基于云计算的区域高校教育云平台的构建

刘凌冰 郑爱彬

[摘 要] 高校信息化建设存在战略规划不健全、资源配置不合理、共享性差、设备使用效率低下、信息不安全等问题。基于云计算技术构建的区域高校教育云平台，可有效解决上述问题。文章从技术、资源和管理3方面论证构建该云平台的可行性，提出了构建的设计思路和基本框架，对建设过程中可能出现的组织管理、技术支持、资源共享与知识产权保护、信息安全等4个关键问题进行分析并提出对策建议。

[关键词] 高校信息化；云计算；区域教育云平台

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 18. 086

[中图分类号] G434 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2014）18- 0141- 04

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020）》（简称《纲要》）将教育信息化的重要性提升到了前所未有的高度，《纲要》指出“信息技术对教育发展具有革命性影响，必须予以高度重视”。

1 我国高校信息化建设存在的问题

我国高校的信息化建设始于20世纪90年代，20年来发展迅猛，各高校普遍建立了校园网络、教育信息化管理平台、数据库资源等信息化应用系统，但信息化建设仍存在一些问题。

1.1 缺乏战略指导和统一规划

很多高校信息化建设的设想、规划、决策、实施等环节全部由技术部门操控，没有从教育和战略的高度指导信息化建设，使得信息化建设缺少统一的规划和标准，校际之间、校内各部门、各院系拥有的各自独立的信息系统建设时间不一致，应用功能不相同，导致系统的开发软件不一致，数据接口标准多样性，部门、院系之间的数据流动困难，形成“信息孤岛”现象。

1.2 教育资源配置不合理且共享性差

由于学校规模、资源建设及应用情况、管理体制等因素的影响，区域范围内教育资源配置不均衡，各高校的信息化建设水平参差不齐。以辽宁省为例，2014年1月，课题组调查统计了辽宁省内全部省属以上63所普通本科高校的信息化资源情况。统计数据显示，同样是上万在校生规模的高校，有的高校服务器和交换机数量多达上百台，而有的高校却只有几台；再如教学软件，以会计学专业为例，有的高校有十几种会计、财务及相关管理类数字教学资源，而有的高校却只有一种。此外，高校教学资源只有在校园局域网覆盖范围内才有权限查看和使用，无法实现共享。

1.3 设备使用效率低下，信息安全问题凸显

高校在信息化建设过程中会普遍出现重复投资或投资过度现象，大量主机、服务器使用效率低下。据调查，很多高校采用一台服务器装载和使用一个物理服务器操作系统的方式，这种方式下，每台服务器平均CPU利用率仅为10%左右。同时，相当一部分高校完成硬件投资后，由于安全意识不高或财力所限，缺乏相应的信息安全资金投入，使得网络安全问题突出。

综上所述，改变目前这种非集成和非协调式的投资和发展模式，已成为突破高校信息化建设和发展的“瓶颈”的关键。云计算技术的出现，为解决这一问题提供了契机。

2 构建区域高校教育云平台的可行性分析

目前的技术、高校资源及建设前后的组织管理等条件足以保障区域高校教育云平台的顺利建设实施。

2.1 技术条件分析

就现有的云计算技术而言，无论是在理论原理上，还是在实践经验上，已趋近成熟水平。

2.1.1 云计算技术的理论特征

简单来讲，云计算就是将以前那些需要大量软硬件投资以及专业技术能力的应用，以基于 Web 服务的方式提供给用户使用。教育云则是云计算在教育领域的迁移应用。云计算的理论研究成果丰硕，为云平台的构建提供了扎实的理论基础。首先，云计算可以帮助高校构建统一的数据标准和规范体系的教育信息平台，将校际、校内的各种教育教学资源有效地整合；其次，云计算能够充分利用高校现有的基础设施，通过虚拟化、负载均衡等技术，提高设施的综合利用率；最后，云计算可以提供安全、可靠的数据存储服务。

2.1.2 教育领域实践经验分析

目前，美国高校教育云平台的实践较为深入和广泛。例如，北卡罗来纳州州立大学与IBM合作推出“虚拟计算实验室”云计算平台；卡耐基梅隆大学卡塔尔分校、卡塔尔大学、德州农工大学卡塔尔分校3所大学推动的“卡塔尔云计算计划”；麻省理工大学设计并实现的云计算教育平台。

在国内，高校云计算方面的实践应用起步相对较晚，但也已取得了一些成果。例如，北京工业大学与IBM公司联合打造中国首例科教云计算实验平台云计算辅助教学平台；中科院与广东省联合开展研究项目设立了中国科学院云计算中心；上海华师京城高新技术有限公司的区域教育云等。

可见，我们可以通过借鉴国内外成功案例的经验，从我国高校信息化建设的基础和特色出发，构建区域高校教育云平台。

2.2 资源条件分析

近年来，高校信息化建设在校园网基础设施建设、信息系统建设、信息资源开发与整合以及信息化人才培养等方面都有了长足的进步。以辽宁省为例，63所省属以上普通本科高校拥有服务器总数为948台，其中，近5年采购的占比超过了50%，交换机数量为2 545个，拥有100个以上的高校占13%；所有拥有会计学科的高校均拥有会计或管理类教学软件，种类在1～12类不等。

可见，近几年来国内高校信息化建设水平提升较快，多数区域高校的设备和网络基础较好，数字资源丰富。因此，在一些教育发达、高校众多的地区，构建区域高校教育云平台完全可以利用现有资源，最大程度地实现现有资源的利用和共享。

2.3 管理组织条件分析

要基于现有高校信息化资源构建区域教育云平台，管理组织是一个关键问题。从目前情况看，区域高校教育云平台的构建组织和人员条件是具备的。

一方面，各级教育主管部门可以利用行政管理的有利条件，协调各高校相关机构和人员共同研究云平台的搭建问题，组织供应商的选择和开发后期的维护、更新问题。另一方面，很多高校都成立了网络信息中心，这为区域高校教育云平台的建设及后期应用、维护、发展提供了管理和技术人员保障。

3 区域高校教育云平台的设计方案

通过可行性分析发现，以区域为单元构建高校教育云平台的条件已经成熟，在借鉴国内外教育云平台建造经验的基础上，提出区域高校教育云平台的设计思路和内容，并初步设计了构建流程。

3.1 总体设计思路

区域高校教育云平台可以以省或地区为单位来设计，构建的原则是“政府牵头，统筹规划，统一标准，共同建设”。充分利用教育管理部门的领导、组织、管理优势，高校丰富的资源和研发优势，以及供应商的技术服务和开发经验优势。将高校现有资源进行整合优化，借鉴国内外先进的案例经验和开发模式，结合区域高校自身实际情况，建设一个具有区域特色的、高效实用的区域高校教育云平台。

3.2 基本框架

依据高校教育的特点，基于云计算的结构体系和应用服务，区域高校教育云平台的基本框架可分为3个层次：SaaES、PaaES和IaaES，如图1所示。

3.2.1 SaaES 层次

SaaES（Software as a Education Service）位于教育云构架的最上层，是一种通过互联网以服务形式交付和使用软件的业务模式。它主要有两大类应用：“云管理”和“云资源”。“云管理”主要提供区域各高校的信息和资源的查询以及云平台使用的服务，包括用户使用流量统计及计费功能。“云资源”包括所有区域内高校可共享教育资源，如数据库的访问，云课程的注册和使用，远程仿真实验室的注册和使用，应用程序的共享等。在SaaES模式下，用户无需购置软硬件设备和维护系统，便可通过互联网在任何时间、任何地点轻松使用软件并按约定付费。

3.2.2 PaaES层次

PaaES（Platform as a Education Service）为解决供应商独立云服务接入教育云的问题而提出的一个服务接入开放框架，其构架在SaaES层面之下。包括表示层、管理层和中间件层等3个部分，为开发人员提供开发环境平台和公用的API。

3.2.3 IaaES层次

IaaES（Infrastructure as a Education Service）处于构架的最底层，它通过虚拟化和集群技术把内存、I/O设备、存储和计算能力汇集成一个虚拟的资源池，呈现为一种平台虚拟化环境，支撑起整个虚拟数据中心，为整个网络提供服务。用户无需管理或控制任何基础设施，便能控制操作系统的选择、储存空间、部署的应用。

综上所述，借助云计算的服务模式，可以突破时间和空间的限制，将区域内的教师、学生、学习资源、学习工具等和应用服务有效、有序地结合起来，实现教育资源利用最大化。

3.3 构建流程

区域高校教育云平台构建流程包括筹备、实施和后期维护3个阶段。

3.3.1 筹备阶段

（1）建立云平台建设领导小组，专门负责云平台建设的组织和管理工作，确定总体战略方针，任务部署，规章制度，资金预算，经费管理，利益分配，供应商招标、审议建设规划及方案等，统筹、协调、保障各部门及供应商按照战略部署顺利完成任务。

（2）组织调研高校资源现状及应用需求。评估现有资源状况，在此基础上进行需求分析、评审与备案。

（3）通过公开招标的形式选择技术先进、管理规范、经验丰富的供应商负责高校教育云平台的开发建设。

3.3.2 实施阶段

实施阶段应按照“方案设计、审定、平台开发、试运行、部署、安装调试、验收”的基本流程来部署实施。

（1）供应商基于区域高校环境、资源的特点以及构建云平台的目的和需求拟定总体实现方案及各阶段具体计划，根据已通过审定的方案进行平台开发实现工作。

（2）对高校各系统Web接入服务器及非核心数据库进行云化改造，对完成虚拟化改造的系统设备进行IaaES整合，将原有的系统迁移到云平台。

（3）运行通过后，实现平台应用层基础设施的全面云化，推动各模块资源池的云建设与整合。在人员、基础设施、数据已经准备好的基础上，将平台安装到各大高校，并进行一系列的调试活动。

（4）在供应商完成必要的用户化工作进入现场运行之前验收，以确保云平台的实施质量。

3.3.3 后期维护阶段

由各个高校信息中心负责定期更新、升级和维护支撑平台的基础设施和系统，以满足用户的使用需求。此外，数据库资源的更新应纳入到政府采购计划，由教育主管部门从高校教育经费预算中拨付专款支付。

4 区域高校教育云平台建设中的关键问题

在云平台的建设过程中以及建成后的维护、可持续发展等环节要注意4个关键问题：组织管理、技术支持、资源共享与知识产权保护和信息安全。

4.1 组织管理问题

区域高校教育云平台的构建既涉及硬件设备、资源库等资源的建设，还包括政府行政人员、供应商、高校管理人员、技术人员、教师和学生等“人”的组织管理工作，需做到统一规划、统一部署、统一管理。因此，建设区域高校教育云平台的最关键问题是解决好管理和协调的问题。

解决该问题的关键在于主管部门发挥好牵头、组织、协调和管理工作。做好权责利的分配，以实现共享系统内各要素的协调，调动参与者的积极性；逐渐培育一支专门从事平台管理与技术服务的人才队伍；采取合理有效的利益补偿措施，以确保各参与高校在投入后能获取合理的回报，从而促进云平台共建共享的积极性和持久性。

4.2 技术支持问题

由于区域内教育资源具有分散性，各高校的数据中心的基础设施种类繁多，质量参差不齐，管理人员能力差异较大。

要解决技术支持问题，最佳的途径就是委托具有较好资质的云技术服务供应商参与平台建设，提供技术支持。

4.3 资源共享与知识产权问题

各高校在共享建设过程中的投入与产出的不对等导致一些高校对资源的共享持消极态度。此外，电子资源共享服务中的信息权利问题已成为制约共享系统可持续发展的问题。要解决此问题，首先，广泛宣传，树立资源使用者尊重、保护知识产权的意识；其次，制定严格的知识产权保护法规，保障知识产权拥有者的利益；最后，制定合理的付费制度，如政府直接对共享体系中贡献较大的高校给予财政拨款，或实行有偿资源使用制度，制定合理的资源交换价格等。

4.4 信息安全问题

教育云的应用，将逐步使教育资源信息和私人信息等大量数据得以集中。尽管云存储、云管理方式更加方便、安全，但存储在云端的数据仍存在诸如数据泄露、丢失、损坏等风险。

要控制区域高校教育云平台存在的信息安全风险，不仅要解决技术层面的问题，还应在管理层面下功夫，明确各方的责任，安全的数据存储与管理策略的制定和监管要及时更新升级。

5 结束语

基于云计算的教育云平台能够解决统一规划、统一部署，消除信息孤岛现象，最大程度地实现教育资源的整合与共享，从而改善区域教育资源发展不平衡等问题，还能够更加安全、便捷、灵活地应对需求的发展变化，实现资源的动态、可持续发展。教育部在2012年3月发布的《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》中，提出了建设云服务平台的任务和计划，为教育云平台的发展指明了方向。我们相信，今后几年教育云必将成为教育信息化建设的方向。

主要参考文献

[1]崔然，张弘，林泽东，等.虚拟化技术构建新型数据中心[J].中国教育网络，2012（7）：43-45.

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[3]汪小刚.网络教育资源建设的发展性问题与对策[J].中国电化教育，2007（9）：52-55.

[4]卢宏.云计算环境下教育数字资源共享模式的构建[J].唯实，2011（11）：85-88.