基于云原生的數智校園基礎平臺系統的架構設計與實現

徐小華，胡忠旭，常 鳳

（昭通學院網絡信息中心，昭通 657000）

0 引言

隨著《教育信息化2.0 行動計劃》和《教育部關于加強新時代教育管理信息化工作的通知》等文件的先后出臺，要求高校需充分利用云計算、大數據、人工智能等新技術，構建全方位、全過程的信息系統支撐體系，助力教育教學、管理和服務的改革發展［1-2］。到2025年，數據實現“一數一源”，數據孤島得以打通，“一網通辦”深入普及，教育決策科學化、管理精準化、服務個性化水平全面提升，支撐構建高質量教育體系［3-4］。根據以上及其相關文件可知，對高校信息化的建設提出了更高要求。

多年來，高校信息化建設雖然取得了長足進步，但也存在諸多問題，如在數據層面，缺乏數據標準，業務系統之間數據難以共享，各個業務系統對相同數據重復管理，效率低下；在業務方面，重管理輕服務現象嚴重，為師生提供的信息服務不夠全面，多重身份和密碼體系，多重登陸界面，使用不便，現有服務基本依靠PC 端，基于師生的事務辦理效率低，無法實現一站式辦理；在技術層面，現有的信息化程度較低，底層技術較為傳統，無法滿足校內應用、教學系統、移動辦公等業務系統對快速部署、彈性收縮、靈活調整的各項需求；缺乏自動化交付能力和自助式的管理能力等。目前，高校信息化建設已由智慧校園發展到數智校園新階段，數智校園應以需求為導向，對學校的教育教學、科學研究、管理服務等提供支持。云原生技術為搭建高校數智校園基礎平臺提供了新的思路和方法。由此，本文提出基于云原生的數智校園基礎平臺架構的設計，并以某高校為例進行設計與應用，從而實現了數智校園的基礎平臺。

1 云原生技術

云計算平臺使用虛擬化等云計算技術將物理設備抽象成邏輯資源，將多臺服務器連接起來構成更大資源池，提高了資源的利用率。云計算平臺部署方式有公有云、私有云和混合云。云計算平臺是云原生技術（Cloud-Native）的基礎。云原生概念最早由Pivotal 公司于2013 年提出，它并非顛覆傳統應用架構的模式，而是優化和改進傳統的應用架構的新架構模式。它利用云計算模型的優勢，有利于開發人員在公有云、私有云和混合云等新型動態環境中，構建和運行可彈性的擴展的應用系統［5］。它由微服務（Micro services）、容器（Contains）、開發運維一體化（Devops）和持續交付（Continuous Deliv?ery）這4 方面組成［6］。微服務（Micro services）是為了解決SOA（Service-Oriented Architecture）模式的問題而提出的一種架構，將應用拆分為細粒度的服務模塊，具有開發敏捷性、自治性和隔離性等諸多優點。容器（Contains）技術與微服務配套使用，為微服務提供有效的資源管理，幫助微服務快速啟動等，它是微服務的最佳載體，常見的有Docker 和kubernetes。開發運維一體化（Devops）是過程、方法與系統的統稱，目標是縮短開發周期，更可靠地發布，為云原生提供持續交付能力。持續交付（Continu?ous Delivery）是指以應用系統無論是新特性、配置變更等以安全和快速的發布上線的方式。結構如圖1 所示。

圖1 云原生組成部分

2 校園網絡設計

校園網絡是校園信息化建設的基礎，是支撐校園信息化建設的基礎實施，也是校園基礎平臺架構的根本，構造高性能、高效率的校園網絡成為打造高質量教育和數智校園的關鍵。校園網絡設計應包括校園網出口、主干網、有線接入網、無線接入網、校園物聯網和5G 等。設計選用極簡萬兆以太全光網絡，采用光纖入室、統一協議，配合SDN 技術，實現萬兆主干，千兆到桌面的目標，具有維護更為簡便、帶寬更高、成本更優等優點。

3 數智校園基礎平臺系統的架構設計

3.1 需求分析

本文以某高校為例，其數智校園基礎平臺主要有以下幾個部分：統一數據中心平臺，用以構建共享數據中心，消除信息孤島；統一身份認證平臺，用以作為登陸數智校園的統一入口，以便訪問學校內部信息門戶；統一信息門戶平臺，用以學校對外、對內的信息和形象的展示窗口；一站式服務平臺，用以解決業務系統分散，操作繁瑣低效的問題；綜合學工系統，基于學生從進校到離校全過程的服務，實現了以“服務于人”為導向，系統圍繞“學生成長”形成了服務閉環。該基礎平臺涉及到多個子系統。因此，需要使用云原生來設計數智校園平臺。

3.2 架構設計

數智校園基礎平臺建立在云原生之上，采用私有云部署方式，具備了虛擬化、容器化、負載均衡等能力。總體框架如圖2所示。

圖2 數智校園基礎平臺框架

4 數智校園基礎平臺系統的架構實現

4.1 統一數據交換和共享平臺

通過構建信息標準與規范，把眾多的應用系統中大量的信息進行科學、規范的定義和分類，描述信息的使用權限，并形成統一的標準，使信息有序流通、保證信息的一致性與權威性［7］，覆蓋整個學校業務域，利用統一數據交換和共享平臺為各應用系統提供一個數據的共享與利用的公共數據平臺，消除煙囪式的信息孤島，實現數據的交流互通，保障數據的統一、共享，實現數據信息的集成管理，為學校的數據治理與分析決策提供基礎支持。

4.2 統一身份認證平臺

統一身份認證平臺作為登錄數智校園的統一入口，通過身份的認證與權限的管理，方便各個用戶登錄到學校的內部信息門戶，通過內部門戶能方便地訪問其身份權限下的應用系統，獲取其個人最新的通知公告，查閱其權限下的各類數據資源。

4.3 一站式服務平臺

構建一站式服務平臺解決多個業務系統分散存在，每次業務的辦理都需要進入到對應的系統，操作繁瑣低效的問題。通過一站式事務中心，實現對事務的集中申請、辦理和監控。能使全體師生真正感受到數值校園建設提供的優良服務。通過業務辦理的統一入口體驗，提高用戶體驗的同時，也提升學校信息化應用水平。如圖3所示。

圖3 一站式服務平臺

4.4 移動校園服務平臺

構建移動校園服務平臺，實現“事找人”。通過移動校園平臺的建設，構建一站式服務申請、審批、結辦等，所有環節都有消息推送服務，真正實現了服務體驗閉環，在無處不在的網絡化環境下，用戶隨時可以接收到需要處理的服務請求，或者消息通知。實現需求驅動，完善教師、學生、公共綜合服務。部分移動校園服務平臺如圖4所示。

圖4 移動校園服務平臺

5 結語

本文在基于云原生的環境下設計并實現數智校園基礎平臺系統的架構，并以某高校為例，形成了讓數據活起來，讓數據說話，實現了面向教職工全生命周期、學生全生命周期及校園公共校務管理的服務平臺，使服務智能化，提高了辦事效率，提升了管理服務水平，實現以人為本、功能全面、結構完善的數智校園，為其他院校的智慧校園建設提供了一定參考依據。