桌面云技术在智慧校园建设中的应用研究

李永明

摘要：随着超融合技术的发展，在超融合应用基础上产生桌面云技术。文章分析了桌面云技术的特点，特别是桌面云技术相对普通PC的重要优势。并就当前职业院校智慧校园建设的一些痛点问题进行了剖析，对桌面云技术在智慧校园建设中的可行性进行分析，提出了在智慧校园建设中运用桌面云技术的方案。推广和使用桌面云技术，是未来智慧校园建设的重要方向。

关键词：桌面云;智慧校园;职业院校

中图分类号：TP393        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）18-0095-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

1 桌面云技术的特点

随着超融合技术的快速发展，在超融合架构的基础上，诞生了一类关键性的应用，这就是桌面云。桌面云是基于云数据中心的一种虚拟桌面应用技术，具有信息安全、维护高效的特点[1]。可以将原来普通PC上的桌面、应用和数据全部迁移到数据中心，利用虚拟化技术进行统一储存和管理，使用简单的网络接入设备，客户端就能进入桌面云实现统一管理[2]。前端的接收设备，包括云终端、普通PC、笔记本电脑和智能终端等，是一种替代PC的理想方案。桌面云可以带来三个价值点：一是基于虚拟桌面云技术构建的云资源平台能提供统一化管理功能，能够保证平台管理的可靠性和安全性[3]。将数据集中存放到服务器上，不仅可以防止数据丢失，还可以通过策略配置来禁止U盘、打印机、网络等的使用，从而确保信息的安全性;二是桌面云可以通过模板克隆技术一次性生成很多新桌面，实现桌面的快速部署，同时，IT管理员可以集中进行软硬件升级和故障处理，提升维护效率;三是用户可以通过瘦终端、PC、智能终端等不同设备，随时随地访问专属自己的桌面和应用，提升使用便捷性和工作效率。

2 目前职业院校智慧校园建设的痛点

职业院校的教育信息化建设，已经历了十多年的建设过程。近年来，随着数字化校园基础设施的基本完善，职业院校的信息化建设逐步转向智慧校园建设。智慧校园是以互联网为基础，以“大数据+云服务”为核心，采用轻载化终端、网络化操作、虚拟化资源的方式，集中部署模式，融合校园教学、管理、生活等软硬件平台，通过云数据中心把“物联网”和“软件平台”有机结合，构建一体化、智能化的校园新生态。

职业院校智慧校园应用的落脚点，还是最终的用户终端。目前常见的有三种形态，普通PC、智能平板、智能手机。在日常教学、办公、学习等常态化的应用中，普通PC是最主要的终端设备，随着智慧校园建设的推进，教师办公、教学，实训教学机房等普通PC的数量急剧增大，随之产生很多的新问题。

由于绝大多数老师并不具备电脑维护方面的专业知识，主要关注各自的教学业务。因此当电脑出现问题时，IT运维人员面临巨大的工作压力，电脑的维护工作已成为信息化部门最烦琐的工作。学校对数据的安全性及教学资源的积累日益重视，为保障数据的安全并形成有效的资源积累，拟定了管理措施。但当本地设备出现损坏、丢失或被盗时，其中的数据将随计算机的损坏、丢失而消失，对学校的教学工作造成很多麻烦。

目前职业院校教师智慧校园应用方面主要存在的问题：

（1）办公灵活性差。PC模式下，桌面系统绑定在主机上，而主机位置相对固定，不能随人员流动。受地点限制，教职工若不在自己的工位上，就无法使用自己的计算机进行办公，影响办公效率。

（2）业务数据易丢失和存储缺陷。教职工在日常工作中经常有大量教学资源及工作文件等重要业务数据遗留在PC本地磁盘，传统PC在USB设备管控、数据管控等方面的实现手段都很复杂，而数据备份和存储，容错容灾手段又往往非常简易甚至没有，老师们在误操作或其他原因下导致这些重要数据外泄，给个人和学校带来巨大的损失。

（3）运营成本与隐性成本高昂。购置PC后，需要IT运维管理员投入大量的时间和精力，逐台进行系统及软件的安装。大部分老师不具备电脑维护方面的专业知识，对于PC的使用过程中需要的校园文件共享服务、校园认证系统登录和注销、校园OA本地化配置、打印机驱动安装等问题，都需要相应的IT技术人员现场进行协助处理排障。同时，随着运行过程中硬件的不断老化，PC的散热风扇、内存和硬盘等也经常出故障，不仅需要管理员到现场进行维修和更换，每年还需要投入大量的资金进行配件的采购。另外，PC在工作运行时，CPU、显卡等组件发热量大、功耗高，平均每台主机功耗在200W左右，常年下来，使用PC工作所带来的电费支出也是一笔不菲的费用。

3 桌面云技术在智慧校园应用的可行性研究

桌面云涉及终端、网络、传输协议、虚拟化软件、服务器、存储等很多个组件，而且不同组件相互依赖比较大，只要其中一个环节优化不够，或者出现一些问题，比如软硬件兼容性不好、前后端API对接出错等等，这些都会影响到用户体验。最佳用户体验应该是，在不同业务场景下，桌面云在应用及外设的兼容性和流畅度都要和PC一样，并且要比PC在数据保护方面更安全、在管理方面更高效，从而才能保障各种业务顺利地开展。解决这个问题的办法是采用深度融合的桌面云产品。

首页，让桌面云能够有媲美PC的体验。第一个维度是软件及外设的兼容性。办公所需要的软件及外设种类非常多，软件方面有Office、郵件等标准化的软件，也有自主开发的软件;外设方面，有打印机、扫描仪、高拍仪等不同类型的设备。要做到广泛的兼容性需要从以下两方面入手：（1）桌面云设备对接和软件API调用需要从硬件层、虚拟化层、传输协议、终端接口等多方面入手进行优化，减少兼容性问题;（2）因为软件和外设不可能一下全部支持，所以必须投入大量研发资源持续改进。第二维度是提供与PC一致的桌面流畅度。终端方面，需要能够充分利用瘦终端的硬件芯片来实现图像渲染、视频解码等，提高桌面显示的质量和流畅度;传输方面，主要是协议的优化，需要靠流缓存、重复数据削减、图像压缩等提高响应速度，减少带宽占用。后端方面，除CPU和内存外，利用虚拟存储方案，直接利用服务器本地硬盘组成存储资源池，以获得高端存储所具有的IO性能。

其次，让桌面云长时间稳定使用。解决办法是：（1）服务器要有集群设计方案;（2）存储要有数据热备和冷备方案;（3）网络要有多端口聚合方案。这样才可以应对服务器、存储、网络故障所带来的影響。

再次，让桌面云能安全使用。采取的技术措施包括：（1）通过严格的多因子认证和准入控制，杜绝非法用户、非法设备接入桌面云;（2）通过数据加密、防攻击技术，保障数据在传输过程中的安全性;（3）通过在服务端对用户数据进行加密存储，保护个人隐私安全。

最后，让桌面云高效部署及运维。通过软硬件的深度融合，将桌面云的各组件集成为一套标准平台，开箱启动就可以使用，部署效率高。通过简便易用的Web控制台，一键式、向导式的配置方式及自动化排障工具，使运维自动化，简化日常管理和排障的工作量。

4 桌面云技术在智慧校园应用的技术实现

以目前市场占有率较高的深信服桌面云为例，整个桌面云系统由数据中心端和用户端构成。数据中心端包括桌面云超融合服务器、服务器虚拟化软件、存储虚拟化软件、云桌面控制平台软件（VDC）。用户端即云终端，包括ARM架构和X86架构两种。

（1）桌面云一般拓扑结构图如下：

（2）应用和桌面部署。桌面云的系统管理员按部门创建不同的模板，安装好对应的业务软件。再通过模板派生的方式，快速派生出100个甚至更多桌面。当有教学或办公PC到使用年限需要更换时，管理员只需要从虚拟机资源池中选择对应的虚拟机进行分发。管理员可随时根据实际需要对系统或软件镜像进行个性化处理，并通过交付平台自动分配给客户端[4]。支持对商业软件授权复用，在教室、办公室、机房都可以登录获取专属桌面云。

（3）运程桌面接入。教师放学回家后、外出参加会议、学术研讨等需要远程办公时，通过笔记本、平板或手机就可以登录到个人专属桌面，登录校园网内，通过数据中心访问需要的专业材料和实验数据，提高移动灵活性和办公效率。

（4）管理和运维。桌面云的系统管理员通过图形化管理界面监控云桌面平台及各部门虚拟机运行情况，及时发现故障并远程处理，当桌面性能不足时，管理员只需要通过图形化的管理界面，就可以提升CPU核数、内存大小或磁盘空间。新增打印机、业务软件或系统需要升级时，管理员只需要在模板中更新，教职工的桌面就会自动进行同步，不需要IT管理员逐台安装打印机驱动或逐台升级，对于IT运维人员来说，极大地降低了工作量。

（5）网络安全保障。桌面云系统，使所有的教职工和学生的业务数据（如学籍信息、科研数据、课程资源等）都保存在云服务器上，教职工只能看到操作系统的图像界面，没有实际的业务数据到达终端，即使终端报废，也不用担心数据外泄。在策略控制下，教职工对数据只有读取和编辑权限，不能随意取走。根据需求还可以设置细颗粒的管理策略对资源进行切分。通过对数据的统一存储和管理，提供系列化数据保护机制，比如多副本、快照、CDP等策略，支持分布式存储和集中存储两套备份和恢复机制。同时，可针对桌面云配置分布式防火墙，用来阻止勒索病毒的横向传播，避免重大安全事件的出现。

（6）节能与扩容。硬件集成化的云终端功耗仅20W左右，瘦客户机的功耗只有普通PC机的四分之一，能有效减少电力能源的消耗[5]，使用周期长达5-8年，可以节省大量的电力能源成本和硬件维修及更换成本。随着业务扩张，需要桌面扩容时，只需加入新的云终端和服务器，硬件资源复用率很高。

5 桌面云技术在智慧校园应用效果

桌面云的建设，将操作系统、应用软件、用户放到数据中心，并通过桌面交付的方式实现系统集中管理。依托桌面云服务，实现教师在实训室、教室、办公室等场所实时接入个人桌面云，通过数据交换与资源共享开展各项教育教学活动[6]。桌面提供的是服务器级别的安全和效能，最大程度上实现教学业务的连续性和可靠性。

根据统计数据，对于一般的办公用户（不含视频、3D和音频需求），典型的用户带宽平均200kbps，500个并发桌面的带宽需求为500*200Kbps=100000 Kbps=976Mbps，目前数据中心核心交换机都是万兆以上接口，接入层交换机均为千兆以上，完全能满足职业院校教职工日常办公流畅使用的目标，和普通PC的应用感受基本相同甚至效果更好。

桌面云超融合服务器是基于“固态硬盘+机械硬盘”的混合式磁盘组合，使用具有很高IO性能的固态硬盘，缓存桌面云在运行过程中经常访问的热点数据，高达60%以上的热点数据缓存命中率，有效保障了桌面云超融合服务器的读写效率。便得用户比使用普通PC机械硬盘更快的响应感受。

通过云终端使用，单台PC功耗从200多瓦降至20瓦，有效降低碳排放量和能源成本，碳排放量预计降低 80% 以上，根据终端数量，一年节约的能源成本达数万至数十万元，符合国家节能减排的大政方针。

6 总结

教育信息化日益完备的今天，计算机作为智能型信息化工具已经和学校师生的日常工作和学习密不可分。随云计算技术的成熟和现代化办公需求日益增多，云终端、平板、智能手机等新型信息化工具，无论技术先进性还是易用性都已逐渐超越传统PC，普通计算机已经不是教育行业教学和办公最理想的解决方案。在保持现有层次结构关系不变的前提下，采用超融合服务器、桌面虚拟化技术，可使资源得到最大化利用，应用系统可靠性也大大提高;教职工桌面云的使用感受和目前的本机工作无差别，完全可以满足教学、管理等需要，但在安全性、可靠性、便利性方面有了很大的提高，同时运维的难度、使用成本方面，有了明显的降低。在智慧校园建设中，逐步推广使用桌面云系统，符合教育信息化发展方向。

参考文献：

[1] 崔佳.桌面云在高校教学及办公的应用[J].南方农机，2017，48（20）：128.

[2] 李勇.浅谈云桌面技术在基层学校的有效运用[J].通讯世界，2021（4）：299-300.

[3] 王世刚.基于虚拟桌面云平台系统集成的研究[J].武汉工程职业技术学院学报，2020，32（4）：27-30.

[4] 吴晓冰.桌面云技术在高校实验室管理中的应用[J].电子测试，2020（22）：70-71，65.

[5] 张钧泰.桌面云在智慧校园建设的应用研究与发展设想——以中职学校为例[J].中国管理信息化，2016，19（4）：165-167.

[6] 黄科，宋刚.云桌面技术在高职院校的运用与推广分析[J].无线互联科技，2021，18（2）：115-116.

【通联编辑：王力】