基于云原生的數(shù)智校園基礎(chǔ)平臺系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計與實現(xiàn)

徐小華，胡忠旭，常 鳳

（昭通學院網(wǎng)絡(luò)信息中心，昭通 657000）

0 引言

隨著《教育信息化2.0 行動計劃》和《教育部關(guān)于加強新時代教育管理信息化工作的通知》等文件的先后出臺，要求高校需充分利用云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)，構(gòu)建全方位、全過程的信息系統(tǒng)支撐體系，助力教育教學、管理和服務(wù)的改革發(fā)展［1-2］。到2025年，數(shù)據(jù)實現(xiàn)“一數(shù)一源”，數(shù)據(jù)孤島得以打通，“一網(wǎng)通辦”深入普及，教育決策科學化、管理精準化、服務(wù)個性化水平全面提升，支撐構(gòu)建高質(zhì)量教育體系［3-4］。根據(jù)以上及其相關(guān)文件可知，對高校信息化的建設(shè)提出了更高要求。

多年來，高校信息化建設(shè)雖然取得了長足進步，但也存在諸多問題，如在數(shù)據(jù)層面，缺乏數(shù)據(jù)標準，業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)難以共享，各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)對相同數(shù)據(jù)重復(fù)管理，效率低下；在業(yè)務(wù)方面，重管理輕服務(wù)現(xiàn)象嚴重，為師生提供的信息服務(wù)不夠全面，多重身份和密碼體系，多重登陸界面，使用不便，現(xiàn)有服務(wù)基本依靠PC 端，基于師生的事務(wù)辦理效率低，無法實現(xiàn)一站式辦理；在技術(shù)層面，現(xiàn)有的信息化程度較低，底層技術(shù)較為傳統(tǒng)，無法滿足校內(nèi)應(yīng)用、教學系統(tǒng)、移動辦公等業(yè)務(wù)系統(tǒng)對快速部署、彈性收縮、靈活調(diào)整的各項需求；缺乏自動化交付能力和自助式的管理能力等。目前，高校信息化建設(shè)已由智慧校園發(fā)展到數(shù)智校園新階段，數(shù)智校園應(yīng)以需求為導(dǎo)向，對學校的教育教學、科學研究、管理服務(wù)等提供支持。云原生技術(shù)為搭建高校數(shù)智校園基礎(chǔ)平臺提供了新的思路和方法。由此，本文提出基于云原生的數(shù)智校園基礎(chǔ)平臺架構(gòu)的設(shè)計，并以某高校為例進行設(shè)計與應(yīng)用，從而實現(xiàn)了數(shù)智校園的基礎(chǔ)平臺。

1 云原生技術(shù)

云計算平臺使用虛擬化等云計算技術(shù)將物理設(shè)備抽象成邏輯資源，將多臺服務(wù)器連接起來構(gòu)成更大資源池，提高了資源的利用率。云計算平臺部署方式有公有云、私有云和混合云。云計算平臺是云原生技術(shù)（Cloud-Native）的基礎(chǔ)。云原生概念最早由Pivotal 公司于2013 年提出，它并非顛覆傳統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)的模式，而是優(yōu)化和改進傳統(tǒng)的應(yīng)用架構(gòu)的新架構(gòu)模式。它利用云計算模型的優(yōu)勢，有利于開發(fā)人員在公有云、私有云和混合云等新型動態(tài)環(huán)境中，構(gòu)建和運行可彈性的擴展的應(yīng)用系統(tǒng)［5］。它由微服務(wù)（Micro services）、容器（Contains）、開發(fā)運維一體化（Devops）和持續(xù)交付（Continuous Deliv?ery）這4 方面組成［6］。微服務(wù)（Micro services）是為了解決SOA（Service-Oriented Architecture）模式的問題而提出的一種架構(gòu)，將應(yīng)用拆分為細粒度的服務(wù)模塊，具有開發(fā)敏捷性、自治性和隔離性等諸多優(yōu)點。容器（Contains）技術(shù)與微服務(wù)配套使用，為微服務(wù)提供有效的資源管理，幫助微服務(wù)快速啟動等，它是微服務(wù)的最佳載體，常見的有Docker 和kubernetes。開發(fā)運維一體化（Devops）是過程、方法與系統(tǒng)的統(tǒng)稱，目標是縮短開發(fā)周期，更可靠地發(fā)布，為云原生提供持續(xù)交付能力。持續(xù)交付（Continu?ous Delivery）是指以應(yīng)用系統(tǒng)無論是新特性、配置變更等以安全和快速的發(fā)布上線的方式。結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 云原生組成部分

2 校園網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

校園網(wǎng)絡(luò)是校園信息化建設(shè)的基礎(chǔ)，是支撐校園信息化建設(shè)的基礎(chǔ)實施，也是校園基礎(chǔ)平臺架構(gòu)的根本，構(gòu)造高性能、高效率的校園網(wǎng)絡(luò)成為打造高質(zhì)量教育和數(shù)智校園的關(guān)鍵。校園網(wǎng)絡(luò)設(shè)計應(yīng)包括校園網(wǎng)出口、主干網(wǎng)、有線接入網(wǎng)、無線接入網(wǎng)、校園物聯(lián)網(wǎng)和5G 等。設(shè)計選用極簡萬兆以太全光網(wǎng)絡(luò)，采用光纖入室、統(tǒng)一協(xié)議，配合SDN 技術(shù)，實現(xiàn)萬兆主干，千兆到桌面的目標，具有維護更為簡便、帶寬更高、成本更優(yōu)等優(yōu)點。

3 數(shù)智校園基礎(chǔ)平臺系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計

3.1 需求分析

本文以某高校為例，其數(shù)智校園基礎(chǔ)平臺主要有以下幾個部分：統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心平臺，用以構(gòu)建共享數(shù)據(jù)中心，消除信息孤島；統(tǒng)一身份認證平臺，用以作為登陸數(shù)智校園的統(tǒng)一入口，以便訪問學校內(nèi)部信息門戶；統(tǒng)一信息門戶平臺，用以學校對外、對內(nèi)的信息和形象的展示窗口；一站式服務(wù)平臺，用以解決業(yè)務(wù)系統(tǒng)分散，操作繁瑣低效的問題；綜合學工系統(tǒng)，基于學生從進校到離校全過程的服務(wù)，實現(xiàn)了以“服務(wù)于人”為導(dǎo)向，系統(tǒng)圍繞“學生成長”形成了服務(wù)閉環(huán)。該基礎(chǔ)平臺涉及到多個子系統(tǒng)。因此，需要使用云原生來設(shè)計數(shù)智校園平臺。

3.2 架構(gòu)設(shè)計

數(shù)智校園基礎(chǔ)平臺建立在云原生之上，采用私有云部署方式，具備了虛擬化、容器化、負載均衡等能力?？傮w框架如圖2所示。

圖2 數(shù)智校園基礎(chǔ)平臺框架

4 數(shù)智校園基礎(chǔ)平臺系統(tǒng)的架構(gòu)實現(xiàn)

4.1 統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換和共享平臺

通過構(gòu)建信息標準與規(guī)范，把眾多的應(yīng)用系統(tǒng)中大量的信息進行科學、規(guī)范的定義和分類，描述信息的使用權(quán)限，并形成統(tǒng)一的標準，使信息有序流通、保證信息的一致性與權(quán)威性［7］，覆蓋整個學校業(yè)務(wù)域，利用統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換和共享平臺為各應(yīng)用系統(tǒng)提供一個數(shù)據(jù)的共享與利用的公共數(shù)據(jù)平臺，消除煙囪式的信息孤島，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交流互通，保障數(shù)據(jù)的統(tǒng)一、共享，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的集成管理，為學校的數(shù)據(jù)治理與分析決策提供基礎(chǔ)支持。

4.2 統(tǒng)一身份認證平臺

統(tǒng)一身份認證平臺作為登錄數(shù)智校園的統(tǒng)一入口，通過身份的認證與權(quán)限的管理，方便各個用戶登錄到學校的內(nèi)部信息門戶，通過內(nèi)部門戶能方便地訪問其身份權(quán)限下的應(yīng)用系統(tǒng)，獲取其個人最新的通知公告，查閱其權(quán)限下的各類數(shù)據(jù)資源。

4.3 一站式服務(wù)平臺

構(gòu)建一站式服務(wù)平臺解決多個業(yè)務(wù)系統(tǒng)分散存在，每次業(yè)務(wù)的辦理都需要進入到對應(yīng)的系統(tǒng)，操作繁瑣低效的問題。通過一站式事務(wù)中心，實現(xiàn)對事務(wù)的集中申請、辦理和監(jiān)控。能使全體師生真正感受到數(shù)值校園建設(shè)提供的優(yōu)良服務(wù)。通過業(yè)務(wù)辦理的統(tǒng)一入口體驗，提高用戶體驗的同時，也提升學校信息化應(yīng)用水平。如圖3所示。

圖3 一站式服務(wù)平臺

4.4 移動校園服務(wù)平臺

構(gòu)建移動校園服務(wù)平臺，實現(xiàn)“事找人”。通過移動校園平臺的建設(shè)，構(gòu)建一站式服務(wù)申請、審批、結(jié)辦等，所有環(huán)節(jié)都有消息推送服務(wù)，真正實現(xiàn)了服務(wù)體驗閉環(huán)，在無處不在的網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境下，用戶隨時可以接收到需要處理的服務(wù)請求，或者消息通知。實現(xiàn)需求驅(qū)動，完善教師、學生、公共綜合服務(wù)。部分移動校園服務(wù)平臺如圖4所示。

圖4 移動校園服務(wù)平臺

5 結(jié)語

本文在基于云原生的環(huán)境下設(shè)計并實現(xiàn)數(shù)智校園基礎(chǔ)平臺系統(tǒng)的架構(gòu)，并以某高校為例，形成了讓數(shù)據(jù)活起來，讓數(shù)據(jù)說話，實現(xiàn)了面向教職工全生命周期、學生全生命周期及校園公共校務(wù)管理的服務(wù)平臺，使服務(wù)智能化，提高了辦事效率，提升了管理服務(wù)水平，實現(xiàn)以人為本、功能全面、結(jié)構(gòu)完善的數(shù)智校園，為其他院校的智慧校園建設(shè)提供了一定參考依據(jù)。