文科实验中心教学资源平台建设研究

庞雨滨

（大连大学 实验中心，辽宁 大连 116622）

文科实验中心教学资源平台建设研究

庞雨滨

（大连大学 实验中心，辽宁 大连 116622）

文科实验中心建设中的关键问题是设备整合、服务提升和资源共享。在设备整合的过程中，新旧问题交叉出现，影响了服务质量，阻碍了教学资源的充分共享。本文从实际出发，分析问题，探讨解决问题的途径。结合大连大学文科综合实验教学中心建设的实例，充分利用现有的物理设备，以满足教学和学习的实际需求为目标，从服务器群、网络服务、存储服务和用户应用等四个角度，探讨了建设统一的、融合的教学资源平台的设计方案。

文科实验中心，资源共享，教学资源平台

计算机技术的发展促进了教育手段的提升和教育理念的转变。计算机网络技术为教育提供了丰富的资源。各种教学组织越来越重视网络技术在教学过程中的应用，尤其是高校在网络资源的研究和利用方面从理论走向实践，各种教学资源平台纷纷投入使用。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020）》也强调要“充分利用优质资源和先进技术，创新运行机制和管理模式，整合现有资源，构建先进、高效、实用的数字化教育基础设施”[1]。2015年的《国务院办公厅关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》中也提到创新创业人才的培养要跨院系，跨学科，跨专业交叉培养，要促进实验教学平台共享[2]。

2013年，大连大学科技楼竣工，英语等多个文科实验室搬迁到新楼。2014年，大连大学成立了文科综合实验教学中心，将原分布在英语学院、师范学院、经管学院、旅游学院等教学单位的具有实验、实践功能的实验室和功能室的设备和实验技术人员予以整合。新成立的文科综合实验教学中心将从加强管理入手，运用虚拟技术、大数据技术等新技术整合设备资源成立数据中心，集中技术优势，为学科发展、教学和科研提供更好的服务。

整合后的数据中心的设备状况比较复杂，来自原实验室的设备新旧并存，类型多样，分布在不通的楼层，相互隔离，承担着独立的教学任务。数据中心也面对着更复杂的应用需求和来自不通专业、不通层次的服务对象。由此而带来的问题不断突显，在现有条件下如何解决这些问题成为一个新的技术课题。

目前已经有学者对数据中心建设和文科实验中心建设等方面做了大量的研究。陈巧[3]在研究中利用云技术构建教学资源大平台，以用户需求为中心，提出平台建设的思路，重点阐述了设计模式。谢阳[4]在硕士论文中阐述了基于虚拟化平台构建技术，在参考了大量国内外相关文献后，对相关技术做出多角度的阐述，提出虚拟化教学平台的构建方案并对方案进行了测试。朱三元[5]等在研究过程中重点关注了应用管理模块的设计和建设。针对网络平台建设的研究主要是针对于理工实验或者是学校层的信息中心开展的，与文科实验中心的实际情况还不太一样，设备情况、学校投入以及服务对象都存在着很大的差别，不能套用已有的研究。程世红，孙纯学[6]等对文科实验中心的建设模式和方案做了探讨，但是并未探讨实际的数据中心建设问题。还有孙纯学[7]，赵晶[8]等学者针对文科实验中心的研究重点关注了管理模式方面的问题。本文针对大连大学文科综合实验教学中心建设中的实际问题，从立足现状，分析问题，解决问题的思路出发，设计和建设大连大学文科综合实验教学中心的数据中心。

一、存在的问题

在研究开始之前，梳理所有硬件设备资源和服务需求，发现目前数据中心存在的问题有：

（一）硬件资源利用单一，性能过剩

文科专业的应用对计算机硬件的需求基本相似或者相同，差别体现在不同的环境需求。各教学单位分散建设，造成这些服务器的使用率并不高。而且服务也仅供本单位教师和学生使用,导致用户规模小、服务功能单一、对外开放性不足和设备使用率低下等一系列问题。尤其是后期购买的高性能服务器，资源浪费严重，往往一台服务器上只运行一个WEB服务，计算性能严重浪费。

（二）网络访问需求复杂，分散的布局不能满足需求

整合之前的服务通过一些特殊途径提供给教师和学生，统一管理之后，需要借助于一个统一的端口提供服务，这个服务是基于校园内主干网络：校园网。但校园网并不是唯一的网络，电信宽带、企业宽带、WIFI、移动运营商的4G网络等接入方式也在广泛使用。在这样复杂的网络环境下，教师和学生会通过不同的方式登录资源平台，并希望得到多样化的资源服务。但是由于一些资源、软件由于版权限制，并不允许在互联网上被访问，这就为资源的获取、管理和发布带来问题。在数据中心内部，原来分散的实验室之间没有内部网络连接，设备分散在不同的楼层，相互隔绝。

（三）软硬件资源部署分散，共享率低

各教学单位自建实验室的目的是服务本专业和本学院的教学和科研，功能有局限性，服务对象局限于小范围。因此硬件的部署以方便本部门使用为主，大型设备存放在实验室内，通过局域网连接，相对比较分散。教学平台等服务的对象是本专业的教师和学生，没有对其他专业和学院共享。

（四）大量同类应用统一部署后有冲突

整合后的数据中心建立了一个硬件服务的基础平台，合理分配硬件资源，提供跨越专业、年级限制的应用服务。原有的部分教学平台、新闻系统具有相同的Cookies和请求端口，统一部署后，软件冲突表现得十分明显。

（五）负载均衡和高可用性不足

原有的管理和服务都不是十分规范，由于硬件限制，没有冗余服务器，无法备份等问题十分普遍。由于不同的服务器部署了不同的应用服务，在时间段和用户数据的差异化请求下，会造成服务器间的负载不均衡，处理效率降低。应用系统正在呈现集中化发展趋势，全采用物理冗余的高可用性方案成本高，系统维护时需要停机，不能满足实时性强的服务需求[9]。

二、设计

（一）系统需求分析

数据中心成立后的第一件事是硬件整合，重新规划服务器和网络等硬件设施，搭建教学资源平台。平台的搭建是建立在需求分析的基础上，了解目前数据中心存在的问题，以及要达到的目标，进而分析解决问题的途径以及优化方案。

数据中心利用现代信息技术为教师提供各种类型的教学和研究环境，为学生提供仿真学习环境、学习资源、学习平台等服务。硬件整合的目的是建立服务池，为不同的需求提供应用池，既要满足原有的应用需求，又能够承担跨专业、跨学科的综合实验，以及创新性实验。主要的需求有以下三点：

1.提供多种稳定的途径访问教学资源平台

在已经完成的项目《大学英语网络自主学习行为的调查与分析研究》的研究过程中，我们发现：有个人电脑的学生更愿意在宿舍登陆学习平台完成学习任务、获取自主学习信息，他们认为网吧、其他机房或者数据中心的机房并不是最佳的学习场所。对于教师而言，他们更愿意在家访问学习平台上传课件和讲义；在教学过程中，QUIZ等测试任务，他们更愿意在数据中心机房进行，以保证成绩的有效性。

因此，数据中心必须提供多种访问平台的途径，并且这些访问是稳定高效的。

2.统一规划、合理利用硬件资源

前期的基础建设工作已经结束，不适合再做较大的线路改造，尽可能少地改动网络布局；整理现有的功能性需求，重新定义服务器的服务功能，通过设备的再次组合充分挖掘硬件设备的资源利用率。有的软件的访问量比较大，比如Unipus高校外语教学管理平台为全校大学英语学生提供服务，并发流量非常大，资源的内容包括音频和视频，对带宽的占用很高；而同是大学英语课程的精品课申报网站，只在特定时段使用，日常访问量很低，如果单独占用一台服务器，资源大量浪费。

现有的应用和服务要同时满足，包括各类 B/S、C/S结构常规软件、数据库服务、流媒体等。同时满足承担大学英语网络化考试等对稳定性要求较高的服务。

所以对不同的用户，不同的需求，我们需要从新设计数据中心的基础设施，让基础设施得到充分利用，缓和用户访问应用需求和物理设施之间需求的紧张关系。

3. 资源共享

重新规划网络拓扑，以满足中心内部各实验室之间数据高速通信，资源共享。数据中心的成立，打破了原来相互隔离的状态，实现数据中心所有实验室机房互通。重新规划服务器位置和功能，实现场地资源、硬件资源、服务资源高度共享。在保证数据的完整性和独立性的基础上，将分散的资源存储方式逐步整合到网络存储，建立共享资源库。

（二）系统设计

数据中心的设计既要解决已有的问题，又要满足教学和学习的需求，从物理设备层面来看，要符合这些需求，需要从四个方面去考虑，探索解决问题的方案。我们将数据中心的基础设施分为四个模块，分别是：服务器模块，网络模块，存储模块，用户接口模块。

1. 服务器模块设计

数据中心承担着不同专业的信息化建设工作和网络化教学任务，原有的各类应用和服务需要部署在不同的操作系统平台上，主要有，RedHat Enterprise 6，CentOS， Windows2008，Windows2003，运行的数据库软件有Access，MySQL，SQL Server等。对服务器进行虚拟化，通过VMware等虚拟机服务，对服务器进行整合，统一管理。服务器平台虚拟化的目的就是削弱物理基础设施和服务平台之间的耦合，在逻辑上，用一种直接友好的方式管理物理资源，在应用者看来，物理设施透明的，他们不必去关心物理设备而只需要考虑如何使用软件即可。服务器平台的虚拟化可以借助于多款虚拟化软件，如：VMware，Citrix等。

利用虚拟化软件的群集功能建立服务器集群，如VMware软件可以通过VMware vSphere建立群集，建立集群的目的是将服务器的负担分配到多台主机上，并且当运行某一个服务的物理服务器出现问题时，另一台服务器可以快速恢复服务。

服务器虚拟化之后，综合各个服务模块的资源占用率，重新分配服务所在虚拟机，动态地对物理服务器进行虚拟资源划分，提供可供扩展的资源池。并且有新的应用加入到平台时，可以在短时间内利用定制模板，部署新的虚拟机，开启相关服务。节省了时间和人力资源。

2. 网络模块设计

图3　.1　整合后的网络架构

数据中心位于校园网的主干节点上，同时为内部机房和校园网用户提供服务。中心整合后的网络设备布局是：1楼2楼的外语语言实验室、3楼4楼的经管实验室都有独立的、功能成熟的网络系统，其他实验室分布在0层、4-6层，直接接入校园网；外语语言实验室服务器以WEB服务为主，经管实验室服务器以虚拟仿真类软件应用为主。二者同时具备接入校园网，为机房等接入设备提供访问互联网服务的能力。网络整合的第一项工作是内部网络互联，资源共享，这是所有文科实验中心建设过程中必须解决的实际问题；第二是配置内部网络和互联网之间的不同权限的访问。内部网络互联是：外语语言实验室和经管实验室的核心交换机 RG-S8606实现互联，重新规划VLAN，均以房间号命名，为保障互联互通的稳定性，两台核心路由器之间的连接线路采用了双线路热备；其他实验室就近接入两台核心交换机并统一设定VLAN。

复杂的网络环境中，VPN解决了互联网用户对内部网络资源的访问。功能是：在公用网络上建立专用网络，进行加密通讯。VPN网关通过对数据包的加密和数据包目标地址的转换实现内部网络资源的访问。我们建立VPN的目的是允许教师和部分学生能够在家里、宿舍等环境中访问科研、教学等资源平台。

规划一个专用的VLAN，用于VPN用户分配IP地址，启用新的专用VLAN的好处是，可以针对这个网段设置特殊的访问权限，避免用户登录内网后，借机攻击内网设备和服务。还可以限制用户查看不同资源的权限。

新的网络平台实现了文科综合实验教学中心内部网络互联互通，统一部署，统一管理。在资源利用方面，避免了重复投入，又充分利用了现有的设备。保留两台核心交换机，保证了实验室内机房访问互联网的性能，不会因为整合而造成网速下降；又实现了实验中心内部所有机房都可以通过内部网络访问服务器平台。VPN功能的搭建，使内部网络和外部网络的通信的控制能力增强。通过对ACL的精确设置，端口的映射等安全配置，保障服务器数据的安全，又能实现教师、学生在任何工作和学习的位置上都可以接入到内部网络，访问受版权限制的资源。

3.专业存储模块搭建

存储设备是对信息进行存储的物理设备，存储系统是“大数据”基础架构中非常关键的核心。但是在数据中心的实际应用中，搭建专业存储的目的是解决资源共享和数据量不断膨胀的问题，在量级上与专业的 IDC对存储的要求有所不同。存储服务就是在物理存储系统和服务器之间增加一个虚拟层，由这个层管理和控制所有物理存储单位，并统一向服务器提供存储服务。在物理上，存储设备不再直接与服务器相连，而是作为一个节点存在于网络环境中。物理硬件对服务来说是透明的，它直接读写的是虚拟层。虚拟存储主要有三种实现形式，一种是基于主机的，将连接到主机的存储划分虚拟卷；第二种是基于SAN网络；第三种是基于磁盘阵列。数据中心的存储服务器按照原有的布局存放在经管服务器机房，通过光纤提供服务。主要是将卫星电视录制、视频资源、数据库服务等占用空间较大的数据存放在存储服务器上。服务器群的虚拟机根据需要访问存储上的资源和数据。从各学校不同的现状来看，并不一定都有存储设备，但是从技术的角度来说，数据中心的存储设备是将来必须部署的设备之一。今后随着应用需求的不断提升以及新的基于存储服务的教学设计的开展，数据中心服务的研究将重点围绕数据服务方面进行新的研究，而此研究的基础就是存储服务。

4.高可用性（HA）配置

高可用性体现在服务器平台和网络互联上。在服务器平台上，利用虚拟机软件创建群集，实现服务业务的不中断或者短暂中断。

高可用性群集实现的方式是基于资源切换的，这些资源包括节点的地址、主机名、卷和应用程序等。资源状态的监控和业务的切换时利用软件来实现的，就是此类软件。在服务器平台虚拟化过程中，借助于VMware HA等软件来实现。

在网络互联方面，首先是在两个一级节点的物理链路上配置双光纤线路，然后利用VRRP（虚拟路由冗余协议）在RG-S8606中配置热备功能，一旦虚拟的主路由器不可用，协议提供了动态的故障转移机制，把另外的虚拟路由器的IP作为默认网关，进而实现双线路热备。网络互联的高可用性只是体现在实验室互通和实验室访问校园网服务方面。

群集和高可用性配置可以实现资源分配均衡性和高可用性，使得数据中心的应用服务并发访问量提高，稳定性得到有效保障。并且无需单独购买容灾热备设备，节省成本，方便管理。

5.用户应用模块设计

数据中心提供的服务器平台、网络平台、存储平台都是为用户应用提供基础服务。用户应用服务是由三层服务架构组成：IaaS、PaaS和SaaS，通过这三层架构，为教师教学、科研和学生的自主学习、互动提供高质量的网络化教学服务。

IaaS层为上层平台提供基础环境服务，通过调用服务器、网络、存储等物理设备搭建网络系统、网络安全、存储、用户数据和访问统计等服务。PaaS提供软件运行环境、权限管理和数据库服务等软件环境服务。SaaS层作为最高层，为用户提供直接的软件应用服务，包括教学平台、资源平台、互动平台和科研平台服务。在SaaS层应用过程中，教师和学生通过 WEB页面、客户端软件等途径使用服务。利用WEB技术，创建导航功能模块，作为网站的首页。导航页面将集成软件链接、信息发布、帮助文件、交互等功能。界面设计友好，简单容易理解，功能性突出。教师和学生只要能够登录到这个页面，就可以通过点击按钮，访问相应的教学平台。导航功能要充分考虑到实际的使用需求，在《大学生上网浏览行为》研究中，我们发现，学生使用手机访问主页查询信息、通知的比例较高，因此，导航页面应该自适应不同的浏览器。

对于用户而言，虚拟化后的物理设施是透明的，教学单位和教师不必去关心服务器、网络和存储等硬件设备，他们需要考虑的是应用软件，并借助于应用软件调用平台服务层的环境服务和基础设施层的基础环境，而对下两层的调用也是教学单位和教师不必关心的，这两层的服务以及物理设施的提供均由数据中心负责完成。有新的应用需求，只要通过一定的使用手续完成申请、沟通等工作，数据中心将提供完整的应用软件的前期准备工作。这就充分发挥了文科综合实验教学中心在教学中的提供专业化信息服务的作用。

图3　.2　应用服务三层架构

三、结 语

文科综合实验教学中心的成立，并不是简单地把人员和设备集中到一起，而是在此基础上进行的各类资源整合、创新，以达到最大的效果，能够提供高于原来分散的服务能力和服务质量。

本文是根据当前文科综合实验教学中心成立后，整合硬件设备成立新的数据中心，在充分利用原有设备的基础上，对新旧需求进行对比分析后，结合学者已有的研究和最新的计算机技术，从实际出发，以应用为主，多角度地重新设计了教学资源平台建设的建设方案。这个方案的一些设计可以立即实现，完全的整合还需要一个过程，并在实践的过程中不断修改设计方案以满足实际的需求。

[1]国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020）[EB/OL].(2010-07-29)[2016-08-20].http://www.gov.cn/jrzg/2 010-07/29/content_1667143.htm.

[2]国务院办公厅.国务院办公厅关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见.[EB/OL].(2015-05-13)[2016-08-20].ht tp://www.gov.cn/zhengce/content/2015-05/13/content_9740.h tm.

[3]陈巧等.基于云服务的教学资源大平台的构建[J].现代教育技术,2011(12):112-116.

[4]谢阳.基于虚拟化的 WEB技术平台及应用系统研究[D],东华大学,2014.

[5]朱三元,魏文才.实验教学示范中心教学资源平台建设研究[J].实验科学与技术,2013(2)：118-120.

[6]程世红、孙存学.基于资源共享的文科实验教学中心建设实践[J].实验技术与管理,2012(6):125-130.

[7]孙纯学,白德成,高若宇.高校文科跨专业实验教学中心的建设[J],实验室研究与探索2009(3):174-178.

[8]赵晶.外语类高校文科实验教学中心建设与管理模式探索[J].实验室研究与探索,2013 (6):114-116

[9]王荣生,杨际祥,王凡.负载均衡策略研究综述[J].小型微型计算机机系统,2010(8):1682-1686

A Study of Establishing Teaching Resource Platform in the Experimental Center for Liberal Arts

PANG Yu-bin
( Experimental Center of Dalian University,Dalian 116622,China )

The key issues to the construction of experimental center for liberal arts is the device integration,service enhancement,and resource sharing,in which device integration,the used and new problems arise alternately,affecting the quality of service and hindering the full sharing of the teaching resources. Starting from the reality,this article analyzes the problems with solutions by combining the examples of comprehensive experimental teaching center for liberal arts in Dalian University and by making full use of existing physical facilities,meeting the actual needs of teaching and learning to design a platform with unified and integrated teaching resources from server farms,network services,storage services and user applications.

Experimental Center for Liberal Arts; resource sharing; teaching resources platform

G642.423

A

1008-2395(2016)05-0126-06

2016-04-05

辽宁省教育科学“十二五”规划2014年度立项课题（《大学生上网浏览行为分析模型构建》（JG14DB035）

庞雨滨（1980-），男，高级实验师，主要从事教育技术研究。