基于云计算的网络学习资源共享研究*

杨思炜，高东怀，宁玉文

（1．西北大学 现代教育技术中心，陕西 西安 710069；

2．第四军医大学 网络中心，陕西 西安 710032）

基于云计算的网络学习资源共享研究*

杨思炜1，高东怀2，宁玉文2

（1．西北大学 现代教育技术中心，陕西 西安 710069；

2．第四军医大学 网络中心，陕西 西安 710032）

云计算是一种资源共享和使用模式，提供了可靠安全的数据存储、方便快捷的网络服务以及强大的计算能力。本文针对网络学习资源共享中存在的问题，根据云计算的定义、特点以及服务形式，论述了云计算为提高网络学习资源共享带来的新方式。最后参考网格技术，构建出基于云计算的网络学习资源共享平台与系统体系模型。

云计算；虚拟化；网络学习资源；资源共享；网格计算

网络学习资源是网络教育过程中的核心和基础，历来是专家、学者、一线教师甚至学习者所关注的焦点。国家教育部门也高度重视并大力支持网络学习资源建设，建设了一大批诸如精品课程的优质网络教学资源，但在资源利用方面却不尽如人意，特别是由于受到观念陈旧、地域限制、技术障碍等因素的影响，出现资源无法有效利用和共享等问题。近几年，云计算以其提供的海量数据存储和方便快捷的网络服务，正逐渐渗透于教育领域中。如果将云计算的相关技术和服务用于解决网络学习资源共享问题，可以探索一条新思路来促进网络学习资源的有效共享。

一、网络学习资源共享存在的三大问题

笔者通过文献调查和对学校信息化部门人员访谈，发现国内网络学习资源共享一直存在诸多问题，归纳为以下三个方面。

1.缺乏共享意识

长期以来，由于涉及各级各类资源开发者的切身利益和知识产权等方面的问题，大多数资源开发者不愿意与别人分享自己的资源，共享意识十分淡薄，造成这一结果的原因是多方面的，其中对资源开发者的知识产权保护不力是最重要的原因之一，一旦知识产权无法保证，资源开发者共享资源的积极性也会受到影响。具有较高收益的资源被重复开发，低回报的资源又乏人问津，这样也导致了资源共享障碍。除此之外，某些资源开发者或开发部门不屑于降低身份去使用低一级开发者的资源，大部分资源开发者的目的都带有一定的功利色彩，没有真正从共享的高度来进行资源开发，只仅仅着眼于眼前利益，因此就使得如今网络学习资源共享一直处于劣势地位。

2.网络学习资源本身的缺陷

网络学习资源本身也制约着共享的实现。首先，国内网络学习资源可供共享的种类相对局限于软件类资源，像服务器、路由器、实验设备这样的硬件类资源很难被学习者或用户共享和使用，当学习者进行大规模的计算、存储或其他实验活动时，若是没有相应的硬件设备就会造成学习活动无法正常进行。其次，网络学习资源地域分布不平衡，信息发达的地区所拥有的资源相对要比偏远地区的资源更加丰富和优质一些，发达地区不愿使用偏远地区的资源，偏远地区想使用发达地区的高质量资源又困难重重，这样它们之间的资源共享就会因为资源分布不均而受到限制。

3.技术限制

国内目前的资源开发系统与运行环境十分庞杂，大多资源开发都是相对独立进行的，平台和接口都是针对资源开发者或特定的对象，无法兼容的接口和运行环境往往导致数据资源无法传输与交换，这不仅增加资源开发者技术和资金投入，造成资源浪费，同时也使资源共享的效率处于较低水平。

二、云计算与网络学习资源共享

1.云计算与云计算服务

（1）云计算定义及特点

云计算的定义已经超过20余种。Google公司认为:云计算是一种资源共享和使用模式，可以通过网络获得应用所需的资源，所有用来提供资源的网络被称为“云”，“云”中的资源是可以无限扩展的，并可以随时获取，云计算的最终目标就是将计算作为一种公共设施 （Uti l ity）提供给所有用户，让人们可以像使用水、电、煤气和电话那样使用计算机资源。[1]我国云计算专家刘鹏认为：云计算是将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和各种软件服务。[2]

从国内外的定义可以看出，云计算其实就是由大量计算机群落组成的、为了实现更加高效的数据处理、最大范围的协作与资源共享而提供的一种远端服务。其本质其实就是一种互联网应用。随着云计算在产业界所产生的巨大影响及其应用的深入，云计算也终将会在人类的学习领域产生重要的作用。

云计算除了具有诸如超大规模、智能化、高可靠性、通用性、动态可扩展、按需服务、低成本等大家较为熟知的特点以外，还具有其他一些十分重要且不同于传统网络的特点，归纳如下。

1）软硬件相对分离，减少了软件对硬件的依赖

剥离了软件与硬件的联系，通过平行运算的方式，使得一个应用程序可以在不同的硬件上执行，全面解除应用服务与硬件资源间的固定对应关系，不仅减少了软件对于某台具体设备的依赖，而且也避免了资源共享因为软硬件的不配套而受到限制。

2）将硬件作为一种服务提供给用户使用

将硬件资源进行了整合以及虚拟化处理提供给用户使用，既提高了资源的共享范围和利用率，也简化了IT系统维护的复杂度，同时更推动硬件设备向高端发展。如IBM在2007年11月15日所公布的“Blue Cloud”计划就是通过提供虚拟化的服务器以及物理服务器的计算资源的方式来向用户提供硬件服务的。[3]

3）云计算的规模与其经济收益成正比

相对于小型云计算供应商来说，大型云计算供应商整体提升能源利用率的成本将更加便宜，由于成本可以分摊在大量的服务器上，相应的技术和管理手段才更可能会被大量使用，因此运营商的资本回报率才会提高，据此可推断出云计算的规模不仅影响着经济收益，并且成正相关。

4）云计算可以应付大的访问量

在日常的网络应用服务中，许多资源网站随时都有可能遇到突发性大访问量。若是在云计算环境下，利用云存储的服务器集群和虚拟化技术，临时调用计算和存储资源，分配给服务器和存储子模块，可以很好地解决因访问量过大而导致网站无法访问或服务器崩溃等问题。[4]

（2）云计算服务

云计算在人们的日常网络活动中随处可见，比如Google的搜索服务、在线邮箱、百会在线办公、360云查杀等。目前，云计算主要有以下三种服务形式：软件即服务（SaaS）、平台即服务（PaaS）和基础设施即服务（IaaS）。[5]

SaaS是提供商将应用软件统一部署在自己的服务器上，用户按需通过浏览器使用软件，软件的日常维护和管理则由提供商负责。如腾讯公司的QQ云词典，无需安装就可轻松查词。

PaaS是把开发环境作为一种服务来提供，为企业或个人提供研发的中间件平台，提供实验平台、程序开发平台、数据库等。

IaaS的实质就是将基础设施作为计量服务提供给客户。用户按需租用相应计算能力和存储能力，降低用户硬件成本。如Amazon Web Services的弹性计算云EC2和简单的存储服务S3。

2.云计算为网络学习资源的共享提供新方式

近几年，网络学习资源的共享一直备受关注，高效的网络学习资源共享不仅可以极大地提高资源的利用效率，也能够节约学习资源建设过程中所投入的成本。就目前而言，网络学习资源共享因观念上的差异、管理上的缺陷、知识产权、无统一的标准、资源分布不均匀、优质资源不足等因素而遭遇瓶颈。因此，考虑到云计算的特点和“协作与共享”的核心理念，相信云计算一定能够为网络学习资源的共享提供新的方式，从而使网络学习资源共享不再只是一个美好的愿望。

（1）资源最大范围共享

云计算的服务形式使得网络学习资源的共享范围延伸到了硬件资源，改变了传统网络环境下学习资源共享仅仅局限于文本资料、多媒体课件等软件类资源的局面，云计算的虚拟化技术将内存、I/O设备、存储、计算能力、实验设备等硬件类资源整合成一个虚拟的资源池，为学习者或用户提供有偿或无偿的各类硬件资源与服务，一方面降低了终端学习者的成本，另一方面提高了远端服务器等硬件设备的使用率。

（2）无界限共享

云计算的特点决定了不同设备、数据库、平台之间资源的连接、传输与交换，突破了网络学习资源分布不均的枷锁，也使得一个个资源孤岛或信息孤岛逐渐消失，用户完全不必顾及计算机在哪儿，无需担心接口与运行环境，只要遵守协议，所需要的一切资源都会被迅速调取到用户面前。这种自由、无拘束的共享方式一定会受到广大学习者的青睐。

（3）产业化、市场化共享

网络教育本身就是一种产业，网络学习资源又是网络教育的基础，因此网络学习资源走向产业化和市场化是必然趋势，网络学习资源一旦形成产业化，资源的数量、质量将会有所提高，资源的管理、维护等也会有相应的保证，这样势必会促进网络学习资源共享。

三、云计算环境下网络学习资源共享平台与系统体系模型设计

1.基于云计算的网络学习资源共享平台

针对目前国内网络学习资源共享的现状，结合云计算的功能与特点，在云计算环境下构建一个大规模的资源共享平台，对有效整合异构环境的网络学习资源,提高资源共享、利用程度与效率具有重要作用。该平台结构如图1所示。

图中所构建的资源共享平台系统主要由门户、注册中心、用户、资源提供与管理者和资源节点组成。其中门户网站是用户访问云端资源与服务的重要接口。学习者或用户登录门户网站所连接的注册中心进行账号注册，之后利用账号进入由大量包含各种资源和服务的节点所组成的学习资源网络。该学习资源网络以大的中心网络服务器节点为核心，无数个低一级的小节点与其相连，小节点下面又可以连接更低一级的小小节点，所有节点之间互相连接，学习者或用户可通过门户进行访问和调用。资源提供与管理者利用注册中心所提供的信息来决策将什么样的资源和服务提供给用户。当然学习者和用户也可通过该门户网站上传资源，管理者通过整理审核后存入适合的节点中供其他用户共享。

2.系统体系模型

云计算中的关键技术——网格技术，作为新一代的互联网技术，其在实现资源共享上有着十分巨大的优势，该技术环境下的资源共享是传统的资源与网络技术和计算机技术有机结合的新产物，其实质是为了满足虚拟组织内部资源共享和解决问题而产生的一系列技术。而网格技术中的“五层沙漏结构”将共享资源等操作、管理和使用功能分散在五个不同的层次，由下至上分别为构造层（Fabric）、连接层（Connectivity）、资源层（Resource）、汇聚层（Collective）和应用层（Application）。[6]以此为基础，结合云计算的三种服务形式，采用分层体系结构，从资源层、管理层、应用层这三个层次来进行网络学习资源共享体系模型的设计，如图2所示。

（1）资源层

资源层处于最底层，是该体系模型的基础，一方面包含了提供基本的网络支持环境和各种需要的基础设施、物理资源等硬件类资源；另一方面包含了各级各类教学素材、网络课件、软件、数据库、多媒体素材库等软件类资源。所有这些资源均分布在各个网络节点上。

（2）管理层

管理层是该模型的中间层，也是核心层，包括连接管理层、服务管理层和资源管理层三个方面的内容。

首先，在连接管理层中，一方面利用通信协议来对数据或资源间的连接、交换、传输等进行控制和管理，实现资源在物理上的连接、逻辑上的孤立；另一方面实现各资源节点中的各种异构资源与云计算平台上层的数据交换、数据包得生成与解析。

服务管理层中包含安全服务、监控服务、订阅服务、在线存储服务、协作服务等，负责提供进程管理、资源分配、存储访问等。这些服务项目不仅为资源共享提供了前提和保证，也为资源管理层提供了基本的支持。

资源管理层的核心任务是对资源层中的各类资源进行发现、整合、查找、描述、定位、调度、监测、更新和发布。通过采用统一的资源管理机制来支持用户与云计算环境的交互，最终实现异构资源有效共享的目的。

（3）应用层

在处于顶层的应用层中，由开发的各种应用系统组成，其包含了面向资源提供者、管理者、网络学习者的资源管理、控制、应用服务系统/平台/门户等，网络学习者或其他使用共享资源的用户不仅可以通过该平台系统获取、上传和分享资源，同时也为学习者和用户提供各种应用工具，支持学习者和资源开发管理者在云计算环境下进行网络学习资源的开发和具体的应用，从而切实将资源共享做到最大化。

四、结束语

云计算的特点决定了其可提供全面的共享资源和应用服务，因此在云计算环境下，实现网络学习资源的全面共享是必然的，不仅能弥补传统网络的不足，还避免了资源重复建设带来的高成本和严重浪费，也从另一方面推进了教育信息化的发展，具有极强的现实意义。尽管基于云计算的网络学习资源共享平台与模型还比较简单，但可以为云计算改造学习环境提供一种思路。

[1]周鑫皴，赖麟．云学习：概念的提出与初步研究[J]．四川教育学院学报，2009，25(12):1-3．

[2]刘鹏．云计算[M]．北京：电子工业出版社,2010：1-25．

[3]IBM Introduces Ready-to-Use Cloud Computing.[EB/OL].

[4]李煜民，章才能，谢杰．云计算环境下的数据存储[J].电脑知识与技术：学术交流，2010（2）：1032-1034．

[5]张鼐.云计算环境下信息资源共享模式研究[J].情报科学,2010(10)：1476-1495．

[6]CHENL Li，DENG Hong，DENG Q ianni，et al．Research on the framework of grid manufacturing[C]．Proceeding of the 2nd International Workshop on Grid and Cooperative Computing．Berlin,Germany:Springer——Verlag，2004:19-25．

[7]Brad Wheeler，Shelton Waggener．A solution of manufacturing resources sharing in cloud computing environment[C]．EDUCAUSE Review,2009（11/12）:52-67.

G250.73

A

1673-8454(2012)05-0020-04

*基金来源：本研究受西北大学研究生教育创新交叉学科型项目资助（项目编号：10YJC18）。

(编辑：杨馥红)