基于“云+端”模式的校園網絡教育平臺研究

摘要 目前我國的校園網絡教育系統正處于起步發展階段，各個區域的局部網絡教育系統互聯性較差，數據共享能力較弱，同時網際端口的帶寬有限，嚴重制約了全局教育網的建設，本文則提出借用一個共有的平臺來實現各個區域局域網的互聯互通(即云服務網絡)，通過這個平臺可以有效解決帶寬、數據流量限制和大規模計算等一系列問題。

關鍵詞 網絡教育 云+端 平臺架構；

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A

1 校園網絡教育發展現狀

我國的遠程教育經歷了函授教育、廣播電視教育等，隨著信息技術和網絡技術的不斷發展，遠程教育已經步入了網絡教育時代，通過十年的探索，網絡教育先后經歷了起步、發展和規范階段，針對這個三個階段的代表技術及平臺見表1。

由表1可見，目前對于我國并沒有對網絡教育的統一規范，這將是一個長期完善的過程，當然，在發展階段許多的網絡教育系統是我們值得借鑒的，如基于流媒體的P2P網絡視頻授課系統，相比較而言，國外在這方面的技術就較為成熟，如美國的WISE，澳大利亞的LAMS系統、Moodle系統，加拿大的CSILE系統；也有許多成型的教學設計模型，如ARCS模型，EL－ITE模型等。目前，鑒于國外網絡教育平臺的研究，我國不論是在整體架構的建立還是具體模塊的設計都有了一定的發展，如早期我國建立的“校校通”架構平臺，已經覆蓋了我國的許多高校，但是現在來看，它的實際應用性并非理想，主要是受限于數據帶寬、數據共享和存儲等方面的影響，因此，在這里本文提出了一種基于云服務的網絡教育系統模型，其是在“校校通”平臺互聯的基礎上，完善整個教育網絡的搭建，同時建立幾個中心節點(用來負責局域網中數據的存儲和計算等處理，即下文提到的“教育云”)，終端接口則采用Web技術，最終系統可以有效地解決網絡數據擁塞等問題。

2 云服務原理

云服務作為一種新型的計算數據處理模式，它強大的服務能力已經使其涉及到計算機領域的方方面面，現在對于云服務(云計算)并沒有統一的定義。簡單地說，云服務就是數據存儲在云端，應用和服務存儲在云端，充分利用數據中心強大的計算能力，實現用戶業務系統的自適應性。同時，用戶按照“即用即付費”(pay-per-use)的協議使用云服務中的資源，基礎架構提供商(Infrastructure Provider)根據服務級別協議(SLA)提供服務。云和用戶終端的關系如圖l所示 對于云計算系統的體系結構，我們可以將其分為三個層次：(1)基礎設施即服務(IaaS-InfrastructureasaService)，提供計算、數據存儲和網絡通訊等資源。IaaS向用戶提供的不僅包括虛擬化的計算資源、存儲，同時還要保證用戶訪問時的網絡帶寬等。(2)平臺即服務(PaaS)，在基礎設施之上的平臺層可以認為是整個云計算系統的核心層。平臺層主要為應用程序開發者設計，開發者不用擔心應用運行時所需要的資源，平臺層可以提供應用程序運行及維護所需要的一切平臺資源。(3)應用軟件即服務(SaaS)，基于云平臺開發的各類軟件應用服務以及用戶交互接口等。

3 校園網絡教育系統“云+端”平臺架構

教育平臺的構建關系到校園教育網絡的未來發展，那么，目前對于我國使用的教育平臺主要有以下幾種：Blackboard、Moodle、Sakai等，其中，Blackboard作為一種專業的網絡教學平臺，許多高校的平臺都是基于Blackboard的，而Moodle、Sakai作為開源平臺，也同樣有其應用市場，也正是因為各高校使用的平臺不統一，造成平臺之間的資源共享利用存在一定的技術問題，盡管現在有人提出了基于scorm標準的教育平臺建設，但筆者認為這只是一個向“云+端”平臺的過渡階段，下面本文將介紹平臺構建的相關概念和技術。

3.1 教育云的建立

云服務已經觸及到我們生活的許多領域，其在教育領域的遷移，我們可以定義為教育云。然而，根據參與搭建的主體，可以將其分為：公有云、私有云和混合云。對于教育云的建立則是，外部由非本地的第三方云服務提供的公有云(也稱外部云)，內部由各個高校自身的信息中心私有網提供的云計算服務(也稱內部云)，而混合云是建立在公有云和私有云之間的，負責內外云間的數據處理和交換。如圖2。

3.2 端的建立

“端”作為與用戶交互的節點，主要考慮是否能給用戶帶來較好的交互效果，而好的交互效果跟端的成本總是成反比的。當云的出現，我們就能較好地解決這一矛盾。

3.2 A基本配置要求

在有了云計算、云存儲這個感念之后，計算機技術有了飛速的發展，未來的趨勢將是：各個網絡節點的軟硬件要求越來越高，而對于基本的終端輸出設備的要求、成本則越來越低。它們只需要具備一定的音頻和視頻解碼能力即可，即使是原本對顯卡要求很高的3D渲染，也可放在“云”中進行，而終端只負責顯示即可。

3.2.2 “三屏合一”技術

對于終端的顯示設備，我們不僅僅局限于PC的顯示，當然同時我們還可以將手機、電視和PDA等納入我們的終端顯示。目前這方面的研究相對成熟的當屬微軟的“三屏合一”技術，即手機、電視和電腦屏幕的融合。也就是說，電視將兼有電腦和手機的功能，同樣，電腦兼有電視和手機的功能，手機也是如此。而“三屏合一”的前提就是做到“三網融合”(電信網、廣播電視網、互聯網三網的融合)。那么，對于傳統的電腦、手機、電視來說，屏幕所具備的功能將趨于一致性，只是各自的角色不同，消費者選擇使用任何一個屏幕，都將可以獲得同樣的功能，這樣的趨勢必將給三屏帶來新的革命。其具體意義在于：實現網絡資源的共享，避免低水平的重復建設，形成互相兼容、容易維護、費用低廉的高速帶寬的多媒體基礎平臺。最終我們將建成起“無處不在”的網絡教育終端。

3.3 平臺架構模型

教育云的出現，可以說標志著我國的校園網絡教學系統新紀元的開始，具體的平臺架構分為五層：基礎設施層、教育應用層、數據接口層、用戶接口層和管理維護層。架構模型如圖3。

基礎設施層，以云服務中的IaaS為基本框架，分為物理硬件子層和虛擬化子層。其中，物理硬件層主要由服務器、存儲器和網絡設備等構成。虛擬化層則提供計算、數據存儲和網絡通訊等功能。

教育應用層，提供各種教育教學相關的應用服務，即面向教育對象的SaaS。此層主要包括有以下五個模塊：(1)教學與教學管理的基礎教學平臺，下屬教務管理系統和學籍管理系統；(2)教學資源開發平臺：(3)虛擬教室教學平臺：(4)基于云的服務的虛擬實驗平臺；(5)教學評價與自我評價系統。

數據接口層，用于基礎設施層與教育應用層之間的數據傳輸與處理，其工作原理：首先對教育應用層提出的數據需求進行分析，再進行數據歸一化的無差別處理(即將教育應用層的各種數據處理轉換為單純的數據計算)，最后將計算需求提交給相應的教育云。

用戶接口層，在用戶端為用戶訪問整個網絡教育系統提供基于Web的接口。整個基于云服務的網絡教育系統提供的教育服務主要為B／S結構，所以對于用戶端的設備要求大大降低，只需要一臺能夠按入互聯網使用瀏覽器進行訪問服務的計算機。現行的主要是Web2.0技術。移動校園網接口。總之，這類接口主要是處理“云”與“端”之間的連接，它們的工作就是考慮如何將在云服務中計算、響應的結果輸出顯示在這些終端上。

管理維護層，管理維護層根據權限設有不同級的管理員，用以維護著整個系統，保障其正常運行，他們一般不直接干預具體的實驗教學過程，在功能上它主要起一個管理的作用，并維護系統數據庫的安全和有效。另外，由于云服務有其自身的管理維護機制，在這里的管理維護層主要是教育應用層、數據接口層和用戶接口層的管理，其中重點放在數據接口層的管理維護上，用以確保網絡教育系統與教育云之間數據處理的暢通和正確。

4 運作機制

與以往的網絡教育系統相比，基于云服務的網絡教育系統在繼承前者的同時，結合現在教育網絡的需求，加強和整合了許多的系統功能，其運作模式也有了很大的改進。平臺主要可以依據以下體制進行運作：

4.1 區域教育云體制

教育云主要是由我國的幾大區域云構成，而這里的區域云又是由若干高校的私有云組成，為平臺提供各種的計算服務。另外，每個區域云設立一個管理機構，負責對區域云的管理。最，再在整個教育云設立一個管理委員會進行綜合管理。

4.2 資源索引體制

為實現平臺中資源的充分共享和利用，我們應對各個資源進行準確的描述，同時建立規范的資源索引庫，設計合理高效的索引算法，從而，用戶能更好地依據個人的需求來搜索庫內的資源。這里我們可以將語義網作為對資源描述的可選方案之一。

5 總結

“云+端”的網絡教育模式將成為未來教育信息化的一個趨勢，由于該平臺模型具有較好的統一標準性、數據處理高效性和資源共享的有效性等特點，現在越來越多的人也開始關注到云計算等技術在教育領域的應用，在此本文則提出了構建“云+端”這一平臺的基本模型，不僅分析了云計算的運作，也指出了終端的前沿技術，最終搭建出整體的“云+端”網絡教育平臺。

下一步工作，在提出此平臺模型的基礎上，具體實現各層之間的接口問題，為云時期的到來做好技術準備。