“三通两平台”总体架构研究与设计

徐雅斌，武 装/Xu Yabin,Wu Zhuang

（1.北京信息科技大学计算机学院 北京100101；2.北京市教育委员会 北京100031）

1 引言

教育信息化程度是衡量一个国家和地区教育发展水平的重要标志之一。如何进行教育信息化建设，长期以来没有一个确定和有效的模式可以遵循，人们一直在积极地摸索和不断地尝试。期间取得了一些可喜的成果，同时也走了不少弯路，并因此付出了一定的代价。互联网等IT 基础设施建设的快速发展和不断完善以及云计算和移动互联网等新技术的出现，为新一代教育信息化的发展和建设奠定了基础。在此背景下，教育部审时度势，及时提出了“三通两平台”建设的总体要求和建设规划。

“三通两平台”中的“三通”是指宽带网络校校通、优质资源班班通、网络学习空间人人通；“两平台”是指教育资源公共服务平台和教育管理公共服务平台。

“三通两平台” 建设有效地反映了当代教育发展对信息化建设的需求，是对当前国内外教育信息化建设的总结。它的本质是促进信息技术与教育教学的深度融合，通过信息技术的深化应用促进教与学的变革，提高人才培养的质量和效率。可以说，“三通两平台”为我国教育信息化建设指明了方向，将极大地促进我国教育信息化的发展，为创新教学模式、提高教育质量提供坚强的技术支持和设施保障[1]。

2 “三通两平台”建设的内涵与需求分析

2.1 宽带网络校校通

宽带网络校校通要求每个中小学校都有充足的接入带宽，以便获取各市、省和国家教育管理机构统一提供的优质教育资源，这就要求从以下两个方面开展工作。

①放眼未来，从全局的角度，高标准地规划和建设教育城域网，或者对已有的教育城域网进行升级和改造，满足各学校对教育资源公共服务平台和教育管理公共服务平台以及公网资源的快速、安全访问需求，并最大限度地共享带宽资源。同时，还要制定相应的接入标准和管理规范，以满足“三通两平台” 带来的数据传输量高速增长以及对健康、洁净网络学习空间的需要，而不是简单地实现互联网接入，通过公网进行数据传输。

②着重长远，从智慧校园的高度进行校园网的规划和建设，或者在原有基础上进行升级和改造，实现网络高速、可靠的互联互通，满足每个班级和每个部门的网络接入需要。在有条件的情况下，进行无线网络的建设，通过将有线网络和无线网络相结合，实现校园网的无缝覆盖，使广大师生在校园中的任何位置都可以接入校园网，访问各种教育教学资源。

宽带网络校校通充分体现了以校为本的教育信息化总体建设思想。

2.2 优质资源班班通

优质资源班班通是指加强优质教学资源的建设与共享，使每个班级（课堂）都能够方便、快速地获取各种优质教学资源。要想将各种优质教学资源及时输送到每个班级，必须加强3 个课堂建设[2]。

（1）专递课堂（各类新课程资源建设）

引导学生利用智能工具在教师组织下进行探究性学习。

（2）名师课堂

组织具有一定教育技术能力的特级教师和学科骨干教师，利用公共服务平台提供的个人空间和相应工具，开设学科重点、难点讲座，帮助学生更好地完成学习任务。

（3）名校网络课堂

汇聚若干基础教育名校和职业教育示范校的优质资源，开设网络学校，为学校集体组织学生选名校网络课堂、修高中网络课程和职业学校新开专业提供服务。

优质资源班班通充分体现了以班为本、以实际应用为导向的优质教学资源建设与共享发展方向。

2.3 网络学习空间人人通

网络学习空间人人通是指建设实名制的网络学习空间，使每名教师和每名学生都拥有一个实名的网络空间，实现技术和教育的高度融合，充分利用无所不在的互联网带来的便利性，使广大师生可以不受地理空间和物理距离的限制，随时随地进行学习和交流。目的是努力推动自主学习，实现教与学、教与教、学与学的全面互动，促进教学方式与学习方式的变革。

网络学习空间人人通充分体现了以人为本、适应时代发展变化的现代教育理念。

2.4 教育资源公共服务平台

教育资源公共服务平台的核心是资源，因此必须以资源建设为前提，可以通过政府投资建设或者购买基础性教育资源的方式，建立丰富的各级各类优质教学资源，并且将这些资源送到每个班级，在教学、学习过程中得到普遍使用，促进教学模式与教学方法创新。

教育资源公共服务平台建立在目前阶段的技术实现上，就是要充分利用云计算技术，建立集中的教育云资源服务平台。该平台不仅为各类教育资源的汇聚与共享提供支撑，还为教育资源建设与应用的衔接提供机制与服务，也为课堂教学、学生自学提供交流与协作服务。

在服务方式上，让师生能够方便地无偿使用这些资源，为学校、教师开发的个性化教育资源提供共享与结算服务，也为商品化教育资源提供准入机制。并通过建立教育资源目录，为教育资源检索与发布提供服务。

2.5 教育管理公共服务平台

教育管理公共服务平台在技术实现上也同样需要采用云计算技术，建立教育云管理服务平台。该平台要为各级各类学校提供校务管理服务，为地方各级教育行政部门提供教育电子政务（教育基础信息管理和决策支持）服务，为社会公众提供教育公共信息服务。

图1 “三通两平台”建设总体规划效果

教育管理公共服务平台的典型应用包括：在全市乃至全国建立统一的电子学籍系统和网上办公系统，基本实现信息的网上传递与共享。为各级学校提供校务管理服务，为地方各级教育行政部门提供教育基础信息管理和决策支持服务，为社会公众提供教育公共信息服务。

2.6 “三通两平台”之间的关系

“三通两平台”中的“两平台”是基础，而“三通”构筑于“两平台”上，主要强调应用效果[3]。因此，“三通两平台” 最核心和最关键之处在于教育资源公共服务平台和教育管理公共服务平台的建设。只有很好地建设了这两个平台，才能实现优质资源班班通、网络学习空间人人通。如果没有这两个平台的建设，即使实现了宽带网络校校通，就好比是建设了“路”，也没有“车”可跑。

3 “三通两平台”总体架构设计

“三通两平台”建设的总体思想是：以区域云数据中心为核心，高性能的教育城域网为承载，智慧校园和云课堂的应用为综合体现，最终实现信息技术与教育教学的深度融合，以期提高教育教学质量和管理水平，促进师生全面发展。

教育管理公共服务平台的建设原则是两级建设（中央、省）、五级应用（中央、省、地市、区县、学校）[4]，目的是实现教育电子政务（校务）一体化管理、数据互通和系统互联，提升教育监管能力与服务水平，实现教育管理现代化、决策科学化、服务网络化，提高公共管理服务水平。

教育资源公共服务平台可以根据各地实际情况，由各省、市、区、校采用灵活多样的方式进行建设，提供丰富多彩的资源服务，体现各自的资源特色和服务特色，为学生提供个性化学习空间，同时为教师提供个性化教学空间。

目前，中国教育科研网络（CERNET）为国家教育资源公共服务平台和教育管理公共服务平台的教育部数据中心节点免费提供10~100 GB 专用接入带宽及256 个IPv4 专用地址，并为各省、自治区和直辖市教育厅（教委）的教育资源公共服务平台和教育管理公共服务平台的省数据中心节点免费提供1~10 GB 专用接入带宽及16 个IPv4 专用地址。这为“三通两平台”提供了坚实的网络保障[5]。

“三通两平台” 建设的总体规划效果可用图1来描述和展示。

4 公共教育云的规划与设计

如前文所述，教育资源公共服务平台和教育管理公共服务平台的建设，在技术上都需要采用云计算技术，构建教育云公共服务平台。下面首先介绍云计算技术，在此基础上，给出公共教育云的技术方案。

4.1 云计算

云计算是能够通过网络远程提供高可用性计算和存储的服务模式。从获取云计算服务的客户端角度看，在云计算环境下，用户无需自己购置、管理和维护大量昂贵的计算和存储资源，可以更加专注于自己的业务。用户可按需获取网络上的资源，并按使用量付费。

从提供云计算服务的后台角度看，云计算可以有效地实现资源的集中化和规模化，通过虚拟化技术构建动态资源池，不仅能够实现对各类异构软/硬件资源的兼容和共享，而且还能高效地实现资源的动态分配和回收，提高资源的利用率和周转率。

4.2 教育云公共服务平台技术方案

给出的教育云公共服务平台的解决方案如图2所示。该解决方案具有以下技术特点。

①通过虚拟化技术，构建虚拟化资源池，以IaaS（基础设施即服务）模式向上提供资源服务，对数据中心内的计算、网络和存储等硬件资源进行统一调度和管理，屏蔽底层异构硬件之间的差异性，消除上层操作系统对硬件设备及底层驱动的依赖。

②通过PaaS（平台即服务），依托下面的基础设施服务，为上层应用提供统一门户管理、多租户管理、资源管理、策略配置管理、服务目录管理等服务。

③以多租户混合云的方式，通过教育管理公共服务平台为各级教育管理部门和各学校教学管理人员提供电子学籍、公文流转、资产管理、人事管理、课题申报等服务。通过教育资源公共服务平台，为广大师生提供灵活多样、丰富多彩的教学资源。

目前，在部分省市开发建设电子学籍系统的基础上，已经进行了全国范围内的电子学籍系统建设。实行“一生一号，籍随人走，终身不变”。该系统已采集和存储2 亿多名学生的信息，实现动态跟踪全国学生流动，全面、及时掌握全国中小学生的真实情况，从而解决在义务教育和学生资助中存在的虚假注册、重复学籍等问题。今后，学生的流动、东/中/西部的财政投入等需要政策加以平衡的问题，将有数据可以参照[5]。

5 “三通两平台”基础网络规划与设计

要实现“三通”，必须要有网络的支持。整个网络包括城域教育网和各个学校的校园网，为此，给出了两个不同层次网络的设计方案。

5.1 教育城域网的规划与设计

规划设计的教育城域网分为接入层、光传输网、核心层、网管中心、内部办公网、教育云平台、互联网出口等7 个部分，如图3所示。

图2 教育云公共服务平台技术方案

图3 教育城域网网络拓扑

（1）接入层

每个学校的校园网出口采用一台统一威胁管理设备（如U200）或者防火墙作为出口网关，通过运营商分配的专用线路接入区教育城域网的核心。

（2）教育专网

建立在SDH 光传输网基础上的教育专用网络。根据实际情况，可以自建基础网络，也可以租用运营商网络。

（3）核心层

采用两台核心交换机（如H3C S10508），通过虚拟网络技术（如IRF2），以保证网络核心的可靠性，同时成倍提升网络性能。核心交换机上除了提供连接各功能区所必须的以太网接口外，还要部署防火墙、IPS、流量分析等多种业务插卡，为整个教育城域网提供安全保障。

（4）网管中心

作为整个教育城域网的网络运行管理中心，部署网络管理系统、安全管理系统、虚拟化管理平台等，以便管理人员对整个城域网进行统一的管理和维护。

（5）内部办公网

作为教育管理机构，其内部办公网也需要接入城域网。考虑到安全性和可管理性，在内部办公网出口处也需要部署一台统一威胁管理设备（如U200）。

（6）教育云平台

通过虚拟化技术建立计算资源池和存储资源池，为教育云公共服务平台动态分配资源。教育云公共服务平台通过若干台（依据具体服务器数量而定）数据中心级接入交换机与城域网核心层相连，为“三通两平台”提供服务。

（7）互联网出口

整个教育城域网将拥有两个网络出口，一个连接到上一级教育城域网，另一个连接到公网，作为整个教育城域网的公共出口。

5.2 校园网的规划与设计

校园网建设能够在很大程度上影响和体现“三通两平台”的应用效果，因此，校园网的设计也是至关重要的一个环节。校园网设计方案要点归纳如下。

在“三通两平台”背景下，尽管大量的资源和服务都集中在“公有云”的云端，但是对于一些校本课程和学校特有的资源和管理服务，则需采用虚拟化和云计算技术，建立在各学校自己的云平台上，形成“私有云”，服务本校师生。

为了确保通信的快速性和流畅性，每个学校可以配置一台CDN 服务器，构成CDN网络。教育云资源服务平台可以在适当的时候将热门教学资源推送到学校端的CDN 服务器，这样，校内师生就可以就近快速访问这些资源，获取优质的服务。

对于有线网络，建议采用万兆到楼宇、千兆到教室的接入方案，通过出口路由与市教育城域网相连接，满足访问各级教育云资源服务平台和教育云管理服务平台的需求。

针对学校移动学习和电子书包应用场景，每个教室安装一个无线访问点AP。确保所有学生可以通过教室的无线网，访问各种教学资源，实现优质资源班班通[6]。

每个办公室同样提供千兆带宽接入到校园网，而对于办公区则采用搭载X-Sense 灵动天线的下一代AP，确保覆盖无死角。重点办公室采用“墙面式AP”覆盖方案，不布线、不施工，安装简单。室外场景采用防雷击、耐严寒酷暑的室外无线产品，实现校园无线覆盖[6]。

6 结束语

“三通两平台”给出了教育信息化的建设和发展方向。经过大量的调研以及深入的分析和研究，结合实际建设情况，分析并阐述了“三通两平台”各项任务的内涵以及它们之间的关系。在此基础上，给出了层次化的“三通两平台”的总体架构。教育资源公共服务平台和教育管理公共服务平台最有效的解决方案就是基于云计算技术，因此给出了公共教育云的解决方案。实现“校校通”、“班班通”、“人人通”必须要有教育城域网和校园网两级不同网络的支持，为此分别给出了这两个网络的设计要点。在整个设计中，既融合了很多新技术，也体现了丰富的设计经验，对“三通两平台”的建设具有一定的借鉴意义。

[1]祁靖一,王晓波.整合创新：“三通两平台”推动教育变革——专访中央电化教育馆王珠珠馆长[J].中小学信息技术教育,2013,(5):10-13.

[2]袁燕.三通两平台，大力推进教育信息化[J].中小企业管理与科技,2014,(6): 298-299.

[3]蒋东兴.“三通两平台”建设内容与实施模式分析[J].中国教育信息化,2014,(3): 7-10.

[4]教育部教育信息化推进办公室相关负责人.真抓实干加快推进国家教育管理公共服务平台省级数据中心建设[J].中国教育信息化,2013,(5): 3-5.

[5]杨燕婷.三通两平台实践进行时[J].中国教育网络,2014,(1): 1.

[6]孙菁玮.锐捷网络发布“三通两平台”解决方案[J].中国教育信息化,2014,(12): 89-90.