面向教育的垂直云計(jì)算架構(gòu)設(shè)計(jì)

1、<p>　　面向教育的垂直云計(jì)算架構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：垂直云計(jì)算是使云計(jì)算技術(shù)適應(yīng)于某些特殊應(yīng)用而進(jìn)行的優(yōu)化與組合。依照垂直云計(jì)算的架構(gòu)，云計(jì)算供應(yīng)商可以針對(duì)行業(yè)特點(diǎn)提供獨(dú)特的功能，更好地服務(wù)于用戶需求。本文重點(diǎn)關(guān)注中小學(xué)教育行業(yè)，以設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)服務(wù)于教育行業(yè)的大型網(wǎng)絡(luò)資源共享平臺(tái)為目標(biāo)，利用云計(jì)算、Web Service網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等多項(xiàng)技術(shù)，通過(guò)實(shí)現(xiàn)云平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、客戶端三方的交互，對(duì)基

2、于垂直云平臺(tái)的下一代教育行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用進(jìn)行創(chuàng)新性探索。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：垂直云計(jì)算；云計(jì)算；教育云平臺(tái)；面向服務(wù)架構(gòu) </p><p>　　教育信息公共服務(wù)平臺(tái)是教育信息化支撐體系的核心組成部分，是開展教育信息化服務(wù)與應(yīng)用的基礎(chǔ)平臺(tái)環(huán)境，近年來(lái)已成為國(guó)家與地方各級(jí)教育信息化建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容。《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》在“教育信息化建設(shè)”重大項(xiàng)目

3、中提出要“建設(shè)有效共享、覆蓋各級(jí)各類教育的公共服務(wù)平臺(tái)”，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)教育公共服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)工作已取得初步成效。此外在2012年，教育部印發(fā)了《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》，要求各級(jí)各類學(xué)校要把教育信息化擺在支撐引領(lǐng)教育現(xiàn)代化的戰(zhàn)略地位，其中建立教育云服務(wù)平臺(tái)是重點(diǎn)內(nèi)容之一。本文以云計(jì)算的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)為基礎(chǔ)，對(duì)下一代中小學(xué)教育行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用進(jìn)行了創(chuàng)新性探索。 </p><p>　　

4、一、垂直云計(jì)算技術(shù) </p><p>　　隨著信息技術(shù)，尤其是大數(shù)據(jù)處理技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的信息存儲(chǔ)、處理能力受到了越來(lái)越大的挑戰(zhàn)。與此同時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)上還存在著很多閑置的計(jì)算資源未被利用。所以，如果用戶能夠通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)使用閑置共享的計(jì)算資源，以并行計(jì)算和分布式處理技術(shù)為核心進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，就可以大大減輕用戶對(duì)于硬件資源的依賴。 </p><p>　　基于這種發(fā)展現(xiàn)狀，云計(jì)算技術(shù)應(yīng)運(yùn)而

5、生，并且已經(jīng)迅速成為高效的計(jì)算資源調(diào)度方法。云計(jì)算以并行計(jì)算、分布式存儲(chǔ)和虛擬化技術(shù)為技術(shù)核心，將網(wǎng)絡(luò)資源整合成一個(gè)龐大的信息處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)“資源池”。通過(guò)對(duì)資源和服務(wù)的集中調(diào)度和管理，云計(jì)算平臺(tái)能夠按需地為用戶提供服務(wù)，包括共享的硬件、軟件、數(shù)據(jù)信息等?；谠朴?jì)算模式，服務(wù)供應(yīng)商能夠?qū)⒂?jì)算能力作為資源按需地提供給所有用戶。隨著云計(jì)算技術(shù)的日趨完善，亞馬遜、Google等大型企業(yè)將云計(jì)算應(yīng)用再次推上了新的高度。越來(lái)越多的行業(yè)和公司也在應(yīng)

6、用云計(jì)算技術(shù)為用戶提供更好的服務(wù)。 </p><p>　　隨著云計(jì)算的飛速發(fā)展和普及，很多云計(jì)算供應(yīng)商根據(jù)一些行業(yè)的具體特點(diǎn)和需求搭建云平臺(tái)，這就發(fā)展成為“垂直云計(jì)算”框架。垂直云計(jì)算是針對(duì)于某些特定應(yīng)用的、基于云計(jì)算技術(shù)的優(yōu)化調(diào)度。如教育、政府部門、醫(yī)療衛(wèi)生等公共服務(wù)行業(yè)，均有自己獨(dú)特的需求和特點(diǎn)。通過(guò)在云平臺(tái)的功能實(shí)現(xiàn)中加入更多行業(yè)需求特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)更加高效和智能的資源調(diào)度。相信隨著網(wǎng)絡(luò)科技的進(jìn)一步發(fā)展，會(huì)有

7、越來(lái)越多的垂直云計(jì)算平臺(tái)服務(wù)于大家的生活。 </p><p>　　基于以上背景，本文將云計(jì)算應(yīng)用到教育領(lǐng)域，是因?yàn)榇怪痹朴?jì)算有以下三個(gè)特點(diǎn)，保證了其可行性。 </p><p><b>　?。ㄒ唬﹤€(gè)性化 </b></p><p>　　云計(jì)算能夠按用戶所需提供服務(wù)，而且可以使資源利用情況做到動(dòng)態(tài)收放。由此垂直云計(jì)算平臺(tái)可以為教育行業(yè)中不同角色、不同

8、特點(diǎn)的用戶提供個(gè)性化服務(wù)，可適應(yīng)教育行業(yè)特點(diǎn)。 </p><p><b>　　（二）低成本 </b></p><p>　　學(xué)校不需要購(gòu)置昂貴的大型服務(wù)器，也可以通過(guò)云平臺(tái)共享的計(jì)算資源提供服務(wù)。這保證了云平臺(tái)良好的應(yīng)用市場(chǎng)和前景。 </p><p><b>　?。ㄈ└咝阅?</b></p><p>

9、;　　通過(guò)充分利用網(wǎng)絡(luò)共享的閑置計(jì)算資源，可以為各個(gè)學(xué)校提供更加高效的計(jì)算服務(wù)，能夠滿足教育行業(yè)用戶多、需求量大的特點(diǎn)。 </p><p>　　二、教育行業(yè)需求分析 </p><p>　　本文希望設(shè)計(jì)一個(gè)面向中小學(xué)教育行業(yè)的垂直云計(jì)算平臺(tái)。所以在設(shè)計(jì)之初需充分考慮教育行業(yè)不同于其他行業(yè)的特點(diǎn)和需求，并進(jìn)行有針對(duì)性地完善和解決。最終才能夠設(shè)計(jì)出中小學(xué)教育網(wǎng)垂直云計(jì)算平臺(tái)的架構(gòu)。 </p

10、><p>　　經(jīng)過(guò)歸納總結(jié)，現(xiàn)在的中小學(xué)教育有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)，需要在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中加以充分考慮。 </p><p>　　（一）用戶數(shù)量巨大 </p><p>　　隨著九年義務(wù)教育的普及，中小學(xué)在校生人數(shù)在近些年呈現(xiàn)出大幅度上漲的趨勢(shì)。人口普查結(jié)果顯示，2014年中小學(xué)在校生約2.08億人。如果再加上教師與學(xué)校管理人員，這個(gè)數(shù)目將會(huì)更加龐大。這種特點(diǎn)一方面說(shuō)明教育行業(yè)市場(chǎng)

11、前景廣闊，另外也對(duì)系統(tǒng)性能提出了更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。 </p><p>　?。ǘ┵Y源重復(fù)利用 </p><p>　　全國(guó)中小學(xué)現(xiàn)在普遍使用紙質(zhì)教材，每年同年級(jí)的學(xué)生教材差別不大。然而教材的使用效率很低，多數(shù)教育資源只能使用一次，這造成了大量的資源浪費(fèi)現(xiàn)象。 </p><p>　?。ㄈ┤藛T角色等級(jí)分明 </p><p>　　教育行業(yè)的一大特點(diǎn)就

12、是層級(jí)管理十分鮮明。每個(gè)學(xué)校分多個(gè)年級(jí)、每個(gè)年級(jí)分多個(gè)班級(jí)、每個(gè)班級(jí)中老師帶領(lǐng)多個(gè)同學(xué)完成教學(xué)過(guò)程，整個(gè)權(quán)限管理體系呈樹狀結(jié)構(gòu)。 </p><p>　?。ㄋ模┪募枰l繁交互 </p><p>　　教育過(guò)程中一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)就是老師布置的作業(yè)與考試，使同學(xué)更好地認(rèn)識(shí)自己的學(xué)習(xí)水平、老師更好地了解同學(xué)的發(fā)展缺陷。所以這就使中小學(xué)教育行業(yè)比其他行業(yè)需要更加頻繁的文件交互。 </p>

13、<p>　?。ㄎ澹┬枰獋€(gè)性化發(fā)展 </p><p>　　中小學(xué)教育不能針對(duì)每個(gè)同學(xué)都千篇一律，需要有同學(xué)們自由個(gè)性化發(fā)展的空間，支持同學(xué)根據(jù)自己的特長(zhǎng)、興趣、愛(ài)好規(guī)劃自己的發(fā)展道路。 </p><p>　　針對(duì)中小學(xué)教育行業(yè)的現(xiàn)狀和需求分析，充分利用云平臺(tái)的大規(guī)模、高效率、動(dòng)態(tài)調(diào)度等特性，構(gòu)建下一代教育垂直云平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)，優(yōu)化教育現(xiàn)狀，提高資源利用率。 </p>

14、<p>　　三、教育云平臺(tái)整體架構(gòu)設(shè)計(jì) </p><p>　　基于以上對(duì)于教育行業(yè)特點(diǎn)及需求的分析，以及需要解決的幾項(xiàng)技術(shù)問(wèn)題，設(shè)計(jì)基于垂直云平臺(tái)技術(shù)的教育網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。 </p><p>　　該系統(tǒng)架構(gòu)可以分為三個(gè)層次，每層的功能和實(shí)現(xiàn)如下。 </p><p><b>　　（一）云平臺(tái) </b></p>&

15、lt;p>　　這是該架構(gòu)的最頂端的一層。該層需要建立數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)和計(jì)算資源的優(yōu)化調(diào)度。如圖1所示，每個(gè)學(xué)?？梢源罱ㄗ约旱脑破脚_(tái)，亦可以多個(gè)臨近的學(xué)校共享同一個(gè)文件存儲(chǔ)的云平臺(tái)，盡量減少數(shù)據(jù)冗余的情況。 </p><p><b>　?。ǘ┚W(wǎng)絡(luò)服務(wù)器 </b></p><p>　　每個(gè)學(xué)校需要搭建自己的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。該層需要建立權(quán)限管理系統(tǒng)，維

16、護(hù)好學(xué)校所有用戶的權(quán)限管理，可以使用戶依照自己的權(quán)限等級(jí)訪問(wèn)云平臺(tái)中存儲(chǔ)的不同數(shù)據(jù)。此外，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器應(yīng)用Web Service技術(shù)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)模塊的松耦合，具有良好的擴(kuò)展性：能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)校之間的校際訪問(wèn)和資源共享，擺脫系統(tǒng)環(huán)境和開發(fā)平臺(tái)的制約，進(jìn)一步遏制數(shù)據(jù)冗余和服務(wù)冗余的情況。 </p><p><b>　?。ㄈ┛蛻舳?</b></p><p>　　隨著智能手機(jī)和掌上

17、電腦的發(fā)展和普及，希望未來(lái)的教育能夠擺脫書本的束縛，學(xué)生的全部教育過(guò)程都在智能終端上進(jìn)行。例如，客戶端可以開發(fā)在Android操作系統(tǒng)上，使學(xué)生們可以使用智能終端下載教材、讀書做題、提交作業(yè)等。同時(shí)，支持不同學(xué)校終端之間的直接交互，可以擴(kuò)大學(xué)生跨校交流、取長(zhǎng)補(bǔ)短，發(fā)揮個(gè)人的主動(dòng)性。 </p><p>　　在所有功能中，修改密碼、查詢權(quán)限、管理私人文件等四個(gè)功能是所有用戶共有的。此外，學(xué)生用戶可以完善個(gè)人信息、查找

18、并下載適用的教材、獲取所學(xué)課程的共享文件列表，教師用戶可以完善個(gè)人信息、上傳作業(yè)或共享文件、批改作業(yè)等，管理員可以添加新的賬戶。 </p><p>　　用戶權(quán)限和信息的管理：用戶可以使用自己的用戶名密碼登陸并進(jìn)行權(quán)限驗(yàn)證、完善用戶個(gè)人信息。管理員用戶可以有更高權(quán)限的操作：學(xué)生查詢和下載教材：學(xué)生可以查詢適合自己本學(xué)期學(xué)習(xí)的教材，并從云平臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中下載：老師布置作業(yè)和共享文件：老師可以向自己教授班級(jí)的同學(xué)布置

19、作業(yè)，或共享一些輔助教學(xué)的參考文件；學(xué)生上交作業(yè)：學(xué)生在終端上可下載對(duì)應(yīng)老師上傳的作業(yè)，完成后可上傳到相應(yīng)位置，老師之后可以進(jìn)行審閱批改；私人文件上傳下載：老師和學(xué)生都可以申請(qǐng)私人空間，用于存儲(chǔ)私人文件，如課堂筆記等。私人空間只有自己有權(quán)限查看和管理。 </p><p><b>　　四、結(jié)語(yǔ) </b></p><p>　　教育云平臺(tái)的建立，高效、簡(jiǎn)潔地解決了現(xiàn)有高中教