基于云存储技术的教育资源构建与共享

吴明珠　陈瑛

摘要：针对当前教育资源建设状况和面临的问题，探讨运用云存储技术创新教育模式，提出将教师的数字化教学资源转化成云教育资源，在云端实现教学、师生信息互动的云沟通模式。关键词：教育资源；云存储；私有云；共享

0 引言

当前在网络与多媒体技术的影响下，各高校相继出现多种形式的教学模式。教师的课件、教案等教学资料不再是单一的纸制材料，而是涌现出不同格式的电子文档，甚至音视频的数据文件，保存这些文件所占用的空间越来越大。很多学校也认识到，教育资源的整合不仅是安全存储，更重要的是与学生作业共享、调用、传递，而这正是学校提高教学效率的核心竞争力之一。因此，现代化的教学模式要求我们必须制订高效的数据共享与保护方案；而云教育则是在互联网普及、IT技术深入学校、个人存储云的实现等许多因素共同促进下的必然产物。

《国家重大科技基础设施建设中长期规划（2012—2030年）》中提出：三网融合、云计算和物联网对现有互联网的可扩展性、安全性、移动性、能耗和服务质量都提出了巨大挑战，基于TCP/IP协议的互联网依靠增加带宽和渐进式改进已经无法满足未来发展的需求。为突破未来网络基础理论和支撑新一代互联网实验，建设未来网络试验的主要设施包括：原创性网络设备系统，资源监控管理系统，涵盖云计算服务、物联网应用、空间信息网络仿真、网络信息安全的开放式网络试验系统。

1 当前教育资源建设的现状

教育资源是人类社会资源之一，而教育资源的建设则是教育信息化的重要组成部分，是实现信息技术与课程整合的前提和基础，是实施网络教育的基础。因此教育资源的建设好坏对于教学质量的提高具有重大影响，教育资源建设的现状与存在的问题如下。

（1）教育资源数量巨大，形式多样。随着多媒体技术的发展，越来越多的数字化的教育资源开始出现，比如，电子教案、学案、课件、试卷、例题习题、各类活动视频等。内容之丰富、数据之巨大，使得当前的集中管理和存储的教育资源组织管理模式已经不能适应当前的实际需求。同时用于管理和维护这些教育资源的成本也面临着很大的压力。

（2）教育资源分布不平衡。办学条件优越的学校往往能够获得更好的教育资源，而有的学校，由于地域或师资力量、办学资金等限制，教育资源面临着严重不足，这就造成了教育资源分布不均的现状。

（3）教育资源建设缺乏共享。目前很多学校的教育信息资源库都是自行设计和开发的，相互之间只是通过超级链接简单相连，很难有机地结合，因此大部分教育资源是分散孤立的，呈现出一种“信息孤岛”现象，这在一定程度上造成_r资源的重复建设，导致资源的浪费。此外，学科之间不能相互整合，造成了资源单一、互不兼容。再加上技术支撑体系缺乏导致资源管理平台的兼容性不强和资源应用平台的实用性不高，使资源库相互之间无法实现信息交流与整合，缺乏共享。

2 云存储技术

Google公司首席执行官Eric Schmidt于2006年首次提出“云计算”概念。在20世纪80年代网格计算、90年代公用计算，21世纪虚拟化技术、SOA、SaaS应用的支撑下，云计算作为一种新兴的资源使用和交付模式逐渐为学界和产业界认知。

2.1 基本概念

云存储是在云计算概念上延伸和发展出来的一个新概念，指通过集群应用、网络技术或分布式文件系统等功能，将网络中大量各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问功能的一个系统。云计算系统运算和处理的核心是大量数据的存储和管理，那么云计算系统就转变成为一个云存储系统，所以云存储是一个以数据存储和管理为核心的云计算系统。

云计算是当今IT界发展的重大方向和必然趋势。所谓云计算，是指将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户按需服务——用户使用计算资源时，就像使用水电一样按需使用、按需付费。提供资源的网络被称为“云”。

从“云”的服务范围来说，可分为“公有云”和“私有云”。运行在互联网上、为互联网全体用户提供服务的云即为“公有云”。由于“公有云”难以解决服务可靠性、数据安全性等问题，因此也可将云计算技术运用在单位内部，形成“私有云”，私有云只为本单位内部的业务和用户提供服务。“私有云”的出现，为分散式教育资源转变为分布式教育资源，打下了基础。

2.2 云存储系统的结构模型

云存储系统的结构模型由4层组成，由下而上分别为存储层、基础管理层、应用接口层和访问层，如图1所示。

2.3 云存储技术的优势

由上述结构模型可以看出云存储技术是将所有硬件资源虚拟化后进行一体化管理，因而可带来如下显而易见的优势。

（1）系统管理和维护成本大大降低；

（2）可将服务器闲置的计算和存储能力投入资源池中，集约使用、提高效率；

（3）当“云”中的资源不够用时，只需将新的硬件资源放入资源池中即可，很容易无限扩展；

（4）多个相对较便宜的硬件之间采用软件进行冗余，在高安全性的同时，也实现了高性价比。

正是由于云存储技术的优异特性，云存储会在各行各业中得到广泛应用。这种趋势也必然对教育信息化产生深远影响。

3 云教育资源的优势分析与具体实施

对当前云教育资源建设所存在的问题和云存储技术的优势进行分析后，我们可以看出为了更好地对教育资源进行构建与共享，可以利用虚拟化技术，在教育城域网内部塔建“私有云”，为教育用户提供按需使用、随时扩展、易于管理、安全可靠的网络应用服务。

3.1 云教育资源构建的意义

3.1.1 云教育资源建设成本低、利用率高

为了满足各种教学需求，学校根据自己的需求进行设备采购，但是很多设备都是重复采购，这会导致成本的增加，而有些设备的利用率并不高，几年后就被淘汰，这就造成建设成本极大的浪费。如果使用云存储技术进行教育资源的建设，只需要让计算机接人互联网，由于云计算有实用计算服务，为用户创造虚拟的资源池，并且对于软件的升级以及硬件的维护等各种工作都可以交给云服务供应商。这样在很大程度上节约了教育资源建设中的软硬件成本，使学校现有的资源能够得到充分的利用。endprint

3.1.2 云教育资源建设解决了教育资源分布不均的问题

因为云计算可以实现不同设备间的数据应用与共享，所以不论用户身处哪座城市，只要能够接入互联网，就可以同时访问和使用同一份数据，从而实现无界限的共享，这就可以解决教育资源分布不均的问题。

3.1.3 云教育资源建设实现了最大范围内的共享

通过云存储模式，各个高校都将现有的教育信息资源加入到一个“云”中，这样各院校就可以通过相同的云教育资源平台实时地获取其他学校的教育资源，而不用每个学校都各自建设自己的资源库，从而大大减少了每个学校建设资金的投入，也使得“信息孤岛”的现象逐渐消失，达到最大范围内的资源共享与共建。

3.1.4 云教育资源建设保证了教育资源的安全性

在病毒猖獗的网络时代，数据存储的安全可靠性也越来越引起人们的关注。而云存储技术采用的是分布式存储，教育资源被分割成很多数据块分散地存储在云中的各个节点，而且云存储技术还有完善的备份机制，即使某些教育资源遭到了破坏，但是由于在云中其他节点还有若干备份，所以并不会影响到资源的完整性，因此教育资源的安全性得到了很大的保障。

3.2 云教育资源系统的具体实现

3.2.1 基础设施云（IaaS）建设

构建云教育资源的基础是建设一套硬件基础设施，以便能够为学校提供“按需分配”“易于获得”的资源环境，为各应用软件提供“资源动态调配”“无限扩展”的资源环境。在传统的管理模式中，每个学校管理本校的服务器。当服务器不够用时，学校就采购新的服务器。这种对服务器实体的使用与管理方式（如图2所示），不仅造成服务器本身的利用效率不高，而且会导致学校管理员的管理负担加重，维护成本增加。

为了能够向各个学校提供“按需分配”“易于获得”的资源环境，需要在现有服务器、存储的基础上实施“虚拟化”操作，将单个的、分散的计算资源（CPU、内存等）和存储资源虚拟化为一个巨大的、一体化的运算资源池和存储资源池；并采用虚拟化资源分配工具将上述虚拟的资源池根据需要切分为一台台“虚拟”的服务器，交付给学校或应用软件使用。虚拟化环境构建如图3所示。

随着云计算技术的快速发展，越来越多的小型化、成本低、应用及管理简易、有强大网络存储功能的存储设备面世，本项目选用EMCIomega的产品作为教育资源存储设备。EMC存储宝箱既可以方便加载到任何网络环境中，以方便实现老师和学生通过网络共享信息。同时，它还可以对存储宝箱中的共享文件建立不同的访问安全设置，实现教学资料的安全保护与高效可用。此外，存储宝箱还提供了专业级的磁盘冗余保护技术（RAID），避免因磁盘损害造成的数据丢失；它还内置了EMC Retrospect备份软件，可以为所有联网的计算机提供数据备份保护。因此该网络存储设备为我们构建云教育资源提供了硬件环境保障。

在云教育资源平台建设初期，我们先配备小型的云存储设备，即EMC Iomega ix12，以规避初期投入过大所带来的浪费和风险。将来根据云教育资源应用的使用情况，我们在需要时只需向已经建好的小型云平台中相应地增加硬件资源，即可无缝扩展。

3.2.2 开发平台云（PaaS）建设

开发平台云是指架构在基础设施云上，为软件应用提供开发平台、运营平台的软件服务。本项目选用群晖科技股份有限公司（synology）开发的云平台DSM（DiskStation Manager），该开发平台对于云端服务、数字内容管理、存储空间设置、虚拟化架构支持等方面都提供支持服务。DSM具有的特色功能如下：

任何人，包括大型企业都可以轻易地在DiskStation架设私人云端空间，并且在使用Synology云端服务的同时享受多台计算机间的自动文件同步、网络一键设置和免费的动态域名服务。

把电影、直播电视节目、音乐和照片存放在同一地方，用户能轻松地在单一平台上，享受所有的多媒体文件。

DSM支持各大虚拟化解决方案，提供实时支持，包含VMware vSphere 5.1和WindowsServer2012认证，让企业在建构IT设备时更加有弹性。

IT管理员可集中管理使用者账号和权限设置，让企业用户通过单一网域账号便可轻松存取DiskStation的数据和众多服务及应用程序。DSM也能够架设专属的LDAP服务器促进网络设备的管理。

3.2.3 软件应用云（SaaS）建设

无论云平台有多么强大，要想充分发挥作用，就必须要有符合业务需求的业务软件。这就像台式计算机一样——无论CPU多么快、内存多么大，用户使用的却只是操作系统和应用软件。因此，作为一个行业应用来说，“云应用”才是需求之本，“云平台”只是为“云应用”提供优质支撑环境的一种技术手段。没有能够支撑起教育核心业务的“云应用”，没有“云应用”的广泛推广，“云平台”也将失去存在的价值。

本项目在DSM开源平台的基础上进行二次开发，充分考虑教育资源建设的特点，以“用户需求”和“用户体验”为两个基本出发点，为学校、教师、学生和家长建立一个优质的教育资源共建与共享平台。该平台主要的云应用包括以下两大方面。

1）云教育资源中心。

云教育资源中心服务平台围绕用户资源共建、共享的需求进行设计，为用户提供优质的使用体验。在资源共享端，云教育资源中心致力于让用户轻松获取优质资源；在资源共建端，云教育资源中心致力于让用户轻松上传自己制作和收集的资源。而在共建—共享中间，需要进行多层次、多方面的机制设计以及大量的运算，这些都是由云教育资源中心服务承担的。云教育资源中心的主要建设内容如下：

（1）教师的教学信息集中存储，随时能够通过局域网或者互联网在线访问；教师可以在办公室、教室、家中或外地出差途中随时上传或下载、编辑或调用自己的教学信息。endprint

（2）可对用户进行权限设置，访问时进行身份认证；对不同类别的用户可按群组进行管理和开放可访问的内容与方式。

（3）对所有的教学信息进行丰富而全面的权限设置，可设置个性化的开放模式。

（4）让学生或家长在数据中心建立开放或私有空间，上传资料与教师进行互动。

（5）自动备份局域网内教师（笔记本）电脑上的资料；远程访问时可对远程的电脑实现资料定时备份。

（6）教云数据中心还可做家庭数据、多媒体播放中心，让家人共享。

2）云课程系统。

云课程系统是由在线课程系统发展而来，与个人云技术相结合，真正实现由教师自主支配、进行教学的云教学平台。

（1）云课程系统主要分为云课程“教”系统和云课程“学”系统。

（2）云课程系统的功能主要包括：视频教学、课件资料共享、练习评改、在线互动答疑、综合测试等多种教学功能；在线学习、资源下载、作业提交、正确答案对比、在线提问等多种云学习功能。

4 结语

利用云存储技术实现对教育资源的构建与共享，不仅能够促进优质教育资源建设工作的发展，也会给教师、学生和家长带来丰富的资源共享与及时的沟通，教学质量很大程度上也将得到提高。未来我们要在建立优质的云教育资源系统的基础上，深入整合并研发适合于个人教云的技术及应用系统平台，以每个教云为基本单元，构建起国家的云教育资源，服务于教育事业。

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（编辑：郭田珍）endprint