王子榮，徐少華

（1.湖南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南長沙，410082；2.湖南大學(xué)校園信息化建設(shè)與管理辦公室，湖南長沙，410082）

基于國家超級計算資源建設(shè)高等教育學(xué)習(xí)云的研究與探索

王子榮1，徐少華2

（1.湖南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南長沙，410082；2.湖南大學(xué)校園信息化建設(shè)與管理辦公室，湖南長沙，410082）

本文分析我國教育信息化建設(shè)需求，切合國家教育信息化“十二五”發(fā)展規(guī)劃，把握國家超級計算長沙中心的建設(shè)契機，發(fā)揮湖南大學(xué)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源和通過網(wǎng)絡(luò)充分整合的湖南省各高校優(yōu)質(zhì)資源的優(yōu)勢，研究將這些資源與國家超算中心穩(wěn)健的服務(wù)器、海量的存儲器、巨大的吞吐能力和可并行計算等IT硬件資源進行充分融合，建設(shè)高等教育學(xué)習(xí)云的可能，探索實現(xiàn)數(shù)字化校園、教育資源共享等教育服務(wù)平臺在技術(shù)上與超算資源的對接。

超級計算；教育學(xué)習(xí)云；資源共享

《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》提出“建立國家教育云服務(wù)模式。充分整合現(xiàn)有資源，采用云計算技術(shù)，形成資源配置與服務(wù)的集約化發(fā)展途徑，構(gòu)建穩(wěn)定可靠、低成本的國家教育云服務(wù)模式”。[1]建立教育學(xué)習(xí)云的基石在于優(yōu)質(zhì)教育資源的充分共享。只有大學(xué)尤其是高水平大學(xué)發(fā)揮各自優(yōu)勢，建設(shè)好自己的學(xué)習(xí)云，通過網(wǎng)絡(luò)將教育學(xué)習(xí)云的資源共享給廣大的需求者，各學(xué)習(xí)云通過高速互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)整合起來，才能形成蔚然大觀的國家教育云。

一、湖南省建設(shè)高等教育學(xué)習(xí)云的必要性

1．建設(shè)高等教育學(xué)習(xí)云是國家教育信息化建設(shè)與發(fā)展的需要

黨和國家高度關(guān)心和支持教育信息化的建設(shè)與發(fā)展。上世紀(jì)90年代以來，國家實施了一系列重大工程和政策措施，在CERNET/CERNET II及教育信息化方面先后投入數(shù)十億元，我國的教育信息化建設(shè)取得了快速和持續(xù)的發(fā)展。教育學(xué)習(xí)云是信息化公共支撐體系的重要組成部分，而建設(shè)信息化公共支撐環(huán)境、提升公共服務(wù)能力和水平，是推進教育信息化的基礎(chǔ)工程和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2.建設(shè)高等教育學(xué)習(xí)云是全面落實國家教育信息化中長期發(fā)展規(guī)劃的需要

今年3月，教育部正式頒布了《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011－2020年）》，提出超前部署教育信息網(wǎng)絡(luò)，實施中國教育和科研計算機網(wǎng)（CERNET）升級換代。支持IPv6協(xié)議，IPv6互聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)有IPv4互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)互聯(lián)互通。建立國家教育云服務(wù)模式。充分整合現(xiàn)有資源，采用云計算技術(shù)，形成資源配置與服務(wù)的集約化發(fā)展途徑，構(gòu)建穩(wěn)定可靠、低成本的國家教育云服務(wù)模式。支撐優(yōu)質(zhì)資源全國共享和教育管理信息化，可同時為IPv4和IPv6用戶提供教育基礎(chǔ)云服務(wù)。[1]可見，建設(shè)高等教育學(xué)習(xí)云是落實國家教育信息化中長期發(fā)展規(guī)劃的重要內(nèi)容。

3.建設(shè)高等教育學(xué)習(xí)云是湖南建設(shè)“教育強省”的需要

湖南擁有高等教育機構(gòu)100余所，普通教育機構(gòu)達2萬多所，一直是全國教育大省。然而，由于種種原因，CERNET在湖南的發(fā)展不盡如人意。湖南省高校的CERNET接入使用率約為45%，且接入帶寬普遍偏低。除湖南大學(xué)、中南大學(xué)以1000M接入外，大部分學(xué)校接入帶寬均低于34M。事實證明，低于100M的連接帶寬無法滿足高校規(guī)模性資源共建共享的基本需要。作為國家重點資金支持的CNGI建設(shè)主力的CERNET II建設(shè)項目，目前湖南省僅有國防科技大學(xué)、湖南大學(xué)、中南大學(xué)全網(wǎng)實現(xiàn)IPv6技術(shù)升級，湖南師范大學(xué)等少數(shù)幾所高校接入了IPv6技術(shù)支撐的CERNET II。上述教育信息化基礎(chǔ)條件的約束，已在很大程度上阻礙了湖南省高校之間、湖南高校與全國高校之間的聯(lián)系與交流、資源的互訪與共享，制約著湖南省教育信息化的建設(shè)與可持續(xù)發(fā)展。湖南高校的發(fā)展迫切需要從信息化建設(shè)來破局，以此助推“教育強省”建設(shè)。

二、湖南大學(xué)建設(shè)高等教育學(xué)習(xí)云的可行性

1.國家超級計算中心的建設(shè)提供了云計算能力和傳輸能力

2009年12月，湖南省人民政府下發(fā)文件，批復(fù)在湖南大學(xué)建設(shè)國家超級計算長沙中心，項目共計劃投資6.7億，按遠期一千萬億次的計算能力設(shè)計；2010年8月，正式啟動項目建設(shè)；2011年11月，中心的實際計算能力已經(jīng)突破1372萬億次/秒。同年，湖南大學(xué)與湖南廣電簽署了10年的光纖租用協(xié)議，開始配套建設(shè)覆蓋全省的1000M高速光纖傳輸骨干網(wǎng)絡(luò)，將湖南省政府投資建設(shè)的超級計算資源共享給全省的教育和科研機構(gòu)。

2.湖南大學(xué)優(yōu)質(zhì)資源與國家超級計算資源的充分整合是湖南大學(xué)教育學(xué)習(xí)云應(yīng)用示范項目的關(guān)鍵

湖南大學(xué)擁有實力雄厚的理工類學(xué)科、特色鮮明的經(jīng)濟、管理類學(xué)科、發(fā)展迅速的人文學(xué)科的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，和以千年學(xué)府濃郁的學(xué)習(xí)氛圍、敢為人先的湖湘文化精髓為代表的獨特軟資源，將這些資源與國家超算中心穩(wěn)健的服務(wù)器、海量的存儲器、巨大的吞吐能力和可并行計算等IT硬件資源進行充分整合，實現(xiàn)數(shù)字化校園、教育資源共享等教育服務(wù)平臺在技術(shù)上與超算資源對接，是國家教育云湖南中心項目建設(shè)的關(guān)鍵所在。

3.湖南大學(xué)具備承擔(dān)大型信息化建設(shè)項目的良好基礎(chǔ)和豐富經(jīng)驗

目前，湖南大學(xué)建成了全網(wǎng)支持IPv6的校園網(wǎng)，校園網(wǎng)設(shè)備先進，萬兆骨干地面有線網(wǎng)已全覆蓋所有校區(qū)，無線校園網(wǎng)也已同步覆蓋，校園網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)計算機達3萬余臺，出口帶寬4000M，數(shù)字化校園已初具規(guī)模，具備了良好的教育信息化建設(shè)基礎(chǔ)。此外，湖南大學(xué)在計算機及網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域與社會各界有著廣泛合作。2007年，與中國銀行合作，建成了湖南大學(xué)一卡通數(shù)字校園系統(tǒng)；2008年，與中國移動合作，建成了湖南大學(xué)移動數(shù)字化校園，實現(xiàn)了校園無線網(wǎng)全覆蓋和支持學(xué)校各應(yīng)用系統(tǒng)向手機等智能移動終端遷移的統(tǒng)一移動應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)平臺；2010年，與湖南廣電合作共建“三網(wǎng)融合”湖南高校視頻服務(wù)平臺，并已于近期完成平臺建設(shè)，開始在湖南大學(xué)試點IPTV網(wǎng)絡(luò)電視服務(wù)，積累了豐富的大型信息化項目建設(shè)經(jīng)驗。

三、高等教育學(xué)習(xí)云的建設(shè)目標(biāo)、建設(shè)原則及總體思路

建設(shè)目標(biāo)：充分利用國家超算中心的云計算和云存儲技術(shù)資源，新建和整合全校乃至全省的高等教育優(yōu)質(zhì)資源并呈現(xiàn)于教育基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)上，形成區(qū)域云；利用Web Service接口技術(shù)實現(xiàn)云內(nèi)異構(gòu)資源之間的融合，形成公共云；對終端用戶——學(xué)生提供有效的推送模式，建設(shè)教育科研資源示范基地——湖南大學(xué)教育學(xué)習(xí)云應(yīng)用示范中心，形成面向湖南大學(xué)學(xué)生、進而推廣到省內(nèi)外高校大學(xué)生的運營模式，推動優(yōu)質(zhì)教育資源共享和教育的均衡發(fā)展。

建設(shè)原則：依托國家超算中心的云計算、云存儲資源積極推進湖南大學(xué)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源、數(shù)字化校園、信息化管理服務(wù)平臺以及校園網(wǎng)絡(luò)文化等應(yīng)用的建設(shè)，并通過骨干傳輸網(wǎng)實現(xiàn)各類教育信息化資源在CERNET成員高校間的高速共享，推動優(yōu)質(zhì)教育資源的建設(shè)，建立有效的運營管理模式，解決教育資源的推送問題，實現(xiàn)資源共享，為教育基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)資源的良性循環(huán)和運營提供示范和參考。

總體建設(shè)思路：第一步，湖南大學(xué)組織優(yōu)質(zhì)教育資源庫的建設(shè)，試點探索湖南大學(xué)的獨特教育資源與國家超級計算長沙中心的資源的深度整合，形成湖南大學(xué)教育學(xué)習(xí)云；第二步，依托國家超算中心的云計算優(yōu)勢，建成優(yōu)質(zhì)資源的運營管理平臺，建設(shè)覆蓋全省乃至全國高校的湖南大學(xué)教育學(xué)習(xí)云應(yīng)用示范中心；第三步，通過前期試點，逐步推動高校優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源和數(shù)字圖書資源的高校校際共享，以及IPTV網(wǎng)絡(luò)電視等增值服務(wù)業(yè)務(wù)的建設(shè)與推廣，豐富高校的教學(xué)、科研、服務(wù)以及文化活動；第四步，進一步爭取資金和政策扶持，擴大教育學(xué)習(xí)云應(yīng)用示范項目的資源服務(wù)覆蓋范圍和受益群體。

四、高等教育學(xué)習(xí)云的建設(shè)內(nèi)容

1.云課程及其服務(wù)平臺建設(shè)

立足“十二五”教育資源建設(shè)目標(biāo)和任務(wù)，結(jié)合教育基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的特性和現(xiàn)狀，在教育基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有規(guī)模以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，研究基于云計算框架下教育資源整合、開發(fā)、運營的新技術(shù)，研發(fā)教學(xué)、科研、校園文化資源開發(fā)和推送模式平臺，在此基礎(chǔ)上建設(shè)基于同步區(qū)域云的教育應(yīng)用資源庫，建立基于國家超算中心的云計算資源教育示范基地，探索教育資源的推送和服務(wù)模式，面向全省大學(xué)生提供互聯(lián)網(wǎng)資源服務(wù)。

云課程教學(xué)服務(wù)模式主要由以下四個部分組成：

（1）建設(shè)學(xué)習(xí)云資源庫：包括把握高等教育的潛在需求，制作基于網(wǎng)絡(luò)云的名課程；建設(shè)學(xué)習(xí)云的門戶網(wǎng)站；持續(xù)地充實優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源庫；提供教育類網(wǎng)站的核心應(yīng)用，提高學(xué)習(xí)者的訪問黏度。

（2）搭建教育資源共享平臺：試點建設(shè)1～2個品牌云課程，以教學(xué)內(nèi)容精品化為抓手，探討云課程教學(xué)模式，打通技術(shù)環(huán)節(jié)，制定制作技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；明確具體技術(shù)手段的應(yīng)用，搭建好教育資源共享平臺。

（3）營造虛實結(jié)合的學(xué)習(xí)氛圍：通過搭建視頻互動、輔導(dǎo)和社交環(huán)境的實時交互平臺，營造和諧、高效的學(xué)習(xí)氛圍，提供智能化、一站式服務(wù)的模塊化，做到虛中有實，讓學(xué)生感同身受。

（4）不斷創(chuàng)新增值服務(wù)內(nèi)容：在教學(xué)內(nèi)容、手段、氛圍和互動等方面持續(xù)改進，通過對流量的分析，將有價值的內(nèi)容和環(huán)節(jié)精品化，并開始制定、完善相應(yīng)產(chǎn)業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)。

探索創(chuàng)新的學(xué)習(xí)云教育模式恰逢其時。第一，教育資源的學(xué)習(xí)者和提供者廣為分散，但無處不在的網(wǎng)絡(luò)卻將他們聯(lián)系在一起。當(dāng)教育平臺資源、應(yīng)用和用戶量激增時，非常適合采用云計算技術(shù)，學(xué)習(xí)云則是最好的選擇；第二，基于學(xué)習(xí)云實施網(wǎng)絡(luò)“名師”教育教學(xué)服務(wù)，突出了個性化學(xué)習(xí)特色，滿足了學(xué)生學(xué)習(xí)需要。在學(xué)習(xí)云里實現(xiàn)了全省如重點學(xué)科、重點實驗室、精品課程、知名教師等優(yōu)質(zhì)教育資源的鏈接，提高了學(xué)習(xí)效率（如學(xué)分積累、互動交流、從業(yè)資格證書、文憑獲?。?；第三，面向全省教育事業(yè)，充分利用國家超級計算長沙中心的強大優(yōu)勢，搭建一個面向我校和全省學(xué)習(xí)者的教育云模式。

2.湖南大學(xué)教育學(xué)習(xí)云資源高速光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

（1）骨干網(wǎng)建設(shè)

教育學(xué)習(xí)云資源高速光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)骨干網(wǎng)依托國家超級計算長沙中心配套建設(shè)的超算資源共享網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，復(fù)用超算的配套網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)骨干以星型拓?fù)浣M網(wǎng)，主要依托省內(nèi)各地市高校來組建。在湖南大學(xué)放置核心路由器H3C SR8808,在各地區(qū)城市高校節(jié)點骨干路由器H3C SR8802，通過13條到全省各市州高校的1000M長途光纖鏈路，將傳輸網(wǎng)核心路由器與各市州的城市節(jié)點骨干路由器以1000M帶寬高速連接起來，組成湖南大學(xué)教育學(xué)習(xí)云資源高速光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)骨干網(wǎng)拓?fù)洹?/p>

國家超算長沙中心的云計算資源網(wǎng)以萬兆帶寬接入湖南大學(xué)教育學(xué)習(xí)云資源高速光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)核心路由器，高速光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)前期上行以多個1000M（后期需要時升級到萬兆上連）與CERNET長沙節(jié)點（中南大學(xué)）和CERNET II長沙節(jié)點（中南大學(xué)）連接,實現(xiàn)IPv4網(wǎng)和IPv6網(wǎng)雙聯(lián)通。

傳輸骨干網(wǎng)設(shè)備全面支持IPv4/IPv6雙棧，各市州接入高校的校園網(wǎng)均可在訪問IPv4的同時直接訪問IPv6。

（2）骨干網(wǎng)的運行與維護

湖南大學(xué)與各城市節(jié)點高校一起，組建專業(yè)的骨干網(wǎng)運維隊伍，全面負(fù)責(zé)骨干傳輸網(wǎng)運行、管理與維護，共同保障骨干傳輸網(wǎng)健康、穩(wěn)定運行和云計算資源正常服務(wù)；繼續(xù)延伸傳輸網(wǎng)絡(luò)，讓湖南更多高校、教育科研機構(gòu)等單位享用湖南大學(xué)教育學(xué)習(xí)云的優(yōu)質(zhì)資源。

3.推進湖南大學(xué)數(shù)字化校園建設(shè)

以湖南大學(xué)目前的教育信息化建設(shè)成果為基礎(chǔ)，結(jié)合國家超級計算中心的云計算和云存儲能力，建設(shè)完善的數(shù)字化校園綜合應(yīng)用平臺，推進高水平高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)課程、精品課程、多媒體教學(xué)、數(shù)字圖書及電子期刊等各類教學(xué)資源的建設(shè)，預(yù)計在3～5年內(nèi)教學(xué)資源總?cè)萘窟_20TB；建成信息化管理服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)群，實現(xiàn)各類管理服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)實時共享，通過提高管理與服務(wù)信息化程度，為師生提供快捷、智能的信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)環(huán)境；花3～5年的時間，在數(shù)據(jù)挖掘、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)基礎(chǔ)上建設(shè)智能決策支持系統(tǒng)，為管理決策提供全面支撐，進而實現(xiàn)數(shù)字校園、智慧校園的目標(biāo)。

4.推動湖南省高校校際資源共享建設(shè)

依托湖南大學(xué)教育學(xué)習(xí)云資源高速光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)，完成網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源、數(shù)字圖書館資源、校園網(wǎng)絡(luò)文化應(yīng)用、移動教學(xué)管理平臺等各類教育信息化建設(shè)成果，并作為應(yīng)用示范在省內(nèi)高校間進行共享。積極促進省內(nèi)各高校優(yōu)質(zhì)教育資源及應(yīng)用的共建共享，逐步形成校際間共同推進教育信息化的良好局面，為實現(xiàn)“數(shù)字湖南”而努力。

五、結(jié)束語

依托國家超級計算中心的云計算以及云存儲能力，將巨大的超級計算資源、獨特的湖湘文化教育資源、在建的高速光纖傳輸骨干網(wǎng)絡(luò)資源進行充分整合而建成的湖南大學(xué)教育學(xué)習(xí)云應(yīng)用示范中心，將搭建起適合高校數(shù)字化校園建設(shè)的綜合應(yīng)用中間平臺，探索將科學(xué)計算、云存儲有效地跟高校信息化建設(shè)緊密結(jié)合起來的一種模式，并通過在湖南大學(xué)試點、在湖南省高校的推廣，開創(chuàng)超級計算與高校數(shù)字化校園建設(shè)的無縫對接。

以國家超算中心建設(shè)為契機，建成湖南大學(xué)教育學(xué)習(xí)云資源高速光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)湖南省各地級城市高校高速接入CERNET，是湖南省各高校的期望；建成的學(xué)習(xí)云資源高速光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)上全面支持下一代互聯(lián)技術(shù)IPv6，同時引領(lǐng)全省高校高速接入中國下一代互聯(lián)網(wǎng)示范工程（CNGI）重點建設(shè)項目之CERNET II，將為湖南省高校創(chuàng)造良好的爭取國家CNGI項目支持的技術(shù)及基礎(chǔ)條件，并充分享受豐富的CERNET II網(wǎng)絡(luò)信息資源和全球最大的下一代互聯(lián)網(wǎng)實驗教學(xué)平臺。

依托國家超級計算中心和其配套高速傳輸網(wǎng)絡(luò)建成的教育學(xué)習(xí)云應(yīng)用示范推廣平臺，依托傳輸網(wǎng)建設(shè)的數(shù)字圖書館、精品課程、視頻課件等優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源和數(shù)字圖書資源，實現(xiàn)教育資源的充分共享，在信息技術(shù)與高等教育和科研深度融合、促進教育內(nèi)容和教學(xué)手段的現(xiàn)代化、創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式方面具有深刻意義。☉

[1]國家教育部.教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）[E].2012.3.

（編輯：金冉）

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：A

：1673-8454(2012)13-0007-03