基于云計算的新建本科院校數(shù)字資源共享問題研究

李慧芳，吳海霞，李慧玲

（長治學(xué)院 計算機(jī)系，山西 長治 046011）

基于云計算的新建本科院校數(shù)字資源共享問題研究

李慧芳，吳海霞，李慧玲

（長治學(xué)院 計算機(jī)系，山西 長治 046011）

為了解決新建本科院校校園網(wǎng)建設(shè)中存在的問題，文章以長治學(xué)院校園網(wǎng)絡(luò)為例，設(shè)計了一種基于云計算的數(shù)字資源共享方案，為新建本科院校校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供參考。

云計算；數(shù)字資源

0 引言

近年來，為了擴(kuò)大招生規(guī)模，提升辦學(xué)層次，增強(qiáng)辦學(xué)實力，許多新建本科院校加強(qiáng)了數(shù)字化校園建設(shè)。但與老本科院校相比，新建本科類院校在校園網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、教學(xué)資源共享等方面還很欠缺。文章主要探討基于云計算的新建本科院校校園網(wǎng)建設(shè)。以長治學(xué)院為例，提出了一種基于云計算的新建本科院校數(shù)字資源共享方案，為新建本科院校校園網(wǎng)的發(fā)展提供借鑒。

1 新建本科院校校園網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)狀

為適應(yīng)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)、信息化教育的發(fā)展，許多新建本科院校在調(diào)整專業(yè)方向和人才培養(yǎng)方案的同時，開始注重強(qiáng)化校園網(wǎng)的建設(shè)和規(guī)劃，通過數(shù)字化校園的快速建設(shè)，來整合校內(nèi)數(shù)字資源，推進(jìn)教學(xué)、科研、后勤、管理等各方面的提高，增強(qiáng)學(xué)校綜合辦學(xué)實力，實現(xiàn)學(xué)校跨越式發(fā)展。通過調(diào)研長治學(xué)院的校園網(wǎng)建設(shè)，筆者發(fā)現(xiàn)存在著一些不容忽視的嚴(yán)重問題，主要表現(xiàn)為以下幾個方面：

（1）軟硬件資源浪費(fèi)?，F(xiàn)階段學(xué)院校園網(wǎng)中存在基礎(chǔ)設(shè)施重復(fù)購置、軟硬件投入失衡導(dǎo)致的資源浪費(fèi)等問題。

（2）應(yīng)用系統(tǒng)各自獨(dú)立。學(xué)院現(xiàn)有系統(tǒng)包括：教務(wù)系統(tǒng)、資助管理系統(tǒng)、圖書借閱管理系統(tǒng)、財務(wù)管理系統(tǒng)等。由于這些系統(tǒng)所屬不同的部門，由不同的部門管理，導(dǎo)致各系統(tǒng)之間無法共享數(shù)據(jù)，造成了信息孤島，教師、學(xué)生和管理人員進(jìn)入不同的應(yīng)用系統(tǒng)需要多次認(rèn)證。

2 云計算及其在校園網(wǎng)建設(shè)中的優(yōu)勢

2.1 云計算簡介

云計算技術(shù)（Cloud Computing）是一種新型的基于互聯(lián)網(wǎng)的計算模式，可將動態(tài)、易擴(kuò)展且被虛擬化的計算資源通過互聯(lián)網(wǎng)以服務(wù)的形式提供給用戶[1-3]。與傳統(tǒng)應(yīng)用模式相比，云計算的特征可劃分為系統(tǒng)特征、技術(shù)特征和經(jīng)濟(jì)特征三大類。

系統(tǒng)特征是云計算最基本的特征，在進(jìn)行云平臺架構(gòu)設(shè)計的時候必須考慮該特征，主要包括以下幾個方面：

（1）高可靠性。云計算采用了數(shù)據(jù)多副本容錯、計算節(jié)點(diǎn)同構(gòu)可互換等措施來保障服務(wù)的高可靠性，使用云計算比使用本地計算機(jī)更可靠。

（2）通用性。云計算不針對特定的應(yīng)用，在“云”的支撐下可以構(gòu)造出面向不同用戶的應(yīng)用，同一個“云”可以同時運(yùn)行不同的應(yīng)用服務(wù)。

（3）高可擴(kuò)展性。云計算提供了一個巨大的資源池，而應(yīng)用的使用又有不同的負(fù)載周期，應(yīng)用出現(xiàn)高負(fù)載時云技術(shù)可以動態(tài)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)資源，應(yīng)用出現(xiàn)低負(fù)載時云技術(shù)可以釋放多余的資源，滿足應(yīng)用和用戶規(guī)模增長的需要。

技術(shù)特征主要包括以下幾個方面：

（1）虛擬化。云計算支持用戶在任意區(qū)域、使用各種終端獲取應(yīng)用服務(wù)虛擬化技術(shù)將物理資源進(jìn)行了替換，呈現(xiàn)給用戶的是一個與物理資源有相同功能和接口的虛擬資源，可能是建立在一個實際的物理資源上，也可能包含多個物理資源[4]。

（2）按需服務(wù)。通過服務(wù)的形式可以為用戶提供數(shù)據(jù)存儲、應(yīng)用程序、基礎(chǔ)設(shè)施等各種網(wǎng)絡(luò)資源，并可以根據(jù)用戶需求，自動分配網(wǎng)絡(luò)資源，而不需要系統(tǒng)管理員干預(yù)。

經(jīng)濟(jì)特征主要體現(xiàn)為節(jié)約成本。企業(yè)可以采用極其廉價的節(jié)點(diǎn)來構(gòu)成云，通過自動化、集中式管理，降低企業(yè)日益高昂的數(shù)據(jù)中心管理成本，“云”的通用性可有效提升資源的利用率。

2.2 云計算在校園網(wǎng)建設(shè)中的優(yōu)勢

云計算技術(shù)在新建本科院校校園網(wǎng)建設(shè)領(lǐng)域有著非常廣闊的應(yīng)用前景，利用云計算技術(shù)的特點(diǎn)可以有效地加快高校校園網(wǎng)建設(shè)的步伐，具體體現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：

（1）整合校內(nèi)的數(shù)字資源。校園網(wǎng)內(nèi)各應(yīng)用系統(tǒng)獨(dú)立，資源共享程度很低。云計算技術(shù)可以將校內(nèi)的數(shù)字資源上傳至“云端”，這樣就可以擺脫地理位置的限制，使得資源實現(xiàn)真正意義上的共享。

（2）有效地降低校園網(wǎng)的建設(shè)成本。校園網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的核心是以計算機(jī)為主的軟硬件建設(shè)，其中購買計算機(jī)軟硬件設(shè)備往往需要消耗大量的財力。而且計算機(jī)硬件設(shè)備具有更新周期短、維護(hù)成本高的特點(diǎn)，為高校帶來了額外的財政負(fù)擔(dān)。由于數(shù)字資源難以共享，導(dǎo)致不同部門間的重復(fù)建設(shè)現(xiàn)象十分嚴(yán)重，這使得資源利用率降低。云計算所需成本較低，維護(hù)方便。因為云計算不需要用戶端具備較高配置的設(shè)備，僅僅具備可以上網(wǎng)的終端設(shè)備和瀏覽器即可實現(xiàn)終端入網(wǎng)。同時基于云計算，通過網(wǎng)絡(luò)所獲取的信息可以有效地將高校的軟硬件資源進(jìn)行整合，提高資源的利用率，從而有效減少因為高校重復(fù)建設(shè)而導(dǎo)致的資源浪費(fèi)現(xiàn)象。由于云計算具有按需提供、動態(tài)可擴(kuò)展的特性，各部門可以按照意愿獲取所需的資源，并可方便的實現(xiàn)資源擴(kuò)充，這樣使得高校的建設(shè)成本大大降低。

（3）提高校園網(wǎng)數(shù)字資源運(yùn)作效率和保障數(shù)據(jù)安全。由于云技術(shù)具有高可靠性的特征，用戶無需擔(dān)心資源丟失和安全保密問題。數(shù)據(jù)安全防護(hù)工作集中在云端，云存儲的數(shù)據(jù)自動化備份和冗余消除措施可以保證數(shù)據(jù)不會由于計算機(jī)硬件損壞而丟失，這樣確保了存儲在云端數(shù)據(jù)的安全性和高效性。通過云計算的集中存儲、云管理人員的科學(xué)防護(hù)可以有效地應(yīng)對數(shù)字資源的安全威脅，確保資源的保密、真實、完整、可信和可控。

3 基于云計算的新建本科院校數(shù)字資源共享平臺

3.1 總體架構(gòu)設(shè)計

針對學(xué)院校園網(wǎng)建設(shè)中存在的問題，以用戶服務(wù)為中心，以云計算技術(shù)為支撐手段，搭建基于云計算的校園數(shù)字資源共享平臺的總體架構(gòu)，從底層到高層包括基礎(chǔ)資源層、資源管理層、系統(tǒng)管理層和應(yīng)用服務(wù)這四層。各層之間有機(jī)結(jié)合在一起，提供了強(qiáng)大的資源整合功能。院校數(shù)字資源共享平臺集成云技術(shù)架構(gòu)的設(shè)計見圖1所示。

（1）硬件設(shè)備層

該層位于平臺的最底層，提供最基本的物理資源，包括存儲、計算、數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等各種IT資源。在云計算環(huán)境下，分布式的基礎(chǔ)資源會形成虛擬化池，隨時提供給用戶。

（2）虛擬層

虛擬層也叫資源管理層，通過虛擬化技術(shù)，可將分散的軟硬件資源整合，形成能夠?qū)Y源進(jìn)行有效管理的資源池，包括計算資源池、存儲資源池、網(wǎng)絡(luò)資源池和軟件資源池。

（3）系統(tǒng)管理層

系統(tǒng)管理層位于平臺的第三層，為用戶和系統(tǒng)提供一系列的身份認(rèn)證、賬號管理、權(quán)限管理、系統(tǒng)安全、數(shù)據(jù)通信等服務(wù)，主要通過中間件技術(shù)來實現(xiàn)。

（4）云業(yè)務(wù)層

云業(yè)務(wù)層也叫應(yīng)用服務(wù)層，位于平臺的最高層，主要功能是向各類用戶提供應(yīng)用服務(wù)，由各種管理系統(tǒng)集成，包括教務(wù)管理系統(tǒng)、資助管理系統(tǒng)、財務(wù)管理系統(tǒng)、圖書管理系統(tǒng)、校園門戶、后勤管理系統(tǒng)等。

圖1 數(shù)字資源共享平臺集成云技術(shù)架構(gòu)圖

3.2 平臺采用的關(guān)鍵技術(shù)

3.2.1 虛擬化技術(shù)

依據(jù)資源共享平臺建設(shè)的需求，虛擬化技術(shù)可將現(xiàn)有軟硬件資源整合，實現(xiàn)資源的統(tǒng)一管理。虛擬化按照被虛擬的IT資源對象，可采用存儲虛擬化技術(shù)和服務(wù)器虛擬化技術(shù)。

（1）存儲虛擬化技術(shù)

通過虛擬技術(shù)形成存儲資源池，將物理上分散的各種存儲資源進(jìn)行整合，形成一個面向不同用戶的統(tǒng)一的邏輯接口。一些代理或管理軟件可以實現(xiàn)存儲虛擬化的管理，也可以通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實現(xiàn)存儲虛擬化功能。

（2）服務(wù)器虛擬化技術(shù)

服務(wù)器虛擬化技術(shù)可實現(xiàn)在一臺物理服務(wù)器上運(yùn)行多臺虛擬服務(wù)器，讓內(nèi)存、CPU、I/O等硬件設(shè)備變成可以動態(tài)管理的資源，提高了物理服務(wù)器資源的利用率。當(dāng)物理服務(wù)器需要維護(hù)時，可以將虛擬服務(wù)器遷移到另一臺物理服務(wù)器上，降低維護(hù)成本。

3.2.2 云平臺安全機(jī)制

為有效保障院校資源共享云平臺安全，構(gòu)建面向云計算的安全防御體系，應(yīng)采取以下安全策略。

（1）存儲安全機(jī)制

院校數(shù)字資源平臺中所存儲和使用的數(shù)字資源對于用戶和管理者來說是非常重要的，可以采用相應(yīng)的數(shù)據(jù)加密技術(shù)實現(xiàn)數(shù)字資源的安全存儲和安全隔離，確保面向不同用戶的資源能夠安全存儲和安全隔離。通過數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)恢復(fù)機(jī)制，保障當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生異常情況時能夠及時恢復(fù)。

（2）認(rèn)證機(jī)制

數(shù)字資源共享平臺面向不同的用戶，用戶要在平臺中獲取不同管理系統(tǒng)的中的資源，系統(tǒng)平臺可以依據(jù)用戶的角色和權(quán)限，實施對用戶的統(tǒng)一身份認(rèn)證，防止用戶間的非法越權(quán)訪問，進(jìn)行實時的身份監(jiān)控、權(quán)限管理和證書檢查。

4 結(jié)束語

文章針對長治學(xué)院校園網(wǎng)建設(shè)的現(xiàn)狀，將云計算應(yīng)用到高校校園網(wǎng)的管理中，構(gòu)建了新建本科院校數(shù)字資源共享平臺，打破了現(xiàn)有數(shù)據(jù)管理的模式，實現(xiàn)了資源的統(tǒng)一管理，為促進(jìn)校園網(wǎng)的發(fā)展提出新思路。

［1］劉鵬.云計算（第二版）［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2010，5.

［2］張德豐.云計算實踐［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2012，7.

［3］張鑫.在云計算環(huán)境中搭建安全的數(shù)字化校園平臺［J］.新鄉(xiāng)學(xué)院學(xué)報，2012，29(6)：524-526.

［4］廖云鵬.云計算架構(gòu)的模擬實現(xiàn)［D］.南昌：南昌大學(xué)，2010.

（責(zé)任編輯 張劍妹）

TP392

A

1673-2015（2015）05-0053-03

長治學(xué)院2014年校級科研課題“云計算在新建本科院校校園網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用”（201418）。

2015—06—19

李慧芳（1982—）女，山西呂梁人，講師，碩士，主要從事網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能方向研究。