論在何時何地，只要擁有能上網(wǎng)的終端設(shè)備（如PC機(jī)、平板機(jī)、PDA、便攜機(jī)等）都能獲取所需資源，如校外資源、資料服務(wù)、校內(nèi)資源、目錄服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)、應(yīng)用服務(wù)等需求種類 [6]。

4.2服務(wù)層

高等教育云計算服 務(wù)平臺提供安全、快速、便捷的計算、應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)存儲，用戶能夠在任何時間、任何地點(diǎn)，用任何可以連接至互聯(lián)網(wǎng)的終端設(shè)備訪問這些服務(wù)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)研究、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、協(xié)同辦公、管理決策、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、教學(xué)管理、校務(wù)管理等日常主題事務(wù)。

4.3中間件服務(wù)層

中間件服務(wù)層是一個應(yīng)用服務(wù)平臺，中間件是基礎(chǔ)管理層和應(yīng)用程序?qū)又g的一類服務(wù)支持程序，為用戶提供一系列的應(yīng)用開發(fā)、部署、運(yùn)行、內(nèi)容管理、訪問控制、認(rèn)證管理、工作流引擎、數(shù)據(jù)存儲、事件管理、數(shù)據(jù)訪問、服務(wù)總線、虛擬主機(jī)托管等服務(wù)，同時 支持應(yīng)用 服務(wù)的即插即用。技術(shù)成熟實(shí)用的有：Amazon提供的簡單消息隊列Simple Queuing Service、簡單數(shù)據(jù)庫管理SimpleDB、Dynamo框架，Windows Azure Service Platform提供的SQL服務(wù)、Live服務(wù)、.NET服務(wù)、Dryad框架，Google云計算平臺的大規(guī)模分布式數(shù)據(jù)庫BigTable、程序設(shè)計模式MapReduce、分布式鎖機(jī)制Chubby，Hadoop對MapReduce的開源實(shí)現(xiàn)[7]。

4.4虛擬服務(wù)器層

虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)軟件 和硬件的分離，用戶不需要考慮后臺硬件的實(shí)現(xiàn)過程，只需要在虛擬層運(yùn)行自己的軟件。虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)資源在服務(wù)器上的遷移，當(dāng)一臺服務(wù)器超載，將遷移到另外服務(wù)器上。云計算通過對硬件資源如內(nèi)存、I/O設(shè)備、計算和存儲的虛擬化，以租用虛擬機(jī)形式向用戶提供各種服務(wù)，如Amazon提供的EC2彈性計算云服務(wù)和S3存儲服務(wù)。

4.5基礎(chǔ)管理層

基礎(chǔ)管理層是指以服務(wù) 形式提供虛擬硬件資源，包括存儲、虛擬主機(jī)、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)等，用戶只需租用或進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)的搭建即可，無需購買相應(yīng)的物理設(shè)備。該層是云計算服務(wù)平臺的關(guān)鍵，由虛擬化計算資源管理、存儲體系結(jié)構(gòu)、服務(wù)處理與控制三類軟件構(gòu)成。虛擬化計算資源管理軟件是專項督管硬件資源的部署、異常處理、虛擬化、運(yùn)行監(jiān)控、變更事務(wù)、配置管理，以架設(shè)一個可信、分布式的資源結(jié)構(gòu)。服務(wù)處理與控制系統(tǒng)監(jiān)聽處理來自中間件服務(wù)層的服務(wù)請求，根據(jù)虛擬機(jī)的能力進(jìn)行 智能化任務(wù)分配，根據(jù)服務(wù)等級協(xié)議提供服務(wù)和計算費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)安全訪問控制。云計算存儲體系結(jié)構(gòu)需要與 大規(guī)模分布式數(shù)據(jù)處理的需求結(jié)合一起獲得最佳的性能提升[8]。

4.6物理資源層

云計算采用集群存儲和管 理數(shù)據(jù)資源，以數(shù)據(jù)為中心，調(diào)度計算任 務(wù)到數(shù)據(jù)存儲節(jié)點(diǎn)運(yùn)行，形成由生產(chǎn)者 到消費(fèi)者模型，用戶通過Internet獲取云計 算系統(tǒng)提供的各種數(shù)據(jù)處理 服務(wù)。采用快速網(wǎng)絡(luò)將若干計算機(jī)集群或服務(wù)器連接在一起，把內(nèi)存、存儲、I/O設(shè)備資源和計算能力聚集起來形成一個大的數(shù)據(jù)存儲和處理中心。

5結(jié)束語

通過對云計算在教育管理信息服務(wù)系統(tǒng)中的應(yīng)用 進(jìn)行的總體探索，為高校教育管理信息服務(wù)系統(tǒng)提供 新的發(fā)展模式。借助先進(jìn)的云計算技術(shù)對教育信 息化資源和系統(tǒng)進(jìn)行整合，加強(qiáng)教育信息化的 整合與共享，構(gòu)建了高等教育管理信息服務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施的效 率最大化，為促進(jìn)高校教 育信息化的多元化發(fā)展提出新思路。

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