基于云計算的智慧校園架構(gòu)設(shè)計

王 玥，王 莉，田燕軍

（山西經(jīng)濟管理干部學院，太原 030024）

0 引言

各院校校園網(wǎng)可將教育、管理、辦公、科研等異同系統(tǒng)有機連結(jié)，在各類系統(tǒng)之間實現(xiàn)信息交互的同時，也是政務(wù)管理、學生學習、教師教研的重要媒介。在高校信息化建設(shè)過程中提出的“數(shù)字校園”建設(shè)，本質(zhì)是建設(shè)以網(wǎng)絡(luò)為核心、以信息技術(shù)為基礎(chǔ)，對各類資源統(tǒng)一組織與管理，的數(shù)字校園。但在實施過程中數(shù)字校園建設(shè)長期處在一個只注重技術(shù)而缺少服務(wù)的局面中[1]，“智慧校園”概念的提出對于校園這一“自治區(qū)間”的內(nèi)部信息化建設(shè)工作具有積極意義。本文著重探討通過云計算、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)在智慧校園建設(shè)發(fā)展過程中的應(yīng)用，提出對本人工作學校適合的智慧校園建設(shè)方案效果，使其穩(wěn)步發(fā)展，更好地適應(yīng)辦學需求。

1 傳統(tǒng)校園網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀與問題

我校校園網(wǎng)在運行過程中相繼暴露出一些問題，現(xiàn)大致總結(jié)如下：

（1）架構(gòu)彈性不足，自適應(yīng)能力差。在學期初選課和學期末考試階段，訪問校園網(wǎng)需求激增，現(xiàn)架構(gòu)難以應(yīng)對需求突發(fā)性峰值[2]，經(jīng)常發(fā)生數(shù)據(jù)包堵塞、延遲甚至頁面無法訪問的現(xiàn)象，但是傳統(tǒng)架構(gòu)擴展能力又很難滿足下時下校園網(wǎng)絡(luò)增量需求。

（2）數(shù)據(jù)管理問題。信息資源大量分散、孤立不關(guān)聯(lián)，使得存儲資源浪費嚴重，并且缺乏標準數(shù)據(jù)質(zhì)量難以統(tǒng)一，造成數(shù)據(jù)與信息集成困難、遷移困難，形成數(shù)據(jù)“遺忘角落”和“信息孤島”。

（3）信息安全管理問題。現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)安全問題頻發(fā)，從環(huán)境搭建、資源部署到運維管理，當前校園網(wǎng)環(huán)境頻頻暴露于病毒、系統(tǒng)漏洞等安全威脅之下，信息安全矛盾日益突出，尤其是資源系統(tǒng)中的學生實名信息泄露，造成的后果不可估量。

2 校園網(wǎng)上云規(guī)劃

現(xiàn)有云服務(wù)的部署方式主要分公有云、私有云、混合云三種形式。本校選用部署混合云方式，私有云部分將重要數(shù)據(jù)存放于本地，既保證數(shù)據(jù)安全性又保護現(xiàn)有資源投資。同時，利用公有云通過高彈性的通道獲得足夠的計算和存儲資源。采用私有云和公有云協(xié)同的混合架構(gòu)，在保留并能繼續(xù)使用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資產(chǎn)的情況下，實現(xiàn)校園網(wǎng)上云訴求[3]，兼顧經(jīng)濟性和安全性的綜合考量，是當前云計算的主要模式和發(fā)展方向?；旌显萍軜?gòu)如圖1所示。

圖1 校園網(wǎng)混合云架構(gòu)

3 校園網(wǎng)上云方案

3.1 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計

校園網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計時，主干網(wǎng)設(shè)備及鏈路需高性能、高可靠性，可擴展至萬兆的同時，為避免單點故障關(guān)鍵部分要有冗余。結(jié)合本院校總體規(guī)?？紤]，對主設(shè)備和負載均衡需求，核心層部署兩臺核心交換機可滿足。采用兩臺邊界路由器雙路接入廣域網(wǎng)鏈路，以防止對公網(wǎng)互聯(lián)時，出口鏈路和設(shè)備出現(xiàn)單點故障。地理位置上跨越三個校區(qū)，以北校區(qū)為核心構(gòu)建校園網(wǎng)服務(wù)中心、資源中心。隨著智能終端的廣泛應(yīng)用，在校園中廣泛覆蓋無線網(wǎng)絡(luò)以滿足師生移動化網(wǎng)絡(luò)的高速、個性化訪問需求[4]。拓撲結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲

3.2 云數(shù)據(jù)中心建設(shè)

現(xiàn)狀是，本校教育信息資源沒有支持有效的宏觀決策，設(shè)置缺乏統(tǒng)一標準，數(shù)據(jù)庫間欠缺共享性，并且，數(shù)據(jù)存儲不科學大量空間被重復(fù)占用。云數(shù)據(jù)中心是智慧校園的基礎(chǔ)，使用云計算技術(shù)可以做到跨實體服務(wù)器、甚至跨數(shù)據(jù)中心的大規(guī)模整合，實現(xiàn)數(shù)分鐘甚至幾十秒內(nèi)分配資源且可用。在建設(shè)過程中根據(jù)數(shù)據(jù)的敏感程度決定云數(shù)據(jù)中心使用私有云還是公有云平臺，在本設(shè)計中，將與學生信息相關(guān)、與財務(wù)相關(guān)等數(shù)據(jù)放置校內(nèi)私有云平臺數(shù)據(jù)庫，將教學服務(wù)類應(yīng)用、管理服務(wù)類應(yīng)用及安全相關(guān)功能放置公有云實現(xiàn)。私有云平臺搭建使用成熟的OpenStack 解決方案，選用標準的keystone、neutron、swift、cinder 等組件。私有云和公有云之間通過VPN 建立數(shù)據(jù)傳輸隧道，各數(shù)據(jù)庫之間構(gòu)建統(tǒng)一的管理平臺。

3.3 智能圖書館

智能圖書館建設(shè)，需要實現(xiàn)圖書數(shù)據(jù)的云端存儲，比如相關(guān)的書籍數(shù)字化、云端化，弱化借閱過程書籍實體流通，尤其是老舊書籍不必擔心損耗方便書籍管理。需要實現(xiàn)信息資源的智能管理，首先根據(jù)讀者需求智能感知、智能匹配閱讀資源；其次建立專門通道，鏈接校外、互聯(lián)網(wǎng)資源供讀者無償或有償閱讀；最后利用云平臺、大數(shù)據(jù)，預(yù)測推薦讀者的書籍信息，提高圖書館資源的利用率。

3.4 虛擬實驗室

滿足個性化學習，通過常用智能設(shè)備入口的云平臺學習資源，使用者可以根據(jù)自己的實際情況參閱資源、獲取服務(wù)，也可滿足計算機專業(yè)按需構(gòu)建環(huán)境，滿足學習、交流、開發(fā)的需求，或?qū)崿F(xiàn)虛擬課堂。

4 結(jié)束語

基于云計算的智慧校園架構(gòu)，具有獨有的云優(yōu)勢，可有效整合現(xiàn)有軟硬件資源，打破傳統(tǒng)資源信息孤島、重復(fù)投入問題，提高以往數(shù)字校園的性能及管理效率，在降低運營成本的同時可有效提升校園建設(shè)水平，增強原獨立應(yīng)用系統(tǒng)的協(xié)同性，并顯著降低網(wǎng)絡(luò)安全隱患，在彈性的機制下為以后發(fā)展預(yù)留空間，未來智慧校園將取得更好的發(fā)展成果，會更好地服務(wù)于教學和管理工作。