基于云计算的网络教育资源平台构建策略实证研究

计算机应用与软件ComputerApplicationsandSoftware基于云计算的网络教育资源平台构建策略实证研究李小青张水平张凤琴（空军工程大学信息与导航学院，陕西西安，710077）摘要针对高校网络教育资源平台建设技术策略，提出应用云计算技术，以平台硬件资源层、云管理层、在线教学服务层和用户终端层四层架构为主体，应用集中管理与分布式服务相结合的资源部署运行模式，构建统一、开放、灵活可扩展的网络教育基础设施。实验结果说明，与传统集群构建方式对比，云平台在资源利用率、服务可持续性和系统运维成本方面，体现出其特有的优势，是一种更为科学、先进和优化的建设方案。关键词云计算网络教育平台网络资源平台构建策略分类号TP391/AResearchonConstructionStrategyofOn-lineEducationPlatformBasedonCloudComputingLiXiaoqingZhangShuipingZhangFengqin(SchoolofInformationandNavigation,AirForceEngineeringUniversity,Xi’anShaanxi,710077)AbstractCloudcomputinghasprovidedanewwaytoconstructopen,uniformandflexiblenetworkinfrastructureforon-lineeducation.Usingcouldstrategy,whichmeansadoptingfour-levelstructureofhardwareresourcelevel,cloudmanagementlevel,onlineeducationservicelevelanduserlevel,itprovidesusanewplanforsystemoperationandresourcedeploymentcombinedwithintegratedmanagementanddistributedonlineservices.Bycomparingwithtraditionalclusteredconstructionplan,thenewstrategybasedoncloudcomputingshowsmoreadvantagesinresourcesusage,servicesustainability,systemmanagementandoperationcost,whichisamorescientificandoptimizedstrategytoconstructon-lineeducationplatform.KeywordsCloudComputing,On-lineEducationPlatform,On-lineResourcePlatform,ConstructionStrategy0引言网络教育资源平台建设是高校实现教育现代化和信息化的重要基础性实施。不仅能为师生提供了丰富的教学资源、便捷的学习方式，并且有助于培养学生自主学习、独立思考、探索创新的能力。为此，很多高校投入了大量的人力、物力和财力用于平台软硬件建设、数字资源开发和管理维护等方面工作，但由于大多采用分散建设、自立门户的做法，面对层出不穷的平台建设需求，只能通过不断增加投入、增加软硬件设备的形式来搭建和扩展网络教学资源平台，而由于大部分平台的利用率较低并且难以共享，又造成了大量基础实施建设的浪费，难以形成网络平台建设需求与现实应用之间的良好循环。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》明确提出数字化校园建设过程中应“充分利用优质资源和先进技术，创新运行机制和管理模式，整合现有资源，构建先进、高效、实用的数字化教育基础设施”，这对于高校加强信息化建设资源的优化整合，促进教育资源的共享共用提出了更高的要求。而云计算作为一种新兴的网络应用技术，为高校搭建更具统一性、开放性、灵活性的网络教育平台提供了新的实现思路。1应用云计算技术优势分析云计算是当今信息技术产业正在经历着的一次巨大变革，其通过“IT即服务”的交付模式为用户提供按需分配的计算能力、存储能力以及应用能力。通过底层应用核心虚拟化技术，云计算将各种硬件资源整合成具有动态可伸缩性的虚拟化资源池，用户只要通过网络接入云平台，便能随时、随地实现对资源的按需访问。其优势主要体现在：（1）基于虚拟机运行的应用系统与底层物理硬件资源保持松耦合关系，能够保证较好的服务连续性和可靠性；（2）可实现对计算资源、网络资源、存储资源的合理分配和随需调整，能够解决资源浪费或现有资源能力不足的问题。（3）可根据应用运行状况和负载变化，适时调整虚拟机分配方案，使整个平台更具弹性和可伸缩性。（4）底层物理资源对外透明且难以受到外部攻击，虚拟机在遇到问题后也能够在短时间内迅速恢复，提供了较高的安全性和抗毁性。因此，作为一种新型资源配置和平台部署模式，云计算能够真正实现了异构设备和平台之上资源开放和共享，其集中化的资源管理方式，也为构建统一的网络教育资源服务平台提供了更加方便、灵活、弹性的实现方案。2网络教育资源云平台构建策略2.1平台构建策略网络教育资源服务平台采用集中管理、分布式服务的云计算部署运行模式，分为4个层级，即硬件资源层、云管理层、2计算机应用与软件在线教学服务层和用户终端层。如图1所示。虚拟机1网络课程系统虚拟化平台操作系统（基于Vmware,Xen,KVM等实现）虚拟机1在线服务物理资源池存储资源节点1节点2节点3节点4计算资源…………扩展节点终端1终端2终端n……网络虚拟机3虚拟机n云管理层用户终端虚拟机1视频点播系统虚拟机1电子文献系统……图1基于云计算的网络教育资源服务平台架构（1）硬件资源层云计算硬件资源层由各物理服务器节点、存储交换机、磁盘存储阵列组成。通过应用虚拟化技术，将计算、存储等资源整合为一个统一的资源池，对于上层各种教学资源应用服务系统而言，并不了解底层使用的是哪个物理节点或哪个存储设备的资源，而是运行在由云管理系统所分配的虚拟机上，从而保证了应用层与物理资源之间的松耦合关系。（2）云管理层云管理层通过应用主流的虚拟化技术，如VMware、Xen或KVM等，实现对外IaaS服务。一方面，云管理层负责对底层物理节点、存储设备加入或退出的管理，监控节点的运行状态和资源使用情况；另一方面，负责对虚拟机模板、虚拟机创建、分配、运行、删除以及迁移工作的管理；除此之外，还具有平台用户管理、系统维护、安全管理等方面功能。（3）在线教学服务层在线教学服务层能实现对各种B/S架构网络教育应用服务的部署，如网络课程系统、电子文献系统、网上答疑系统、视频点播系统、即时交互服务等，以实现SaaS层服务，此外，还可提供服务运行环境、公共API、数据库服务等支持二次开发的PaaS层服务。云管理系统会实时对服务运行状况以及访问负载进行监控，并通过适当的策略配置来改善服务性能，满足更大规模的用户访问需求，从而在不中断服务的前提下，保证应用层良好的运行效率。（4）用户终端层用户终端层可实现在任何位置任何时间通过网络接入网络教育资源云平台，即可实现统一平台上的学习和交流活动。2.2平台建设主体对于构建一个开放统一的网络资源服务平台而言，需要明确两大建设主体是：平台硬建设和资源软建设。从平台建设来看，可根据教育的服务范围、用户规模、服务形式及网络基础设施建设现状，确定云平台的基本形式，对于敏感度和保密性要求较高的系统，可采用建立私有云的形式，而对于通用学科资源建设则可依托公有云平台建设，或者在两种情况都存在的情况下采用混合云形式构建。对于最为核心的云平台管理软件，目前大多采用直接购买的方式，国内如曙光、浪潮、超云等公司都提供了云平台操作系统及其配套软硬件产品，也可以在现有虚拟化开源管理软件（如Eucalyptus、OpenNebula、OpenStack、OpenQRM、XenServer、CloudStack等）的基础上通过二次开发和功能改造，自行开发出符合具体应用需求的云平台操作系统。从资源软建设方面来看，主要是依托高校教育部门进行软件和数字资源建设。围绕网络教学资源服务需求，分项建立媒体素材库、试题库、课件库、案例库、文献资料库、常见问题解答库、资源目录索引库和网络课程，并依托课程学习系统、教师备课系统、在线考试系统、教学管理系统、公共服务系统等几个方面构建一个系统、完备、功能丰富的软件平台。软件和资源建设采用集中存储管理的模式，以B/S瘦客户端的形式对外提供访问，从而能够最大程度上实现服务资源的整合的统一管理。3网络教育资源云平台性能实证测试为了验证本文所提出的网络教育资源云平台方案的合理性和科学性，以专业实验室环境为依托，实地搭建了两种不同方案的网络教学服务平台，并通过具体测试来验证云平台构建策略相对于传统集群式构建策略的优势所在。3.1主要实验设备两种实验方案分别采用了相同配置的物理服务器、核心交换机和终端设备，主要设备参数如表1所示。表1主要实验设备参数设备名称设备型号设备主要参数物理服务器超云62402U4节点，每节点配置4颗intelE56204核处理器主频2.4GHz6CE7-48072.3GHz；板载双千兆网口；4G内存。硬盘：500G。云平台管理软件TcloudElasterStack开放的云平台管理软件，支持虚拟机的全生命周期管理，结合Xenserver可实现绝大部分高级功能，内嵌防火墙和负载均衡。存储设备NetAppFAS2040单存储控制器，4GBECC高速缓存，2个4Gb/sFC主机端口,4个1Gb/sIP主机端口,配置6块7.2KRPM1TBSATA硬盘。存储SAN光交换机博科16个端口4Gbps光纤通道SAN交换机千兆交换机思科WS-C3550-124G企业级三层并行交换机.背板带宽24Gbps,支持10/100/1000BASE-T端口。测试终端联想PC机内存2G，主频：2.1GHZ,操作系统：WindowsXP3.2平台搭建方案实验基于两种不同的网络教学资源服务平台设计方案测试完成。方案一：采用传统方式构建网络教学资源服务实验平台。将3台物理机作为应用服务器，并部署了相同的B/S应用软件李小青等：基于云计算的网络教育资源平台构建策略实证研究3（自行开发运行的学科资源网站），对于负载较大的在线教学系统可通过集群方式提供服务。6台用户终端同时对应用系统发起访问，负载均衡设备作为集群部署的常用设备在其中具有平衡访问负载，提高服务效率和可用性的作用，如图2所示。物理服务器千兆交换机测试终端172.168.1.121172.168.1.122172.168.1.123应用服务器B172.168.1.3172.168.1.13172.168.1.15172.168.1.10172.168.1.115172.168.1.16应用服务器C应用服务器D负载均衡设备图2传统网络教学资源服务平台构建策略方案二：采用云计算技术构建网络教学资源服务实验平台。该方案与方案一采用相同配置的3台物理服务器组成计算资源池，1台物理服务器用于云平台管理设备，底层存储资源池由2台集中存储设备构成，计算资源与存储资源之间通过SAN光纤交换机连接。通过云管理技术，平台共虚拟出6台应用服务器支撑B/S软件运行。负载均衡设备根据网络流量和各应用服务器的访问情况在6台虚拟机之间进行负载平衡。云存储资源存储交换机云计算资源云平台硬件资源池千兆交换机测试终端172.168.1.200172.168.1.201172.168.1.121172.168.1.122172.168.1.123172.168.1.120云平台管理节点计算节点B计算节点C计算节点D172.168.1.3172.168.1.13172.168.1.15172.168.1.10172.168.1.115172.168.1.16172.168.1.191172.168.1.196172.168.1.1901