郭亞軍，盧立蕾，吳淑坤

（唐山師范學院 計算機科學系，河北 唐山 063000）

云時代的數(shù)字化校園架構研究

郭亞軍，盧立蕾，吳淑坤

（唐山師范學院 計算機科學系，河北 唐山 063000）

隨著云技術的發(fā)展壯大，基于云的應用在各行各業(yè)中如雨后春筍般涌現(xiàn)。云在教育領域中也得到長足的發(fā)展。討論了云環(huán)境下的校園數(shù)字化校園建設的系統(tǒng)架構、關鍵技術等問題，旨在通過云環(huán)境提供各種資源系統(tǒng)和服務，建立一個服務教學、科研和學校管理的“數(shù)字校園基礎服務平臺”。

云；數(shù)字化校園；信息化平臺

數(shù)字化校園是以數(shù)字化信息和網絡為基礎，對教學、科研、管理以及生活服務等進行全面的整合，實現(xiàn)從環(huán)境、資源到應用的全部數(shù)字化。在傳統(tǒng)校園的基礎上構建一個數(shù)字空間，擴展傳統(tǒng)校園業(yè)務功能，最終實現(xiàn)教育過程的全面信息化，從而達到提高管理水平和效率的目的。但是，早期學校數(shù)字校園建設中存在設備利用率低、資源配置不平衡、信息共享度低、各個教學、管理系統(tǒng)之間的交流和互操作之間易形成信息孤島等諸多缺點，而隨著云平臺技術和應用的普及，勢將改變這一面貌，云環(huán)境可將分布在校內的各種計算、網絡、存儲等資源集中起來，利用虛擬化、分布式計算等技術，有效解決數(shù)字校園建設中存在的高投入、高能耗、低效率等問題。

1 云環(huán)境下的數(shù)字化校園建設目標

教育領域的應用目前在云產業(yè)化上還是一片藍海，以云計算技術構建教育公共服務平臺在未來3-5年必然成為教育信息化建設的主流。數(shù)字化校園建設對教育信息化起到不可替代的作用，我們提出以下建設目標：

（1）建立公共服務基礎平臺是建設“統(tǒng)一、便捷、高效、安全”的教育數(shù)字化平臺，是發(fā)展新型的數(shù)字化校園的關鍵組成部分。

（2）建立統(tǒng)一的、整合的、交互的省級或市級教育基礎信息數(shù)據(jù)庫，整合各方教育數(shù)據(jù)和信息（云基礎數(shù)據(jù)庫）。

（3）整合現(xiàn)有學校的資源與業(yè)務流程（云資源管理平臺）。

（4）建立或完善數(shù)字化校園公共服務平臺基礎門戶，實現(xiàn)教育服務應用單點登錄，實現(xiàn)所有教育應用的統(tǒng)一訪問（云應用門戶）。

（5）建設學校教育資源運營體系和管理平臺（云運營平臺）。

（6）建立面向學校、老師、家長、學生、自然人的教育服務體系，實現(xiàn)基于角色的自助服務（云自助服務門戶）。

2 云環(huán)境下數(shù)字化校園建設關鍵技術

云環(huán)境下數(shù)字化校園建設以數(shù)據(jù)為中心，是一種數(shù)據(jù)密集型的超級計算。在數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)管理、編程模式等方面具有自身獨特的技術。

2.1 數(shù)據(jù)存儲技術

為保證數(shù)字校園平臺的高可用性、高可靠性和經濟性，云環(huán)境下數(shù)字化校園采用分布式存儲的方式來存儲數(shù)據(jù)。根據(jù)教學資源信息量大、重復率高等特點，采用安全的重復數(shù)據(jù)刪除存儲系統(tǒng)，可大大提高數(shù)據(jù)壓縮率，提高訪問速度。采用冗余存儲的方式來保證存儲數(shù)據(jù)的可靠性，即為同一份數(shù)據(jù)保存多個副本。另外，云環(huán)境下數(shù)字化校園平臺需要同時滿足大量用戶的需求，并行地為大量用戶提供服務。因此，云環(huán)境下數(shù)字化校園建設的數(shù)據(jù)存儲技術必須具有高吞吐率和高傳輸率的特點。

2.2 數(shù)據(jù)管理技術

云環(huán)境下數(shù)字化校園平臺對大數(shù)據(jù)集進行處理、分析，向用戶提供高效的服務。因此，數(shù)據(jù)管理技術必須能夠高效的管理大數(shù)據(jù)集。其次，如何在規(guī)模巨大的數(shù)據(jù)中找到特定的數(shù)據(jù)，也是云環(huán)境下數(shù)字化校園建設所必須解決的問題。云環(huán)境下數(shù)字化校園的特點是對海量的數(shù)據(jù)存儲、讀取后進行大量的分析，數(shù)據(jù)的讀操作頻率遠大于數(shù)據(jù)的更新頻率，云中的數(shù)據(jù)管理是一種讀優(yōu)化的數(shù)據(jù)管理。因此，云環(huán)境下數(shù)字化校園的數(shù)據(jù)管理往往采用數(shù)據(jù)庫領域中列存儲的數(shù)據(jù)管理模式，將表按列劃分后存儲。

2.3 用戶交互技術

在云環(huán)境下的數(shù)字化校園中瀏覽器已經不僅僅是一個客戶端的軟件而逐步演變?yōu)槌休d著數(shù)字化校園建設平臺。瀏覽器與云計算的整合技術主要體現(xiàn)在兩個方面：瀏覽器網絡化與瀏覽器云服務。瀏覽器都將網絡化作為其功能的標配之一，主要功能體現(xiàn)在用戶可以登錄瀏覽器，并通過自己的帳號將個性化數(shù)據(jù)同步到服務端。而目前的云端服務，主要體現(xiàn)在P2P下載、視頻加速等單獨的客戶端軟件中。

2.4 系統(tǒng)虛擬化技術

系統(tǒng)虛擬化技術是指將一臺物理計算機系統(tǒng)摸擬為一臺或多臺計算機系統(tǒng)并行。通過虛擬化技術的應用，虛擬機中的操作系統(tǒng)認為自己仍然是獨占一個系統(tǒng)在運行。虛擬化技術可以擴大硬件的存儲容量，簡化軟件的重新配置過程，降低了數(shù)字化校園的管理成本，減輕了對操作人員的技術要求，更增強了對云服務器進行集中控制的能力。

3 基于云計算的數(shù)字化校園架構

在對一些比較完善的“信息化平臺”中存在的問題進行歸納和分析之后，根據(jù)學?，F(xiàn)狀和以后建設需求，考慮數(shù)字校園信息化云架構平臺和松耦合機制的信息化系統(tǒng)群為核心，并在核心體系下部署六個應用層，從下往上依次為基礎平臺層、數(shù)據(jù)資源層、業(yè)務支撐層、應用支撐層、應用系統(tǒng)層和用戶層。數(shù)字化校園系統(tǒng)的框架做如下圖1所示設計。

下面我們對架構圖進行說明：

3.1 平臺體系結構：一網三庫

一網：數(shù)字化校園門戶網站。該網站是用戶訪問層，是各類用戶接入數(shù)字化校園系統(tǒng)地的入口，通過本層，不同身份的用戶可以接入各自需要的服務。所有校園信息化應用都將依托于該網站，在此網絡的基礎下建設完成。

三庫：基礎數(shù)據(jù)庫、公共資源庫、應用數(shù)據(jù)庫。

完善的數(shù)字化校園離不開強大的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為支撐。建設一個為全校服務的數(shù)據(jù)中心，保證數(shù)據(jù)實時更新和高度一致不容忽視：

作為基礎數(shù)據(jù)庫，平臺保存所有用戶的用戶信息，訪問數(shù)據(jù)以及登錄、活動數(shù)據(jù)。此外，平臺還保存公共教育資源到相關庫中。最后，一些核心的業(yè)務數(shù)據(jù)，平臺將作為應用數(shù)據(jù)庫的形式予以保存。

3.2 平臺技術架構：三橫三縱

三橫：基礎設施層（IaaS），平臺層（PaaS），軟件服務層（SaaS）。

IaaS從硬件基礎設備方面實現(xiàn)“硬件即網絡環(huán)境即服務”，現(xiàn)階段基礎設施層的硬件系統(tǒng)和網絡系統(tǒng)包括機房硬件設備、服務器和交換機等，設備主要依靠學校自行投資建設。當云計算的基礎設施即服務IaaS技術成熟，可以把硬件及網絡支撐移植到云平臺。

PaaS從接入與支撐方面實現(xiàn)“應用廠商接入即服務”，包括校務中心平臺、權限認證平臺和資源管理平臺，還有數(shù)據(jù)支撐和軟件支撐。各類平臺的實現(xiàn)可依賴于云計算平臺即服務PaaS技術，數(shù)據(jù)支撐為各類服務提供數(shù)據(jù)支持服務，軟件支撐為系統(tǒng)整體設計提供軟件開發(fā)平臺。

SaaS從應用方面實現(xiàn)“最終用戶應用即服務”。接口服務通過SOA技術來設計云服務中的軟件即服務SaaS部分，服務中心中的各種流程服務設計是整個系統(tǒng)設計的重點內容。

三縱：統(tǒng)一管理服務，統(tǒng)一安全服務，統(tǒng)一標準規(guī)范。

數(shù)字校園綜合管理平臺符合業(yè)界主流標準與規(guī)范，包括基礎架構與各個應用系統(tǒng)，包括系統(tǒng)集成與數(shù)據(jù)整合，均遵循標準化原則，不依賴特定的網絡、系統(tǒng)軟件與硬件，能夠部署并運行在各種主流的軟硬件環(huán)境中。從統(tǒng)一標準與統(tǒng)一管理支撐方面對整個平臺安全高效運行進行了支撐性保障。

圖1 數(shù)字校園系統(tǒng)架構圖

3.3 平臺應用體驗：三屏四類

三屏：計算機、手機、電視。

平臺提供多個用戶使用入口門戶。包括計算機通過互聯(lián)網或專網接入，手機通過蜂窩網絡接入，互動電視通過有線電視網絡接入。根據(jù)應用特點不同，各種入口門戶發(fā)揮的作用和特長也不同。以此滿足校內師生員工在任意時間（AnyTime），任意地點（AnyWhere），任意方式（AnyType）的訪問及應用（AAA應用）。

四類：學習類應用、資源類應用、行政類應用、個人類應用。

學習類應用：指構建先進實用的網絡教學平臺，整合、豐富數(shù)字化教學資源，創(chuàng)造主動式、協(xié)同式、研究式的數(shù)字化學習環(huán)境，建立師生互動的新型教學模式。如網絡教學平臺、實踐教學信息平臺，同步課堂，在線學習，在線考試等。

資源類應用：指提供教育用資源以及內容的應用。如教育資源庫，資源匯聚，數(shù)字圖書館、數(shù)字檔案館、數(shù)字博物館等。

行政類應用：指從教育部門或學校的行政職能部門需要完成的一些管理活動所需要的功能群。如辦公自動化系統(tǒng)，教務管理系統(tǒng)，科技管理系統(tǒng)，決策支撐系統(tǒng)，學生綜合管理，人力資源管理，資產設備管理，學報管理，圖書館里，后勤服務管理，校園一卡通管理等。

個人類應用：個人類應用是指個人交流類應用。如博客，社區(qū)交友，即時消息，家?；ヂ?lián)等。

3.4 用戶對象

平臺針對的用戶群體對象有：教育主管部門，學校，班級，教研室，家庭，應用及內容廠商。

用戶個體對象有：教育部門工作人員，教師，學生，家長，各組織單位以及廠商管理員。

4 結束語

基于云環(huán)境下數(shù)字化校園建設，旨在通過云環(huán)境提供各種資源管理和服務，建立一個服務學校教學、科研和管理的“數(shù)字校園基礎公共服務平臺”，以解決其功能眾多，分布異構，數(shù)據(jù)處理復雜，硬件更新頻繁，軟件安裝繁瑣和數(shù)據(jù)安全凸顯等問題，及改善學校在教學、管理及科研建設方面所遇到的困境。本文針對字化校園建設中存在的問題，利用云環(huán)境功能及應用，對學校的數(shù)字化校園建設提出了架構建設思路。

[1] 王顥翔.數(shù)字化校園信息規(guī)劃方法研究[D].西安:西安建筑科技大學,2010.

[2] 薛靜.基于虛擬化的云計算平臺安全機制研究[D].西安:西北大學,2010.

[3] 孟祥宇,劉云飛,吳軍.構建數(shù)字化校園與學習環(huán)境的對策探討[J].信息與電腦,2011(1):146.

[4] 尹顯雄.基于SOA架構的數(shù)字化校園建設方案設計及實踐[D].北京:北京郵電大學,2012.

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[6] 王鵬.走進云計算[M].北京:人民郵電出版社,2009:6.

（責任編輯、校對：田敬軍）

Study on the Structure of Digital Campus in the Cloud Era

GUO Ya-jun, LU Li-lei, WU Shu-kun

(Computer Science Department, Tangshan Normal University, Tangshan 063000, China)

With the development of cloud technology to grow, Cloud Applications in all walks of life such as bamboo shoots after a spring rain is like the emerge in large numbers based on. The cloud has also been considerable development in the field of education. The paper discusses the system architecture, the cloud environment of primary and secondary school campus construction key technology problem, which aims to provide all the system resources and services through the cloud environment, the establishment of a service of teaching, scientific research and management of the school of “digital campus based service platform”.

cloud; digital campus; information platform

TP391

A

1009-9115(2015)02-0061-04

10.3969/j.issn.1009-9115.2015.02.019

唐山師范學院科學研究基金項目（2013E04）

2014-10-14

郭亞軍（1981-），女，河北唐山人，碩士，講師，研究方向為計算機技術。