OpenStack開源云在泛在學習環境中的應用

庾 邦

（廣西經濟管理干部學院，廣西 南寧 530007）

1 引言

隨著信息技術的飛速發展，現代社會中，人們的學習方式及獲取知識的途徑日益多樣，學習者可通過計算機、手機或其它便攜式智能設備隨時隨地學習、獲取和分享信息資源。基于此，一種新的學習形式即泛在學習(Ubiquitous Learning)產生了。泛在學習是指任何人可以在任何地方、任何時刻獲取所需的任何信息的方式，是提供學習者一個可以在任何地方、隨時使用手邊可以取得的科技工具來進行學習活動的3A (Anywhere，Anytime，Any device)學習[1]。

泛在學習已成為近年來教育領域廣泛關注和研究的熱點問題，各國大量專家學者紛紛投入到泛在學習的研究和探討，而云計算近年來也受到了人們的廣泛關注，它的蓬勃發展為教育技術注入了新的活力，本文就如何基于云計算來構建泛在學習環境，以促進學習型社會的構建和達到終身學習的目的，做了初淺的分析和探討，不足之處請各位同行批評指正。

2 云計算在構建泛在學習環境中優勢

泛在學習的主要四大特點：一是泛在性，即隨時隨地可以通過手中的智能終端進行自主學習；二是自適應性，即可以根據個體的學習基礎、進度以及興趣愛好等自動安排學習內容，調整學習進度和方法，做到因“人”制宜；三是交互性，即在學習的過程中學習者可與系統進行交互，提出學習要求，由系統優化后給出學習方案；四是 P2P（點對點）平等性，即學習者在使用資源的同時也可以建設資源，比如提出好的學習方法，上傳學習心得及學習資料等。

云計算（Cloud Computing），它是基于網絡，通過云管理平臺將計算、網絡、存儲等基礎設施虛擬化，形成動態、可度量的共享資源池，以服務的形式可控地提供給各類用戶的一種超級計算模式。云計算最早于 2007年由谷歌公司提出，隨后得到國內外IT公司的積極響應和推動，發展十分速猛，其主要技術特性有：（1）資源虛擬并池化；（2）資源網絡泛在化；（3）資源可控及動態擴展性；4.服務安全高可用性。

對比泛在學習的特點，云計算作為泛在學習的基礎平臺是非常適合的，它的技術特性契合了泛在學習的特點，主要表現在以下幾個方面：

2.1 有利于學習資源的聚合

學習資源是泛在學習的基礎，云計算可以很好地將教育信息融合、存儲，并以服務的形式通過網絡提供給學習者，從而使各種教育資源能最大限度的整合和利用。通過云應用，教育管理者可以對海量的學習資源進行歸類、索引和制定訪問策略，學習者在學習程中可以在既定的規則下對學習資源進行補充及修改，從而不斷地完善學習資源庫。

2.2 有利于學習資源的泛在化

學習資源是基于云計算平臺存儲和管理的，即資源經過池化后存在云端，因而對于資源的組織和管理者來說，在組織資源的時候不僅僅局限于機房、辦公室，他們在任何地方都可以對學習資源進行管理和維護，甚至可以組織一支專業的隊伍，協同工作，以實現資源的多元化。對于學習者，云計算將資源以服務的形式提供，學習者可以隨時隨地獲取資源和學習，同時在一定的權限內還可以對資源進行補充和完善。

2.3 降低對學習終端性能的要求

目前主流智能設備的操作系統有iOS、Andriod、Windows Phone、BlackBerry等，針對這些移動OS的開發平臺和工具也相當成熟和完善，利用這些工具，以云計算為基礎，可開發出界面更友好、功能更豐富、交互性更強的學習軟件。學習者在學習時，軟件一般只負責信息的呈現以及與學習者進行交互等簡單的運算，大量的檢索、計算、存儲等都是在“云端”完成的，因此，對終端的性能要求不高，學習者通過市面上主流的手機、平板電腦等便攜式智能終端都可以順利地完成整個學習過程。

2.4 便于學習平臺的建設與管理

云計算將硬件資源虛擬化，通過IaaS（基礎設施即服務）和PaaS（平臺即服務）按需提供給用戶。搭建平臺時，通過給用戶分配虛擬服務器即虛擬機（Virtual PC）、云存儲,并動態地調整虛擬服務器的CPU數量、內存大小以及實時擴展云存儲容量等以達到用戶需求。由于云計算由大量的廉價節點組成，相互間冗余備份，具其可用性和安全性也完全能達到要求。

可以看出，云計算的技術特性契合了泛在學習的特點，對泛在學習平臺搭建具有很好的支撐作用，基于云計算構建泛在學習環境是未來泛在學習的發展趨勢。

3 為什么選擇OpenStack開源云平臺

3.1 OpenStack部署方便易于擴展

OpenStack不是一個軟件，它是由網絡主機服務商Rackspace和美國宇航局 NASA聯合推出的一個支持Apache2.0協議的開源項目，其目的是制定一套開源軟件標準，目的是簡化云的部署過程并為其帶來良好的可擴展性。Openstack項目主要由Nova和Swift幾個主要組件共同完成具體的工作，可以形象地將OpenStack理解為一個云操作系統，通過OpenStack任何組織或個人都可以搭建自己的云計算環境(IaaS)。

OpenStack目前有7個核心項目，其中最重的三個是：計算服務Compute、對像存儲服務 ObjectStorage及鏡像服務ImageService。計算服務，是云平臺的控制單元，它提供一個管理工具來部署云，包括實例的運行、網絡的管理以及用戶的控制，同時還負責管理其他項目對云的訪問。對像存儲服務，是一個可擴展的對象存儲系統，它支持多種應用，比如數據的復制和存檔，視頻或圖像等各類海量數據存取服務，還可以為Web應用創建基于云的動態存儲。鏡像服務，是一個虛擬機（VM）鏡像的存儲、查詢和檢索系統，用戶可通過HTTP請求查詢虛擬機鏡像的元數據及檢索其實際鏡像。它們之間的關系可用下圖來表示：

OpenStack最新版為Folsom，下一版本Grizzly也即將發布，除現有七個項目以外，還有多個項目正在孵化過程中，一旦成熟，這些孵化項目也會加入到核心項目中。目前OpenStack可以采用多種方法進行安裝和部署，如源碼安裝、使用DevStack腳本安裝、Puppet 安裝等，還有一些開發者整理出了安裝腳本，甚至可以實現一鍵安裝。

3.2 OpenStack完全開源且擁有眾多企業及個人支持者

目前，OpenStack社區擁有超過180家企業及3000位開發者，包括Fedora、SUSE等都支持OpenStack，這些組織和個人都將OpenStack作為云計算的通用前端。國外的微軟、IBM、戴爾、惠普、思科等傳統IT巨頭也都紛紛宣布加入到OpenStack陣營以示對其的支持和未來前景的看好。新浪也在 2011年以 OpenStack為基礎組建了 SWS，是較早部署OpenStack的國內企業，并積極參與Openstack的社區貢獻。由于OpenStack本身完全開放開源，不同廠商可以根據市場需要，結合自己的產品和技術對其提供支持或者實現兼容，從而確保OpenStack在潮流中不會被甩掉。

4 基于 OpenStack的泛在學習環境模型構建

4.1 泛在學習環境的技術構成

由于泛在學習可讓學習者在任何時間、地點、使用任何終端設備對任何感興趣的的內容進行交互式學習，因而從技術的角度，泛在學習環境一般應該包括：泛在學習資源、泛在學習工具、泛在學習網絡及泛在學習系統軟件及客戶端。

學習資源是泛在學習的基礎，學習資源是海量的，而且種類繁多，格式也不統一，要把學習資源歸類、整合，以方便地檢索和使用是一個長期積累的過程；泛在學習工具是學習者用來呈現和檢索學習內容，并與之進行交互式學習的工具，目前主要有計算機、平板電腦、手機等；泛在學習網絡就是無所不在的網絡覆蓋，學習者可以通過泛在網絡，在任何時間地點都能連接上學習資源；泛在學習系統軟件起到管理、維護和組織學習資源，與學習者進行交互等，一般在后臺運行，而客戶端則是具有友好的UI（用戶界面），直接與學習者交互，向學習者呈現學習內容的軟件，它可以是網頁瀏覽器，也可以是PC客戶端或者移動設備的APP（應用程序），目前在PC機上一般是基于瀏覽器來實現，而移動設備因為其屏幕尺寸，計算能力、網絡速度等限制，通過APP的形式來實現可以達到更好的用戶體驗。

4.2 基于OpenStack的泛在學習環境模型

構建泛在學習環境中，OpenStack云計算平臺介于泛在學習系統和基礎設施之間，它將基礎設施資源虛擬化和池化并以服務的形式提供給泛在學習系統調用，最后學習者通過各種學習終端與學習系統進行交互，最終達到學習的目的，基本架構如下圖所示：

5 結束語

現代社會中，構建學習型社會，提倡終身教育，要求學習者能在新的學習形式和學習環境中不斷提升自己，泛在學習為我們供了一個很好解決辦法。但是，泛在學習環境的建設是一個艱巨、繁雜的系統工程，同時也是一個摸索、改進的過程，需要教育者、學習者和開發人員長期地磨合和探索來不斷地完善和充實。

[1] PANG Chun-hong, LI Xiao-ning. Multidimensioanl Perspectiveof Ubiquitous Learning [J]. Journal of Hebei University (Philo-sophy and Social Science),2010(5):P107-111.

[2] 龐春紅,酈曉寧.泛在學習的多維透視[J]. 河北大學學報(哲學社會科學版),2010(5):107-111.

[3] 李剛健.基于虛擬化技術的云計算平臺架構研究[J].吉林建筑工程學院學報,2011(01).

[4] 李小寧,李磊,金連文,黎德生.基于OpenStack構建私有云計算平臺[J].電信科學.2012(09).

[5] 龔穎.泛在學習環境下的教學資源建設研究[J].江蘇廣播電視大學學報,2009(6).