基于云计算的区域教育信息化建设模型和应用研究

摘要：阐述云计算技术的相关概念和特点，分析我国区域教育资源存在的问题，提出结合云计算技术的强大而先进的应用，探讨基于云计算的区域教育信息建设模型和应用。

关键词：区域教育；云计算；信息化建设；资源整合

0 引 言

《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》中指出，要建成天地网全覆盖、网络宽带接入、绿色安全的教育信息化服务平台，明确以教育信息化为导向，带动教学的现代化；建立通及城乡、覆盖各级各类教育，人人都能接受教育的信息化服务体系；建立学习型社会和消除教育不公平的服务保障体系；实现校校通宽带，班班可上网，家家似学校，人人有终端的信息化教学环境。“规划”为开展云计算在区域教育信息化中的研究和应用指明了方向。

1 区域教育资源的特征分析及存在的问题

1.1 教育资源分布不均衡且无法实现共享

我国不同区域、不同学校之间教育资源分布不均衡，资源共享程度有限，且无法实现有效整合。偏远、新建和农村中的学校，因资金来源有限，往往面临着设备陈旧、师资不足的现状，特别是已有设备的维护和软件更新无法得到保障，基础设施利用率低，导致教学中所需各类软件的正常运行受到影响，这给信息化教学带来很大的困难。知名、重点和城市中的学校因资金来源广，投入较多，且有更好的师资和教学设备等，可以确保正常的教学和科研工作的展开，进一步加剧了教育不公平现象的发生。

1.2 教育资源重复建设且使用效率低

当前教育资源大多采用集中式的建设，以教育行政部门、学校为单位考虑教育资源的建设和资金的投入，从而强化了教育行政部门和学校各自为政配置教育资源的现象，导致了教育资金的重复投入和资源的重复建设等问题。特别是受限于技术、管理及政策，各区域各学校间的教育资源缺乏有效的共享模式和方法，现有资源之间缺乏有效的互联互通机制，协作困难，资源整合难度大，实际使用率低。

1.3 教育资源建设与教学需求不吻合

鉴于当前资源主要以行政采购配置为主，由教育主管部门、学校领导决策。供应商一般以资源生产商和第三方资源开发商为主，很少有使用部门的亲自参与研发，特别是资源的使用主体——学生与教师很少能参与其中，这使教育资源出现了“建和用”的分离。教育主管部门、资源供应和开发商缺乏对一线实践教学情况的了解，特别是对师生个性化需求的不了解，导致重金投入的教育资源不能满足实际教学的需要，一方面造成资源的闲置浪费，另一方面导致教学资源2c0ce12cbe801c904302a83f97fccc2f不够用的现象。

因此，非常有必要引入一种集技术、管理、运营于一体的全新服务模式来解决这些问题，建立与用户需求相适应的现代教育服务模式。云技术的出现为教育信息化的建设注入了一剂强心剂。

2 云计算对区域教育信息化建设的支撑

2.1 云计算的概念

云计算是指IT基础设施和服务交付使用的新模式，通过网络以按需使用、易于扩展的方式状得所需的软硬件资源和信息化服务。“云”就足存在于网络服务器集群中的资源，用户通过浏览器，发送一个请求给云服务中心，就会有成千上万的服务器为你提供服务，所有的处理都由云数据中心来完成，并将结果返回给用户。用户可以无限制获取云中的资源，按量付费，动态扩腱，就像日常生活中使用水电、煤气一样使用IT资源。

2.2 云计算在区域教育信息化中的服务模式

云计算是并行处理、分布式计算和网格技术等进一步发展的产物，它能够向网络应用提供符种软硬件基础设施、平台开发和数据处理等服务。

目前云汁算服务按类型主要有3种模式。

2.2.1 基础设施即服务（Infrastructure as aService，laaS）

IaaS为用户提供教学所需的虚拟服务器、存储器和网络设备等底层的硬件设施，这种硬件设施能根据用户的教学需要动态伸缩，以满足用户的实际需要。用户可以在云端快速地使用虚拟设备运行程序，模拟教学和科研，储存数据和进行其他的教业务等。即使高峰时需海量的数据处理、存储和带宽能力，也可动态提供。如联想公司的网盘和亚马逊公司的EC2就是云硬件设施应用的实例。

2.2.2 平台即服务（Platform as a Service，PaaS）

PaaS是一种无需下载或安装就能将私人计算机中的资源转移至网络，通过互联网传送操作系统和相关服务的模式。PaaS可让用户不需在本地计算机上安装集成开发环境和应用软件，就可以直接使用云中提供的软件，让自己想要的系统在线运行，或在平台上定制开发自已的应用程序，并通过互联网传递给其他用户。用户琮可快速把自己的教学业务流程和想法应用到云系统中去，从而大大提高教学效率和执行力。如在线的安卓系统集成开发环境等就是典型的应用实例

2.2.3 软件即服务（Software as a Service，SaaS）

SaaS是将软件部署为托管服务，并通过云提供给客户的交互模式，是一种通过在线渊川的专业化软件。云服务商负责对软件应用能力进行管理，以满足用户的需求，用户小必关心软件对具体硬件设施的要求或软件结构，也无需在本地安装软件和建立自己的数据中心，只需通过浏览器访问即可使用。如在线文档编辑软件就足典型的SaaS应用实例。

区域教育云可以是IaaS、PaaS、SaaS的任意一种或多种的组合体，目的都是为用户提供按需使用，根据学习情况随时申请、动态扩展、便于使用的网络应用服务。

3 区域教育信息化的云服务模型架构建没

3.1 基于云计算的区域教育信息化逻辑应用架构建设模型

基于云计算的区域教育信息化建设系统属于云技术的应用领域，其总体架构包括云教育资源自动采集中心、云教育资源编目中心、云分布式数据存储中心、云个性化综合服务平台，以及扩展性很强的云用户学习端和云资源采集端，各部件之问均通过网络进行连接传输数据。图1为区域教育信息化建设系统总体框架图。

云资源自动采集中心采用嵌入式软硬件和云管理软件，对来自不同领域、不同格式的数据进行自动采集，对采集的数据，通过网络传输至加工中心作进一步处理。云资源编目中心也采用嵌入式的软硬件和云管理软件，对加工之后的数据进行编日，编目之后的精简优质分类数据网传至云分布式数据存储中心。云分布式数据存储中心采用海量的存储设备，对数据进行分类管理和存储以及备份。云个性化综合云应用平台则应用前台和后台的软硬件，为用户提供各类人性化的云服务。

3.1.1 教育资源的自动采集和加工

云教育平台的资源自动采集中心采集来自不同方面、不同地区、不同类别等各类资源的原始数据，通过云教育资源加工平台，进行统一规划统一编号，统一加工，统一语义，统一模式等，以此将解决海量资源的多源异质、数据冗余、不完整、不精确等问题，以满足云存储和云应用的需要，最后获得不同分类、精确、完整、富含语义特征、覆盖原始数据特征的优质精简教育资源，为后期资源进一步采集、存储、处理、应用做准备。

3.1.2 云教育资源的编目与分布式存储

通过资源加要之后获得的资源，分布存储于不同级别的资源站点，使用云存储技术存至网络服务器中，也可采用分级分层的云存储技术保存数据资源，形成一个以地域范围为单位的区域云分布式教育资源网，其中部分公共的资源存储在公有云上，各单位比较私隐和敏感的资源则可以保存到私有云上。资源编目中心以云方式，在不同的资源站点运行云代理采集资源服务，将不同站点的精简优质资源的编目索引采集至资源编目中心，同时保留相应的分类数据资源至数据分布式存储中心存储和备份，以防数据灾难，云安全中心负责数据的安全管理。云端不同的代理采集与资源索引服务，可在不同时刻，根据不同网络资源的使用情况，分时灵活无差错地运行。

3.1.3 云个性化综合服务平台

云个性化综合服务平台包含云应用前台服务和云物理层后台服务，其中云应用前台服务提供人性化的服务，提供统一而灵活的通用用户接口，用户通过智能手机等移动终端设备登录并和Web界面进行交互，利用云应用前台相应的服务菜单，可以定制个性化的资源需求和对获取的结果进行反馈。云应用前台对用户的需求和反馈生成一系列的指令，发至云物理层后台服务器，继而通过云计算中心的云资源池获取用户的需求，并提供相应的服务，最后通过云管理软件对账户进行管理，包括计时和计费信息。

3.1.4 云用户端

基于云计算的区域教育信息化建设系统，可以使用户在具备网络的情况下，使用终端设备登录系统，按需按量地使用学习资源；还能根据自己的需要定制个性化的服务，做到不受时空限制，人性化、便利化、智能化地使用云中的资源进行学习和研究。

3.2 基于云计算的区域教育信息化平台架构建设模型

根据云计算的相关技术和区域教育信息化的特点，我们提出了区域教育云服务体系架构（如图2所示）。从业务构成的角度，该架构由物理层、数据资源层、加工处理层、应用层和服务层构成。

3.2.1 物理层

为云教育服务平台提供相关的物理资源，如虚拟机、存储备份没备、服务器、云终端I/O设备等。辅助性地使用各类云管理软件，将各类相关的物理资源连接到网络中，为数据资源层提供硬件支持。

3.2.2 数据资源层

为教育平台提供云教育资源服务调度中使用的各类数据资源，包括教学资源、用户信息以及云管理软件等，为区域教育信息化平台提供相关数据调度、数据存储和数据处理与计算服务等

3.2.3 加工处理层

负责区域教育信息化平台中的各类业务和各项数据的处理，从而实现教育资源的共享及相关业务数据资源的整合工作，包括数据检索服务、数据交换服务、数据资源调度与配置、相关数据的计算与处理、个性化平台的组建等基础性服务。

3.2.4 应用层

提供云教育服务的各种应用，包括云教与学、在线考试、师生互动、云教育资源管理、云教育资源发布管理、用户管理等。总的来说，包括云教育资源提供者、云教育服务供应商、云教育资源使用者三类大用户的各类应用和服务

3.2.5 服务层

根据用户的个性化需要，结合教育资源信息服务目录，提供便利性、智能化的服务选择，按需租用教育资源及其他各类信息化服务，

3.3 基于云计算的区域教育信息化服务构架建设模型

整个云服务中心基础设备针对教育资源应用提供虚拟的云计算服务，云服务中心部署运行于供应商或服务商的分布式服务器集群中，软硬件可选性能比较可靠的成熟型产品，以确保系统运行的稳定性和可靠性。图3为云服务中心基础设备部署图。

3.3.1 云服务平台I/O端接入服务

云服务平台I/O端接入服务是整个服务中心的接人点，通过接收终端设备发送的Web虚拟机操作请求，并将请求转发给下一接受服务的设备进行处理。

3.3.2 虚拟集群化管理系统

虚拟集群化管理系统运行于云服务中心后台，通过微软公司的powershell等来管理和配置云服务中心的软硬件设备和虚拟的计算资源

3.3.3 虚拟机映像和管理用户

虚拟机映像和管理用户端通过Web网络请求与前端云服务中心进行通信，运用相应的云管理软硬件，来分配和管理用户对虚拟机资源的请求。虚拟机映像和管理用户端部署在云服务中心前端，接入服务去生成相关的虚拟机映像；当云服务中心前端收到虚拟机资源的请求后，虚拟机映像和用户端会被前端接人请求唤醒。用户发送Web请求至虚拟机和管理用户端服务器，虚拟机资源库将获得虚拟机映像，使得虚拟集群化管理系统响应，用户就可使用虚拟机进行相应的事务操作。

3.3.4 虚拟计算机池

虚拟计算机指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能，运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统，在虚拟计算机池里面部署了大量的虚拟机，对于一些部件不完整的计算机，可利用其他部件或别的机器的可共用部分，构成一个可以独立且功能完整的计算机系统，以便对大量复杂的数据进行处理、计算，并提供海量数据的存储服务。

3.3.5 物理计算机池（服务器集群）

服务器群集是一组各自独立的服务器，它们组合在一起，提供一个用于承载教育信息化服务的高可用性平台，可以对云计算中心的各类数据进行处理与维护，为数据的存储与备份，资源的配置与获取等提供相应服务；也可对数据的可用性、可管理性、可伸缩性等进行管理，通常包括分布式计算机服务器、存储服务器、数据库服务器（如SQL Server、Oracle）、邮件和协作服务器，以及基础结构服务器（如在线计算服务器）等。

4 结语

基于云计算的区域教育信息化建设模型，有助于缓解我国区域教育信息化发展的瓶颈，破解教育资源分配不平衡、师资不足的难题，解决教育资源更新速度慢和共享程度低等问题，从而提高我国教育信息化发展的整体水平。通过区域教育信息化平台，师生能方便、快捷、廉价地获取所需的教学信息。要想真正实现云计算环境下的区域教育信息化，除了最关键的技术问题外，还需政府部门给予相关的政策支持和社会关注，健全职能管理机构，增加人财物等的投入。