基础教育云服务平台构建技术

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摘 要：随着科技的不断进步,基础教育存在的资源匮乏、资源库重复建设等问题日益凸显.云计算技术作为一种实时共享信息的服务模式,采用其技术构建基础教育云平台为解决问题提供了思路.在建设过程中,必然涉及到诸多技术,阐述了云端基础设施、平台、软件作为服务的实现分别需采用的主要技术.

关 键 词：基础教育；云计算技术；云服务平台

中图分类号：TP301文献标识码：A文章编号：16727800（2012）011003203

作者简介：白海灵（1986-）,女,华中师范大学信息技术系硕士研究生,研究方向为影视技术与数字媒体；邵晰（1987-）,女,华中师范大学信息技术系硕士研究生,研究方向为影视技术与数字媒体；余晨（1987-）,男,华中师范大学信息技术系专业硕士研究生,研究方向为影视技术与数字媒体.

1采用云计算技术构建基础教育云服务平台的意义云计算的基本原理是,用户所需的应用程序并不需要在个人电脑、手机等终端设备上运行,而是通过互联网在大量服务器组成的云端运行；用户所处理的数据也并不存储在本地,而是保存在云端的数据中心里.在任何时间、任何地点,用户都可以任意连接至互联网的终端设备.

采用云计算技术构建的基础教育云服务平台对教育领域的影响表现在以下方面：可通过资源的虚拟化与按需调用,提供可靠的软、硬件服务,实现优质资源普及共享,降低资源数据库重复建设成本,解决传统教学资源单一问题；低成本的构建和管理能力,能有效加速信息化基础设施建设,解决信息系统运行维护、人工成本和能源消耗巨大等问题；丰富多样性的资源可解决教师进修、研讨费用,教师可以足不出户接受一流的培训,提高自身的教学能力,为更好地开展教学工作奠定基础；高效的交互功能可促进教师、学生、家长、社区等的交流互动,实现协作式学习、互助式办公,促进学生与家长、社区的联络；强大的平台可为公众提供公共教育信息,方便快捷地获取所需信息,进而为国家宏观决策提供科学依据.

2基础教育云服务平台云端技术构思

用户基于网络获取云服务.云计算技术降低了系统对用户终端配置的要求,用户只需要具备电脑、手机、数字电视或者车载电子设备等就能轻松登陆云端；网络端需具备无线网、有线网以及数字服务等资源提供多样的网络获取方式,以便创设无所不在的学习硬件环境；云服务端是一些可以自我维护和管理的虚拟计算资源,云计算将计算资源集中起来,并通过专门软件实现自动管理,无需人为参与.

建设基础教育云服务平台是一个长期且复杂的工程,就技术层面来讲,无论线路布局还是设备连接都离不开技术.如何选择以及选择什么样的云计算技术仍处于探索阶段,本文主要阐述了构建服务于基础教育的教育云平台技术.按照云服务的服务类型分为：基础设施即服务IaaS、平台即服务PaaS、软件即服务SaaS三类.鉴于每一种服务类型需要解决的问题不尽相同,根据云服务端三大服务类型,笔者对应地列出了一些主要技术.

基础设施即服务能够提供计算、存储、带宽等按需的服务.它将硬件设备等基础资源封装成服务提供给用户,为整个系统的运行提供安全高效的基础设施环境.在IaaS环境下,用户相当于在使用裸机和磁盘,要实现多台机器协同工作,需采用节点互联技术；要容纳丰富的数字资源需采用数据存储技术；要保证云与云广泛的交流,提供畅通的带宽服务,需采用带宽优化技术.基础教育用户可以在云端储存各类教育和学习视频等数据资料,安全稳定且空间足够大.

平台即服务是云计算系统的核心,能够提供专业的教育应用引擎用于教学软件或教育系统的开发.它主要包括并行程序设计和开发环境、结构化海量数据的分布式管理、海量数据分布式文件系统以及实现云计算的其他系统管理工具,如云计算的系统中采用资源调度技术、多租户技术实现资源的部署、分配管理、采用容错技术实现安全管理等.

软件即服务将某些特定的应用软件如各类教育软件封装成服务,提供在线软件服务.用户通过选择相应服务在线运用各类软件满足实际应用需求,不受限于自己客户端配置问题,且无需处理繁琐的软件安装和升级问题,它支持教学、科研、管理等教育领域各方面的信息化应用.本文主要阐述了在线协作交流互动技术.

3基础教育云服务平台具体技术介绍

笔者将支持基础教育的云服务技术基于云服务三大服务类型进行了相应的部署.需要指出的是,随着云计算技术的深化发展,相应的技术可能会渗透两种以上的服务类型中.

3.1基础设施即服务IaaS

3.1.1节点互联技术——异步光分组交换技术

云服务模式下数据中心是按照客户的需要进行分配计算资源.但是因为各家厂商定义的接口不兼容,导致这些云之间无法顺畅地交流.为了实现不同接口之间互联,更好地实现资源共享,可采用基于异步光分组交换（OPS）技术.该技术采用主从式树形架构进行分布式控制盒管理,高速数据流在各级节点基于组播方式实现异步交换,进而实现大批量云计算节点的可扩展性互联.

3.1.2资源存储技术——分布式数据存储技术

云计算技术实现资源共享的理念是,互联网上多台计算机比单台计算机掌握的信息多,通过将网络内部的资源进行统一管理和调度,构成一个资源库并向用户提供按需服务.为了整合各学校教学资源,使其统一构成资源云的组成部分,在这个过程实现之前,必须对所有资源进行标准化管理,建立资源的元数据标识标准和资源数据接口标准.资源库整合之后,由大量服务器组成的云端为了能同时满足大量用户的需求,需要对大规模数据进行存储,云计算主要采用分布式数据存储技术.

云服务平台为了能同时满足大量用户的需求,需具备存储超级容量数据的能力.分布式存储的目标是利用多台服务器的存储资源来满足单台服务器所不能满足的存储需求,用冗余存储的方式保证数据的可靠性.分布式存储要求存储资源能够被抽象表示和统一管理,并且能够保证数据读写操作的安全性、可靠性、性能等各方面要求.目前,云计算的数据存储技术主要有谷歌的非开源的GFS文件系统（GoogleFileSystem）和Hadoop开发团队开发的GFS的开源实现HDFS分布式文件系统（HadoopDistributedFileSystem）.GFS文件系统是一个可扩展的分布式文件系统,它能对大量数据进行访问和应用.GFS的设计理念区别于原始的文件系统,主要针对大规模数据处理,运行于较为便宜的一般硬件上,具有较强的容错能力,能为用户提供很好的服务.3.1.3网络优化技术——内容分发网络技术

云服务是基于网络的服务,在云与云之间需要实现大量的数据传输,在传输过程中,如何保障数据传输的安全性、准确性及快捷性等要求,显然需要数据传输优化技术.

网络宽带的性能将直接影响到云的性能.云与用户之间需要高速网络连接,要发展云的先决条件是具备性能优秀的宽带网.为了使互联网中的内容能更快、更稳地传输和分发,CDN（ContentDeliveryNetwork）即内容分发网络技术可以尝试发现网络中的瓶颈环节,并消除这些影响数据传输速度和稳定性的因素,解决网络性能不佳问题.CDN技术集合采用了负载均衡技术、动态内容分发与复制技术（将占网站主体的大部分静态网页、图像和流媒体数据分发复制到各地的加速节点）、缓存技术.

3.2平台即服务PaaS

3.2.1资源管理技术——列存储数据管理技术

云数据库系统是专门用来放置各种分布式数据的数据库,数据管理技术必须能够高效地管理大数据集.为满足云计算对海量数据存储、读取操作的特点,云系统的数据管理往往采用数据库领域中列存储的数据管理模式.用户只需注册获得使用授权和执行相关的操作后,即可通过浏览器来进行增加、查询、删除、更新等数据管理操作.云计算的数据管理技术中最著名的是谷歌提出的BigTable数据管理技术,该数据库具有高性能的数据管理能力,有专用的GQL（GoogleQueryLanguage）查询语言.

3.2.2多租户技术

与传统的软件运行和维护模式相比,用户所需要的应用软件不需要一次性购买和部署在个人的数据中心里,教育云平台中包含的硬件资源和软件资源能够被很好地共享,且具有良好的伸缩性,任何一个用户都能够按照自己的需求进行相应的配置而不影响其他用户的使用.多租户技术就是目前云计算环境中能够满足上述需求的关键技术.

多租户技术的实现重点,在于不同租户间应用程序环境的隔离以及数据的隔离,以维持不同租户间应用程序不会相互干扰,同时保证了数据的保密性与安全性.应用程序部分通过进程或是支持多应用程序同时运行的装载环境（如IIS）来做进程间的隔离,或是在同一个服务程序进程内以运行程序的方式隔离.数据部分通过不同的机制将不同租户的数据隔离,Force是采用中介数据的技术来切割,微软MSDN的技术文件则是展示了使用结构描述的方式隔离.

3.2.3容错技术

在教育云服务平台中,为保证教育资源的安全性,通常会采用多副本形式不同云朵上存储多份相同的资源以保证数据资源的安全性,在PaaS服务中要具备容错技术.容错技术的实现是通过存储副本资源,通过冗余信息存储实现.

3.3软件即服务SaaS

在讲究合作追求共赢理念下,相互的协作是必不可少的.云服务的特点是无论身在何处,都可以在任何联网的电脑问自己的文件,还可以将文件与他人共享.针对基础教育,一些常用的应用软件如办公软件等学习软件可以采用云服务.目前来看,非常流行的基于Web在线文档编辑的服务是谷歌文档GoogleDocs,它的界面简洁美观,且功能容易掌握使用.用户只需连接网络,即可使用这些云服务,实现学习项目协作规划、教学活动协作管理、师生人员文档、表格、演示文稿的共享与协作编辑,完成网上协作办公.

典型案例如GoogleSite（Google协作平台）,它可以将文本、文档、电子表格、演示文稿、视频、照片和其它类型的信息,以及Google云服务完全组合在一起,为网络学习者提供丰富的网络学习资源和良好的学习平台.平台的参与者可以是学生、教师和家长.协作平台是连接教师课堂教学和网络教学的桥梁和纽带,学生无论是在校内还是校外都可以访问.教师可以提供一个让学生共同参与的项目或话题,培养学生协作学习的能力,弥补课堂教学上的不足.协作平台可以作为虚拟教室,供学生展示自己的家庭作业或为学生提供学习、生活等方面的资料.作为教师,可以发布与教学相关的通知,在平台上对学生的作业进行评价并提供学习资源的链接.教师还可以利用该平台分享自己某一学科的教学成果和教学反思.对于家长,也可以通过这个平台和教师、学校之间进行及时交流,了解孩子在校的表现和学习情况.

4结语

目前,选择何种技术构建基础教育云平台尚处于探索阶段.在意识到教育云在促进基础教育发展存在诸多优势的同时,也应认识到建设基础教育云服务平台任重道远.

本文就构建基础教育云平台的技术选择上进行了探索,以期通过构建基础教育云服务平台解决基础教育当前存在的问题,实现新技术与先进学习理念的结合,进而提高教育质量,实现

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