基于云架构的区域教育云构建探究

■武汉市教育科学研究院王康廖汉文

基于云架构的区域教育云构建探究

■武汉市教育科学研究院王康廖汉文

自21世纪以来，我国在基础教育信息化方面取得了巨大的成就。通过实施“校校通工程”、“农村中学现代远程教育工程”以及“班班通”等项目，已实现了基础教育信息基础设施的普及。但由于受经济发展水平、整体规划能力、共建共享机制等因素的制约，我国基础教育信息化存在资源配置不均衡、教育应用系统不统一、“信息孤岛”现象严重等问题，已成为制约基础教育信息化发展的瓶颈。而云计算的出现，对构建基于云架构的区域教育云，以此破解基础教育信息化难题提供了绝佳的契机。本文结合云计算的特性，分析我国基础教育信息化中的主要问题，研究探讨教育云架构设计及云平台建设，提出了区域教育云的建设模式，以期为区域教育云搭建提供参考。

一、我国基础教育信息化存在的问题

目前我国基础教育信息化建设存在的问题表现在以下几个方面：（1）基础教育信息化设施稳步发展，城乡差距缩小，但资源配置仍不平衡。具体表现在：平均生机比、师生比、校园网建设、互联网接入等方面城乡差距仍然较大。（2）应用系统缺乏且不统一，数据共享困难。各地区教育教学应用系统数量及种类都存在较大差异，薄弱地区应用系统缺乏。系统之间的数据互访难以实现，“信息孤岛”现象严重。（3）资源共建共享机制不完善，量多质不高精品少。受限于经费投入、实用性、资源规范化以及网络带宽等因素，实现资源共享困难，同时资源共建共享缺乏有效的运行机制。

针对基础教育信息化中存在的主要问题，我们引入云计算及其架构，并将其应用于区域教育信息化建设过程中，以此构建区域教育云建设模式。

二、区域教育云

1．云计算相关概念

云计算是面向服务的架构、分布式计算、网格计算和虚拟化等多种技术发展融合的产物。云计算目前主要应用于商用服务，其云端是以虚拟化技术为基础而形成的一个巨大的虚拟化资源池（由硬件、开发平台和应用软件等组成），服务提供商将数据资源作为服务通过互联网提供给用户，用户不需要特定的软硬件支撑以及数据中心，只需按照“即用即付费”的方式便可随时随地通过网络终端设备获取各种资源，云端资源还能动态地根据各种服务规模的负载进行自动配置，使资源的利用率达到最优化。云计算具有基础设施成本低廉、资源利用率高、软件冗余度高三大基本特征。云计算提供三个层次的服务：（1）基础设施即服务（IaaS）。提供虚拟硬件资源服务，如主机、存储、网络等资源，用户只需通过互联网租赁即可搭建自己的应用系统。（2）平台即服务（PaaS）。构建在云基础设施之上，为云应用程序开发者提供应用服务平台。（3）软件即服务（SaaS）。基于云平台开发的各类应用服务以及根据特定需要通过多重租用作为一项服务提供的完整应用程序。

（未完，待续）

责任编辑 向保秀

教育云则是云计算在教育领域的迁移，它是指将教育信息化所需的一切硬件资源利用虚拟化技术构建一个巨大的虚拟资源池，以资源池为基础搭建面向教育机构、教育从业人员和学员的服务平台。

2．架构设计

如图1所示，基于云计算架构的教育云架构分5层：

基础设施层由各数据中心的的服务器、存储器、网络设备组成，它是架构的基石。

虚拟硬件资源服务层构建在基础设施层上，利用虚拟化技术对底层硬件设施进行管理，构造一个虚拟硬件资源池，资源池向上提供各种计算服务、数据存储和网络通讯等虚拟硬件资源，即IaaS。虚拟化技术就是淡化用户对物理资源设施如处理器、内存、I/O设备的直接访问，取而代之的是用户访问逻辑的资源，后台的物理连接则由虚拟化技术来实现和管理。用户访问的虚拟资源由各类虚拟机组成，当前最流行的虚拟机软件有Vmware、VirtualPC。

平台服务层构建在虚拟硬件资源服务层上，为软件开发人员开发各类基于云计算的教育教学应用软件提供开发与测试环境、数据库、公用API、Web服务API等平台与接口，即PaaS，从而免去了开发人员开发所需的许多复杂系统配置。

软件服务层，提供各类教育教学应用软件，即面向教育的SaaS。本层主要包含：（1）教学管理软件：学生综合信息管理系统、课程管理系统、师资综合管理系统、教师绩效考评系统；（2）网络教育教学软件：网上备课系统、在线作业系统、出卷评测系统、网络课堂点播系统、网络协同教学系统、教师研讨交流系统、教师继续教育系统；（3）校务管理软件：财务管理系统、资产管理系统、后勤管理系统；（4）协同办公软件；（5）教育资源库：教学资源及目录库、教育统计信息库、科研资源库。（6）教育评估软件：学生综合素质评估系统、教师发展评估系统、教育质量评估系统、办学水平评估系统；（7）公共应用软件：在线考试与统计分析系统、视频会议系统（远程学习系统）；（8）学校门户网站管理系统。以教育云上的教育教学应用软件经过信息整合，即可建立起融合电子政务、信息服务、资源共享、教育管理、教育应用、远程学习、网上活动等于一体的教育信息化公共云服务平台。

用户接入层主要是学生、教师、学校、家长、教育部门、教育科研机构等用户使用浏览器通过统一的身份认证登陆访问教育云服务平台。

3．建设模式

我国通过“校校通工程”“农村中小学现代远程教育工程”以及“班班通”等教育信息化项目的实施，目前许多地区已建立起各自的教育城域网和相配套的网络管理中心，并积累了丰富的教育信息化建设和管理的经验；同时教育云应该是分布式的，国家级、省级、地市级、县区级、协同建设、分级部署。区域教育云则应由各区级教育云和市级教育中心云组成。区级教育云是对现有的教育网络信息中心进行扩充建成，市级教育中心云是对市教育网络信息中心进行扩充建成规模大于区级教育云的教育云，经过互联而成的区域教育云为各类教育机构提供教育教学应用服务。

区域教育云以教育城域网为载体，依托教育城域网将各区教育云与市教育中心云互联而成。区域教育云设立区域教育云建设管理中心进行综合管理，并兼顾市教育中心云的管理。区教育云设立区云管理中心，实现对区教育云资源的管理。

区域教育云中的基础设施层可由各区教育云和市教育中心云各自建设。平台服务层根据各自需要自行建设。软件服务层分两个标准：区教育云的软件服务层可根据各自的具体教育教学需要，与区域教育云建设管理中心进行协商，同意后由教育软件开发企业或自主开发；而市教育中心云的软件服务层根据市教育教学发展需要，由教育软件开发企业或自主开发，软件服务层是建设的重点。

区域教育公共云服务平台可由基于云平台的各类教育教学应用软件经信息整合而成。区教育云提供基础性和自身特色性的系统服务，市教育中心区提供基于城市教育发展需求的统一性系统服务。其中教育资源库建设采用市区校三级共建与二级分布式存储联合机制，由市教育中心云和区教育云共同建设。联合机制的主要思路是市教育资源的管理与存储、资源的统一检索目录库由市教育中心云负责；区教育资源的管理与存储由区教育云负责；校教育资源的管理由学校负责，但资源存储在区教育云实行统一管理，以节省成本。基于资源统一目录共享的联合建设机制将对区域教育资源库的大共享提供强有力的支撑。

4．应用分析

建成的区域教育云将有效解决基础设施资源配置不均衡、教育信息化系统不统一、教育资源无法有效共享三大难题。（1）实现基础设施建设均衡化。各地区经济水平等客观因素使得信息化设备建设方面的城乡差异将长期存在。而区域教育云通过虚拟化技术所提供的云服务，支持各区校用户随时随地通过各种终端设备获取应用服务，极大降低了对用户端设备的硬性要求，同时保证在原有设备无需大量更新的基础上获得更佳的使用效益。（2）实现教育信息化平台多元化。各区校无需投入资金独自建设教育教学应用系统，区域教育信息化公共云服务平台能向区校提供定制的办公自动化、教学教务、图书、科研信息管理和后勤服务系统等各类教育教学应用系统，既节省大量的资金投入，又具有更好的扩展性和灵活性，这将有力促进基础教育信息化应用系统的转型升级。（3）实现教育资源共享高度化。目前各地区部分区校在建设教育资源库时，投入大量软硬件建设经费，但是区校间的资源却未能有效实现高效共享。用“云计算”的模式，可以将学校的教育资源上传到统一的平台，并以云服务的形式提供给用户，借助云计算超强的计算能力，检索资源变得更快捷、更有效、更廉价。

责任编辑 向保秀