基于云計(jì)算的高職院校網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)研究

劉士賢

（遼寧職業(yè)學(xué)院 信息科技學(xué)院，遼寧 鐵嶺 112099）

基于云計(jì)算的高職院校網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)研究

劉士賢

（遼寧職業(yè)學(xué)院 信息科技學(xué)院，遼寧 鐵嶺 112099）

云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用為高職院校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)提供了新的契機(jī)。文章在分析傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室弊端及云計(jì)算平臺(tái)對(duì)高職院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)建設(shè)支持的基礎(chǔ)上，還簡(jiǎn)單地設(shè)計(jì)了基于云計(jì)算的高職院校網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)要說(shuō)明。

云計(jì)算；網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室；實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)是高職院校教學(xué)的重要組成部分，是鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)。而實(shí)驗(yàn)室是完成實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐教學(xué)必不可少的條件。但是目前，高職院校的實(shí)驗(yàn)室都還存在一些問(wèn)題。云計(jì)算平臺(tái)為高職院校網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理提供了新的方法，可以幫助老師構(gòu)建更為高效的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室及實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。

1 高職院校網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室存在的問(wèn)題[1]

目前，我國(guó)各高職院校網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)已初具規(guī)模，在一定程度上改善了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)驗(yàn)的軟硬件環(huán)境，提升了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。然而，通過(guò)分析遼寧職業(yè)學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和管理，發(fā)現(xiàn)仍然存在以下幾方面的不足。

首先，實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)成本太大而且更新?lián)Q代較慢。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)需要投入大量的資金，但是資金有限，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的功能不完善，影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)的進(jìn)行。隨著計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備也需要更新，這就導(dǎo)致原有的一些設(shè)備被淘汰并閑置，這樣一來(lái)就需要投入大量的資金，造成實(shí)驗(yàn)室的維護(hù)成本過(guò)高。

其次，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)受到制約，學(xué)生實(shí)驗(yàn)不連續(xù)。目前，各高職院校網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室為了保護(hù)設(shè)備，一般采取設(shè)備初始化及軟件還原的辦法對(duì)用戶(hù)使用后的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行還原。這種做法雖然保護(hù)了設(shè)備的安全，但是學(xué)生每次的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)丟失了，導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法查看到上次的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)得不到連續(xù)，影響實(shí)驗(yàn)效果。

第三，軟件維護(hù)與更新困難。高職院校網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室不但要滿(mǎn)足本專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)要求，還要承擔(dān)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)需求，對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求的多樣性使得實(shí)驗(yàn)室對(duì)設(shè)備的維護(hù)和管理更加復(fù)雜。一般情況下，實(shí)驗(yàn)室的終端機(jī)上都安裝了幾個(gè)操作系統(tǒng)以適應(yīng)不同實(shí)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)的需求，這往往使得系統(tǒng)產(chǎn)生軟件沖突、反應(yīng)慢等現(xiàn)象。

2 云計(jì)算的概念及體系架構(gòu)

2.1 云計(jì)算服務(wù)的類(lèi)型

目前云計(jì)算服務(wù)可以分為3類(lèi)，即基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)平臺(tái)即服務(wù)、軟件即服務(wù)[2]。

（1）IaaS—基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（Instructure as a Service，IaaS）。IaaS在服務(wù)層次上是最下層服務(wù)，接近物理硬件資源，通過(guò)虛擬技術(shù)，為用戶(hù)提供處理、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)以及其他方面資源的服務(wù)，方便用戶(hù)能夠部署操作系統(tǒng)和使用軟件。當(dāng)多臺(tái)服務(wù)器組成的云平臺(tái)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)提供給客戶(hù)時(shí)，客戶(hù)就可以通過(guò)諸如瀏覽器等應(yīng)用程序使用云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)高速計(jì)算、海量存儲(chǔ)等應(yīng)用，卻無(wú)需對(duì)支持這一計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力的基礎(chǔ)設(shè)施投入巨資進(jìn)行建設(shè)，也無(wú)須了解云平臺(tái)所在的位置以及是如何提供服務(wù)的，即所有的服務(wù)對(duì)于用戶(hù)來(lái)講都是透明的。

（2）PaaS—平臺(tái)即服務(wù)（Platform as a Service，PaaS）。PaaS是構(gòu)建在IaaS之上的服務(wù)，用戶(hù)通過(guò)云平臺(tái)提供的軟件工具和開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，安裝自己需要的軟件運(yùn)行環(huán)境。用戶(hù)不必操心底層是怎么工作的等技術(shù)問(wèn)題，底層服務(wù)對(duì)用戶(hù)是透明的。PaaS把開(kāi)發(fā)環(huán)境作為一種服務(wù)提供給客戶(hù)，它包括應(yīng)用設(shè)計(jì)、應(yīng)用開(kāi)發(fā)、應(yīng)用測(cè)試和應(yīng)用托管。在這種服務(wù)模式下，客戶(hù)不用購(gòu)買(mǎi)軟件開(kāi)發(fā)需要的硬件設(shè)施，也不用搭建軟件開(kāi)發(fā)的環(huán)境。

（3）SaaS—軟件即服務(wù)（Software as a Service，SaaS）。SaaS是最上面一層，是前兩層服務(wù)所開(kāi)發(fā)的軟件應(yīng)用，它不需要用戶(hù)將軟件產(chǎn)品安裝在自己的電腦或服務(wù)器上，而是以簡(jiǎn)單客戶(hù)端的方式調(diào)用該層提供的服務(wù)。用戶(hù)可以根據(jù)自己的實(shí)際需求，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向云服務(wù)提供商定制所需的應(yīng)用軟件服務(wù)，按服務(wù)時(shí)間的長(zhǎng)短付費(fèi)。

2.2 云計(jì)算的體系架構(gòu)

根據(jù)云計(jì)算的服務(wù)類(lèi)型，從功能的角度出發(fā)，云計(jì)算系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)可以用圖1表示。

圖1 云計(jì)算系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

3 云計(jì)算與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的結(jié)合

（1）節(jié)省網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)資金。用戶(hù)只需一臺(tái)可以上網(wǎng)的終端設(shè)備，就可以依靠云計(jì)算技術(shù)，使用云計(jì)算平臺(tái)提供的各種軟硬件資源，終端用戶(hù)只需支付少量的使用費(fèi)用，這樣不僅降低了實(shí)驗(yàn)室各種軟硬件的成本，也無(wú)須擔(dān)心設(shè)備的更新帶來(lái)的資金壓力，同時(shí)也降低了實(shí)驗(yàn)室使用的維護(hù)成本。

（2）存儲(chǔ)量大，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的連續(xù)性。云計(jì)算平臺(tái)具有海量的存儲(chǔ)空間，學(xué)生的各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都能夠得到保存。實(shí)驗(yàn)中的每個(gè)細(xì)節(jié)、每個(gè)結(jié)果都能夠得到永久存儲(chǔ)，方便下次實(shí)驗(yàn)時(shí)繼續(xù)上次未完成的實(shí)驗(yàn)，或者在實(shí)驗(yàn)室以外的其他入網(wǎng)終端設(shè)備上隨時(shí)查看或繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，提高了實(shí)驗(yàn)室的利用率，并且有利于指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果進(jìn)行指導(dǎo)和評(píng)價(jià)。

（3）節(jié)省了對(duì)實(shí)驗(yàn)室硬件更新和軟件維護(hù)的資金。實(shí)驗(yàn)中使用的基礎(chǔ)設(shè)備、軟件的更新都是由云計(jì)算平臺(tái)負(fù)責(zé)的，學(xué)校不必對(duì)實(shí)驗(yàn)室的硬件和軟件進(jìn)行較為頻繁的更新，從而減輕了對(duì)學(xué)校的資金壓力。

（4）實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的共享。將云計(jì)算應(yīng)用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室，可以將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)信息資源存儲(chǔ)在云上，云平臺(tái)下各個(gè)院校就可以自由地利用資源開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的共享。

4 基于云計(jì)算的高職院校網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

4.1 提供分層管理與軟件支持

整個(gè)系統(tǒng)管理分為云端和客戶(hù)端兩個(gè)部分。云端負(fù)責(zé)云平臺(tái)的有效運(yùn)行，用戶(hù)端主要針對(duì)實(shí)驗(yàn)科目或?qū)嶒?yàn)過(guò)程進(jìn)行管理，保證學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)質(zhì)量。

4.2 提供動(dòng)態(tài)的存儲(chǔ)空間

因?yàn)樵破脚_(tái)的空間容量是可以無(wú)限擴(kuò)大的，云平臺(tái)下的各個(gè)終端用戶(hù)，可以把自己所有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到云端，不用擔(dān)心數(shù)據(jù)丟失，也不用再買(mǎi)容量大的存儲(chǔ)卡，節(jié)省了資金。

4.3 提供動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)服務(wù)

系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)較大，因此它具備對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分享、管理、挖掘、搜索、分析等功能，還能根據(jù)用戶(hù)的需要和用戶(hù)使用設(shè)備的支持能力來(lái)轉(zhuǎn)換為使用用戶(hù)設(shè)備的格式。

4.4 提供廣泛的實(shí)驗(yàn)資源

云端中有許多專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，這些內(nèi)容可以進(jìn)行分享使用，豐富實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，滿(mǎn)足各科實(shí)驗(yàn)者的使用需求。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中可以通過(guò)云端瀏覽到更多的知識(shí)，以豐富學(xué)生實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，避免學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中因缺乏實(shí)驗(yàn)內(nèi)容導(dǎo)致無(wú)事可做，失去實(shí)驗(yàn)課的功效。同時(shí)云端大量的數(shù)據(jù)可以豐富教師的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)多個(gè)實(shí)驗(yàn)的整合。

5 網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)架構(gòu)主要包含3個(gè)部分：客戶(hù)端、通信網(wǎng)絡(luò)和功能模塊和架構(gòu)體系。

5.1 客戶(hù)端

客戶(hù)端主要是由現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)終端構(gòu)成。計(jì)算機(jī)將系統(tǒng)呈現(xiàn)給用戶(hù)，讓用戶(hù)通過(guò)點(diǎn)擊系統(tǒng)即可完成需要的操作內(nèi)容。同時(shí)在系統(tǒng)中構(gòu)建教師、學(xué)生和管理員3個(gè)角色，不同的角色擁有不同的功能。

5.2 通信網(wǎng)絡(luò)

該部分主要基于現(xiàn)有的高職院校校園網(wǎng)，從而讓用戶(hù)與系統(tǒng)進(jìn)行交互。同時(shí)用戶(hù)也可以通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)接入。

5.3 架構(gòu)設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)的架構(gòu)部署方面，采用傳統(tǒng)的B/S 3層架構(gòu)體系，并將其作為整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)。通過(guò)該3層架構(gòu)，讓用戶(hù)通過(guò)瀏覽器即可完成對(duì)不同功能服務(wù)的請(qǐng)求。

5.4 功能模塊

在具體的模塊設(shè)計(jì)方面，將該系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)運(yùn)算和數(shù)據(jù)管理3個(gè)部分。用戶(hù)只需通過(guò)服務(wù)接口，然后將請(qǐng)求發(fā)送到云計(jì)算平臺(tái)，然后由云平臺(tái)完成與系統(tǒng)的交互。

6 結(jié)語(yǔ)

云計(jì)算技術(shù)的出現(xiàn)，給計(jì)算機(jī)發(fā)展帶來(lái)新的機(jī)遇。而將云技術(shù)應(yīng)用到高職和院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，將有效地提高設(shè)備的使用效率，加強(qiáng)學(xué)校資源的整合，并解決當(dāng)前管理的難題，同時(shí)也拓寬了云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。

[1]孟慶偉，劉婷.基于云計(jì)算的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)模型研究[J].智能計(jì)算機(jī)與應(yīng)用，2011（12）：72-74.

[2]萬(wàn)利平，陳燕.云計(jì)算在教育信息化中的應(yīng)用研究[J].中國(guó)教育信息化，2009（9）：74-77.

[3]李喬，鄭嘯.云計(jì)算研究現(xiàn)狀綜述[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2011（4）：32-37.

Research on network laboratory construction of higher vocational colleges based on cloud computing

Liu Shixian
（Information Science and Technology College of Liaoning Vocational College, Tieling 112099, China）

The application of cloud computing technology provides a new way for the reform and development of experimental teaching system in higher vocational colleges. Based on the analysis of the disadvantages of the traditional experimental teaching system and the support of cloud computing to the construction of experimental teaching system in higher vocational colleges, this paper designed a network experiment teaching system based on cloud computing, and carried out the function and structure of the system description.

cloud computing; network laboratory; experimental teaching system

劉士賢（1966— ），男，遼寧鐵嶺，本科，副教授；研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。