楊思煒，高東懷，寧玉文

（1．西北大學(xué) 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，陜西 西安 710069；

2．第四軍醫(yī)大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)中心，陜西 西安 710032）

基于云計算的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源共享研究*

楊思煒1，高東懷2，寧玉文2

（1．西北大學(xué) 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，陜西 西安 710069；

2．第四軍醫(yī)大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)中心，陜西 西安 710032）

云計算是一種資源共享和使用模式，提供了可靠安全的數(shù)據(jù)存儲、方便快捷的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)以及強(qiáng)大的計算能力。本文針對網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源共享中存在的問題，根據(jù)云計算的定義、特點(diǎn)以及服務(wù)形式，論述了云計算為提高網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源共享帶來的新方式。最后參考網(wǎng)格技術(shù)，構(gòu)建出基于云計算的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源共享平臺與系統(tǒng)體系模型。

云計算；虛擬化；網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源；資源共享；網(wǎng)格計算

網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源是網(wǎng)絡(luò)教育過程中的核心和基礎(chǔ)，歷來是專家、學(xué)者、一線教師甚至學(xué)習(xí)者所關(guān)注的焦點(diǎn)。國家教育部門也高度重視并大力支持網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源建設(shè)，建設(shè)了一大批諸如精品課程的優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，但在資源利用方面卻不盡如人意，特別是由于受到觀念陳舊、地域限制、技術(shù)障礙等因素的影響，出現(xiàn)資源無法有效利用和共享等問題。近幾年，云計算以其提供的海量數(shù)據(jù)存儲和方便快捷的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，正逐漸滲透于教育領(lǐng)域中。如果將云計算的相關(guān)技術(shù)和服務(wù)用于解決網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源共享問題，可以探索一條新思路來促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源的有效共享。

一、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源共享存在的三大問題

筆者通過文獻(xiàn)調(diào)查和對學(xué)校信息化部門人員訪談，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源共享一直存在諸多問題，歸納為以下三個方面。

1.缺乏共享意識

長期以來，由于涉及各級各類資源開發(fā)者的切身利益和知識產(chǎn)權(quán)等方面的問題，大多數(shù)資源開發(fā)者不愿意與別人分享自己的資源，共享意識十分淡薄，造成這一結(jié)果的原因是多方面的，其中對資源開發(fā)者的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)不力是最重要的原因之一，一旦知識產(chǎn)權(quán)無法保證，資源開發(fā)者共享資源的積極性也會受到影響。具有較高收益的資源被重復(fù)開發(fā)，低回報的資源又乏人問津，這樣也導(dǎo)致了資源共享障礙。除此之外，某些資源開發(fā)者或開發(fā)部門不屑于降低身份去使用低一級開發(fā)者的資源，大部分資源開發(fā)者的目的都帶有一定的功利色彩，沒有真正從共享的高度來進(jìn)行資源開發(fā)，只僅僅著眼于眼前利益，因此就使得如今網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源共享一直處于劣勢地位。

2.網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源本身的缺陷

網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源本身也制約著共享的實(shí)現(xiàn)。首先，國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源可供共享的種類相對局限于軟件類資源，像服務(wù)器、路由器、實(shí)驗(yàn)設(shè)備這樣的硬件類資源很難被學(xué)習(xí)者或用戶共享和使用，當(dāng)學(xué)習(xí)者進(jìn)行大規(guī)模的計算、存儲或其他實(shí)驗(yàn)活動時，若是沒有相應(yīng)的硬件設(shè)備就會造成學(xué)習(xí)活動無法正常進(jìn)行。其次，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源地域分布不平衡，信息發(fā)達(dá)的地區(qū)所擁有的資源相對要比偏遠(yuǎn)地區(qū)的資源更加豐富和優(yōu)質(zhì)一些，發(fā)達(dá)地區(qū)不愿使用偏遠(yuǎn)地區(qū)的資源，偏遠(yuǎn)地區(qū)想使用發(fā)達(dá)地區(qū)的高質(zhì)量資源又困難重重，這樣它們之間的資源共享就會因?yàn)橘Y源分布不均而受到限制。

3.技術(shù)限制

國內(nèi)目前的資源開發(fā)系統(tǒng)與運(yùn)行環(huán)境十分龐雜，大多資源開發(fā)都是相對獨(dú)立進(jìn)行的，平臺和接口都是針對資源開發(fā)者或特定的對象，無法兼容的接口和運(yùn)行環(huán)境往往導(dǎo)致數(shù)據(jù)資源無法傳輸與交換，這不僅增加資源開發(fā)者技術(shù)和資金投入，造成資源浪費(fèi)，同時也使資源共享的效率處于較低水平。

二、云計算與網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源共享

1.云計算與云計算服務(wù)

（1）云計算定義及特點(diǎn)

云計算的定義已經(jīng)超過20余種。Google公司認(rèn)為:云計算是一種資源共享和使用模式，可以通過網(wǎng)絡(luò)獲得應(yīng)用所需的資源，所有用來提供資源的網(wǎng)絡(luò)被稱為“云”，“云”中的資源是可以無限擴(kuò)展的，并可以隨時獲取，云計算的最終目標(biāo)就是將計算作為一種公共設(shè)施 （Uti l ity）提供給所有用戶，讓人們可以像使用水、電、煤氣和電話那樣使用計算機(jī)資源。[1]我國云計算專家劉鵬認(rèn)為：云計算是將計算任務(wù)分布在大量計算機(jī)構(gòu)成的資源池上，使各種應(yīng)用系統(tǒng)能夠根據(jù)需要獲取計算力、存儲空間和各種軟件服務(wù)。[2]

從國內(nèi)外的定義可以看出，云計算其實(shí)就是由大量計算機(jī)群落組成的、為了實(shí)現(xiàn)更加高效的數(shù)據(jù)處理、最大范圍的協(xié)作與資源共享而提供的一種遠(yuǎn)端服務(wù)。其本質(zhì)其實(shí)就是一種互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。隨著云計算在產(chǎn)業(yè)界所產(chǎn)生的巨大影響及其應(yīng)用的深入，云計算也終將會在人類的學(xué)習(xí)領(lǐng)域產(chǎn)生重要的作用。

云計算除了具有諸如超大規(guī)模、智能化、高可靠性、通用性、動態(tài)可擴(kuò)展、按需服務(wù)、低成本等大家較為熟知的特點(diǎn)以外，還具有其他一些十分重要且不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，歸納如下。

1）軟硬件相對分離，減少了軟件對硬件的依賴

剝離了軟件與硬件的聯(lián)系，通過平行運(yùn)算的方式，使得一個應(yīng)用程序可以在不同的硬件上執(zhí)行，全面解除應(yīng)用服務(wù)與硬件資源間的固定對應(yīng)關(guān)系，不僅減少了軟件對于某臺具體設(shè)備的依賴，而且也避免了資源共享因?yàn)檐浻布牟慌涮锥艿较拗啤?/p>

2）將硬件作為一種服務(wù)提供給用戶使用

將硬件資源進(jìn)行了整合以及虛擬化處理提供給用戶使用，既提高了資源的共享范圍和利用率，也簡化了IT系統(tǒng)維護(hù)的復(fù)雜度，同時更推動硬件設(shè)備向高端發(fā)展。如IBM在2007年11月15日所公布的“Blue Cloud”計劃就是通過提供虛擬化的服務(wù)器以及物理服務(wù)器的計算資源的方式來向用戶提供硬件服務(wù)的。[3]

3）云計算的規(guī)模與其經(jīng)濟(jì)收益成正比

相對于小型云計算供應(yīng)商來說，大型云計算供應(yīng)商整體提升能源利用率的成本將更加便宜，由于成本可以分?jǐn)傇诖罅康姆?wù)器上，相應(yīng)的技術(shù)和管理手段才更可能會被大量使用，因此運(yùn)營商的資本回報率才會提高，據(jù)此可推斷出云計算的規(guī)模不僅影響著經(jīng)濟(jì)收益，并且成正相關(guān)。

4）云計算可以應(yīng)付大的訪問量

在日常的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)中，許多資源網(wǎng)站隨時都有可能遇到突發(fā)性大訪問量。若是在云計算環(huán)境下，利用云存儲的服務(wù)器集群和虛擬化技術(shù)，臨時調(diào)用計算和存儲資源，分配給服務(wù)器和存儲子模塊，可以很好地解決因訪問量過大而導(dǎo)致網(wǎng)站無法訪問或服務(wù)器崩潰等問題。[4]

（2）云計算服務(wù)

云計算在人們的日常網(wǎng)絡(luò)活動中隨處可見，比如Google的搜索服務(wù)、在線郵箱、百會在線辦公、360云查殺等。目前，云計算主要有以下三種服務(wù)形式：軟件即服務(wù)（SaaS）、平臺即服務(wù)（PaaS）和基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）。[5]

SaaS是提供商將應(yīng)用軟件統(tǒng)一部署在自己的服務(wù)器上，用戶按需通過瀏覽器使用軟件，軟件的日常維護(hù)和管理則由提供商負(fù)責(zé)。如騰訊公司的QQ云詞典，無需安裝就可輕松查詞。

PaaS是把開發(fā)環(huán)境作為一種服務(wù)來提供，為企業(yè)或個人提供研發(fā)的中間件平臺，提供實(shí)驗(yàn)平臺、程序開發(fā)平臺、數(shù)據(jù)庫等。

IaaS的實(shí)質(zhì)就是將基礎(chǔ)設(shè)施作為計量服務(wù)提供給客戶。用戶按需租用相應(yīng)計算能力和存儲能力，降低用戶硬件成本。如Amazon Web Services的彈性計算云EC2和簡單的存儲服務(wù)S3。

2.云計算為網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源的共享提供新方式

近幾年，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源的共享一直備受關(guān)注，高效的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源共享不僅可以極大地提高資源的利用效率，也能夠節(jié)約學(xué)習(xí)資源建設(shè)過程中所投入的成本。就目前而言，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源共享因觀念上的差異、管理上的缺陷、知識產(chǎn)權(quán)、無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)、資源分布不均勻、優(yōu)質(zhì)資源不足等因素而遭遇瓶頸。因此，考慮到云計算的特點(diǎn)和“協(xié)作與共享”的核心理念，相信云計算一定能夠?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源的共享提供新的方式，從而使網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源共享不再只是一個美好的愿望。

（1）資源最大范圍共享

云計算的服務(wù)形式使得網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源的共享范圍延伸到了硬件資源，改變了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下學(xué)習(xí)資源共享僅僅局限于文本資料、多媒體課件等軟件類資源的局面，云計算的虛擬化技術(shù)將內(nèi)存、I/O設(shè)備、存儲、計算能力、實(shí)驗(yàn)設(shè)備等硬件類資源整合成一個虛擬的資源池，為學(xué)習(xí)者或用戶提供有償或無償?shù)母黝愑布Y源與服務(wù)，一方面降低了終端學(xué)習(xí)者的成本，另一方面提高了遠(yuǎn)端服務(wù)器等硬件設(shè)備的使用率。

（2）無界限共享

云計算的特點(diǎn)決定了不同設(shè)備、數(shù)據(jù)庫、平臺之間資源的連接、傳輸與交換，突破了網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源分布不均的枷鎖，也使得一個個資源孤島或信息孤島逐漸消失，用戶完全不必顧及計算機(jī)在哪兒，無需擔(dān)心接口與運(yùn)行環(huán)境，只要遵守協(xié)議，所需要的一切資源都會被迅速調(diào)取到用戶面前。這種自由、無拘束的共享方式一定會受到廣大學(xué)習(xí)者的青睞。

（3）產(chǎn)業(yè)化、市場化共享

網(wǎng)絡(luò)教育本身就是一種產(chǎn)業(yè)，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源又是網(wǎng)絡(luò)教育的基礎(chǔ)，因此網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源走向產(chǎn)業(yè)化和市場化是必然趨勢，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源一旦形成產(chǎn)業(yè)化，資源的數(shù)量、質(zhì)量將會有所提高，資源的管理、維護(hù)等也會有相應(yīng)的保證，這樣勢必會促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源共享。

三、云計算環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源共享平臺與系統(tǒng)體系模型設(shè)計

1.基于云計算的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源共享平臺

針對目前國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源共享的現(xiàn)狀，結(jié)合云計算的功能與特點(diǎn)，在云計算環(huán)境下構(gòu)建一個大規(guī)模的資源共享平臺，對有效整合異構(gòu)環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源,提高資源共享、利用程度與效率具有重要作用。該平臺結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖中所構(gòu)建的資源共享平臺系統(tǒng)主要由門戶、注冊中心、用戶、資源提供與管理者和資源節(jié)點(diǎn)組成。其中門戶網(wǎng)站是用戶訪問云端資源與服務(wù)的重要接口。學(xué)習(xí)者或用戶登錄門戶網(wǎng)站所連接的注冊中心進(jìn)行賬號注冊，之后利用賬號進(jìn)入由大量包含各種資源和服務(wù)的節(jié)點(diǎn)所組成的學(xué)習(xí)資源網(wǎng)絡(luò)。該學(xué)習(xí)資源網(wǎng)絡(luò)以大的中心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)為核心，無數(shù)個低一級的小節(jié)點(diǎn)與其相連，小節(jié)點(diǎn)下面又可以連接更低一級的小小節(jié)點(diǎn)，所有節(jié)點(diǎn)之間互相連接，學(xué)習(xí)者或用戶可通過門戶進(jìn)行訪問和調(diào)用。資源提供與管理者利用注冊中心所提供的信息來決策將什么樣的資源和服務(wù)提供給用戶。當(dāng)然學(xué)習(xí)者和用戶也可通過該門戶網(wǎng)站上傳資源，管理者通過整理審核后存入適合的節(jié)點(diǎn)中供其他用戶共享。

2.系統(tǒng)體系模型

云計算中的關(guān)鍵技術(shù)——網(wǎng)格技術(shù)，作為新一代的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，其在實(shí)現(xiàn)資源共享上有著十分巨大的優(yōu)勢，該技術(shù)環(huán)境下的資源共享是傳統(tǒng)的資源與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)有機(jī)結(jié)合的新產(chǎn)物，其實(shí)質(zhì)是為了滿足虛擬組織內(nèi)部資源共享和解決問題而產(chǎn)生的一系列技術(shù)。而網(wǎng)格技術(shù)中的“五層沙漏結(jié)構(gòu)”將共享資源等操作、管理和使用功能分散在五個不同的層次，由下至上分別為構(gòu)造層（Fabric）、連接層（Connectivity）、資源層（Resource）、匯聚層（Collective）和應(yīng)用層（Application）。[6]以此為基礎(chǔ)，結(jié)合云計算的三種服務(wù)形式，采用分層體系結(jié)構(gòu)，從資源層、管理層、應(yīng)用層這三個層次來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源共享體系模型的設(shè)計，如圖2所示。

（1）資源層

資源層處于最底層，是該體系模型的基礎(chǔ)，一方面包含了提供基本的網(wǎng)絡(luò)支持環(huán)境和各種需要的基礎(chǔ)設(shè)施、物理資源等硬件類資源；另一方面包含了各級各類教學(xué)素材、網(wǎng)絡(luò)課件、軟件、數(shù)據(jù)庫、多媒體素材庫等軟件類資源。所有這些資源均分布在各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上。

（2）管理層

管理層是該模型的中間層，也是核心層，包括連接管理層、服務(wù)管理層和資源管理層三個方面的內(nèi)容。

首先，在連接管理層中，一方面利用通信協(xié)議來對數(shù)據(jù)或資源間的連接、交換、傳輸?shù)冗M(jìn)行控制和管理，實(shí)現(xiàn)資源在物理上的連接、邏輯上的孤立；另一方面實(shí)現(xiàn)各資源節(jié)點(diǎn)中的各種異構(gòu)資源與云計算平臺上層的數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)包得生成與解析。

服務(wù)管理層中包含安全服務(wù)、監(jiān)控服務(wù)、訂閱服務(wù)、在線存儲服務(wù)、協(xié)作服務(wù)等，負(fù)責(zé)提供進(jìn)程管理、資源分配、存儲訪問等。這些服務(wù)項(xiàng)目不僅為資源共享提供了前提和保證，也為資源管理層提供了基本的支持。

資源管理層的核心任務(wù)是對資源層中的各類資源進(jìn)行發(fā)現(xiàn)、整合、查找、描述、定位、調(diào)度、監(jiān)測、更新和發(fā)布。通過采用統(tǒng)一的資源管理機(jī)制來支持用戶與云計算環(huán)境的交互，最終實(shí)現(xiàn)異構(gòu)資源有效共享的目的。

（3）應(yīng)用層

在處于頂層的應(yīng)用層中，由開發(fā)的各種應(yīng)用系統(tǒng)組成，其包含了面向資源提供者、管理者、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)者的資源管理、控制、應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)/平臺/門戶等，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)者或其他使用共享資源的用戶不僅可以通過該平臺系統(tǒng)獲取、上傳和分享資源，同時也為學(xué)習(xí)者和用戶提供各種應(yīng)用工具，支持學(xué)習(xí)者和資源開發(fā)管理者在云計算環(huán)境下進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源的開發(fā)和具體的應(yīng)用，從而切實(shí)將資源共享做到最大化。

四、結(jié)束語

云計算的特點(diǎn)決定了其可提供全面的共享資源和應(yīng)用服務(wù)，因此在云計算環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源的全面共享是必然的，不僅能彌補(bǔ)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的不足，還避免了資源重復(fù)建設(shè)帶來的高成本和嚴(yán)重浪費(fèi)，也從另一方面推進(jìn)了教育信息化的發(fā)展，具有極強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。盡管基于云計算的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源共享平臺與模型還比較簡單，但可以為云計算改造學(xué)習(xí)環(huán)境提供一種思路。

[1]周鑫皴，賴麟．云學(xué)習(xí)：概念的提出與初步研究[J]．四川教育學(xué)院學(xué)報，2009，25(12):1-3．

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[3]IBM Introduces Ready-to-Use Cloud Computing.[EB/OL].

[4]李煜民，章才能，謝杰．云計算環(huán)境下的數(shù)據(jù)存儲[J].電腦知識與技術(shù)：學(xué)術(shù)交流，2010（2）：1032-1034．

[5]張鼐.云計算環(huán)境下信息資源共享模式研究[J].情報科學(xué),2010(10)：1476-1495．

[6]CHENL Li，DENG Hong，DENG Q ianni，et al．Research on the framework of grid manufacturing[C]．Proceeding of the 2nd International Workshop on Grid and Cooperative Computing．Berlin,Germany:Springer——Verlag，2004:19-25．

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G250.73

A

1673-8454(2012)05-0020-04

*基金來源：本研究受西北大學(xué)研究生教育創(chuàng)新交叉學(xué)科型項(xiàng)目資助（項(xiàng)目編號：10YJC18）。

(編輯：楊馥紅)