基于云计算的数字校园网模型研究*

何晓鸿 胡晓君(武汉交通职业学院,湖北 武汉 430065)

基于云计算的数字校园网模型研究*

何晓鸿 胡晓君
(武汉交通职业学院,湖北 武汉 430065)

文章结合松耦合、按需分配的设计理念以及云计算的架构思想,提出并介绍数字化校园网的云化架构模型,描述模型中基础设施服务层、平台服务层、应用服务层以及安全支撑体系的功能和应用场景。数字校园网的云化架构可以有效提高硬件设备的使用效率,节省软硬件维护成本,增加用户体验的友好程度,这对数字校园网的建设具有一定的参考和指导意义。

云计算;数字校园网;云化架构;虚拟化

随着网络技术的迅猛发展,高等院校的数字化、信息化建设也渐渐被当作该校综合实力以及现代化层次的一个重要评价标准。数字化、信息化的校园平台,一方面可以为学校的教学和科研提供强大的技术支持,另一方面,它作为一个开放的平台,新的思想、观点可以通过这个平台得到快速的传播和交流,给学校在人才培养、教育观点、校园管理方面带来新的面貌。作为其技术支撑平台的互联网技术,近年来,也从功能简单,以学习为主、以文本为主的web1.0时代开始,跨过任何人都可以参与的,用户可产生内容的合作化、社区化的web2.0时代,逐渐进入到功能可以自定义和扩充、任何人都可以创新的云计算时代。构建基于云计算的数字化校园将是未来发展的方向。

1 云计算概论

云计算的概念首次踏入公众眼帘是在2007 年,IBM公司宣布了它的云计算计划。在IBM的技术白皮书“Cloud Computing”里这样定义“云计算”:云计算[1]描述了一种类型的系统平台或者一种类型的应用程序。“云平台”可以动态的按需部署、按需配置、按需开通或取消服务。其中的服务器可以是物理的服务器,也可以是虚拟化的服务集群,高级的云计算通常还包含其他的一些网络设备、存储设备、防火墙以及其他安全设备等。“云应用”则是一种能通过互联网来访问的,具有可扩展性的应用程序。使用大规模的服务器集群来运行网络应用程序和服务,任意用户都能通过互联网接入设备访问。由此可见,IBM定义云计算有两个方面的含义:一方面,描述了一个类似于当前操作系统功效的基础设施平台,另一方面,描述了建立在基础设施平台之上的云计算应用。

云计算提供了支持动态扩展资源池的、虚拟化的、高可用性的下一代计算平台[2]。具有以下基于web2.0模式的网络无法比拟的三个特征:第一,云计算的基础设施可以最大限度的利用廉价的硬件基础设施,搭建在廉价服务器集群之上;第二,基于云计算的应用程序是与底层服务协作开发的,最大限度地利用了运算,存储,网络能力等资源;第三,通过冗余的多个廉价服务器之间的备份,使应用软件达到了很高的可靠性。

2 数字化校园的现状

1990年,在最早全面实行信息化教育的美国,克莱蒙特大学的教授Kenneth C.Green率先提出了数字化校园的概念,并启动了迄今为止,最具代表性的高校信息化研究项目CampusComputingProject(CCP)。而后,在近10年时间里,美国总统克林顿先后拨款5亿美元,用于资助国家实验室以及部分大学的网络建设。现如今,互联网已经连接了美国境内所有的学校,而且随着无线互联技术的发展,移动在线学习已经在美国各大高校蔓延;而在欧洲,英国无疑是信息化教育技术开始最早的国家。英国政府提供了全民学习网作为全民网络教育通道,经过近10年的发展,该网络平台已经成为欧洲最大的全民教育门户网站,覆盖了国内所有的企业、家庭、社会服务系统、教育机构以及公众传媒体系,可以满足职业教育、家庭教育、学校教育等多种需求。总而言之,国外的发达国家在数字化教育建设的发展已经进入了一个崭新的时代。

我国的数字化校园建设始于90年代,全国各大高校对建立数字化校园的重视程度与日俱增,数字化的校园建设风起云涌,校园内的软硬件设施建设也是迅猛发展,如今网络覆盖率已经达到95%以上,全国高校人均生机比达16∶1,已经建成了以数字化校园网络为基础的多种应用系统,例如网上远程教学系统、数字化的开学迎新系统、网上校务管理系统、网上图书管理系统、校园一卡通系统、公共数据平台、视频会议系统等。高校教育信息化建设日新月异,得到了前所未有的发展。

但是,数字化校园网的飞速发展,必然给其建设提出一系列新的要求。数字化校园也逐渐从以硬件基础设施建设和系统建设为主的阶段,过渡到优化整合各种应用平台,优化资源结构配置,提供更方便、更灵活的服务阶段。基于云计算的数字校园网将是很好的一个选择。搭建基于云计算的数字化校园可以有效解决现阶段校园网中由于基础设置的闲置、重复购置、软硬件投入失衡导致的资源浪费问题;由于各部门独立建立自己的应用系统,无法共享、交换数据造成的信息孤岛问题;由于信息资源管理的各自为政,造成同一校园网用户需要多次认证以进入不同的应用系统的问题等等。

3 基于云计算的数字化校园模型

云计算依靠标准化、虚拟化的方式有机地整合了云中的硬、软件资源,并以服务的方式,通过网络提交给用户。典型的云计算架构由基础设施层、平台层、应用层组成[3](如图1)。基础设施层是指通过整合分散在不同位置的各种计算机资源、存储资源来提供虚拟化的平台环境,从而对外提供灵活的,可随机动态调整的基础设施服务;平台层位于基础设施之上,为用户的云应用提供诸如云中资源的部署、分配、管理、监控等运行和维护资源的支持,使开发者不需要过多的考虑所需要的软硬件环境,只需要专注于自己的具体开发工作;应用层位于平台层之上,它支持云用户直接利用已有的各种服务,或者利用已有的接口去开发自己的程序,使得用户从常规的程序安装、运行、维护的工作中解脱出来,也减轻了软件维护和售后技术支持等方面的负担与成本。

图1 云计算层次化模型

基于通用的云计算模型[4],建立数字校园网建设的实际应用状况[5],本着整合各种应用平台,优化资源结构配置,提供更方便、灵活的用户服务的原则,本文提出了一种新的高效率、低耦合、高复用的、基于云平台的数字校园网模型(如图2)。

图2 数字化校园架构模型

从图2可以看出,第一,所有的网内计算资源在云平台服务中心注册服务,用户根据注册的目录来搜索对应的服务,并据此对相关的服务资源进行调度及使用。第二,该模型主体包括基础设施层,以提供虚拟化的硬件资源池;平台层,以提供统一标准的软件支撑平台;应用层,以提供动态灵活的应用服务。另外,校园云的安全管理为该模型提供了整体的安全保障。

基础设施层一方面完成了对校园网内部硬件设备,比如服务器,存储单元、网络设备、I/O资源等的整合,另一方面利用网络资源虚拟化技术、服务器虚拟化技术、存储虚拟化技术等,对各种硬件资源进行池化处理,并对它们进行管理和自动部署。基础设施服务把各种服务器打包成虚拟机,供用户调度,通过虚拟网络的架构实现多个虚拟机之间的交互,是基于云计算的数字校园网模型的基础和物质保障。对于数字校园网来说,这种设计可以非常有效地提高应用服务的灵活性和对用户请求的响应能力,并大大降低采购硬件设备的采购成本以及使用期内的维护费用;平台层作为资源管理的中间件,对应用层提供服务,它实现了统一的用户管理、统一的安全管理、统一的资源管理、统一的数据管理,通过集群、虚拟化、负载均衡等对外提供统一的身份认证和访问控制服务,开发、测试服务等等。例如,校园网服务平台的数据中心平台建设,可以设计将多种业务应用系统的数据整合到统一的数据中心平台,构建统一、完整的数字化校园网支撑平台。所有业务应用共享数据中心的数据,数据中心平台对用户层提供数据的系统维护、整合、订阅、以及综合信息服务等功能;应用层最终对用户提供个性化的软件服务,是数字校园网提供的按需申请的最终端的服务,用户可以通过网页浏览器、手机,瘦客户端访问数字校园网。校园网通用的应用层服务有邮件服务系统、办公系统、科研系统、远程教学系统、电子图书馆系统等,这些应用系统通过平台层和基础设施层的支持,即可在云架构下灵活的扩展和管理,搭建成软件服务云。用户只要拥有相关权限,登陆到云端就可以得到软件的相应服务。即可在任何地方访问云服务,不需要安装系统,更不需要承担系统繁琐的日常维护工作。至此,我们已经搭建起了一个基于数字化的校园网云服务。另外,为了加强云服务的安全性,云服务的安全保障模块也是必不可少的。比如,用户只有通过认证,得到授权,才能访问自己的数据;不同等级的用户,可以支持不同的访问权限;用户自己的数据在加载到内存,或在网络上传送的时候,不可以被其他的用户浏览或更改以保证用户个人数据的私密性等,以保证云上的数字校园网具有一个安全的应用环境。

4 结论

本文在研究传统校园网架构的基础之上,结合当今先进的松耦合、按需分配的设计理念以及云计算的架构思想,搭建了层次化的数字校园网,设计并给出了数字化校园网的云化架构模型,详细描述了模型中基础设施层、平台层、应用层以及安全支撑体系的功能和应用场景。实践证明,通过该数字校园网的云化架构,可以有效提高硬件设备的使用效率,节省软件硬件维护、安全、日常管理方面的人力和财力,同时由于用户访问的灵活性和响应速度的大幅提高,也大大提高了用户体验的友好程度。这种基于云计算的数字校园网模型对于以后的数字化校园网建设具有一定的参考和指导意义。

[1]Boss G,Malladi P,Quan D,Legregni L,Hall H. Cloud Computing.IBM White Paper[EB/OL].(2009 -12-06).http://download.boulder.ibm.com/ibmdl/ pub/software/dw/wes/hipods/Cloud_computing_wp_final _8Oct.pdf.

[2]John B Horrigan.Use of Cloud Computing Applications And Services[M].Washington:the Pew Research Center,2008:987-1120.

[3]王亮.走近云计算[M].北京:人民邮电出版社, 2009,(6):18-30.

[4]汪洋.云计算在院校教育中的应用初探[J].科技经济市场,2009,(4):8-11.

[5]孙柏祥.学校教育信息化建设和发展的新模式[J].中国电化教育,2010,(5):123-125.

TP393.18

A

1672-9846(2013)02-0078-03

2013-04-13

何晓鸿(1976-),女,湖北武汉人,武汉交通职业学院讲师,主要从事电子与信息技术教学。

胡晓君(1968-),女,湖北武汉人,武汉交通职业学院教师,主要从事计算机应用技术教学。