基于云計算的網絡學習資源共享研究*

楊思煒，高東懷，寧玉文

（1．西北大學 現代教育技術中心，陜西 西安 710069；

2．第四軍醫大學 網絡中心，陜西 西安 710032）

基于云計算的網絡學習資源共享研究*

楊思煒1，高東懷2，寧玉文2

（1．西北大學 現代教育技術中心，陜西 西安 710069；

2．第四軍醫大學 網絡中心，陜西 西安 710032）

云計算是一種資源共享和使用模式，提供了可靠安全的數據存儲、方便快捷的網絡服務以及強大的計算能力。本文針對網絡學習資源共享中存在的問題，根據云計算的定義、特點以及服務形式，論述了云計算為提高網絡學習資源共享帶來的新方式。最后參考網格技術，構建出基于云計算的網絡學習資源共享平臺與系統體系模型。

云計算；虛擬化；網絡學習資源；資源共享；網格計算

網絡學習資源是網絡教育過程中的核心和基礎，歷來是專家、學者、一線教師甚至學習者所關注的焦點。國家教育部門也高度重視并大力支持網絡學習資源建設，建設了一大批諸如精品課程的優質網絡教學資源，但在資源利用方面卻不盡如人意，特別是由于受到觀念陳舊、地域限制、技術障礙等因素的影響，出現資源無法有效利用和共享等問題。近幾年，云計算以其提供的海量數據存儲和方便快捷的網絡服務，正逐漸滲透于教育領域中。如果將云計算的相關技術和服務用于解決網絡學習資源共享問題，可以探索一條新思路來促進網絡學習資源的有效共享。

一、網絡學習資源共享存在的三大問題

筆者通過文獻調查和對學校信息化部門人員訪談，發現國內網絡學習資源共享一直存在諸多問題，歸納為以下三個方面。

1.缺乏共享意識

長期以來，由于涉及各級各類資源開發者的切身利益和知識產權等方面的問題，大多數資源開發者不愿意與別人分享自己的資源，共享意識十分淡薄，造成這一結果的原因是多方面的，其中對資源開發者的知識產權保護不力是最重要的原因之一，一旦知識產權無法保證，資源開發者共享資源的積極性也會受到影響。具有較高收益的資源被重復開發，低回報的資源又乏人問津，這樣也導致了資源共享障礙。除此之外，某些資源開發者或開發部門不屑于降低身份去使用低一級開發者的資源，大部分資源開發者的目的都帶有一定的功利色彩，沒有真正從共享的高度來進行資源開發，只僅僅著眼于眼前利益，因此就使得如今網絡學習資源共享一直處于劣勢地位。

2.網絡學習資源本身的缺陷

網絡學習資源本身也制約著共享的實現。首先，國內網絡學習資源可供共享的種類相對局限于軟件類資源，像服務器、路由器、實驗設備這樣的硬件類資源很難被學習者或用戶共享和使用，當學習者進行大規模的計算、存儲或其他實驗活動時，若是沒有相應的硬件設備就會造成學習活動無法正常進行。其次，網絡學習資源地域分布不平衡，信息發達的地區所擁有的資源相對要比偏遠地區的資源更加豐富和優質一些，發達地區不愿使用偏遠地區的資源，偏遠地區想使用發達地區的高質量資源又困難重重，這樣它們之間的資源共享就會因為資源分布不均而受到限制。

3.技術限制

國內目前的資源開發系統與運行環境十分龐雜，大多資源開發都是相對獨立進行的，平臺和接口都是針對資源開發者或特定的對象，無法兼容的接口和運行環境往往導致數據資源無法傳輸與交換，這不僅增加資源開發者技術和資金投入，造成資源浪費，同時也使資源共享的效率處于較低水平。

二、云計算與網絡學習資源共享

1.云計算與云計算服務

（1）云計算定義及特點

云計算的定義已經超過20余種。Google公司認為:云計算是一種資源共享和使用模式，可以通過網絡獲得應用所需的資源，所有用來提供資源的網絡被稱為“云”，“云”中的資源是可以無限擴展的，并可以隨時獲取，云計算的最終目標就是將計算作為一種公共設施 （Uti l ity）提供給所有用戶，讓人們可以像使用水、電、煤氣和電話那樣使用計算機資源。[1]我國云計算專家劉鵬認為：云計算是將計算任務分布在大量計算機構成的資源池上，使各種應用系統能夠根據需要獲取計算力、存儲空間和各種軟件服務。[2]

從國內外的定義可以看出，云計算其實就是由大量計算機群落組成的、為了實現更加高效的數據處理、最大范圍的協作與資源共享而提供的一種遠端服務。其本質其實就是一種互聯網應用。隨著云計算在產業界所產生的巨大影響及其應用的深入，云計算也終將會在人類的學習領域產生重要的作用。

云計算除了具有諸如超大規模、智能化、高可靠性、通用性、動態可擴展、按需服務、低成本等大家較為熟知的特點以外，還具有其他一些十分重要且不同于傳統網絡的特點，歸納如下。

1）軟硬件相對分離，減少了軟件對硬件的依賴

剝離了軟件與硬件的聯系，通過平行運算的方式，使得一個應用程序可以在不同的硬件上執行，全面解除應用服務與硬件資源間的固定對應關系，不僅減少了軟件對于某臺具體設備的依賴，而且也避免了資源共享因為軟硬件的不配套而受到限制。

2）將硬件作為一種服務提供給用戶使用

將硬件資源進行了整合以及虛擬化處理提供給用戶使用，既提高了資源的共享范圍和利用率，也簡化了IT系統維護的復雜度，同時更推動硬件設備向高端發展。如IBM在2007年11月15日所公布的“Blue Cloud”計劃就是通過提供虛擬化的服務器以及物理服務器的計算資源的方式來向用戶提供硬件服務的。[3]

3）云計算的規模與其經濟收益成正比

相對于小型云計算供應商來說，大型云計算供應商整體提升能源利用率的成本將更加便宜，由于成本可以分攤在大量的服務器上，相應的技術和管理手段才更可能會被大量使用，因此運營商的資本回報率才會提高，據此可推斷出云計算的規模不僅影響著經濟收益，并且成正相關。

4）云計算可以應付大的訪問量

在日常的網絡應用服務中，許多資源網站隨時都有可能遇到突發性大訪問量。若是在云計算環境下，利用云存儲的服務器集群和虛擬化技術，臨時調用計算和存儲資源，分配給服務器和存儲子模塊，可以很好地解決因訪問量過大而導致網站無法訪問或服務器崩潰等問題。[4]

（2）云計算服務

云計算在人們的日常網絡活動中隨處可見，比如Google的搜索服務、在線郵箱、百會在線辦公、360云查殺等。目前，云計算主要有以下三種服務形式：軟件即服務（SaaS）、平臺即服務（PaaS）和基礎設施即服務（IaaS）。[5]

SaaS是提供商將應用軟件統一部署在自己的服務器上，用戶按需通過瀏覽器使用軟件，軟件的日常維護和管理則由提供商負責。如騰訊公司的QQ云詞典，無需安裝就可輕松查詞。

PaaS是把開發環境作為一種服務來提供，為企業或個人提供研發的中間件平臺，提供實驗平臺、程序開發平臺、數據庫等。

IaaS的實質就是將基礎設施作為計量服務提供給客戶。用戶按需租用相應計算能力和存儲能力，降低用戶硬件成本。如Amazon Web Services的彈性計算云EC2和簡單的存儲服務S3。

2.云計算為網絡學習資源的共享提供新方式

近幾年，網絡學習資源的共享一直備受關注，高效的網絡學習資源共享不僅可以極大地提高資源的利用效率，也能夠節約學習資源建設過程中所投入的成本。就目前而言，網絡學習資源共享因觀念上的差異、管理上的缺陷、知識產權、無統一的標準、資源分布不均勻、優質資源不足等因素而遭遇瓶頸。因此，考慮到云計算的特點和“協作與共享”的核心理念，相信云計算一定能夠為網絡學習資源的共享提供新的方式，從而使網絡學習資源共享不再只是一個美好的愿望。

（1）資源最大范圍共享

云計算的服務形式使得網絡學習資源的共享范圍延伸到了硬件資源，改變了傳統網絡環境下學習資源共享僅僅局限于文本資料、多媒體課件等軟件類資源的局面，云計算的虛擬化技術將內存、I/O設備、存儲、計算能力、實驗設備等硬件類資源整合成一個虛擬的資源池，為學習者或用戶提供有償或無償的各類硬件資源與服務，一方面降低了終端學習者的成本，另一方面提高了遠端服務器等硬件設備的使用率。

（2）無界限共享

云計算的特點決定了不同設備、數據庫、平臺之間資源的連接、傳輸與交換，突破了網絡學習資源分布不均的枷鎖，也使得一個個資源孤島或信息孤島逐漸消失，用戶完全不必顧及計算機在哪兒，無需擔心接口與運行環境，只要遵守協議，所需要的一切資源都會被迅速調取到用戶面前。這種自由、無拘束的共享方式一定會受到廣大學習者的青睞。

（3）產業化、市場化共享

網絡教育本身就是一種產業，網絡學習資源又是網絡教育的基礎，因此網絡學習資源走向產業化和市場化是必然趨勢，網絡學習資源一旦形成產業化，資源的數量、質量將會有所提高，資源的管理、維護等也會有相應的保證，這樣勢必會促進網絡學習資源共享。

三、云計算環境下網絡學習資源共享平臺與系統體系模型設計

1.基于云計算的網絡學習資源共享平臺

針對目前國內網絡學習資源共享的現狀，結合云計算的功能與特點，在云計算環境下構建一個大規模的資源共享平臺，對有效整合異構環境的網絡學習資源,提高資源共享、利用程度與效率具有重要作用。該平臺結構如圖1所示。

圖中所構建的資源共享平臺系統主要由門戶、注冊中心、用戶、資源提供與管理者和資源節點組成。其中門戶網站是用戶訪問云端資源與服務的重要接口。學習者或用戶登錄門戶網站所連接的注冊中心進行賬號注冊，之后利用賬號進入由大量包含各種資源和服務的節點所組成的學習資源網絡。該學習資源網絡以大的中心網絡服務器節點為核心，無數個低一級的小節點與其相連，小節點下面又可以連接更低一級的小小節點，所有節點之間互相連接，學習者或用戶可通過門戶進行訪問和調用。資源提供與管理者利用注冊中心所提供的信息來決策將什么樣的資源和服務提供給用戶。當然學習者和用戶也可通過該門戶網站上傳資源，管理者通過整理審核后存入適合的節點中供其他用戶共享。

2.系統體系模型

云計算中的關鍵技術——網格技術，作為新一代的互聯網技術，其在實現資源共享上有著十分巨大的優勢，該技術環境下的資源共享是傳統的資源與網絡技術和計算機技術有機結合的新產物，其實質是為了滿足虛擬組織內部資源共享和解決問題而產生的一系列技術。而網格技術中的“五層沙漏結構”將共享資源等操作、管理和使用功能分散在五個不同的層次，由下至上分別為構造層（Fabric）、連接層（Connectivity）、資源層（Resource）、匯聚層（Collective）和應用層（Application）。[6]以此為基礎，結合云計算的三種服務形式，采用分層體系結構，從資源層、管理層、應用層這三個層次來進行網絡學習資源共享體系模型的設計，如圖2所示。

（1）資源層

資源層處于最底層，是該體系模型的基礎，一方面包含了提供基本的網絡支持環境和各種需要的基礎設施、物理資源等硬件類資源；另一方面包含了各級各類教學素材、網絡課件、軟件、數據庫、多媒體素材庫等軟件類資源。所有這些資源均分布在各個網絡節點上。

（2）管理層

管理層是該模型的中間層，也是核心層，包括連接管理層、服務管理層和資源管理層三個方面的內容。

首先，在連接管理層中，一方面利用通信協議來對數據或資源間的連接、交換、傳輸等進行控制和管理，實現資源在物理上的連接、邏輯上的孤立；另一方面實現各資源節點中的各種異構資源與云計算平臺上層的數據交換、數據包得生成與解析。

服務管理層中包含安全服務、監控服務、訂閱服務、在線存儲服務、協作服務等，負責提供進程管理、資源分配、存儲訪問等。這些服務項目不僅為資源共享提供了前提和保證，也為資源管理層提供了基本的支持。

資源管理層的核心任務是對資源層中的各類資源進行發現、整合、查找、描述、定位、調度、監測、更新和發布。通過采用統一的資源管理機制來支持用戶與云計算環境的交互，最終實現異構資源有效共享的目的。

（3）應用層

在處于頂層的應用層中，由開發的各種應用系統組成，其包含了面向資源提供者、管理者、網絡學習者的資源管理、控制、應用服務系統/平臺/門戶等，網絡學習者或其他使用共享資源的用戶不僅可以通過該平臺系統獲取、上傳和分享資源，同時也為學習者和用戶提供各種應用工具，支持學習者和資源開發管理者在云計算環境下進行網絡學習資源的開發和具體的應用，從而切實將資源共享做到最大化。

四、結束語

云計算的特點決定了其可提供全面的共享資源和應用服務，因此在云計算環境下，實現網絡學習資源的全面共享是必然的，不僅能彌補傳統網絡的不足，還避免了資源重復建設帶來的高成本和嚴重浪費，也從另一方面推進了教育信息化的發展，具有極強的現實意義。盡管基于云計算的網絡學習資源共享平臺與模型還比較簡單，但可以為云計算改造學習環境提供一種思路。

[1]周鑫皴，賴麟．云學習：概念的提出與初步研究[J]．四川教育學院學報，2009，25(12):1-3．

[2]劉鵬．云計算[M]．北京：電子工業出版社,2010：1-25．

[3]IBM Introduces Ready-to-Use Cloud Computing.[EB/OL].

[4]李煜民，章才能，謝杰．云計算環境下的數據存儲[J].電腦知識與技術：學術交流，2010（2）：1032-1034．

[5]張鼐.云計算環境下信息資源共享模式研究[J].情報科學,2010(10)：1476-1495．

[6]CHENL Li，DENG Hong，DENG Q ianni，et al．Research on the framework of grid manufacturing[C]．Proceeding of the 2nd International Workshop on Grid and Cooperative Computing．Berlin,Germany:Springer——Verlag，2004:19-25．

[7]Brad Wheeler，Shelton Waggener．A solution of manufacturing resources sharing in cloud computing environment[C]．EDUCAUSE Review,2009（11/12）:52-67.

G250.73

A

1673-8454(2012)05-0020-04

*基金來源：本研究受西北大學研究生教育創新交叉學科型項目資助（項目編號：10YJC18）。

(編輯：楊馥紅)