黃建設(shè)

（浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院工學(xué)院，浙江 寧波 315012）

基于云計(jì)算的DSCRAM教學(xué)資源按需部署系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)*

黃建設(shè)

（浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院工學(xué)院，浙江 寧波 315012）

針對(duì)當(dāng)前教學(xué)資源平臺(tái)存在的問(wèn)題，本文提出基于云計(jì)算的DSCRAM教學(xué)資源按需部署系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架和實(shí)現(xiàn)技術(shù)。新的系統(tǒng)可以讓用戶(hù)批量部署定制需求，使用權(quán)重資源推優(yōu)算法為用戶(hù)提供最新最優(yōu)的教學(xué)資源，并將用戶(hù)需求的資源實(shí)時(shí)自動(dòng)更新。整個(gè)系統(tǒng)不僅具備高可靠性、高一致性和高可用性，還提高了教學(xué)資源的利用率，減少了因教學(xué)資源的重復(fù)建設(shè)而形成的人力、物力、財(cái)力上的浪費(fèi)。

云計(jì)算；課程建設(shè)；教學(xué)資源共享；DSCRAM

一、引 言

《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要 （2010-2020年）》明確指出：樹(shù)立以提高質(zhì)量為核心的教育發(fā)展觀，注重教育內(nèi)涵發(fā)展，建立以提高教育質(zhì)量為導(dǎo)向的管理制度和工作機(jī)制，把教育資源配置和學(xué)校工作重點(diǎn)集中到強(qiáng)化教學(xué)環(huán)節(jié)、提高教育質(zhì)量上來(lái)。教育部辦公廳也先后出臺(tái)了 《教育部關(guān)于全面提高高等職業(yè)教育教育教學(xué)質(zhì)量的若干意見(jiàn)》、《國(guó)家精品課程建設(shè)工作實(shí)施辦法》等，這充分說(shuō)明了課程建設(shè)是高等學(xué)校教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)改革工程的重要組成部分。

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)各教育部門(mén)和學(xué)校，積極響應(yīng)教育部號(hào)召，鼓勵(lì)教師進(jìn)行課程改革與建設(shè)、申報(bào)精品課程，以提高高等學(xué)校教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)質(zhì)量。但是由于制度、觀念等因素，學(xué)校或教育機(jī)構(gòu)均自主開(kāi)發(fā)教學(xué)資源，缺乏統(tǒng)一管理，致使教育資源重復(fù)建設(shè)，資源良莠不齊、使用率低。精品課程是實(shí)現(xiàn)了部分的共享，但不系統(tǒng)，也沒(méi)有集聚廣大優(yōu)秀教師的集體力量，使得精品課程并不全都是精品，比如說(shuō)可能這個(gè)課程大部分內(nèi)容如教學(xué)方法、教學(xué)計(jì)劃等是精品，但是教學(xué)課件也許并不是最好的。因此，一些專(zhuān)家對(duì)我國(guó)教學(xué)資源共享進(jìn)行研究，對(duì)教學(xué)資源共享思想和平臺(tái)進(jìn)行探討和實(shí)踐，但真實(shí)完全實(shí)現(xiàn)教育教學(xué)的優(yōu)質(zhì)資源共享平臺(tái)還沒(méi)建成，更沒(méi)有出現(xiàn)建立按需部署教學(xué)資源系統(tǒng)的想法。[1-7]

二、云計(jì)算概述

云計(jì)算[8](Cloud Computing)是分布式處理(Distributed Computing)、并行處理 (Parallel Computing)和網(wǎng)格計(jì)算(Grid Computing)的發(fā)展，其最基本的概念是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將龐大的計(jì)算、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)、應(yīng)用等分布式資源，按照服務(wù)等級(jí)協(xié)議，采用即用即付費(fèi)原則，按需動(dòng)態(tài)地為用戶(hù)提供所需資源的服務(wù)模式。用戶(hù)使用簡(jiǎn)單的終端設(shè)備即可使用云中的服務(wù)，設(shè)備的購(gòu)置和維護(hù)、資源的管理、升級(jí)和服務(wù)等由提供商負(fù)責(zé)。它是一種共享互聯(lián)網(wǎng)中分布式資源的方法，將硬件和軟件抽象為虛擬化的資源加以管理，形成一個(gè)巨大的資源池，并將其以服務(wù)的方式通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提供給用戶(hù)。

云計(jì)算的部署方式按照部署范圍，可分為公有云、私有云和混合云。鑒于教育資源是提供給學(xué)?；蚪逃龣C(jī)構(gòu)使用，所以本系統(tǒng)采用私有云方法，即教育部使用自由的基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建教育云，如圖1所示，它提供的服務(wù)僅供接入該系統(tǒng)的學(xué)校或教育機(jī)構(gòu) （也可以是對(duì)教育感興趣的個(gè)人）使用?；谠朴?jì)算的資源共享平臺(tái)具備以下DSCRAM等優(yōu)點(diǎn)：

第一，按需快速部署（Rapid Deployment of on Demand），該平臺(tái)可以將用戶(hù)需求的資源快速定制為用戶(hù)的虛擬機(jī)、虛擬存儲(chǔ)等，用戶(hù)使用這些虛擬設(shè)備，就像使用自己的私有物理設(shè)備一樣，云資源管理可通過(guò)用戶(hù)提交在服務(wù)平臺(tái)上的選擇，完成相應(yīng)的虛擬設(shè)備設(shè)置工作。

第二，高可伸縮（Scalability），虛擬化資源池可提供最大限度的靈活性和可伸縮性，云計(jì)算的各種資源，可根據(jù)需求快速地改變資源配比，為企業(yè)或機(jī)構(gòu)提供快速變更和升級(jí)機(jī)制，變更服務(wù)一般僅需要幾分鐘就可以完成。[9]

第三，高一致性(Consistent)，整個(gè)系統(tǒng)是實(shí)時(shí)監(jiān)控的，當(dāng)有資源更新時(shí)，系統(tǒng)會(huì)將更新資源自動(dòng)推送到每個(gè)需要該資源的用戶(hù)。

第四，高可靠性(Reliability)，由于采用私有云部署，所以其數(shù)據(jù)安全性、可用性均可由企業(yè)或機(jī)構(gòu)自己控制，可靠性高。

第五，高可用性(Availability)，整個(gè)系統(tǒng)的服務(wù)必須是每天24小時(shí)每星期7天可用的。即使在部分硬件（如硬盤(pán)、服務(wù)器、子網(wǎng)絡(luò)）和部分軟件（如操作系統(tǒng)、服務(wù)進(jìn)程）失效的情況下，系統(tǒng)可以繼續(xù)提供服務(wù)，最終用戶(hù)不會(huì)感知到整個(gè)服務(wù)的中斷，除了正在失效點(diǎn)上處理請(qǐng)求的部分用戶(hù)可能會(huì)收到服務(wù)處理失敗、需要重新提交請(qǐng)求。

第六，高可管理(Manageability)，該系統(tǒng)可采用云管理系統(tǒng)和虛擬技術(shù)將計(jì)算資源靈活地部署到分布式自系統(tǒng)之中，所有資源均可靈活調(diào)度、監(jiān)控和管理。

三、基于云計(jì)算的DSCRAM教學(xué)資源共享平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.平臺(tái)層次結(jié)構(gòu)

基于云計(jì)算的DSCRAM教學(xué)資源共享平臺(tái)層次結(jié)構(gòu)主要由服務(wù)層、管理層、數(shù)據(jù)層組成，如圖2所示。

（1）服務(wù)層

描述了前臺(tái)所提供的服務(wù)種類(lèi)，它包括用戶(hù)的資源推優(yōu)申請(qǐng)、資源下載、資源上傳、資源瀏覽、資源批量配置定制、專(zhuān)家對(duì)資源推優(yōu)申請(qǐng)的接受、資源推優(yōu)和記錄結(jié)果上傳等等。

（2）管理層

負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)各種后臺(tái)管理功能，主要包括各種資源推優(yōu)管理、資源按照用戶(hù)定制進(jìn)行批量配置管理、資源推送管理、用戶(hù)管理等。

用戶(hù)管理：主要是控制用戶(hù)的生成、信息修改、權(quán)限設(shè)置以及各種交互操作。它包括一般用戶(hù)管理和專(zhuān)家用戶(hù)管理。這里一般用戶(hù)是接入該系統(tǒng)的教育用戶(hù)，專(zhuān)家用戶(hù)又按照不同專(zhuān)業(yè)不同地區(qū)專(zhuān)家進(jìn)行分類(lèi)。

資源推優(yōu)申請(qǐng)管理：負(fù)責(zé)接受用戶(hù)的資源推優(yōu)申請(qǐng)，并自動(dòng)觸發(fā)通知專(zhuān)家評(píng)分。

共享工具管理：主要提供各種上傳、下載、交互軟件和插件控制。

資源推優(yōu)管理：負(fù)責(zé)輪詢(xún)各專(zhuān)家評(píng)分記錄表，使用資源權(quán)重推優(yōu)算法進(jìn)行資源推優(yōu)。

資源推送管理：在資源有變動(dòng)的情況下，負(fù)責(zé)自動(dòng)更新資源到用戶(hù)批量配置目錄下，無(wú)須人工參與。

（3）數(shù)據(jù)層

包括所有后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，負(fù)責(zé)各種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

資源庫(kù)：分類(lèi)存放教學(xué)大綱、課件、教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)等各種教學(xué)資源。

資源目錄服務(wù)：是用戶(hù)在取得相應(yīng)權(quán)限后選擇或定制的服務(wù)列表庫(kù)。

用戶(hù)信息庫(kù)：用于存放用戶(hù)的注冊(cè)、權(quán)限分配等信息。

2．平臺(tái)實(shí)現(xiàn)技術(shù)

（1）按需自動(dòng)快速部署

系統(tǒng)中目錄服務(wù)器里配備有所有專(zhuān)業(yè)所有課程的所有資料，資料存放路徑為：/云計(jì)算/專(zhuān)業(yè)/課程/教學(xué)資源。并不是所有教學(xué)資源都自動(dòng)推送給接入該系統(tǒng)的用戶(hù)，而是每個(gè)授權(quán)用戶(hù)，可以自己定制個(gè)性化教學(xué)資源，比如，用戶(hù)A只關(guān)心計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)方面的幾個(gè)課程：計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)、計(jì)算機(jī)軟件工程、計(jì)算機(jī)組網(wǎng)技術(shù)三門(mén)課程，即可按照?qǐng)D3所示路徑部署其個(gè)性化需求。用戶(hù)B只關(guān)心金融專(zhuān)業(yè)方面的幾個(gè)課程：會(huì)計(jì)電算化、金融學(xué)、銀行貨幣學(xué)三門(mén)課程，即可按照?qǐng)D4所示路徑部署其個(gè)性化需求。每個(gè)授權(quán)用戶(hù)機(jī)器在云計(jì)算節(jié)點(diǎn)服務(wù)器上均有一個(gè)以自己IP命名的節(jié)點(diǎn)目錄，而這個(gè)節(jié)點(diǎn)目錄是按照用戶(hù)需求由用戶(hù)自己定制的，為了區(qū)分不同用戶(hù)需求，在/云計(jì)算/目錄和/專(zhuān)業(yè)/目錄間增加各自臨時(shí)IP命名的目錄，比如用戶(hù)A增加的目錄為/IPA/。節(jié)點(diǎn)服務(wù)器實(shí)時(shí)監(jiān)視與并自動(dòng)部署教學(xué)資源，當(dāng)其監(jiān)聽(tīng)到系統(tǒng)中有資源更新時(shí)，負(fù)責(zé)把資源自動(dòng)推送到制定過(guò)的用戶(hù)，用戶(hù)不需要任何操作即可得到自己需要的最新教學(xué)資源。

（2）資源權(quán)重推優(yōu)算法

當(dāng)接入系統(tǒng)的教學(xué)單位終端提出資源優(yōu)化申請(qǐng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)觸發(fā)相關(guān)程序通知專(zhuān)家評(píng)分。教學(xué)資料最終得分是通過(guò)權(quán)重算法計(jì)算得出，分?jǐn)?shù)最高者得優(yōu)，然后系統(tǒng)自動(dòng)將最優(yōu)資源推送到需要的用戶(hù)。這里的權(quán)重是根據(jù)專(zhuān)家的不同而不同，同一專(zhuān)業(yè)課程資料在其附近同地區(qū)的專(zhuān)家比重偏重，其他地區(qū)離的越遠(yuǎn)比重越輕，綜合專(zhuān)家評(píng)分比重視情況也有所不同。另外，還要看專(zhuān)家評(píng)分時(shí)間，如果其評(píng)分時(shí)間是上次評(píng)優(yōu)時(shí)間，則專(zhuān)家這次沒(méi)有參與評(píng)分，其結(jié)果無(wú)效，如果無(wú)效結(jié)果與所有需要專(zhuān)家評(píng)分的比例超過(guò)5%，則本次評(píng)優(yōu)無(wú)效，需要重新催促未判分的教授在規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行判分。

假設(shè)有 n 個(gè)專(zhuān)家，P={P0,P2,……Pn-1}，W(Pi)表示專(zhuān)家Pi的權(quán)值，是指Pi專(zhuān)家評(píng)分資料分?jǐn)?shù)的權(quán)重，其值在0～1之間，C為統(tǒng)計(jì)資料評(píng)判時(shí)間為上次評(píng)分時(shí)間的個(gè)數(shù)，Bi為本資料與前一個(gè)最優(yōu)資料相似度，相似度高的，不更新不推優(yōu)，Ci為專(zhuān)家給本資料評(píng)判的分?jǐn)?shù)，則用戶(hù)Uk的課程各資料最后得分UkSj(j=0,1,……m)的計(jì)算公式

UkSj最高者得優(yōu)。

四、系統(tǒng)評(píng)價(jià)與結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)搭建在云計(jì)算技術(shù)構(gòu)架之上，有如下優(yōu)點(diǎn)：

第一，輕松實(shí)現(xiàn)教學(xué)資料按需自動(dòng)部署。教學(xué)資料實(shí)時(shí)更新，并自動(dòng)向每個(gè)接入系統(tǒng)終端下推，無(wú)須人工下載。

第二，高效的資源環(huán)境讓教育研究者目標(biāo)更明確，效果更高。教學(xué)資料不但是最新最優(yōu)的，而且是免費(fèi)提供的，這樣課程建設(shè)者可以借鑒前面資料，研究起點(diǎn)高。

第三，該系統(tǒng)具備高可靠性、一致性和穩(wěn)定性。云計(jì)算能提供最可靠、最安全的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心，用戶(hù)不用擔(dān)心數(shù)據(jù)丟失、病毒入侵等；另外，云計(jì)算對(duì)用戶(hù)端的設(shè)備要求低，使用方便，可以輕松實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備間的數(shù)據(jù)與應(yīng)用共享。

[1]徐朝軍.基于主題搜索的通用教學(xué)資源共享平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)遠(yuǎn)程教育,2010(3).

[2]任為民.關(guān)于發(fā)展我國(guó)現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育和教學(xué)資源建設(shè)的幾點(diǎn)看法[J].中國(guó)遠(yuǎn)程教育,2000(5).

[3]林長(zhǎng)方.淺議高校數(shù)字化教學(xué)資源共享平臺(tái)的管理與維護(hù)[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè),2009(7).

[4]李方云,李春林,李輝.網(wǎng)格多級(jí)代理認(rèn)證在教學(xué)資源共享中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展,2009(8).

[5]韓錫斌,楊娟,程建鋼.為什么構(gòu)建高校數(shù)字化教學(xué)資源中心[J].中國(guó)教育網(wǎng)絡(luò),2008(10).

[6]王慶,趙顏.基于知識(shí)管理的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源共享平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)教育信息化，2010(21).

[7]程文豪.著作權(quán)保護(hù)與學(xué)校數(shù)字教學(xué)資源共享的利益平衡研究[D].中國(guó)政法大學(xué),2007.

[8]Foster I.,Zhao Yong,Ioan Raicu,Lu SY..“Cloud computing and grid computing 360-degree compared.In:Grid Computing Environments”in Workshop,GCE,2008.

[9]Amazon,Amazon Elastic Compute Cloud[EB/OL],http://aws.amazon.com/ec2.

G203

B

1673-8454(2011)19-0046-03

*本研究是寧波市2011年教育科學(xué)規(guī)劃研究課題 “基于ZOOKEEPER的教學(xué)資源共建共享型系統(tǒng)部署方案研究”（項(xiàng)目編號(hào)：YGH127）成果之一。

（編輯：隗爽）