微软在线教育云平台项目技术方案

第1页共85页教育云平台解决方案2011年6月第2页共85页一.微软教育云整体解决方案1.1教育信息化建设的新思路微软教育云整体解决方案在教育城域网的基础上，以“相对集中”的建设思路，进行教育城域网综合应用服务“大中心”的规划和实施，从而实现集中投资、整体规划和集中管理。使用先进的云技术（64位弹性架构）与教育深度融合，创新教育模式（协同教育），实现教育均衡，为公平教育服务。不仅要解决数据互联互通问题，消除信息孤岛，实现资源整合与共享；而且未来能够灵活地应对需求发展，可以根据需求的发展变化，在此平台上快速开发建设丰富多样的教育应用；同时保证这些应用有机统一，集成创新，发挥最大效益。1.2当前教育信息化面临的挑战《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》对教育信息化建设提出了更高的要求，而由于历史和技术发展原因，现有的教育城域网，是“按需、逐个、独立”建设，是“孤岛架构”，各应用系统因缺乏统一的标准和规范，自成一套体系，形成了“数据孤岛、应用孤岛、硬件孤岛”三大孤岛；架构陈旧，性能很难满足城域网大规模并发应用需求。1.2.1孤岛架构存在如下问题：1.2.1.1数据孤岛数据不能共享：比如每一个应用系统，都需要用户身份数据，因缺乏统一的标准和规范，各系统数据不能共享，只能每个系统重复录入这些数据；当用户身份数据发生变化时，需要在各系统去手工更新这些数据，往往因为各种原因，有些系统更新了，而有些系统没更新过来，造成各系统数据不一致现象；比如学习系统中，学生的学习过程记录，只存储于学习系统，不能存入统一的学生档案袋系统，老师在教研系统中，形成的教学资源，不能存入统一的资源库系统中等等；资源系统中的资源，不能直接应用到教学系统中，只能先下载，再上传，这种方第3页共85页法，浪费使用者时间，浪费宝贵的网络资源，浪费数据库空间，影响数据库性能。数据不能交换：比如各教育城域网，都需要向上级主管部门上报或从上级上管部门数据中心获取相关数据，因为缺乏统一的交换标准，只能手工进行，极大地影响了工作效率，人为增加了出错概率；1.2.1.2应用孤岛缺乏统一身份认证体系：每进入一个系统，都要进行身份验证，频繁输入帐号，密码，给使用者造成麻烦。同时，造成很多使用者使用简单密码，而给整个系统造成安全隐患；缺乏统一的信息展现层：与本人相关的重要信息分散在各个系统中，使用者要获这些重要信息，需要频繁穿梭往返于各个系统中，苦不堪言。各软件系统功能重复堆砌：一些通用的基本功能，如信息发布模块，搜索模块，工作流模块，证书模块，数据分析模块，通知模块，调查模块，消息系统，等等，大多数应用系统中都要用到。现阶段，各个应用系统中基本上包含独立的这些模块，功能重复，不仅造成浪费，且使用方法不一，界面不一，质量不一，给使用和维护管理造成巨大困惑。比如搜索模块，每一个系统都要用到，都有自己的搜索模块。用户使用的时候，要搜索数据，只能分别进到每一个系统中去而不能在一个搜索框中搜索所有系统中的数据，这给使用者带来很大的麻烦。缺乏标准的梯度扩展和开发接口：软件提供的功能，不能满足用户的个性需求，用户需要根据自身实际，进行扩展或开发。孤岛架构软件，没提供标准的梯度扩展和开发接口，供用户扩展和开发。标准的梯度扩展和开发接口：标准扩展和开发接口是指提供跨系统、跨数据库的扩展和开发接口，开发者可以使用自己熟悉的开发工具在此标准下进行扩展和开发；梯度扩展和开发接口是指可提供无代码和代码的梯度开发接口，不懂代码的计算机维护人员，可通过无代码开发工具对系统进行扩展和开发，开发人员可通过代码工具进行更深入的扩展和开发。缺乏跨系统的、自助的、灵活的辅助决策工具：比如对教师的职称评聘，涉及到教师的教学业绩，其数据在成绩管理系统；涉及到教师的资历，其数据在人事管理系统；涉及到教师的课堂表现，其数据在教师发展评价系统中。现有的各系统，只能在系统内部进行统计分析，无法根据需求，跨系统、跨数据库进行统计分析，这是其一；其二当教师评聘条件发生变化时，单位自己很难根据情况变第4页共85页化进行新的统计分析；其三，提供的统计功能有限，缺乏强大的灵活的分析手段，不能满足用户要求。1.2.1.3硬件孤岛：1.2.1.3.1高投入、难管理、低效率、高能耗、低可用问题当前信息化硬件配置现状一般是如下两种情况：普通应用系统，一台服务器安装一个应用系统；关键应用系统，如数据中心、OA系统、云教学系统等，基于性能的考虑，通常以服务器（小型机或刀片服务器）和SAN存储连接方式为基础，一个应用系统部署在几台服务器上（应用服务器、数据库服务器），通过小型机或多组刀片来实现关键应用的部署。第一种情况存在硬件资源浪费与硬件资源不足的问题。如果服务器性能很高，有资源剩余，但不能将多余的资源给其他应用系统使用，造成浪费；当应用高峰时，可能一台服务器资源不足，也无法从其他的地方获取更多的硬件资源支持，造成应用瘫痪；第二种情况情况存在严重资源浪费问题，多台服务器为一个应用服务。应用系统动辄就有几十个（如教务管理、人事管理、办公、财务管理、固定资产管理、教学系统等等），应用系统的建设需要大量的服务器来支撑。系统建成后，但实际使用中，有些应用系统一天可能只有少数人使用，使用的次数也很少；另外，这些应用系统的使用模式也非常有规律，如大部分用户的使用和访问集中在上班时间。非正常上班时间（晚上、节假日）利用率很低。在这些时间内，只有少数人偶尔使用OA系统、邮件系统等，大量的业务系统实际上处于空闲状态，资源利用率不超过5%，但支持这些应用系统正常运行的所有资源（服务器等硬件设备）需要不间断工作。同时，大量的服务器硬件增加了维护难度和能耗成本。这就是当前硬件孤岛带来的高投入、难管理、低效率、高能耗、低可用等方面的问题。1.2.1.3.2低安全问题当任意一台服务器出现硬件故障或者软件故障时，则与本服务器相关的应用第5页共85页系统，都不能使用，造成应用瘫痪。1.2.2软件架构陈旧问题：现阶段，城域网上的多数应用软件还是32位架构，不能发挥新的64位硬件服务器的性能，不能使用到4G以上的内存，无法满足城域网大规模并发应用需求，软件架构成为整个系统的瓶颈。这就是很多时候，硬件服务器上资源剩余很多，而应用系统却运行缓慢甚至崩溃的原因。1.3微软教育云整体解决思路1.使用先进的64位弹性架构，构建教育云基础平台（PASS）；2.在教育云基础平台之上，构建协同教育应用系统(SAAS)；3.构建动态资源池，实现服务器等硬件资源的动态管理（IAAS）。通过完整的云平台（PAAS,SAAS,IAAS）架构，彻底解决当前教育城域网存在的问题，创新教育应用模式。1.3.1弹性架构简述“弹性架构”是相对于现阶段，教育城域网“孤岛架构”而言的。1.3.1.1孤岛架构第6页共85页孤岛架构图每一个系统（自下而上），都使用独立的服务器，独立的安全、管理标准，独立的数据库，独立的展现层。孤岛架构的缺点：硬件资源（比如服务器，网络资源等）不能共享，当本身资源剩余的时候，无法分配给其他应用系统，而当本身资源不足时，也无法从其他服务器获取资源，形成硬件孤岛；每个系统都有独立的安全、管理标准，增加运维管理难度，造成管理混乱；各自有独立的数据库，数据无法共享与交换，形成数据孤岛。独立的展现层，信息分散，用户获取信息要在不同的系统间穿梭往返，“人找事”，增加了使用难度。1.3.1.2新一代弹性架构第7页共85页弹性架构图将所有的硬件设施集中起来，根据各系统的忙闲情况，动态分配（最下层）；统一管理服务、安全服务、标准、规范和法规体系（左右两侧）；统一数据管理，建立统一的数据规范（基础软件服务层）；统一展现层。弹性架构的优势：硬件资源集中管理后，按需分配，动态分配，当某应用系统需要更多的硬件资源时，自动分配更多的资源给其使用，使用完毕，自动将多余的资源回收，以提供给其他系统使用（IAAS）；整体规划，统一管理服务，统一安全服务，统一标准、规范和法规体系，避免管理混乱；构建统一的基础软件服务（PAAS）层，实现资源共享，应用集成，互联互通，消灭数据孤岛；构建统一的展现层，将所有应用系统的信息集中展现，避免“人找事”，实现“事找人”。在PAAS基础上，构建统一的协同应用层（SAAS）。弹性架构将所有数据集中管理，对数据库并发访问性能带来严峻的挑战。传统的32位系统平台很难满足这种性能需求。1.3.264位简述64位是新一代的计算带宽标准，能比现有的32位系统提供多一倍的计算带宽，性能上有质的飞跃，就象8道的公路与4道公路的区别；第8页共85页现有的32位系统，只能使用到4G内存，远远不能满足教育城域网大量用户对数据的并发访问，而64位新系统，能使用到64T的内存，其对内存的使用量是现有32位系统的几百倍。教育城域网其用户访问数量已经达到万级、十万级甚至百万级。传统的32位系统，受制于其系统架构，即使服务器等硬件资源非常充裕，也无法满足大量用户的并发访问需求；而64位架构的新平台，是现阶段必然的选择。1.4微软教育云基础平台（PASS）1.4.1微软教育云基础平台（PAAS）概述微软教育云基础平台（PAAS）是一个系统架构科学合理、开放互联的应用服务平台。不仅能解决数据互联互通问题，消除信息孤岛，实现资源整合与共享；而且未来能够灵活地应对需求发展，可以根据需求的发展变化，在此平台上快速开发建设丰富多样的教育应用；同时保证这些应用有机统一，集成创新，发挥最大效益。统一管理服务，统一安全服务，统一标准、规范和法规体系，避免管理混乱，统一建设标准；建立数据中心，统一数据管理；通过云服务中间件和云聚合中间件实现信息共享与交换，实现统一用户认证，权限管理，单点登录；统一、开放的信息展现层（教育云门户、虚拟化个人桌面）；打造“云+端”的“AAA”应用模式；提供基础软件和通用服务，并提供标准接口，可通过无代码开发工具和代码开发工具，快速开发，适应应用变化需求。为持续发展奠定技术基础。1.4.2微软教育云基础平台框架图第9页共85页下图是微软教育云整体逻辑框架图，所有背景为橙色的部分，均为教育云软件基础平台框架（PAAS），以下简称教育云基础平台。1.4.3统一管理服务，统一安全服务，统一标准、规范和法规体系，避免管理混乱，统一建设标准信息化建设是一个复杂的系统工程，牵涉人多、面广。因此建立统一的标准，是必然的选择，避免标准不一，管理混乱的局面。1.4.4建立数据中心，统一数据管理现阶段，教育城域网中的数据，分散在各应用系统中，存在如下的问题：1.数据应用困难。基础数据，重复录入，浪费了大量时间且易造成更新不一至的现象；数据标准不统一，分散在不同的数据库中，无法进行统一的数据分析，更谈不上数据的高级应用--辅助决策。2.数据维护困难。需要分别给每个应用系统备份数据，如果有几十个系统，则要给几十个系统进行数据备份，维护难度相当大。建立数据中心，统一数据管理，解决数据应用和维护困难问题。将基础公共数据通过云基础平台共享给各应用系统，避免重复录入和数据不一致现象；各应第10页共85页用系统业务数据，通过云基础平台，同步到数据中心，则数据中心存储所有业务数据。统一数据标准，为数据分析，辅助决策打下了基础；统一数据存储，用户只需要维护一个数据中心，则保存了所有系统的数据。数据中心包括：教工库，学生库，资产库，平台数据库，业务数据库等。1.4.5云服务中间件和云聚合中间件教育城域网的数据不仅要与教育网内部各系统进行横向数据交换，还要与上级主管部门及下级部门的系统进行纵向数据交换。纵向数据交换是难点，因为要与上级主管部门或下级部门的系统进行数据交换必须通过互联网进行，各单位的系统，都安装了防火墙，如何通过互联网，穿透防火墙，实现跨平台、跨数据库进行数据交换，是交换要重点考虑的问题。云服务中间件是实现城域网内系统间无缝信息交换的核心。该平台通过运用消息队列、XML和WebService等技术，在遵循国际通行的开放标准的前提下，在各应用系统之间扮演了一个消息交换中间件的角色，具备通过互联网，穿透防火墙，实现跨平台、跨