基于云計算技術(shù)的計算機網(wǎng)絡(luò)遠程教育系統(tǒng)設(shè)計

李春曉

摘要：由于在遠程教育平臺上應(yīng)用傳統(tǒng)教育模式具有數(shù)據(jù)不完整、數(shù)據(jù)恢復難、私密性差等不足，本課題把云計算方法應(yīng)用到遠程教育平臺上，提出一種基于云計算的遠程教育平臺，該平臺能有效整合教學信息資源，大幅度提高教育資源利用率。通過分析研究云計算和遠程教育平特性，實現(xiàn)基于云計算的遠程教育平臺。實踐證明，該平臺在教學質(zhì)量、資源共享、降低教育成本和靈活性方面與傳統(tǒng)教育相比都有很大的進步。可以說，云計算高效率的運算處理能力和強大的存儲能力在遠程教育平臺上得到了充分的體現(xiàn)，使我國的遠程教育水平整體上有所提升。

關(guān)鍵詞：云計算技術(shù)；計算機網(wǎng)絡(luò)；遠程教育系統(tǒng)；設(shè)計

隨著網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展和普及，教育模式發(fā)生了翻天覆地的變化，遠程教育已逐漸成為教學中一種必不可少的教學方式，越來越多的人們開始選擇遠程教育作為學習一種主要手段。但是，由于我國地域遼闊，人口眾多，計算機和網(wǎng)絡(luò)資源分布不平衡，遠程教育發(fā)展和推廣并不是很完善，實際應(yīng)用中遠程教育平臺不可避免的會暴漏出這樣或那樣的問題，這就需要去完善和更新。云計算概念的出現(xiàn)最早是在二零零七年，高效的運算能和無限的存儲能力是云計算技術(shù)的最大優(yōu)點，所以，自從云計算提出后越來越多的人對它進行研究。本課題就是對云計算應(yīng)用在遠程教育平臺上優(yōu)勢及可行性進行研究，通過綜合論證，提出將云計算應(yīng)用到遠程教育平臺上，借助其高效的運算能力和無限的存儲能力能很好解決傳統(tǒng)遠程教育平臺的不足[1]。通過實踐發(fā)現(xiàn)，融入云計算的遠程教育平臺，在提高教學質(zhì)量、共享教育資源、降低教育成本、靈活授課等方面都有很大程度的進步，更有利于遠程教育的大規(guī)模推廣。

1 基于云計算的計算機網(wǎng)絡(luò)遠程教育系統(tǒng)設(shè)計

基于云計算的遠程教育平臺主要五大模塊： 系統(tǒng)架構(gòu)、業(yè)務(wù)處理、數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)的安全可靠。模塊化的設(shè)計理念，使整個系統(tǒng)平臺結(jié)構(gòu)清晰，層次分明。

1.1系統(tǒng)架構(gòu)

目前，我國網(wǎng)絡(luò)速度還不夠理想，網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器難以承受集中式訪問，開展遠程教育的學校通常在校外建有多臺學習中心分流服務(wù)器，大多采用B/S模式，整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。在學校本部建中央學習中心服務(wù)器，其他學習中心也各自建教學資源服務(wù)器，所有系統(tǒng)后臺服務(wù)器上都存儲著學習資源，包括文檔資源和視頻資源，供用戶自由使用。目前，系統(tǒng)應(yīng)用效果來看，這種運行模式有兩個明顯不足[2]： （1）教育系統(tǒng)上學習資源多體積龐大，目前我國的網(wǎng)絡(luò)速度對這種大數(shù)據(jù)量的資源傳輸還不夠理想，所以平臺上有些服務(wù)器上資源由于網(wǎng)絡(luò)傳輸原因沒有與其他服務(wù)器同步，這就造成一些服務(wù)器上學習資源不完整、或不是最新資料，學習者往往不能及時學到最新知識； （2）這種組合模式下學生需要多次注冊，服務(wù)器之間的賬號不共享，也就是這個服務(wù)器上注冊的賬號不能學習和下載那個服務(wù)器上的資源，學生換一個服務(wù)器學習就要重新注冊一次，顯得非常麻煩。本文所提出的新教育平臺充分利用云計算的優(yōu)勢，把每個中心服務(wù)器上的資源統(tǒng)一存放到“云”上，遠程教育平臺提供自動搜索和智能選擇最佳路徑傳輸數(shù)據(jù)功能，服務(wù)器之間可以互為備用，能夠相互切換，一旦一個服務(wù)器出現(xiàn)故障，平臺系統(tǒng)能自動切換到另一臺最近的服務(wù)器上，并且用戶感覺不到這一過程，這樣設(shè)計使學生不用再使用不同服務(wù)器時多次注冊，一次注冊平臺上全部服務(wù)器資源都能使用，最大程度的實現(xiàn)學習資源共享；同時也使整個平臺系統(tǒng)的可靠性得到很大提高。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計思想，邏輯結(jié)構(gòu)清晰明了。由于云計算的融入使系統(tǒng)的服務(wù)能力顯著提高，并且可以根據(jù)學生實際情況自由調(diào)整系統(tǒng)的使用方法和界面，有很強的靈活性和實用性。

1. 2 業(yè)務(wù)處理模塊設(shè)計

本課題設(shè)計的遠程教育平臺整體結(jié)構(gòu)由基礎(chǔ)層、服務(wù)層和應(yīng)用層組成，共分5個模塊，包括：數(shù)據(jù)處理，監(jiān)控、處理流程、決策、基礎(chǔ)模塊等。其中基礎(chǔ)層平臺系統(tǒng)的資源庫，要求通過硬件、軟件、虛擬等多種技術(shù)來確保基礎(chǔ)資源庫的可靠和穩(wěn)定。基礎(chǔ)層為服務(wù)器和應(yīng)用層提供基礎(chǔ)支持，如，提供計算處理能力和存儲功能，可以說基礎(chǔ)層好比平臺系統(tǒng)的能源庫。由于系統(tǒng)的業(yè)務(wù)處理模塊在應(yīng)用層，所以平臺系統(tǒng)的核心當屬應(yīng)用層，業(yè)務(wù)處理模塊又繼續(xù)細化成：綜合監(jiān)管、權(quán)限分配、業(yè)務(wù)處理流程、系統(tǒng)自動簽到、文件處理、信息采集、搜索等子模塊。應(yīng)用層主要為學生或其他程序提供交互接口。服務(wù)層包括平臺系統(tǒng)的各種服務(wù)功能，如，文件傳輸服務(wù)、數(shù)據(jù)查詢服務(wù)等，下一節(jié)將重點介紹系統(tǒng)核心模塊的設(shè)計。

1.3 核心模塊設(shè)計

上一節(jié)已經(jīng)提到，遠程教育的核心模塊又分：綜合監(jiān)管、權(quán)限管控、業(yè)務(wù)處理流程、系統(tǒng)自動簽到、文件處理、信息采集、搜索等子模塊。系統(tǒng)模塊如圖2所示，每個模塊與租戶為一一對應(yīng)關(guān)系，每個模塊由相應(yīng)的租用者標示符啟動，標識符利用元數(shù)據(jù)通道到達各個模塊，各模塊結(jié)合元數(shù)據(jù)功能區(qū)訪問所需資源。綜合監(jiān)控主要功能是SaaS服務(wù)者安裝平臺系統(tǒng)，并為用戶配置系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)，分配用戶權(quán)限。權(quán)限管控模塊有三種方法辨別租戶：SaaS服務(wù)及應(yīng)用相關(guān)人員，依據(jù)他們身份標識符，通過系統(tǒng)分配給的相應(yīng)權(quán)力去對指定文件的訪問。為了更好、高效方便的為不同用戶提供服務(wù)，SaaS使用應(yīng)該滿足各種工作流程需求。工作流程模塊的配置工具只支持部門或平臺系統(tǒng)內(nèi)部的工作流程，其他暫不支持。系統(tǒng)自動簽到模塊式通過簽名技術(shù)和水印識別手段實現(xiàn)的。文件處理模塊主要功能是增減或轉(zhuǎn)移服務(wù)器上的文檔，這些文檔在數(shù)據(jù)庫中都存儲在一張表中，不同租戶之間他們是相互獨立的。也可以自動管理一些特定電子文件，例如，清理到期文件或臨時文件，激活相關(guān)文檔等。搜索模塊的主要功能是通過采集提取文件中的相關(guān)信息，讓用戶享受到更好的查詢服務(wù)。利用此功能學生可以在教育平臺的數(shù)據(jù)庫里自由搜索所需相關(guān)資料。

1.4 數(shù)據(jù)安全設(shè)計

1.4.1 數(shù)據(jù)的安全性需求 基于云計算方法的遠程教育教育平臺，使用后臺服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)自動管理，學校不再自己人工管理； 整個系統(tǒng)的維護和升級也都是由專業(yè)的服務(wù)商完成，學習不再自己維護管理； 云計算的使用離不開互聯(lián)網(wǎng)，學生所有的請求發(fā)送和數(shù)據(jù)傳輸都通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)的，所以數(shù)據(jù)在傳輸過程的安全很難得到保障。遠程教育平臺對安全性的要求雖不比商業(yè)系統(tǒng)，特別是金融系統(tǒng)的高，但是教師、學生個人信息，考題，特別是敏感性的考題答案，教學文檔等保密性數(shù)據(jù)，也不能隨意對外公開。這就需要在設(shè)計新的遠程教育平臺時，務(wù)必使敏感數(shù)據(jù)的安全可靠性得到保障[3]。

1. 4. 2 教育平臺上數(shù)據(jù)隔離方式 隔離方式通常有3 種。第一種是數(shù)據(jù)庫隔離，就是用戶之間保持數(shù)據(jù)庫的獨立性，一個賬戶對應(yīng)一個數(shù)據(jù)庫，這種隔離方案隔離最徹底，數(shù)據(jù)安全性也最高，唯一的缺點資金投入太大。第二種是數(shù)據(jù)模式隔離、庫共享，整個教育平臺上只用一個數(shù)據(jù)庫，每個賬戶都擁有一個獨立的模式； 為每個用戶提供抽象的邏輯數(shù)據(jù)隔離，并不是實際的物理隔離； 并且一個數(shù)據(jù)庫能夠支持多個用戶，這樣有效降低了系統(tǒng)成本，由于抽象隔離，邏輯關(guān)系相對復雜，所以管理難度大。第三種是數(shù)據(jù)模式和庫都共享，整個教育平臺只有一個數(shù)據(jù)庫，一種數(shù)據(jù)模式，在有隔離需求的業(yè)務(wù)表上加標示符（使用者ID）來達到隔離數(shù)據(jù)的目的；這樣是數(shù)據(jù)庫的共享程度達到最高，系統(tǒng)成本最低，但隔離不夠徹底；缺點是會增加系統(tǒng)開發(fā)者的負擔，開發(fā)者安全可靠性方面的代碼量會增加很多，平臺上數(shù)據(jù)還容易丟失。綜合考慮系統(tǒng)成本和安全性，本文數(shù)據(jù)隔離時采用第二種隔離方案，成本相對較低，安全性又能達到要求，比較符合我國對遠程教育的要求[4]。

2 結(jié)語

本課題詳細分析了云計算技術(shù)應(yīng)用到遠程教育平臺上的理論依據(jù)并對系統(tǒng)實現(xiàn)的技術(shù)難度進行評估。通過深入研究設(shè)計出了一個全新的實現(xiàn)方案，該方案充分繼承傳統(tǒng)系統(tǒng)優(yōu)勢的同時又加以創(chuàng)新，實現(xiàn)了一套符合現(xiàn)代遠程教育最新需求的教育系統(tǒng)，經(jīng)測試驗證發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)與傳統(tǒng)教育系統(tǒng)相比在教育服務(wù)能力、共享學習資源、靈活性等很多方面都有很大的提高，非常符合我國現(xiàn)代遠程教育的需求。

參考文獻：

[1]田立鵬. 基于云計算的遠程教育系統(tǒng)設(shè)計[J]. 電大理工.2013（06）

[2]方明，黃敏.基于云計算的遠程教育平臺建設(shè)研究[J].南京廣播電視大學學報，2013（ 09）.

[3]張懷南，楊成. 我國云計算教育應(yīng)用的研究綜述[J].中國遠程教育，2013（01）.

[4]程姍姍.基于云計算的遠程移動學習系統(tǒng)設(shè)計[J]. 軟件導刊，2013 （10）.