基于国家超级计算资源建设高等教育学习云的研究与探索

王子荣，徐少华

（1.湖南大学信息科学与工程学院，湖南长沙，410082；2.湖南大学校园信息化建设与管理办公室，湖南长沙，410082）

基于国家超级计算资源建设高等教育学习云的研究与探索

王子荣1，徐少华2

（1.湖南大学信息科学与工程学院，湖南长沙，410082；2.湖南大学校园信息化建设与管理办公室，湖南长沙，410082）

本文分析我国教育信息化建设需求，切合国家教育信息化“十二五”发展规划，把握国家超级计算长沙中心的建设契机，发挥湖南大学优质教学资源和通过网络充分整合的湖南省各高校优质资源的优势，研究将这些资源与国家超算中心稳健的服务器、海量的存储器、巨大的吞吐能力和可并行计算等IT硬件资源进行充分融合，建设高等教育学习云的可能，探索实现数字化校园、教育资源共享等教育服务平台在技术上与超算资源的对接。

超级计算；教育学习云；资源共享

《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》提出“建立国家教育云服务模式。充分整合现有资源，采用云计算技术，形成资源配置与服务的集约化发展途径，构建稳定可靠、低成本的国家教育云服务模式”。[1]建立教育学习云的基石在于优质教育资源的充分共享。只有大学尤其是高水平大学发挥各自优势，建设好自己的学习云，通过网络将教育学习云的资源共享给广大的需求者，各学习云通过高速互联的网络整合起来，才能形成蔚然大观的国家教育云。

一、湖南省建设高等教育学习云的必要性

1．建设高等教育学习云是国家教育信息化建设与发展的需要

党和国家高度关心和支持教育信息化的建设与发展。上世纪90年代以来，国家实施了一系列重大工程和政策措施，在CERNET/CERNET II及教育信息化方面先后投入数十亿元，我国的教育信息化建设取得了快速和持续的发展。教育学习云是信息化公共支撑体系的重要组成部分，而建设信息化公共支撑环境、提升公共服务能力和水平，是推进教育信息化的基础工程和关键环节。

2.建设高等教育学习云是全面落实国家教育信息化中长期发展规划的需要

今年3月，教育部正式颁布了《教育信息化十年发展规划（2011－2020年）》，提出超前部署教育信息网络，实施中国教育和科研计算机网（CERNET）升级换代。支持IPv6协议，IPv6互联网和现有IPv4互联网实现互联互通。建立国家教育云服务模式。充分整合现有资源，采用云计算技术，形成资源配置与服务的集约化发展途径，构建稳定可靠、低成本的国家教育云服务模式。支撑优质资源全国共享和教育管理信息化，可同时为IPv4和IPv6用户提供教育基础云服务。[1]可见，建设高等教育学习云是落实国家教育信息化中长期发展规划的重要内容。

3.建设高等教育学习云是湖南建设“教育强省”的需要

湖南拥有高等教育机构100余所，普通教育机构达2万多所，一直是全国教育大省。然而，由于种种原因，CERNET在湖南的发展不尽如人意。湖南省高校的CERNET接入使用率约为45%，且接入带宽普遍偏低。除湖南大学、中南大学以1000M接入外，大部分学校接入带宽均低于34M。事实证明，低于100M的连接带宽无法满足高校规模性资源共建共享的基本需要。作为国家重点资金支持的CNGI建设主力的CERNET II建设项目，目前湖南省仅有国防科技大学、湖南大学、中南大学全网实现IPv6技术升级，湖南师范大学等少数几所高校接入了IPv6技术支撑的CERNET II。上述教育信息化基础条件的约束，已在很大程度上阻碍了湖南省高校之间、湖南高校与全国高校之间的联系与交流、资源的互访与共享，制约着湖南省教育信息化的建设与可持续发展。湖南高校的发展迫切需要从信息化建设来破局，以此助推“教育强省”建设。

二、湖南大学建设高等教育学习云的可行性

1.国家超级计算中心的建设提供了云计算能力和传输能力

2009年12月，湖南省人民政府下发文件，批复在湖南大学建设国家超级计算长沙中心，项目共计划投资6.7亿，按远期一千万亿次的计算能力设计；2010年8月，正式启动项目建设；2011年11月，中心的实际计算能力已经突破1372万亿次/秒。同年，湖南大学与湖南广电签署了10年的光纤租用协议，开始配套建设覆盖全省的1000M高速光纤传输骨干网络，将湖南省政府投资建设的超级计算资源共享给全省的教育和科研机构。

2.湖南大学优质资源与国家超级计算资源的充分整合是湖南大学教育学习云应用示范项目的关键

湖南大学拥有实力雄厚的理工类学科、特色鲜明的经济、管理类学科、发展迅速的人文学科的优质教学资源，和以千年学府浓郁的学习氛围、敢为人先的湖湘文化精髓为代表的独特软资源，将这些资源与国家超算中心稳健的服务器、海量的存储器、巨大的吞吐能力和可并行计算等IT硬件资源进行充分整合，实现数字化校园、教育资源共享等教育服务平台在技术上与超算资源对接，是国家教育云湖南中心项目建设的关键所在。

3.湖南大学具备承担大型信息化建设项目的良好基础和丰富经验

目前，湖南大学建成了全网支持IPv6的校园网，校园网设备先进，万兆骨干地面有线网已全覆盖所有校区，无线校园网也已同步覆盖，校园网联网计算机达3万余台，出口带宽4000M，数字化校园已初具规模，具备了良好的教育信息化建设基础。此外，湖南大学在计算机及网络领域与社会各界有着广泛合作。2007年，与中国银行合作，建成了湖南大学一卡通数字校园系统；2008年，与中国移动合作，建成了湖南大学移动数字化校园，实现了校园无线网全覆盖和支持学校各应用系统向手机等智能移动终端迁移的统一移动应用系统服务平台；2010年，与湖南广电合作共建“三网融合”湖南高校视频服务平台，并已于近期完成平台建设，开始在湖南大学试点IPTV网络电视服务，积累了丰富的大型信息化项目建设经验。

三、高等教育学习云的建设目标、建设原则及总体思路

建设目标：充分利用国家超算中心的云计算和云存储技术资源，新建和整合全校乃至全省的高等教育优质资源并呈现于教育基础网络上，形成区域云；利用Web Service接口技术实现云内异构资源之间的融合，形成公共云；对终端用户——学生提供有效的推送模式，建设教育科研资源示范基地——湖南大学教育学习云应用示范中心，形成面向湖南大学学生、进而推广到省内外高校大学生的运营模式，推动优质教育资源共享和教育的均衡发展。

建设原则：依托国家超算中心的云计算、云存储资源积极推进湖南大学优质教学资源、数字化校园、信息化管理服务平台以及校园网络文化等应用的建设，并通过骨干传输网实现各类教育信息化资源在CERNET成员高校间的高速共享，推动优质教育资源的建设，建立有效的运营管理模式，解决教育资源的推送问题，实现资源共享，为教育基础网络内资源的良性循环和运营提供示范和参考。

总体建设思路：第一步，湖南大学组织优质教育资源库的建设，试点探索湖南大学的独特教育资源与国家超级计算长沙中心的资源的深度整合，形成湖南大学教育学习云；第二步，依托国家超算中心的云计算优势，建成优质资源的运营管理平台，建设覆盖全省乃至全国高校的湖南大学教育学习云应用示范中心；第三步，通过前期试点，逐步推动高校优质教学资源和数字图书资源的高校校际共享，以及IPTV网络电视等增值服务业务的建设与推广，丰富高校的教学、科研、服务以及文化活动；第四步，进一步争取资金和政策扶持，扩大教育学习云应用示范项目的资源服务覆盖范围和受益群体。

四、高等教育学习云的建设内容

1.云课程及其服务平台建设

立足“十二五”教育资源建设目标和任务，结合教育基础网络的特性和现状，在教育基础网络现有规模以及拓扑结构基础上，研究基于云计算框架下教育资源整合、开发、运营的新技术，研发教学、科研、校园文化资源开发和推送模式平台，在此基础上建设基于同步区域云的教育应用资源库，建立基于国家超算中心的云计算资源教育示范基地，探索教育资源的推送和服务模式，面向全省大学生提供互联网资源服务。

云课程教学服务模式主要由以下四个部分组成：

（1）建设学习云资源库：包括把握高等教育的潜在需求，制作基于网络云的名课程；建设学习云的门户网站；持续地充实优质教学资源库；提供教育类网站的核心应用，提高学习者的访问黏度。

（2）搭建教育资源共享平台：试点建设1～2个品牌云课程，以教学内容精品化为抓手，探讨云课程教学模式，打通技术环节，制定制作技术标准；明确具体技术手段的应用，搭建好教育资源共享平台。

（3）营造虚实结合的学习氛围：通过搭建视频互动、辅导和社交环境的实时交互平台，营造和谐、高效的学习氛围，提供智能化、一站式服务的模块化，做到虚中有实，让学生感同身受。

（4）不断创新增值服务内容：在教学内容、手段、氛围和互动等方面持续改进，通过对流量的分析，将有价值的内容和环节精品化，并开始制定、完善相应产业化标准。

探索创新的学习云教育模式恰逢其时。第一，教育资源的学习者和提供者广为分散，但无处不在的网络却将他们联系在一起。当教育平台资源、应用和用户量激增时，非常适合采用云计算技术，学习云则是最好的选择；第二，基于学习云实施网络“名师”教育教学服务，突出了个性化学习特色，满足了学生学习需要。在学习云里实现了全省如重点学科、重点实验室、精品课程、知名教师等优质教育资源的链接，提高了学习效率（如学分积累、互动交流、从业资格证书、文凭获取）；第三，面向全省教育事业，充分利用国家超级计算长沙中心的强大优势，搭建一个面向我校和全省学习者的教育云模式。

2.湖南大学教育学习云资源高速光纤传输网络建设

（1）骨干网建设

教育学习云资源高速光纤传输网络骨干网依托国家超级计算长沙中心配套建设的超算资源共享网络建设，复用超算的配套网络。该网络骨干以星型拓扑组网，主要依托省内各地市高校来组建。在湖南大学放置核心路由器H3C SR8808,在各地区城市高校节点骨干路由器H3C SR8802，通过13条到全省各市州高校的1000M长途光纤链路，将传输网核心路由器与各市州的城市节点骨干路由器以1000M带宽高速连接起来，组成湖南大学教育学习云资源高速光纤传输网络骨干网拓扑。

国家超算长沙中心的云计算资源网以万兆带宽接入湖南大学教育学习云资源高速光纤传输网络核心路由器，高速光纤传输网络前期上行以多个1000M（后期需要时升级到万兆上连）与CERNET长沙节点（中南大学）和CERNET II长沙节点（中南大学）连接,实现IPv4网和IPv6网双联通。

传输骨干网设备全面支持IPv4/IPv6双栈，各市州接入高校的校园网均可在访问IPv4的同时直接访问IPv6。

（2）骨干网的运行与维护

湖南大学与各城市节点高校一起，组建专业的骨干网运维队伍，全面负责骨干传输网运行、管理与维护，共同保障骨干传输网健康、稳定运行和云计算资源正常服务；继续延伸传输网络，让湖南更多高校、教育科研机构等单位享用湖南大学教育学习云的优质资源。

3.推进湖南大学数字化校园建设

以湖南大学目前的教育信息化建设成果为基础，结合国家超级计算中心的云计算和云存储能力，建设完善的数字化校园综合应用平台，推进高水平高质量的网络课程、精品课程、多媒体教学、数字图书及电子期刊等各类教学资源的建设，预计在3～5年内教学资源总容量达20TB；建成信息化管理服务应用系统群，实现各类管理服务应用系统互联互通、数据实时共享，通过提高管理与服务信息化程度，为师生提供快捷、智能的信息网络服务环境；花3～5年的时间，在数据挖掘、神经网络等技术基础上建设智能决策支持系统，为管理决策提供全面支撑，进而实现数字校园、智慧校园的目标。

4.推动湖南省高校校际资源共享建设

依托湖南大学教育学习云资源高速光纤传输网络，完成网络教学资源、数字图书馆资源、校园网络文化应用、移动教学管理平台等各类教育信息化建设成果，并作为应用示范在省内高校间进行共享。积极促进省内各高校优质教育资源及应用的共建共享，逐步形成校际间共同推进教育信息化的良好局面，为实现“数字湖南”而努力。

五、结束语

依托国家超级计算中心的云计算以及云存储能力，将巨大的超级计算资源、独特的湖湘文化教育资源、在建的高速光纤传输骨干网络资源进行充分整合而建成的湖南大学教育学习云应用示范中心，将搭建起适合高校数字化校园建设的综合应用中间平台，探索将科学计算、云存储有效地跟高校信息化建设紧密结合起来的一种模式，并通过在湖南大学试点、在湖南省高校的推广，开创超级计算与高校数字化校园建设的无缝对接。

以国家超算中心建设为契机，建成湖南大学教育学习云资源高速光纤传输网络，实现湖南省各地级城市高校高速接入CERNET，是湖南省各高校的期望；建成的学习云资源高速光纤传输网络在技术上全面支持下一代互联技术IPv6，同时引领全省高校高速接入中国下一代互联网示范工程（CNGI）重点建设项目之CERNET II，将为湖南省高校创造良好的争取国家CNGI项目支持的技术及基础条件，并充分享受丰富的CERNET II网络信息资源和全球最大的下一代互联网实验教学平台。

依托国家超级计算中心和其配套高速传输网络建成的教育学习云应用示范推广平台，依托传输网建设的数字图书馆、精品课程、视频课件等优质教学资源和数字图书资源，实现教育资源的充分共享，在信息技术与高等教育和科研深度融合、促进教育内容和教学手段的现代化、创新人才培养模式方面具有深刻意义。☉

[1]国家教育部.教育信息化十年发展规划（2011-2020年）[E].2012.3.

（编辑：金冉）

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