云时代的数字化校园架构研究

郭亚军，卢立蕾，吴淑坤

（唐山师范学院 计算机科学系，河北 唐山 063000）

云时代的数字化校园架构研究

郭亚军，卢立蕾，吴淑坤

（唐山师范学院 计算机科学系，河北 唐山 063000）

随着云技术的发展壮大，基于云的应用在各行各业中如雨后春笋般涌现。云在教育领域中也得到长足的发展。讨论了云环境下的校园数字化校园建设的系统架构、关键技术等问题，旨在通过云环境提供各种资源系统和服务，建立一个服务教学、科研和学校管理的“数字校园基础服务平台”。

云；数字化校园；信息化平台

数字化校园是以数字化信息和网络为基础，对教学、科研、管理以及生活服务等进行全面的整合，实现从环境、资源到应用的全部数字化。在传统校园的基础上构建一个数字空间，扩展传统校园业务功能，最终实现教育过程的全面信息化，从而达到提高管理水平和效率的目的。但是，早期学校数字校园建设中存在设备利用率低、资源配置不平衡、信息共享度低、各个教学、管理系统之间的交流和互操作之间易形成信息孤岛等诸多缺点，而随着云平台技术和应用的普及，势将改变这一面貌，云环境可将分布在校内的各种计算、网络、存储等资源集中起来，利用虚拟化、分布式计算等技术，有效解决数字校园建设中存在的高投入、高能耗、低效率等问题。

1 云环境下的数字化校园建设目标

教育领域的应用目前在云产业化上还是一片蓝海，以云计算技术构建教育公共服务平台在未来3-5年必然成为教育信息化建设的主流。数字化校园建设对教育信息化起到不可替代的作用，我们提出以下建设目标：

（1）建立公共服务基础平台是建设“统一、便捷、高效、安全”的教育数字化平台，是发展新型的数字化校园的关键组成部分。

（2）建立统一的、整合的、交互的省级或市级教育基础信息数据库，整合各方教育数据和信息（云基础数据库）。

（3）整合现有学校的资源与业务流程（云资源管理平台）。

（4）建立或完善数字化校园公共服务平台基础门户，实现教育服务应用单点登录，实现所有教育应用的统一访问（云应用门户）。

（5）建设学校教育资源运营体系和管理平台（云运营平台）。

（6）建立面向学校、老师、家长、学生、自然人的教育服务体系，实现基于角色的自助服务（云自助服务门户）。

2 云环境下数字化校园建设关键技术

云环境下数字化校园建设以数据为中心，是一种数据密集型的超级计算。在数据存储、数据管理、编程模式等方面具有自身独特的技术。

2.1 数据存储技术

为保证数字校园平台的高可用性、高可靠性和经济性，云环境下数字化校园采用分布式存储的方式来存储数据。根据教学资源信息量大、重复率高等特点，采用安全的重复数据删除存储系统，可大大提高数据压缩率，提高访问速度。采用冗余存储的方式来保证存储数据的可靠性，即为同一份数据保存多个副本。另外，云环境下数字化校园平台需要同时满足大量用户的需求，并行地为大量用户提供服务。因此，云环境下数字化校园建设的数据存储技术必须具有高吞吐率和高传输率的特点。

2.2 数据管理技术

云环境下数字化校园平台对大数据集进行处理、分析，向用户提供高效的服务。因此，数据管理技术必须能够高效的管理大数据集。其次，如何在规模巨大的数据中找到特定的数据，也是云环境下数字化校园建设所必须解决的问题。云环境下数字化校园的特点是对海量的数据存储、读取后进行大量的分析，数据的读操作频率远大于数据的更新频率，云中的数据管理是一种读优化的数据管理。因此，云环境下数字化校园的数据管理往往采用数据库领域中列存储的数据管理模式，将表按列划分后存储。

2.3 用户交互技术

在云环境下的数字化校园中浏览器已经不仅仅是一个客户端的软件而逐步演变为承载着数字化校园建设平台。浏览器与云计算的整合技术主要体现在两个方面：浏览器网络化与浏览器云服务。浏览器都将网络化作为其功能的标配之一，主要功能体现在用户可以登录浏览器，并通过自己的帐号将个性化数据同步到服务端。而目前的云端服务，主要体现在P2P下载、视频加速等单独的客户端软件中。

2.4 系统虚拟化技术

系统虚拟化技术是指将一台物理计算机系统摸拟为一台或多台计算机系统并行。通过虚拟化技术的应用，虚拟机中的操作系统认为自己仍然是独占一个系统在运行。虚拟化技术可以扩大硬件的存储容量，简化软件的重新配置过程，降低了数字化校园的管理成本，减轻了对操作人员的技术要求，更增强了对云服务器进行集中控制的能力。

3 基于云计算的数字化校园架构

在对一些比较完善的“信息化平台”中存在的问题进行归纳和分析之后，根据学校现状和以后建设需求，考虑数字校园信息化云架构平台和松耦合机制的信息化系统群为核心，并在核心体系下部署六个应用层，从下往上依次为基础平台层、数据资源层、业务支撑层、应用支撑层、应用系统层和用户层。数字化校园系统的框架做如下图1所示设计。

下面我们对架构图进行说明：

3.1 平台体系结构：一网三库

一网：数字化校园门户网站。该网站是用户访问层，是各类用户接入数字化校园系统地的入口，通过本层，不同身份的用户可以接入各自需要的服务。所有校园信息化应用都将依托于该网站，在此网络的基础下建设完成。

三库：基础数据库、公共资源库、应用数据库。

完善的数字化校园离不开强大的数据库系统作为支撑。建设一个为全校服务的数据中心，保证数据实时更新和高度一致不容忽视：

作为基础数据库，平台保存所有用户的用户信息，访问数据以及登录、活动数据。此外，平台还保存公共教育资源到相关库中。最后，一些核心的业务数据，平台将作为应用数据库的形式予以保存。

3.2 平台技术架构：三横三纵

三横：基础设施层（IaaS），平台层（PaaS），软件服务层（SaaS）。

IaaS从硬件基础设备方面实现“硬件即网络环境即服务”，现阶段基础设施层的硬件系统和网络系统包括机房硬件设备、服务器和交换机等，设备主要依靠学校自行投资建设。当云计算的基础设施即服务IaaS技术成熟，可以把硬件及网络支撑移植到云平台。

PaaS从接入与支撑方面实现“应用厂商接入即服务”，包括校务中心平台、权限认证平台和资源管理平台，还有数据支撑和软件支撑。各类平台的实现可依赖于云计算平台即服务PaaS技术，数据支撑为各类服务提供数据支持服务，软件支撑为系统整体设计提供软件开发平台。

SaaS从应用方面实现“最终用户应用即服务”。接口服务通过SOA技术来设计云服务中的软件即服务SaaS部分，服务中心中的各种流程服务设计是整个系统设计的重点内容。

三纵：统一管理服务，统一安全服务，统一标准规范。

数字校园综合管理平台符合业界主流标准与规范，包括基础架构与各个应用系统，包括系统集成与数据整合，均遵循标准化原则，不依赖特定的网络、系统软件与硬件，能够部署并运行在各种主流的软硬件环境中。从统一标准与统一管理支撑方面对整个平台安全高效运行进行了支撑性保障。

图1 数字校园系统架构图

3.3 平台应用体验：三屏四类

三屏：计算机、手机、电视。

平台提供多个用户使用入口门户。包括计算机通过互联网或专网接入，手机通过蜂窝网络接入，互动电视通过有线电视网络接入。根据应用特点不同，各种入口门户发挥的作用和特长也不同。以此满足校内师生员工在任意时间（AnyTime），任意地点（AnyWhere），任意方式（AnyType）的访问及应用（AAA应用）。

四类：学习类应用、资源类应用、行政类应用、个人类应用。

学习类应用：指构建先进实用的网络教学平台，整合、丰富数字化教学资源，创造主动式、协同式、研究式的数字化学习环境，建立师生互动的新型教学模式。如网络教学平台、实践教学信息平台，同步课堂，在线学习，在线考试等。

资源类应用：指提供教育用资源以及内容的应用。如教育资源库，资源汇聚，数字图书馆、数字档案馆、数字博物馆等。

行政类应用：指从教育部门或学校的行政职能部门需要完成的一些管理活动所需要的功能群。如办公自动化系统，教务管理系统，科技管理系统，决策支撑系统，学生综合管理，人力资源管理，资产设备管理，学报管理，图书馆里，后勤服务管理，校园一卡通管理等。

个人类应用：个人类应用是指个人交流类应用。如博客，社区交友，即时消息，家校互联等。

3.4 用户对象

平台针对的用户群体对象有：教育主管部门，学校，班级，教研室，家庭，应用及内容厂商。

用户个体对象有：教育部门工作人员，教师，学生，家长，各组织单位以及厂商管理员。

4 结束语

基于云环境下数字化校园建设，旨在通过云环境提供各种资源管理和服务，建立一个服务学校教学、科研和管理的“数字校园基础公共服务平台”，以解决其功能众多，分布异构，数据处理复杂，硬件更新频繁，软件安装繁琐和数据安全凸显等问题，及改善学校在教学、管理及科研建设方面所遇到的困境。本文针对字化校园建设中存在的问题，利用云环境功能及应用，对学校的数字化校园建设提出了架构建设思路。

[1] 王颢翔.数字化校园信息规划方法研究[D].西安:西安建筑科技大学,2010.

[2] 薛静.基于虚拟化的云计算平台安全机制研究[D].西安:西北大学,2010.

[3] 孟祥宇,刘云飞,吴军.构建数字化校园与学习环境的对策探讨[J].信息与电脑,2011(1):146.

[4] 尹显雄.基于SOA架构的数字化校园建设方案设计及实践[D].北京:北京邮电大学,2012.

[5] 史寿乐,余鸣,周国正,等.数字化校园的规划与实现[J].电脑知识与技术,2011(4):937-938.

[6] 王鹏.走进云计算[M].北京:人民邮电出版社,2009:6.

（责任编辑、校对：田敬军）

Study on the Structure of Digital Campus in the Cloud Era

GUO Ya-jun, LU Li-lei, WU Shu-kun

(Computer Science Department, Tangshan Normal University, Tangshan 063000, China)

With the development of cloud technology to grow, Cloud Applications in all walks of life such as bamboo shoots after a spring rain is like the emerge in large numbers based on. The cloud has also been considerable development in the field of education. The paper discusses the system architecture, the cloud environment of primary and secondary school campus construction key technology problem, which aims to provide all the system resources and services through the cloud environment, the establishment of a service of teaching, scientific research and management of the school of “digital campus based service platform”.

cloud; digital campus; information platform

TP391

A

1009-9115(2015)02-0061-04

10.3969/j.issn.1009-9115.2015.02.019

唐山师范学院科学研究基金项目（2013E04）

2014-10-14

郭亚军（1981-），女，河北唐山人，硕士，讲师，研究方向为计算机技术。