基于云计算的智慧校园应用研究

【摘 要】结合云计算的优势，以云计算技术在校园网络中的应用为例，提出了可供借鉴的“智慧校园”的实施方案。

【关键词】云计算 智慧校园 实施方案

【中图分类号】 G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2014）02C-0190-03

云计算是一种商业模式，它通过多个服务器来实现计算任务的分配，从而达到分时共享计算资源和存储资源的目的。作为计算模型之中最能体现互联精神的方案，云计算在计算模式、计算能力、计算成本等几个方面的优势改变了人们的学习、工作和生活。随着物联网、云计算等概念的应用普及，特别是IBM倡导的“智慧地球”“智慧城市”的理念，使“智慧地球”这一概念得到高度关注。我国很多城市也将“智慧城市”建设作为提升城市综合竞争力的一个重要目标，而“智慧校园”作为“智慧城市”一个非常重要的部分，更是推动着教育信息化的跨越式发展。所以如何推进“智慧校园”的普及应用是摆在众多教育者面前的一个重要课题。

云计算技术如果能应用在智慧校园，将对学校的教育科学研究以及校园网技术的发展产生深远的影响，对校园网很长时间以来难以解决的维护和安全问题提供可行的解决方案，促进信息技术在校园的科学、合理应用。智慧校园是数字化校园的高端形态，它包含的是互联、协同以及智能的理念，同时在一个方便快捷、安全高效、绿色节能的发展目标引导下，借助基础信息数据库、应用程序以及云计算服务支持平台，使用户数据存储和应用程序都运行在“云”即互联网的大规模服务器集群上，以达到高智能、高集成、高效率的智慧校园网络数据应用模式，从而有效地实现校园网络安全监控与管理，以及构建个性化的教育环境。

一、智慧校园的优势

（一）按需使用

学生可以根据自己的学习需要，通过各种终端或浏览器登录智慧校园网络平台，灵活选择适合自己的软件平台，个性化定制自己的学习环境，随时随地检查自己的学习进度，以及接收和完成老师留下的课堂作业。有线和无线相结合的接入方式让学生可以在任何时候访问校园平台，还可以节省下载并安装升级软件的时间。

（二）节约成本

校园网络平台包括软件资源和硬件资源，整体投入代价高昂，不但要根据使用要求来不断更新硬件资源，正版软件以及数据库使用版权费用也不是一般学校所能承受的。智慧校园的引入，学校只需要比较廉价的客户终端即可，昂贵的高性能服务器以及正版软件由服务提供者或数据中心负责运行维护。这样既减轻了学校的负担，缓解了教育信息化过程中资金不足的问题，同时又很好地保证了服务的质量与可靠性。

（三）安全可靠

对于学校来说，一个安全的网络环境是必须的，因为一旦校园网络遭到入侵或者发生致命错误，轻则影响教学秩序，重则各种依赖于此的重要数据可能会被篡改或者删除。然而，由于校园网面向的是众多师生，不是每个人都有良好的设备使用习惯，校园网环境无法做到一尘不染，很多实验室、电教室等的计算机设备在不经意间就成为了病毒的集中营，对于数据安全性以及教学的正常秩序都是不小的威胁。在智慧校园环境下，反病毒软件的更新和升级交由数据中心负责，文件安全分类以及存储安全策略可以确保即使客户端受到破坏，后台数据也不会被篡改或者删除，并且可以在极短的时间内恢复系统的正常运行。

二、云计算概览

（一）云计算介绍

尽管云计算这个名词在最近几年才开始流行起来，但从本质上来说，云计算并不能算是一项新技术。云计算，实际上就是将网格式计算、分布式处理和并行处理进一步发展和扩大，它是运行于网络的虚拟服务设备群相互协调的过程，通过互联网络的支持，使分布式计算机和网络设备高效地进行计算任务。云计算是一个广义上的术语，主要是指某些服务的交付和应用，借助现代网络，通过按需分配与易于扩展的模式，通常包含以下几个方面：广泛的信息资源收集和共享、灵活调配的计算资源、自助式的个性化服务。在实践中，我们可以看到云计算的主要理念是集中大量的网络计算资源，经过统一调度和管理，以构成虚拟计算资源池，将高效的服务提供给客户。这种提供资源的现代网络系统，便称之为“云”。其中，“云”中的所有信息资源可以根据用户需求，在任何时间访问，并且支持无限扩展，以实现按需分配资源。一般来说，云计算在结构上可以分为三个层次，即云设备、云平台和云软件。从发展的角度来看，未来的智慧校园应该随时随地都能连接云平台，实现快速和简易地访问互联网，为教育信息化提供基础和保障。

（二）云架构层次

云计算架构包含着一整套能够应付大量密集型运算的基础设施作为后台支持，其基本形式包括：云基础设施即服务（IaaS，Cloud Infrastructure as a Service）、云平台即服务（PaaS，Cloud Platform as a Service）和云软件即服务（SaaS，Cloud Software as a Service），如图1所示。云基础设施即服务是基本的基础设施资源，它主要为客户提供虚拟化的网络资源、计算资源、存储资源和安全保护，用户可以在上面部署包括客户操作系统和运行各种软件等应用。云平台即服务是指云计算平台供应商在用户要求下，通过互联网将业务软件的运行环境和开发环境打包成为一个完整的软件开发服务支持，用户可以以此创建他们自己的业务应用程序，并且可以直接在云平台的运行环境中运营自己的业务。云软件即服务是指交付给用户定制的软件应用程序。

图 1 云架构层次示意图

三、云计算在校园网中的应用

（一）智慧校园体系架构

目前随着云计算应用范围逐步扩大，教育机构和学校的信息处理如果能借助云计算的优势，校园网络应用普及将会快马加鞭。一方面，通过云平台可以更好地协助教育管理人员和教育技术工作者进行教学设计，优化教学过程，管理教学资源，教师也更加容易提升课题教学的效率和生动性。另一方面，学习者可以在云计算服务的支持下通过各种形式的网络APP，利用丰富的信息资源和服务更好地满足自己的学习需要。此外，智慧校园使用云计算模式可以通过外包的方式减少不必要的硬件资源投入，降低软件采购成本，从而加快网络建设和应用。因地制宜地将校园要素与智慧校园应用层相结合，形成智慧的校园资源分析、智慧的校园环境、智慧的校园服务等。

图2 智慧校园体系架构

（二）基于云计算的VCL

实验是学生将知识转化为技能的重要方式。然而，并非每所学校都有足够的资源来确保每个学生都能随时随地使用实验室，在实验室资源有限的情况下学校往往需要通过排队轮候的方式分配学生使用，这无疑降低了教学效率，削弱了教学效果。云计算模式下的虚拟计算实验室（Virtual Computer Laboratory，VCL）通过共享数据资源和远程桌面的方式，是实现“每个教师和学生都有一个虚拟实验室”的一个很好的方式。结构框图如图3所示。VCL环境构建的目的是更好地满足教学、项目或科研实验环境的要求，它运行在校园网的内部，对于VCL的最终用户（师生和研究人员）来说其内部运行完全透明，用户只需要通过浏览器进行资源预订，之后就可以通过远程桌面应用程序RDP进行对调用资源的访问。此外，该系统也可以像实体实验室一样给虚拟实验室设置一个个的“座位”，使VCL系统既适合个人的应用需求，同时也可以适用于团体使用，如对于多分组的教学需求等。

图3 VCL结构框图

四、一种基于云计算智慧校园的解决方案

笔者在此简要介绍一种应用级的解决方案，如图4所示。首先，用户通过终端发送一个请求到HTTP服务器，通过HTTP服务器将请求提交给WAS（WebSphere Application Server）应用程序服务器插件，该插件可以根据需求被配置为多种形式，如管理节点、部署管理器等。不同的节点代理可以选择不同的形式。应用服务器集群，后端数据库（DB2服务器）和Web服务器等相关联的底层支持模块，它们之间相互支持构建起智慧校园服务。因此，各种复杂的应用就需要进行大致的分层或者分类，然后将不同层次或者类型的应用封装到多个虚拟器件上，同时将不同层次或者类型的支撑模块分别安装在不同的虚拟器件中。针对应用服务器集群、后端的数据库（DB2 Server）和Web 服务器，至少需要三个虚拟设备。因此，需要根据不同的节点代理，选择不同的中间件来访问DB2数据库。不同的WAS在服务器上的托管节点通过会话复制来实现相互之间的通信。

图 4 IHD-WAS-DB2 解决方案

云计算作为一种新技术产业，到目前为止其执行标准和方式还没有完全统一，目前应用于智慧校园还只是处在探索和实践阶段，但随着云计算技术逐渐在智慧城市、智慧旅游等方面的大展身手，基于云计算的智慧校园代表着未来校园的建设理念，其前景也必将是光明的。

【参考文献】

[1]李征，王璐.云计算在智慧校园中的应用研究[J].计算机与现代化，2012（5）

[2]黄晨晖，林泳琴.基于云计算的虚拟计算机实验室的研究与实现[J].实验室研究与探索，2011（11）

[3]黄荣怀，张进宝等.智慧校园：数字校园发展的必然趋势[J].开放教育研究，2012（8）

【作者简介】林喜辉，北海职业学院电子信息工程系讲师。

（责编 丁 梦）