面向教育的垂直云計算架構(gòu)設計

1、<p>　　面向教育的垂直云計算架構(gòu)設計</p><p>　　摘要：垂直云計算是使云計算技術(shù)適應于某些特殊應用而進行的優(yōu)化與組合。依照垂直云計算的架構(gòu)，云計算供應商可以針對行業(yè)特點提供獨特的功能，更好地服務于用戶需求。本文重點關注中小學教育行業(yè)，以設計和實現(xiàn)服務于教育行業(yè)的大型網(wǎng)絡資源共享平臺為目標，利用云計算、Web Service網(wǎng)絡服務等多項技術(shù)，通過實現(xiàn)云平臺、網(wǎng)絡服務器、客戶端三方的交互，對基

2、于垂直云平臺的下一代教育行業(yè)的網(wǎng)絡應用進行創(chuàng)新性探索。 </p><p>　　關鍵詞：垂直云計算；云計算；教育云平臺；面向服務架構(gòu) </p><p>　　教育信息公共服務平臺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與應用的基礎平臺環(huán)境，近年來已成為國家與地方各級教育信息化建設的重點內(nèi)容?！秶抑虚L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”重大項目

3、中提出要“建設有效共享、覆蓋各級各類教育的公共服務平臺”，在我國經(jīng)濟較發(fā)達地區(qū)教育公共服務平臺的建設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）》，要求各級各類學校要把教育信息化擺在支撐引領教育現(xiàn)代化的戰(zhàn)略地位，其中建立教育云服務平臺是重點內(nèi)容之一。本文以云計算的技術(shù)特點和優(yōu)勢為基礎，對下一代中小學教育行業(yè)的網(wǎng)絡化應用進行了創(chuàng)新性探索。 </p><p>　　

4、一、垂直云計算技術(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，計算機和互聯(lián)網(wǎng)的信息存儲、處理能力受到了越來越大的挑戰(zhàn)。與此同時，互聯(lián)網(wǎng)上還存在著很多閑置的計算資源未被利用。所以，如果用戶能夠通過互聯(lián)網(wǎng)使用閑置共享的計算資源，以并行計算和分布式處理技術(shù)為核心進行任務調(diào)度，就可以大大減輕用戶對于硬件資源的依賴。 </p><p>　　基于這種發(fā)展現(xiàn)狀，云計算技術(shù)應運而

5、生，并且已經(jīng)迅速成為高效的計算資源調(diào)度方法。云計算以并行計算、分布式存儲和虛擬化技術(shù)為技術(shù)核心，將網(wǎng)絡資源整合成一個龐大的信息處理和數(shù)據(jù)存儲“資源池”。通過對資源和服務的集中調(diào)度和管理，云計算平臺能夠按需地為用戶提供服務，包括共享的硬件、軟件、數(shù)據(jù)信息等?；谠朴嬎隳Ｊ剑展棠軌?qū)⒂嬎隳芰ψ鳛橘Y源按需地提供給所有用戶。隨著云計算技術(shù)的日趨完善，亞馬遜、Google等大型企業(yè)將云計算應用再次推上了新的高度。越來越多的行業(yè)和公司也在應

6、用云計算技術(shù)為用戶提供更好的服務。 </p><p>　　隨著云計算的飛速發(fā)展和普及，很多云計算供應商根據(jù)一些行業(yè)的具體特點和需求搭建云平臺，這就發(fā)展成為“垂直云計算”框架。垂直云計算是針對于某些特定應用的、基于云計算技術(shù)的優(yōu)化調(diào)度。如教育、政府部門、醫(yī)療衛(wèi)生等公共服務行業(yè)，均有自己獨特的需求和特點。通過在云平臺的功能實現(xiàn)中加入更多行業(yè)需求特點，可以實現(xiàn)更加高效和智能的資源調(diào)度。相信隨著網(wǎng)絡科技的進一步發(fā)展，會有

7、越來越多的垂直云計算平臺服務于大家的生活。 </p><p>　　基于以上背景，本文將云計算應用到教育領域，是因為垂直云計算有以下三個特點，保證了其可行性。 </p><p><b>　?。ㄒ唬﹤€性化 </b></p><p>　　云計算能夠按用戶所需提供服務，而且可以使資源利用情況做到動態(tài)收放。由此垂直云計算平臺可以為教育行業(yè)中不同角色、不同

8、特點的用戶提供個性化服務，可適應教育行業(yè)特點。 </p><p><b>　?。ǘ┑统杀?</b></p><p>　　學校不需要購置昂貴的大型服務器，也可以通過云平臺共享的計算資源提供服務。這保證了云平臺良好的應用市場和前景。 </p><p><b>　?。ㄈ└咝阅?</b></p><p>

9、;　　通過充分利用網(wǎng)絡共享的閑置計算資源，可以為各個學校提供更加高效的計算服務，能夠滿足教育行業(yè)用戶多、需求量大的特點。 </p><p>　　二、教育行業(yè)需求分析 </p><p>　　本文希望設計一個面向中小學教育行業(yè)的垂直云計算平臺。所以在設計之初需充分考慮教育行業(yè)不同于其他行業(yè)的特點和需求，并進行有針對性地完善和解決。最終才能夠設計出中小學教育網(wǎng)垂直云計算平臺的架構(gòu)。 </p

10、><p>　　經(jīng)過歸納總結(jié)，現(xiàn)在的中小學教育有以下幾個方面的特點，需要在系統(tǒng)設計中加以充分考慮。 </p><p>　　（一）用戶數(shù)量巨大 </p><p>　　隨著九年義務教育的普及，中小學在校生人數(shù)在近些年呈現(xiàn)出大幅度上漲的趨勢。人口普查結(jié)果顯示，2014年中小學在校生約2.08億人。如果再加上教師與學校管理人員，這個數(shù)目將會更加龐大。這種特點一方面說明教育行業(yè)市場

11、前景廣闊，另外也對系統(tǒng)性能提出了更加嚴峻的挑戰(zhàn)。 </p><p>　?。ǘ┵Y源重復利用 </p><p>　　全國中小學現(xiàn)在普遍使用紙質(zhì)教材，每年同年級的學生教材差別不大。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現(xiàn)象。 </p><p>　　（三）人員角色等級分明 </p><p>　　教育行業(yè)的一大特點就

12、是層級管理十分鮮明。每個學校分多個年級、每個年級分多個班級、每個班級中老師帶領多個同學完成教學過程，整個權(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>　　教育過程中一個很重要的環(huán)節(jié)就是老師布置的作業(yè)與考試，使同學更好地認識自己的學習水平、老師更好地了解同學的發(fā)展缺陷。所以這就使中小學教育行業(yè)比其他行業(yè)需要更加頻繁的文件交互。 </p>

13、<p>　　（五）需要個性化發(fā)展 </p><p>　　中小學教育不能針對每個同學都千篇一律，需要有同學們自由個性化發(fā)展的空間，支持同學根據(jù)自己的特長、興趣、愛好規(guī)劃自己的發(fā)展道路。 </p><p>　　針對中小學教育行業(yè)的現(xiàn)狀和需求分析，充分利用云平臺的大規(guī)模、高效率、動態(tài)調(diào)度等特性，構(gòu)建下一代教育垂直云平臺架構(gòu)設計，優(yōu)化教育現(xiàn)狀，提高資源利用率。 </p>

14、<p>　　三、教育云平臺整體架構(gòu)設計 </p><p>　　基于以上對于教育行業(yè)特點及需求的分析，以及需要解決的幾項技術(shù)問題，設計基于垂直云平臺技術(shù)的教育網(wǎng)絡架構(gòu)設計如圖1所示。 </p><p>　　該系統(tǒng)架構(gòu)可以分為三個層次，每層的功能和實現(xiàn)如下。 </p><p><b>　?。ㄒ唬┰破脚_ </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)存儲系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布式存儲和計算資源的優(yōu)化調(diào)度。如圖1所示，每個學?？梢源罱ㄗ约旱脑破脚_，亦可以多個臨近的學校共享同一個文件存儲的云平臺，盡量減少數(shù)據(jù)冗余的情況。 </p><p><b>　　（二）網(wǎng)絡服務器 </b></p><p>　　每個學校需要搭建自己的網(wǎng)絡服務器。該層需要建立權(quán)限管理系統(tǒng)，維

16、護好學校所有用戶的權(quán)限管理，可以使用戶依照自己的權(quán)限等級訪問云平臺中存儲的不同數(shù)據(jù)。此外，網(wǎng)絡服務器應用Web Service技術(shù)，實現(xiàn)服務模塊的松耦合，具有良好的擴展性：能夠?qū)崿F(xiàn)學校之間的校際訪問和資源共享，擺脫系統(tǒng)環(huán)境和開發(fā)平臺的制約，進一步遏制數(shù)據(jù)冗余和服務冗余的情況。 </p><p><b>　?。ㄈ┛蛻舳?</b></p><p>　　隨著智能手機和掌上

17、電腦的發(fā)展和普及，希望未來的教育能夠擺脫書本的束縛，學生的全部教育過程都在智能終端上進行。例如，客戶端可以開發(fā)在Android操作系統(tǒng)上，使學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，支持不同學校終端之間的直接交互，可以擴大學生跨校交流、取長補短，發(fā)揮個人的主動性。 </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功能是所有用戶共有的。此外，學生用戶可以完善個人信息、查找

18、并下載適用的教材、獲取所學課程的共享文件列表，教師用戶可以完善個人信息、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行權(quán)限驗證、完善用戶個人信息。管理員用戶可以有更高權(quán)限的操作：學生查詢和下載教材：學生可以查詢適合自己本學期學習的教材，并從云平臺數(shù)據(jù)存儲系統(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的同學布置

19、作業(yè)，或共享一些輔助教學的參考文件；學生上交作業(yè)：學生在終端上可下載對應老師上傳的作業(yè)，完成后可上傳到相應位置，老師之后可以進行審閱批改；私人文件上傳下載：老師和學生都可以申請私人空間，用于存儲私人文件，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 </b></p><p>　　教育云平臺的建立，高效、簡潔地解決了現(xiàn)有高中教