基于云计算的多媒体网络学习平台系统架构

王婧李寰宇

摘 要：系统架构设计是各种应用平台建设的核心问题之一，搭建高效可行的系统架构是基于云计算的网络学习平台研究中必须解决的一个关键问题。基于云计算技术的特点和网络学习平台建设现状，分析基于云计算网络学习平台的建设需求，明确系统架构设计的总体目标。基于分层思路和数据流驱动架构理论，提出一种新的基于云计算的多媒体学习平台系统架构。该系统能够根据业务应用需求和服务场景，快速作出适应和调整，从而使系统资源利用最大化，为推进云计算技术在教育信息化中的应用提供理论基础和实现途径。

关键词关键词：云计算；网络学习；系统架构；信息教育

DOIDOI：10.11907/rjdk.162256

中图分类号：TP319

文献标识码：A 文章编号文章编号：16727800（2016）011009103

0 引言

当前，我国教育信息化整体推进已步入全面发展阶段。基于教育信息技术、网络多媒体技术、人工智能技术等构建的网络教育系统成为教育信息化服务的重要平台[13]。云计算因能够提供海量数据存储和方便快捷的网络服务而逐渐应用于教育领域，在云计算环境下实现网络学习资源的全面共享，能够有效避免重复建设，对推进教育信息化发展具有现实意义[45]。如何将云计算技术和云服务更好地用于网络学习平台建设，对提高信息化环境下的教育服务质量，促进网络学习资源有效共享具有非常重要的现实意义。探讨基于云计算的多媒体网络学习平台系统架构，可为推进云计算技术在教育信息化中的应用提供参考。

1 网络学习与云计算

网络学习也称在线学习，是通过在网络教育平台，利用网络资源进行学习的一种全新学习方式。与传统学习方式相比，网络学习打破了传统教学时空的局限，能够满足学习者随时随地学习的需求。网络教学平台作为连接学习资源和学习者的载体，有效整合了教学资源，学习者通过学习平台能够不受时间、地点的限制，自主控制学习进度，实现更加个性化的学习。然而，目前我国网络学习平台建设资源分布不均匀、共享程度较低、网络计算方式较落后[610]。

云计算是并行计算、分布式计算、网络存储、虚拟化、负载均衡、热备份冗余等传统计算机技术和网络技术融合发展的一种新型计算模型，面对的是超大规模的分布式环境，核心是提供数据存储和网络服务[11]。云计算的出现为我国网络学习平台建设提供了理论基础和技术解决途径。

不同于传统网络学习系统开发，云计算网络学习平台更重要的是如何基于云计算的基础架构来构建系统，使得系统能够充分利用云计算技术的优势，提供更为全面、实用、高效的服务[1213]。基于云计算的网络学习平台应该满足以下几点需求：①充分利用网络计算资源，降低系统建设成本；②充分利用网络教学资源，使学习者能够了解更多课程相关知识；③充分利用学习者在学习过程中产生的学习轨迹大数据，通过数据挖掘分析平台用户习惯，为其提供更精准有效的学习建议。

2 总体目标与需求分析

已有关于云计算学习平台的研究主要关注云计算技术的基本情况和学习平台的结构设计，忽视了平台建设的需求分析[1415]。而需求分析是应用软件开发的前提，是一切应用研究的基础。

基于云计算的网络学习平台的核心服务是提供网络学习。基于管理工程的研究思想，学习平台设计和管理的核心目标可以用6个 R表示：即将正确的学习资源（Right Resource），在正确的时间（Right Time），按照正确的数量（Right Quantity）、正确的质量（Right Quality）、正确的状态（Right Status），送给准确的目标用户（Right Learner）。同时，出于成本考虑，还应当综合管控整个学习过程在时间、人力、物力、财力等多方面的综合花费。

在此核心目标的基础上，按照“信息通透、交流方便，功能务实、系统健壮、应用灵活、结构开放”的基本原则，设计系统功能目标如下：①提供更加丰富的学习内容，使学习者实现网络自主学习；②有机组合多种功能模块，实现教师导学、学生自主学习、在线练习测试以及多人交互；③整合各门课程所需的课程内容，提供教案、知识点、练习题库、测试题库、辅助软件等多种资源；④系统框架清晰，操作界面友好，符合教育学习理论的认知习惯；⑤注重安全，根据云计算平台数据安全需求，从云计算各层全面考虑安全预防和管控措施，增强平台整体安全性。

3 基于云计算的在线学习平台架构

3.1 基于分层思路的云计算应用平台的架构模型

一个网络应用平台通常包含3个部分：①核心基础。指在计算机上运行的平台软件和支撑功能，如操作系统、存储资源、标准库等；②基础设施服务。指由其它计算机提供的基本服务，如远程存储服务、集成服务等；③应用服务。指封装后的面向服务化的应用，这些应用提供的功能可为新的应用使用。

基于云计算的平台是一种更为高级的网络应用平台，其本质是通过网络提供服务，因此其体系结构以服务为核心。基于分层思路可以将云计算应用平台架构模型分为4层，其中横向三层，分别为应用层、平台层和资源层，据此可以提供非常丰富的云计算能力和友好的用户界面；纵向一层，为管理层，用来实现对横向三层的管理和维护，具体如图1所示。

资源层将分布式系统中分散的资源进行汇聚。平台层首先将资源层的资源封装成通信、存储和计算能力，提供资源描述、分配和调度功能，然后将封装好的资源能力以服务形式展现，提供面向服务和能力的管理和调度功能。应用层由基于平台层提供的系统能力所实现的诸多业务逻辑模块构成，这些模块通过定义好的接口对外提供服务，模块之间的交互通信则通过管理层的各种服务管理功能来完成。

图1系统架构能够充分发挥云计算技术在面向大规模数据的分布式系统资源汇聚、资源管理和资源调度上的优势，提供高性能、可延展的分布式通信、存储和计算能力。并且因为融合了SOA理念，在系统范围内能够提供数据统一支撑，支持服务的安全管理、生命周期管理、交互管理、可靠性管理和可用性管理，实现系统范围内的架构松耦合。

3.2 基于云计算的多媒体网络学习平台的架构模型

根据基于分层思路的云计算应用平台架构模型，结合云计算在线学习平台建设的总体需求分析，提出如图2所示总体结构。

学习是平台最主要的服务，所有应用都是围绕支撑学习来提供的。用户终端包括用户和客户端，是整个云计算系统的消费者。应用层、管理层、平台层和基础设施资源层是整个云计算体系的支撑和服务提供者。各种支持学习的应用都是该平台中的一个应用业务，围绕使业务应用具有良好的适应性来构建应用层、平台层、资源层和管理层。通过实现云计算的分层式架构，更好地反映学习业务应用的基本元素和功能构成，从而满足以功能为目标导向的学习平台应用开发需求。

在此总体结构的基础上，进一步结合基于分层式架构设计思路的云计算应用平台架构模型，按照以学习应用为中心，以功能为目标的建设思路构建体系架构，将分层的思路从单一业务应用的架构中延伸到系统范围，将整个信息系统按照分层的思路统一规划设计，得到如图3所示的系统架构。

以上基于云计算平台的多媒体学习平台贯彻了系统架构设计分层的思路，在逻辑上将系统分为：

（1） 平台层。包括分布式数据总线（通信能力）、分布式统一存储系统（存储能力）、分布式工作流程和调度引擎（计算能力和资源调度），统一数据管理和访问，统一服务管理框架，统一服务交付框架，自动化运维管理系统。

（2）资源层。学习平台资源层由虚拟化和实体化的分布式服务器集群和存储设备构成。

（3）应用层。学习平台应用由运行在平台层之上的服务化软件模块构成。软件模块的服务管理和交付都通过平台层提供的服务交付模块实现。如此设计的分层框架能够封装资源抽取和能力，根据上层业务应用需求，方便灵活地动态调整系统中各个支撑模块的组织模式，从而适应学习活动中复杂的学习科目和学科支撑工具对技术上的需求。

该体系架构设计符合以数据流为中心的数据驱动架构理论，在功能构架上将整个系统划分为数据采集、数据存储、数据处理和数据交付等4个关键功能模块。映射平台中数据流动的基本流程，通过分布式数据总线联接各功能模块，实现高效可靠的数据交换，系统整体数据流向清晰，数据交换模式和接口明确。因此，可以有效地控制分布在网络上的众多组件之间的数据流向和顺序，使得即使在网络稳定性不佳的情况下，仍然能够保证数据通道畅通、数据交换安全可靠。实现高速、可信、易于扩展和管理的数据交换、传输和存储，满足基于云计算的网络学习平台对实时数据同步、海量数据集中存储、海量数据统一访问的要求。此外，它还具备高效的基于策略的资源调度和管理机制，能够实现资源的自动部署和灵活调度，从而大幅提升学习服务的执行效率和可靠性。

4 结语

随着云计算模式的逐渐发展和普及，学校、 教育机构和个人的信息处理逐渐迁移到“云”上，研究基于云计算的网络学习平台关键技术势在必行。本文深入研究基于云计算的多媒体网络学习平台的系统架构，基于分层思路和模块化思想提出了一种符合数据驱动架构理论的系

统架构设想。基于云计算平台的网络学习系统架构能够根据业务应用的需求和服务场景，快速作出调整，适应需求和环境，从而使网络信息系统资源利用最大化。通过平台建设，可以使未来的在线学习系统及时收集和分析各区域及各子系统的相关数据，实现在全系统范围内实时监控、动态调整、智能决策的高效信息网络，为网络教育领域的信息共享、信息协作和交互学习提供新的环境和模式。

参考文献：

[1] 焦建利，贾义敏，任改梅. 教育信息化的宏观政策与战略研究[J]. 远程教育杂志，2014（1）：2532.

[2] 王竹立. 我国教育信息化的困局与出路——兼论网络教育模式的创新[J]. 远程教育杂志，2014（2）：312.

[3] 陈琳，陈耀华，乔灿，陆薇. 教育领域综合改革开局之年我国教育信息化新发展——2014年中国教育信息化十大新闻解读[J]. 中国电化教育，2015（1）：138145

[4] 陈全，邓倩妮. 云计算及其关键技术[J]. 计算机应用，2009（9）：25622567.

[5] 何克抗. 我国教育信息化理论研究新进展[J]. 中国电化教育，2011（1）：119.

[6] 许又泉. 一种网络学习系统的研究与设计[D].长沙：湖南大学，2006.

[7] 唐日照. 网络学习系统的设计与实现[D].长春：吉林大学，2006.

[8] 蒋福德，钟诚. 智能化网络学习系统关键技术研究与开发[J]. 现代计算机：专业版，2010（12）：6368.

[9] 高振国，刘彦文，赵蕴龙，王春生. 基于建构主义学习理论的Java网络学习系统的设计与开发[J]. 实验室科学，2011（5）：116119.

[10] 谢明凤，孙新. 基于本体知识管理的远程个性化网络学习系统模型研究[J]. 中国电化教育，2012（11）：4753.

[11] MELL P， GRANCE T. The NIST definition of cloud computing[J]. Communications of the Acm， 2011，53（6）：5050.

[12] BUYYA R， YEO C S， VENUGOPAL S， et al. Cloud computing and emerging IT platforms： vision， hype， and reality for delivering computing as the 5th utility[J]. Future Generation Computer Systems， 2009，25（6）：599616.

[13] CHEN KANG， ZHENG WEIMIN. Cloud computing： system instances and current research [J]. Journal of Software， 2009， 20（5）：13371348.

[14] 樊凌. 基于云计算环境的个性化网络学习系统构建探究[J]. 信息系统工程，2016，07：23.

[15] 李树波. 基于云计算的移动学习网络平台构建研究[J]. 软件导刊，2010（12）：115117.

（责任编辑：陈福时）