基于私有云网盘系统的高校实验教学改革方案

罗跃逸，罗恩韬，朱小玉

（1.中南大学数学与统计学院，长沙　410083；2.湖南科技学院电子与信息工程学院，永州　410006；3.中南大学信息科学与工程学院，长沙　410083）

基于私有云网盘系统的高校实验教学改革方案

罗跃逸1，罗恩韬2，朱小玉3

（1.中南大学数学与统计学院，长沙410083；2.湖南科技学院电子与信息工程学院，永州410006；3.中南大学信息科学与工程学院，长沙410083）

0　引言

随着信息技术的发展，高校的信息化建设给实验教学带来很多便利，信息化设备和技术正在逐步替换原有的教学模式。通过近几年的基础建设，高校校园网已经实现百兆局域网。同时，伴随网络建设的推进，大部分实验室已经拥有自己独立的机房，建立完整的服务器类型配置，实现校内实验资源信息化-网络化-智能化的管理模式［1］。而基于私有云的网络存储，通过将大量不同类型的存储设备通过应用软件集合成一个存储资源池，共同对外提供数据存储和业务访问功能，有效实现在实验教学过程中的文件管理功能。网盘作为一种常见的云存储应用，提供文件的存储、访问、备份、共享等功能，能够为高校实验教学的文件管理问题提供很好的解决方案［2］。但是，目前已有的商用网盘系统将用户数据保存在云服务器中，云服务提供商掌握数据的直接控制权。近年来曝露的安全事故说明网盘存在很多安全漏洞，容易受到网络攻击，用户存储在网盘的数据存在泄密的风险［3-4］。

针对高校实验教学中资源管理的应用需求和存在的安全隐患问题，设计一款安全可靠的实验教学网盘系统。只要安装网盘客户端，PC、笔记本、平板电脑以及智能手机之间都能够登录网盘系统，能有效解决教师和学生工作和生活中的文件存储分散、管理混乱、难以协同办公以及安全性低等难题。由于文件资源存储在私有云服务器中，能够有效避免文件泄密或丢失等安全事故的发生。

1　基于私有云的高校实验教学网盘系统

实验教学网盘系统基于云存储的技术，采用客户端/服务器的架构实现，由访问层、应用接口层、存储层的三层结构组成，其系统架构如图1所示。第一层为访问层，用户可以通过客户端模式私有文件系统。中间层是应用接口层，它集用户认证、权限管理、资源共享与输出、应用软件、Web Service等功能于一体。第三层是存储层，采用FastDFS分布式文件系统存储数据。

网盘系统为用户提供网盘客户端的访问模式，网盘客户端为用户提供同步盘、文件管理、加解密等丰富的操作功能。用户输入用户名和密码登录网盘客户端后，可以直接访问个人的同步盘。通过同步盘的访问机制，用户可以方便、快捷地访问如同本地磁盘的网盘系统。在同步盘中，用户可以通过鼠标右键的下拉菜单完成多种操作，如修改个人信息及密码、文件/文件夹管理、文件加解密、文件共享等。客户端通过SSH机制完成加密传输和文件的加解密，保障网盘客户端的安全。

图1　基于私有云的高校实验教学网盘系统的架构设计

应用接口层提供统一身份认证、统一权限管理、统一资源分配、统一数据存储、统一存储监控等技术，用于保障用户和数据的安全性。

（1）统一身份认证

用户可选择多种方式进行身份认证，包括用户口令、UKey等。用户如选择口令卡方式，生成标准依照公钥加密标准（PKCS），口令在登录系统后生成，退出时系统自动清除。实验管理员负责实验教学网盘系统的密钥管理与分发，用户密钥生成机制采用基于密文策略的属性加密（CP-ABE），根据教师与学生的属性不同自动区分用户。

（2）统一权限管理

高校实验教学网盘系统面向实验管理员、教师、学生三种不同类型的用户，用户的数据访问权限均经过严格控制。每个用户都拥有独立的网盘空间，可以设置资源的访问权限，只有共享给其他用户的资源才能被访问，未经授权的用户无法进行越权访问。网盘提供的各种应用服务均具有独立的访问权限，并经由数据隔离机制保护。

（3）统一数据存储

用户上传文件时，可以选择文件加密功能，文件经由128 bit AES加密算法处理后再保存进云存储，防止非法用户盗取文件信息。用户可以通过自动或手动解密来获取文件。基于CP-ABE生成文件的密钥，每个文件都有相应的密钥，实现文件的统一资源存储与管理。

存储层是网盘系统中最基础的部分，采用FastDFS作为基础架构，FastDFS是一款开源、简洁、高性能的分布式文件系统，可支持冗余备份、线性扩容、负载均衡等机制。FastDFS具有轻量级、灵活的特点，内存占用量小，能够满足高校私有云的存储需求。存储层由多组独立分布的存储服务器构成，每组的多台服务器存储同样的文件，通过这种分组存储机制实现文件的冗余备份，保证存储的可靠性。存储层可扩展性良好，当存储容量不足时，可通过动态增加多组服务器来实现线性扩容，系统可自动同步存储于服务器的文件。

2　网盘系统在实验教学中的应用

围绕实验教学的人才培养目标和特点，立足科研和行业前沿，将实验教学划分为教学计划、教学过程、教学评价的三层实验教学环节，以教师、学生、实验管理员为网盘系统的主体，详细介绍这三类角色在实验教学网盘系统的操作流程，如图2所示。

图2　网盘系统实验教学环节展示

（1）教学计划

教师利用网盘实验教学系统的分享功能，将实验教学资料和软件上传到网盘系统并分享给对应学生群组。学生提前进入网盘系统查看班级共享内容，学生可以在任意时间登录个人网盘并下载资料，提前预习实验内容，包括实验原理、实验目的以及实验要求等，并上传对于实验内容的理解和实验的初步设计步骤。实验管理员负责实验室的整体教学安排、实验器材管理以及网盘系统的维护。

（2）教学过程

学生可以实时下载实验所需的实验文档、教学软件等资料，并将实验中的疑惑记录下来，以文档的形式上传至网盘系统，与同学和老师分享并讨论。在实验过程中，教师可以在线实时辅导学生，可以及时解决学生的困惑。在实验过程中，实验管理员对学生进行现场指导，记录学生的实验情况，并协助教师实时解惑。

（3）教学评价

学生将实验得到的数据按实验报告的格式编写成文档，上传至网盘系统。学生上交作业后，系统结合学生和教师的个人信息以及实验教学班次将作业自动上传至教师的个人网盘，文件夹前加学生的学号、姓名，从而避免文件重名的问题。实验管理员负责记录实验人数、实验时间、实验器材、实验考勤、现场评价等情况，并汇总成文档上传至网盘系统。在实验结束后，教师结合学生的实验报告以及学生的考勤和实验过程表现，对学生的本次实验进行评分，并上传至网盘系统。学生在实验成绩公布后可以上网查看实验得分，方便学生及时了解自己的实验成绩。

（1）整合教学资源，提高学生兴趣。实验教学网盘系统将云存储应用于实验教学管理，整合已有的优质教学资源，改变过去单一的实验教学模式，使实验教学向一体化、系统化、综合化方向推进，突破了实验教学资源共享的局限性。在实验教学网盘系统中添加教学视频、参考文献等教学资源，可提升学生的学习兴趣，增强学习主动积极性。

（2）随时随地学习，操作方便简单。用户可以利用多种设备接入实验教学网盘系统，教师可在教室、办公室、家等多种场地开展实验教学计划。学生可随时随地下载课件、教学资源，方便学生及时预习和复习课程内容。实验管理员可以远程维护实验教学系统，减轻工作负担。

（3）实验过程管理，利于教学改革。传统实验教学偏重于实验结果和实验报告，忽视实验过程管理。实验教学网盘系统可以方便师生互动交流，学生、教师和实验管理员相互交流、共同学习、教学相长。学生遇到疑惑时可通过积极讨论及时解疑，引导学生更加深入的学习知识、建立自信，提升学习效果。教师可将实验中存在的普遍性问题及解决方法上传，同时可以避免反复讲解同一问题，提升教学质量。

3　结语

信息技术已步入云计算时代，高校信息化正面临新的挑战。新技术将不可避免地影响我们的教育教学活动，云存储的使用将改变我们的传统的资源管理和教学模式。本文基于云存储技术为校园网设计了一种安全、高效、易管理的实验教学网盘系统。利用云存储技术支持学生的学习与创新，构建新型的实验教学环境，共享科技进步带来的服务与便利。

［1］胡凯，郑兴福，陈如松，等.江苏高校实验教学示范中心共享平台建设与实践［J］.实验室研究与探索，2014，33（8）：144-147.

［2］李新宇.网络云盘介绍——以360云盘和百度云为例［J］.无线互联科技，2014（1）：38-38.

［3］杨岳湘，邓文平，邓劲生，等.基于云存储的网盘系统架构及关键技术研究［J］.电信科学，2012，28（10）：68-72.

［4］傅颖勋，罗圣美，舒继武.一种云存储环境下的安全网盘系统［J］.软件学报，2014（8）：1831-1843.

Cloud Storage；Network-Disk；Experimental Teaching

University Experimental Teaching Reformation Plan Based on Private Cloud Network-disk System

LUO Yue-yi1，LUO En-tao2，ZHU Xiao-yu3
（1.Department of Mathematics and Statistics，Central South University，Changsha 410083；2.Department of Electronics and Information Engineering，Hunan University of Science and Engineering，Yongzhou 410006；3.Department of Information Science and Engineering，Central South University，Changsha 410083）

1007-1423（2015）17-0072-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.17.016

罗跃逸（1986-），男，广西柳州人，博士研究生，实验师，研究方向为软件工程与信息系统、网络资源管理与服务

罗恩韬（1978-），男，湖南永州人，副教授，博士研究生，研究方向为云安全、隐私保护、大数据

朱小玉（1989-），女，湖北广水人，博士研究生，研究方向为云计算安全与隐私保护

2015-06-01

2015-06-10

针对高校实验教学中存在的文件管理困难的现状，结合现有网盘系统存在的安全性问题，设计一种基于私有云的实验教学网盘系统。利用网盘的文件存储功能，解决实验教学过程中的资源共享问题，实现资源云、教学云服务，突破实验教学资源共享的局限性，轻松高效地管理实验教学资源。

云存储；网盘；实验教学

Designs a network-disk system based on private cloud，which is focuses on the difficulty in file management of university experimental teaching and the security problems of the existing network-disk systems.Using the file management function of network-disk system can solve the resource sharing problem in experimental teaching，thus implement cloud resource and cloud educational service，overcome the limitation of experimental teaching resource sharing and manage experimental teaching resource efficiently.