基于云计算的高等教育管理信息服务平台构建的研究

2016-03-02王凤领吴家丽宋益多乔晨蕊

智能计算机与应用 2016年1期

王凤领　吴家丽　宋益多　乔晨蕊

摘要：随着云计算技术的发展，针对高校数字化信息资源分配不均，以及仪器设备重复投入建设带来资金严重不足的现状，云计算与教育的结合，对于建立开放灵活的教育信息化服务平台，实现资源共享有着重要的意义。文章介绍教育信息化云服务平台概述，阐述云计算在高校数字信息化中的应用优势，从高等教育管理信息服务系统发展模式，设计了教育信息化云服务平台的技术架构，探讨其在高等教育管理信息服务系统的构建，促进高校教育信息化建设的发展。

关键词：云计算；高等教育；管理信息服务系统

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：2095-2163（2016）01-

Abstract： With the development of cloud computing technology in digital information resources in Colleges and universities， according to the uneven distribution of instruments and equipment， and repeated investment construction status of a serious shortage of funds， meanwhile combined with cloud computing and education， the establishment of an open and flexible education information service platform is of great significance to realize the resources sharing. The article introduces the education information cloud services platform， application advantages of cloud computing in the digital information technology. After that， from the development mode of information service system of higher education management， the paper designes the architecture of cloud platform of information service of education， and discusses the construction of the higher education management information service system， therefore promotes the development of higher education information construction.

Key words： Cloud Computing； Higher Education； Management Information System

0引言

随着云计算时代的到来，高等教育信息化水平也将借势提升，云计算的应用必将对教育领域产生深刻的影响和重要的作用力量，促进教育教学的良性发展和全面进步。具体来说，将云计算结合到高等教育领域，对高等教育信息化建设即会具有重要的理论意义和实践价值。基于此，如何将云计算应用到高等教育中也已然成为时下研究的热点问题，本文将对此展开如下分析与论述。

1云计算和云存储的概念和特点

1.1教育信息化云服务平台概念

教育信息化云服务是一种全新的教育信息化管理方法和服务模式，它能够把高度虚拟化的、海量的教育资源和教育应用管理起来，组成一将资源池、教育应用集为一体的统一服务。教育信息化云服务平台是在云计算的基础上构建的教育公共服务平台，主要由学习门户、基础云架构、支持服务系统和云应用系统等组成。其中，云应用系统提供直接面向学习者的各类云服务，包括“学习管理云”、“搜索云”、“媒体云”、 “资源云”等各类教育。教育信息化云服务平台能够为学习者提供智能识别终端设备、个性化资源、智能学习管理以及智能推荐学习内容等服务，满足终身学习者的个性化需要，有利于学习者使用多终端开展随时随地的学习。

1.2教育信息化云服务平台的特点

教育信息化云服务平台具有社会化、集约化、专业化的特点[1]。下面将对其展开逐项的阐释与分析。

（1）社会化。通过媒体云和搜索云的建立，将一人、一组、一校无法实施和整合的事情通过社会力量共同实现，将教育资源向生产社会化和消费社会化两方面进行有效拓展。

（2）集约化。很多相关业务的应用不能有效互通，造成数据资源浪费，无法做到全面的数据挖掘和业务分析，也不能及时高效地为用户提供信息，为业务拓展与运营管理提供科学的决策依据；传统的IT投资和运维模式是硬件、软件、存储、服务器、网络等分别投资，在业务发展的不同阶段建立新的系统，导致多类IT成本不断增加，IT资源重复投资。

（3）专业性。该平台将通过整合的资源访问统计分析，为系统改进提供明确指导，给出不同用户学习过程翔实的统计数据。同时，教育云服务因其教学方法论、资源、教学服务的专业性，对其他竞争对手的市场切入建立了较高的准入门槛。

2云计算在促进高校信息资源共享中的优势

云计算作为一种新型的服务交付和使用模式，是通过网络以按需、易扩展的方式向用户提供所需的平台、硬件、软件和网络资源。提供资源的网络被称为“云” ，“云”中的资源在使用者看来是可以无限扩展的，并且按需使用和扩展、可以随时获取、按使用量付费。

2.1云存储技术可提高高校信息资源共享能力

将高校物理位置分散的异构信息资源进行有效地整合，由云端集中管理和调度，存储在“云”这个庞大的计算与存储集群中。实现信息资源的集中管理和分布存储，消除信息孤岛，避免信息资源重复建设，共同营造一个信息共享空间[2]。例如：Amazon Simple Storage Service（S3）是Amazon公司提供的基于云平台的网络存储服务。借助于S3，通过互联网进行管理和访问，用户可以将数据存放到存储云上，可以有效地节省用户维护数据的成本。通过S3提供的SOAP接口或REST，云平台中的应用程序也可以调用存储云中的数据、自动访问。

2.2减少重复建设，降低硬件和软件成本

随着高校数字信息化教育资源环境的构建，云计算使得高校教育信息化的投入更低，甚至零投入。高校无需大规模购买相应设备来满足日益增加的各种新服务需求，而转为向供应商租用公共教育云平台，购买服务来实现。

2.3分布式计算技术和并行处理可提供强大的计算能力，且动态可扩展

将信息资源以分块和多副本备份的方式分散存储在云中，通过大规模分布式文件系统，对数据的分析处理也以大规模分布式计算和并行计算技术实现。

例如：Hadoop Distributed File System，HDFS（Hadoop分布式文件系统）和google file system，GFS（谷歌文件系统）共同采用的MapReduce编程模型，采用并行处理的方式将应用程序的功能或数据分割成若干个模块，运行于一个虚拟服务器集群上，由网络上多台计算机协同完成。此外，云平台提供了各种开放API支持异构接入，并根据需求灵活扩展，实时更新信息资源、自动同步，为在更广的范围内实现信息资源共享创造有利条件。

2.4提高数据存储安全保障

云计算是采用计算节点同构、数据多副本容错和可互换等措施来保障服务的高可靠性。通过云计算实现分布式、异构信息资源的负载均衡，避免网络过载。利用冗余备份、容错容灾等技术避免因操作不当而造成的破坏、数据丢失以及服务中断、病毒入侵、硬件损坏等威胁高校信息资源共建共享的安全问题。现有的云服务提供商如IBM、Amazon、Google大多提供了集VPN、数据加密、冗余备份、安全存储、身份认证等技术于一体的安全保障体系，保障云平台的安全性和服务的连续性。

2.5虚拟化技术可提高高校基础设施利用率

虚拟化技术作为云计算的核心技术之一，将高校现有的硬件设备整合为虚拟资源池，屏蔽网络、服务器、存储等物理设备间的差异，动态分配、部署给不同的服务和应用，降低建设成本，提高底层资源的利用率。

3基于云计算的高等教育管理信息服务系统发展模式的研究

经过多年的教育信息化建设，各家高校均投资购置大量的基础设施，建立了自己网络中心、校园网、现代教育技术中心等，推进教育信息化的应用。然而，从现实情况来看，传统校园网络基础设施的投入成本过高，资源利用率低，很难与教育信息系统的快速成长和服务多元化要求相匹配。云计算作为一种新型的IT基础设施交付和使用模式，作为并行处理、分布式处理和网格计算技术的新近发展方向，依托互联网为用户提供快速、安全、便捷数据存储和网络计算的服务模式。对于研究建立一个开放、统一、灵活的高等教育管理信息服务系统有着重要的意义。

基于云架构的校园网基础设施，可以通过IaaS（Infrastructure as a Service，基础架构即服务）、PaaS（Platform asa Service，平台即服务）和SaaS（Soft as a Service，软件即服务）三种不同的云计算服务类型，实现基础网络和资源运营与管理的弹性化和按需化，有效地降低教育信息系统建设成本，对于助推高校教育信息化建设转型具有潜在的应用价值[3]。其中，SaaS是通过浏览器等客户端界面，向教育云成员和公众以服务形式提供在云计算基础设施上运行的各类教育管理信息服务；IaaS是通过动态化、虚拟化将存储、网络、计算和其它基本的基础资源形成资源池，使得教育云的成员可以通过网络获得自己所需要的存储、计算、网络资源，以服务形式提供存储、网络和服务器等资源，无需管理或控制底层的云计算基础设施；PaaS是以服务形式提供给开发人员中间件、应用程序开发工具、数据库及部署平台，让开发人员在云计算基础设施上开发、部署教育管理信息服务系统，无需自行购买，避免重复投资带来的浪费，为标准化的实现奠定良好的基础。

4基于云计算高等教育信息服务平台构建

基于云计算的高等教育综合服务平台将会给人们提供不受地点、时间和高端设备限制而获取存储、计算、应用服务等信息化资源的渠道。云计算使软件、平台、网络、管理等均能以服务方式提供给用户，用户凭权限管理或身份认证即可按需、自助购买相应的教育、教学服务[4]。

根据高等教育特点，将高等教育云计算服务平台分为应用程序层、服务层、基础管理层、中间件服务层、虚拟服务器层和物理资源层六个层次，该平台通过将云服务与现有基础架构平台相整合，具有社会化、集约化、开放化、专业化等特点，能够实现软件资源和硬件资源的统一分配、统一管理、统一监控、统一部署和统一备份等[5]，如图1所示。

4.1应用程序层

应用程序层是指通过标准web浏览器，以云平台服务形式提供给终端用户各种类型的应用程序软件。当数据中心和云计算资源存储池接到和发现请求后，就会根据用户的需求快速作出支持和响应，并进行动态和智能的分配资源。用户可通过门户管理服务形式登录或申请所需资源。用户无论在何时何地，只要拥有能上网的终端设备（如PC机、平板机、PDA、便携机等）都能获取所需资源，如校外资源、资料服务、校内资源、目录服务、数据服务、应用服务等需求种类 [6]。

4.2服务层

高等教育云计算服务平台提供安全、快速、便捷的计算、应用程序、数据存储，用户能够在任何时间、任何地点，用任何可以连接至互联网的终端设备访问这些服务，实现科学研究、网络学习、协同办公、管理决策、实验教学、教学管理、校务管理等日常主题事务。

4.3中间件服务层

中间件服务层是一个应用服务平台，中间件是基础管理层和应用程序层之间的一类服务支持程序，为用户提供一系列的应用开发、部署、运行、内容管理、访问控制、认证管理、工作流引擎、数据存储、事件管理、数据访问、服务总线、虚拟主机托管等服务，同时支持应用服务的即插即用。技术成熟实用的有：Amazon提供的简单消息队列Simple Queuing Service、简单数据库管理SimpleDB、Dynamo框架，Windows Azure Service Platform提供的SQL服务、Live服务、.NET服务、Dryad框架，Google云计算平台的大规模分布式数据库BigTable、程序设计模式MapReduce、分布式锁机制Chubby，Hadoop对MapReduce的开源实现[7]。

4.4虚拟服务器层

虚拟化技术实现软件和硬件的分离，用户不需要考虑后台硬件的实现过程，只需要在虚拟层运行自己的软件。虚拟化技术实现资源在服务器上的迁移，当一台服务器超载，将迁移到另外服务器上。云计算通过对硬件资源如内存、I/O设备、计算和存储的虚拟化，以租用虚拟机形式向用户提供各种服务，如Amazon提供的EC2弹性计算云服务和S3存储服务。

4.5基础管理层

基础管理层是指以服务形式提供虚拟硬件资源，包括存储、虚拟主机、内存、网络等，用户只需租用或进行应用系统的搭建即可，无需购买相应的物理设备。该层是云计算服务平台的关键，由虚拟化计算资源管理、存储体系结构、服务处理与控制三类软件构成。虚拟化计算资源管理软件是专项督管硬件资源的部署、异常处理、虚拟化、运行监控、变更事务、配置管理，以架设一个可信、分布式的资源结构。服务处理与控制系统监听处理来自中间件服务层的服务请求，根据虚拟机的能力进行智能化任务分配，根据服务等级协议提供服务和计算费用，实现安全访问控制。云计算存储体系结构需要与大规模分布式数据处理的需求结合一起获得最佳的性能提升[8]。

4.6物理资源层

云计算采用集群存储和管理数据资源，以数据为中心，调度计算任务到数据存储节点运行，形成由生产者到消费者模型，用户通过Internet获取云计算系统提供的各种数据处理服务。采用快速网络将若干计算机集群或服务器连接在一起，把内存、存储、I/O设备资源和计算能力聚集起来形成一个大的数据存储和处理中心。

5结束语

通过对云计算在教育管理信息服务系统中的应用进行的总体探索，为高校教育管理信息服务系统提供新的发展模式。借助先进的云计算技术对教育信息化资源和系统进行整合，加强教育信息化的整合与共享，构建了高等教育管理信息服务系统架构，实现基础设施的效率最大化，为促进高校教育信息化的多元化发展提出新思路。

参考文献：

[1] 孙凌宇，欧阳春娟，冷明，等.云计算与高等教育管理信息服务系统构建[J].山西财经大学学报，2012，34（1）：251，257.

[2]陈慧芬，曾裕林.信息化环境下高校公共资源服务云平台的构建[J].实验技术与管理，2013（6）：80-83.

[3]王凤领，张莉，李钰. 云计算在高等教育信息化建设中的应用探讨[J].黑龙江教育学院学报，2014，33（4）：19-21.

[4] 章泽昂，邬家炜. 基于云计算的教育信息化平台的研究[J]. 中国远程教育，2010，（06）：66-70.

[5] 万利平，陈燕. 云计算在教育信息化中的应用探究[J]. 中国教育信息化，2009（09）：74-77.

[6]沈丹丹，江正.对高校教育信息资源共享策略的思考[J].软件导刊，2010（11）：81.

[7]王文清，陈凌.CALIS 数字图书馆云服务平台模型[J].大学图书馆学报，2009（5）：13.