基于云計(jì)算技術(shù)的智慧校園框架*

毛 睿

（云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

一、研究背景

隨著信息技術(shù)日新月異，職業(yè)教育迅猛發(fā)展，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)普及發(fā)展，使得注重開放、共享且更具有高效信息服務(wù)能力的智慧校園成為各高校提升自身教學(xué)、科研、管理服務(wù)水平的趨勢(shì)，而云計(jì)算作為一種先進(jìn)、科學(xué)的計(jì)算模式，在智慧校園建設(shè)的過程中必定改變傳統(tǒng)的建設(shè)模式，發(fā)揮出至關(guān)重要的作用。根據(jù)國(guó)務(wù)院《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》、教育部《教育信息化 2.0行動(dòng)計(jì)劃》等文件的精神，高職院校正在經(jīng)歷由數(shù)字校園向智慧校園轉(zhuǎn)型的階段，利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等信息技術(shù)助力高職院校信息化發(fā)展已經(jīng)勢(shì)在必行。

智慧校園是一個(gè)綜合性的信息處理平臺(tái)，它包含了海量的大數(shù)據(jù)，并且能夠統(tǒng)一收集、分析、處理大數(shù)據(jù)，同時(shí)整合學(xué)校教學(xué)、工作、生活方方面面的事務(wù)應(yīng)用，在各個(gè)不同的業(yè)務(wù)系統(tǒng)間共享、傳輸信息。智慧校園搭建統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)體系、應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)，提供開放、創(chuàng)新、共享的寬帶網(wǎng)絡(luò)校園環(huán)境。目前，國(guó)內(nèi)的智慧校園平臺(tái)大多承載著教務(wù)、學(xué)工、科研、辦公、一卡通、圖書館、后勤服務(wù)等等業(yè)務(wù)。

近年來，云計(jì)算技術(shù)憑借其優(yōu)秀的分布計(jì)算處理、靈活可擴(kuò)展的特點(diǎn)，成為越來越多的高校用于整合連接海量的數(shù)據(jù)信息，部署擴(kuò)展性強(qiáng)的云計(jì)算系統(tǒng)，搭建經(jīng)濟(jì)的云資源平臺(tái)的強(qiáng)有力幫手。云計(jì)算服務(wù)主要提供三種模式：基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）提供服務(wù)器、存儲(chǔ)等共享資源；平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）提供應(yīng)用、數(shù)據(jù)平臺(tái)等資源；軟件即服務(wù)（SaaS）提供軟件服務(wù)等資源。

將云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于智慧校園建設(shè)中能夠?qū)崿F(xiàn)高職院校硬件資源重構(gòu)整合和共享，借助云計(jì)算跨平臺(tái)的信息傳輸手段確保智慧校園內(nèi)外的信息得以高速傳達(dá)、資源得以廣泛的利用、設(shè)備得到有效鏈接。并且在云計(jì)算技術(shù)靈活可擴(kuò)展特性的助力下，使得重新梳理業(yè)務(wù)，構(gòu)建出更加有效、智能、易管理的智慧校園架構(gòu)成為可能，不僅讓師生可以感受到一種統(tǒng)一的信息化教學(xué)平臺(tái)以及一站式綜合性服務(wù)環(huán)境，也提高了教學(xué)、生活、辦公、服務(wù)、管理決策的智能化水平。

本文針對(duì)在各高職院校如火如荼的信息化建設(shè)中出現(xiàn)的問題，如軟硬件資源利用率不高、規(guī)劃不合理、重復(fù)建設(shè)等，提出結(jié)合云計(jì)算技術(shù)，以師生實(shí)際需求為導(dǎo)向的智慧校園架構(gòu)方案，有效組合計(jì)算資源，在共享基礎(chǔ)上形成計(jì)算資源池，使得資源得到有效共享和充分利用，解決設(shè)備資源緊張問題，同時(shí)滿足大數(shù)據(jù)挖掘和分析，提供決策支持。

二、現(xiàn)狀分析

（一）信息化基礎(chǔ)設(shè)施初現(xiàn)規(guī)模

近年來，隨著各高職院校信息化投入，基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)初步搭建完畢，校園網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)改造完畢，幾乎都實(shí)現(xiàn)了有線+無線網(wǎng)絡(luò)全覆蓋的安全網(wǎng)絡(luò)體系；信息化教學(xué)平臺(tái)的上線能夠?qū)⒔虒W(xué)過程從課堂延伸至課前、課后，初步實(shí)現(xiàn)學(xué)生在線交流反饋；加上一些信息化的管理平臺(tái)，師生的工作、學(xué)習(xí)、生活等業(yè)務(wù)都已逐漸在由“線下”向“線上+線下”的模式過渡。

（二）缺乏統(tǒng)一的頂層規(guī)劃

在建設(shè)智慧校園前期因?yàn)槿狈捻攲拥慕y(tǒng)一規(guī)劃，雖投入大量資金打造網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、添置硬件設(shè)備、上線信息業(yè)務(wù)平臺(tái)，但軟硬件利用效率不理想：

（1）缺乏明確的目標(biāo)和整體規(guī)劃。針對(duì)業(yè)務(wù)去建系統(tǒng)，先建的業(yè)務(wù)資源分配冗余，后來建的資源緊張。使用時(shí)，各部門都盡可能多的要求分配資源，學(xué)校的業(yè)務(wù)存在時(shí)間高低峰的規(guī)律，有的業(yè)務(wù)只在特定時(shí)間需求資源，平時(shí)需求不大，但因?yàn)槿狈ｉT的管理人員，對(duì)建成的資源監(jiān)管不力，造成資源分配不合理，導(dǎo)致有的資源閑置，有的資源緊張。

（2）數(shù)據(jù)產(chǎn)生了卻沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，各部門業(yè)務(wù)系統(tǒng)缺乏共享和統(tǒng)一管理。在數(shù)字校園建設(shè)階段，各業(yè)務(wù)部門往往已經(jīng)建設(shè)了信息化的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，但各部門之間缺乏總體考慮，未進(jìn)行協(xié)同開發(fā)，導(dǎo)致系統(tǒng)之間缺乏共享和交互，數(shù)據(jù)不對(duì)等不同步。比如新建的教學(xué)診斷與改進(jìn)系統(tǒng)想要打通教務(wù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通道實(shí)現(xiàn)教學(xué)評(píng)估和診改信息化，可是教務(wù)系統(tǒng)卻建成使用已久數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不一或接口打不通。

（3）在建設(shè)智慧校園前期僅僅是對(duì)業(yè)務(wù)做了規(guī)劃，沒有針對(duì)云計(jì)算技術(shù)的建設(shè)目標(biāo)和具體方案，導(dǎo)致在建設(shè)時(shí)云計(jì)算技術(shù)和應(yīng)用脫節(jié)，或者已經(jīng)建成使用的業(yè)務(wù)系統(tǒng)無法利用云計(jì)算技術(shù)擴(kuò)展和升級(jí)。例如在建設(shè)課程資源云平臺(tái)時(shí)，僅僅只能導(dǎo)入課程資源進(jìn)行單向授課，卻無法與學(xué)生學(xué)情分析的應(yīng)用打通，搭建成教學(xué)雙向的教學(xué)系統(tǒng)。

在已經(jīng)投入了大量資金建設(shè)軟硬件的現(xiàn)狀下，要重新進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)來梳理和重構(gòu)業(yè)務(wù)難度很高，只能在現(xiàn)有的軟硬件設(shè)施的基礎(chǔ)上進(jìn)行重構(gòu)和再次建設(shè)。

（三）建設(shè)投入不平衡

智慧校園的有效運(yùn)行，需要網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、硬件設(shè)施、虛擬化平臺(tái)、數(shù)據(jù)處理算法等各部件的有效融合，同時(shí)還要保證數(shù)據(jù)安全。然而實(shí)際情況是，高校在建設(shè)時(shí)雖然投入大量的資金，但往往只重視看得見成效的部分例如網(wǎng)絡(luò)改造、硬件設(shè)施等，智慧校園需要大量的數(shù)字化應(yīng)用系統(tǒng)支撐，還有看不見的底層服務(wù)平臺(tái)例如網(wǎng)絡(luò)安全平臺(tái)、虛擬化平臺(tái)、統(tǒng)一身份認(rèn)證、云平臺(tái)等也需要大量的資金投入，這些應(yīng)用和平臺(tái)的建設(shè)沒跟上，智慧校園的應(yīng)用就會(huì)大打折扣。

（四）建設(shè)管理力量薄弱

大量的系統(tǒng)管理給技術(shù)人員帶來了前所未有的管理壓力，從相關(guān)調(diào)研的情況來看，各高校往往缺乏完善的專業(yè)建設(shè)技術(shù)人才。原因其一是缺乏完善的人才培養(yǎng)體系，學(xué)校還沒有意識(shí)到技術(shù)人才在智慧校園建設(shè)中的重要地位，缺乏能夠使用云計(jì)算技術(shù)的人才，也沒有相應(yīng)的培訓(xùn)機(jī)制，業(yè)務(wù)系統(tǒng)上線之后僅僅只有力量保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并沒有多余人力來建設(shè)和維護(hù)云計(jì)算平臺(tái)，有了新的需求也很難再響應(yīng)和擴(kuò)展；其二是教師隊(duì)伍信息技術(shù)水平需提高，再先進(jìn)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)也需要師生改變傳統(tǒng)的教學(xué)工作模式，配合使用和推廣，不斷改進(jìn)才能構(gòu)造出良性的智慧校園生態(tài)，但高職院校的師生往往非常重視技能培養(yǎng)卻會(huì)忽略信息技術(shù)的提高，在推廣使用線上業(yè)務(wù)系統(tǒng)時(shí)障礙重重。

（五）應(yīng)用的深度和廣度不夠

目前在高職院校中，智慧校園建設(shè)和使用似乎是信息中心的事，其他學(xué)院和部門在智慧校園系統(tǒng)的應(yīng)用深度和廣度上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，信息共享也不充分。業(yè)務(wù)部門僅僅停留在表面使用，如瀏覽通知、信息查詢、資料上報(bào)等，建了種類繁多的系統(tǒng)和APP，但與實(shí)際需求不符，在運(yùn)用時(shí)也只停留在一些表面，并沒有深入，這也是數(shù)據(jù)源不全、數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確體量不夠等問題的原因。而在使用系統(tǒng)中也會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，目前這些數(shù)據(jù)都沒有有效利用，實(shí)現(xiàn)為教學(xué)、管理服務(wù)，未對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步的挖掘和分析，提供決策支持等。

圖1 以用戶需求為中心的智慧校園框架

三、解決方案

（一）改革以構(gòu)建適合高職院校的以用戶需求為中心的智慧校園框架

充分調(diào)研高職院校的師生需求，有效組合現(xiàn)有計(jì)算資源，在云端統(tǒng)一部署，使得信息、數(shù)據(jù)得到有效收集共享和充分分析利用，同時(shí)從教學(xué)維度、管理維度、服務(wù)維度三個(gè)用戶需求維度，助力智慧校園得到更多元化的應(yīng)用，創(chuàng)造出更加高效、便捷的智慧校園環(huán)境。

以云計(jì)算為基礎(chǔ)構(gòu)建智慧校園框架，橫向上分為基礎(chǔ)設(shè)施、平臺(tái)支撐、軟件應(yīng)用三層，梳理師生需求，在面向用戶的軟件服務(wù)層又分為教學(xué)、管理、服務(wù)三大維度。

1.基礎(chǔ)設(shè)施層

基礎(chǔ)設(shè)施層利用虛擬化技術(shù)搭建跨平臺(tái)的物理資源池。虛擬化技術(shù)能夠在物理硬件系統(tǒng)上運(yùn)行一個(gè)虛擬化的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)物理硬件資源映射成為一個(gè)資源池，另外，利用虛擬化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的備份和遷移，這就減少了硬件層重構(gòu)的成本，使得重新規(guī)劃建設(shè)成為可能且易于實(shí)現(xiàn)的事。

因此，基礎(chǔ)設(shè)施層應(yīng)重新梳理已經(jīng)建成的硬件資源，形成虛擬化的服務(wù)器集群、存儲(chǔ)，為上層的業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供環(huán)境，業(yè)務(wù)系統(tǒng)共享物理資源，提高資源利用率，避免重復(fù)投資，延長(zhǎng)設(shè)備使用時(shí)限，并且統(tǒng)一監(jiān)控管理、動(dòng)態(tài)分配資源，做到資源平衡優(yōu)化、減輕管理人員的工作負(fù)擔(dān)，有效解決學(xué)校資源利用不均問題，滿足學(xué)校資源使用高低峰的需求。

2.平臺(tái)支撐層

云計(jì)算技術(shù)可以將多個(gè)計(jì)算機(jī)資源協(xié)調(diào)按需部署，并且不受空間限制，靈活性高擴(kuò)展性強(qiáng)。因此平臺(tái)支撐層負(fù)責(zé)利用云計(jì)算技術(shù)整合基礎(chǔ)設(shè)施層資源，搭建提供業(yè)務(wù)支撐的系統(tǒng)平臺(tái)和云平臺(tái)，搭建用于統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)中心，收集所有業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一存儲(chǔ)，并用統(tǒng)一的格式推送至各業(yè)務(wù)，徹底打通數(shù)據(jù)通道，為綜合分析、領(lǐng)導(dǎo)決策搭建平臺(tái)。

平臺(tái)支撐層又分為安全平臺(tái)、數(shù)據(jù)中心和管理平臺(tái)，承擔(dān)著安全管理、數(shù)據(jù)管理、設(shè)備管理的任務(wù)。數(shù)據(jù)中心就部署在這里，來源于基礎(chǔ)設(shè)施的海量數(shù)據(jù)，為了保證其可用性和可靠性，收集至數(shù)據(jù)中心后用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)，再推送至需求數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)，以保證數(shù)據(jù)的完整、準(zhǔn)確、唯一且可共享，供業(yè)務(wù)采用和決策分析。為了保障數(shù)據(jù)安全，采用統(tǒng)一身份認(rèn)證、單點(diǎn)登陸、負(fù)載均衡、VPN、安全審計(jì)、態(tài)勢(shì)感知、網(wǎng)頁(yè)防篡改等安全措施保證整個(gè)數(shù)據(jù)中心的信息安全。

3.軟件服務(wù)層

軟件服務(wù)層面向用戶，根據(jù)教學(xué)、管理、服務(wù)三大類型的需求梳理各業(yè)務(wù)，整合重復(fù)建設(shè)的系統(tǒng)，建立統(tǒng)一入口的門戶及移動(dòng)門戶，規(guī)范業(yè)務(wù)流程和數(shù)據(jù)走向，形成一個(gè)數(shù)據(jù)共生產(chǎn)、共建設(shè)、共享用的良性生態(tài)。主要從教學(xué)、管理、服務(wù)三個(gè)維度通過各應(yīng)用系統(tǒng)為用戶提供服務(wù)支持：

（1）教學(xué)維度：學(xué)習(xí)平臺(tái)共享學(xué)習(xí)資料，通過數(shù)據(jù)分析形成學(xué)習(xí)情況報(bào)告，并共享數(shù)據(jù)，為學(xué)生管理、校園安全管理提供數(shù)據(jù)源；網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)作為課堂教學(xué)的輔助，結(jié)合虛擬實(shí)訓(xùn)室提供課余學(xué)習(xí)環(huán)境，創(chuàng)造更富余更開放更安全穩(wěn)定的學(xué)習(xí)條件。

（2）管理維度：通過人臉識(shí)別進(jìn)行校園安防管理，共享數(shù)據(jù)用于自動(dòng)考勤，大數(shù)據(jù)分析結(jié)果用于決策支持，辦公自動(dòng)化利用在線流程減少重復(fù)的行政工作等。

（3）服務(wù)維度：數(shù)據(jù)都來源于數(shù)據(jù)中心，一站式的服務(wù)可以貫通全校，而用戶的生活行動(dòng)軌跡也可用于定制個(gè)性化的校園生活方案以及學(xué)生管理。云平臺(tái)提供校內(nèi)軟件使用資源池，云殺毒、云辦公、云繪圖等等，統(tǒng)一正版化的服務(wù)不但十分便捷，也統(tǒng)一管理，滿足國(guó)家對(duì)軟件正版化的要求。

圖2 云平臺(tái)部署

（二）重新梳理整合業(yè)務(wù)，搭建以用戶需求為主的業(yè)務(wù)平臺(tái)

（1）智能教學(xué)平臺(tái)：基于云計(jì)算的教學(xué)平臺(tái)，除了提供課前+課中+課后的豐富學(xué)習(xí)資源外，還記錄學(xué)情，進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)，支持學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)收集學(xué)習(xí)反饋用于教學(xué)監(jiān)督診改，將信息化教學(xué)從課堂延伸到整個(gè)教學(xué)周期。

（2）虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)：借助云計(jì)算資源，可以將復(fù)雜、龐大的實(shí)驗(yàn)室放到線上，既能滿足學(xué)生不受時(shí)空限制的實(shí)訓(xùn)需求，也能智能化控制，收集實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)還能為學(xué)生學(xué)情提供大數(shù)據(jù)分析。

（3）公共服務(wù)平臺(tái)：將事務(wù)流程放到線上，例如智能宿舍管理、報(bào)修、申請(qǐng)等，實(shí)現(xiàn)“師生少跑路、數(shù)據(jù)多跑路”，不但大大提升了辦事效率，更提升了學(xué)校整體的智慧化水平。

（4）資源云平臺(tái)：云平臺(tái)采用公有云+私有云的方式混合部署，教學(xué)、管理、生活類的數(shù)據(jù)具有保密性，部署在本地的私有云平臺(tái)，提供給各應(yīng)用系統(tǒng)共享使用，例如圖書館、一卡通、課程資源平臺(tái)等，并提供正版化軟件的平臺(tái)以供軟件服務(wù)層使用。這樣不僅為全校師生提供便捷的資源服務(wù)，還給統(tǒng)一管理節(jié)約了人力、物力、財(cái)力。

需要通過互聯(lián)網(wǎng)資源獲得足夠計(jì)算資源的業(yè)務(wù)部署在公有云，例如云防火墻、態(tài)勢(shì)感知等安全業(yè)務(wù)，云計(jì)算服務(wù)器等本地部署太過昂貴的資源等等。

（5）管理平臺(tái)：智能安防、決策支持、科研管理、資產(chǎn)管理等智能管理平臺(tái)可以提升學(xué)校管理水平，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還能全面感知校園，收集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析挖掘，還能及時(shí)預(yù)警，提供決策支持等。

（三）建立統(tǒng)一完善的管理體制

1.自頂向下的統(tǒng)籌規(guī)劃

智慧校園建設(shè)涉及多部門、多系統(tǒng)，需要進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，這就需要建立自頂向下的組織機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)統(tǒng)籌規(guī)劃和協(xié)調(diào)，并由各業(yè)務(wù)部門配合推進(jìn)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)，對(duì)現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)改造統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，形成制度，新建或擴(kuò)建時(shí)也遵循統(tǒng)一的原則。

2.制度保障資金優(yōu)化投入

形成健全的制度，優(yōu)化資金投入，科學(xué)地分配建設(shè)資金，同時(shí)也規(guī)范資金使用，形成制度化的可持續(xù)經(jīng)費(fèi)投入機(jī)制。

3.專業(yè)的信息化隊(duì)伍保障

建立和完善一支專業(yè)的信息化隊(duì)伍來保障和管理，加強(qiáng)對(duì)專業(yè)人才的培養(yǎng)，構(gòu)建人才培養(yǎng)體系，同時(shí)深化校企合作，引進(jìn)企業(yè)技術(shù)人才提供信息化的技術(shù)支持。

4.增強(qiáng)師生信息化水平

要積極宣傳，通過線上+線下的培訓(xùn)增強(qiáng)師生的信息素養(yǎng)，充分發(fā)揮智慧校園的優(yōu)勢(shì)對(duì)師生的工作、學(xué)習(xí)、生活產(chǎn)生影響，采取多元化的方法讓全校師生理解接納并主動(dòng)使用智慧校園。

四、結(jié)語

云計(jì)算靈活的服務(wù)能力是助力智慧校園體系的有效手段，在建設(shè)時(shí)更加要考慮如何有效利用，將已經(jīng)建成的基礎(chǔ)設(shè)施和云平臺(tái)發(fā)揮出最大效力。但也要結(jié)合自身學(xué)校的特點(diǎn)，在建設(shè)時(shí)更加要考慮如何有效利用，將已經(jīng)建成的基礎(chǔ)設(shè)施和云平臺(tái)發(fā)揮出最大效力。難點(diǎn)在于結(jié)合實(shí)際智慧校園建設(shè)情況，梳理硬件資源，利用虛擬化技術(shù)整合形成資源池；在平臺(tái)支撐層建立數(shù)據(jù)中心，統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，收集并整理業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，推送至各個(gè)應(yīng)用；并從學(xué)校管理層面以用戶需求出發(fā)，從教學(xué)、管理、服務(wù)三個(gè)維度規(guī)劃調(diào)整現(xiàn)有以及未來建設(shè)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。另外還要加強(qiáng)應(yīng)用研究，不斷改革不斷創(chuàng)新，構(gòu)建出一個(gè)最適合學(xué)校的云計(jì)算架構(gòu)模型，這樣才能避免投入?yún)s不能深度使用，技術(shù)雜糅不好整合，標(biāo)準(zhǔn)過多不能統(tǒng)一等問題。

智慧校園的建設(shè)是長(zhǎng)期的，這個(gè)過程中會(huì)不斷出現(xiàn)新的需求，還有些信息技術(shù)相對(duì)薄弱的教師無法適應(yīng)，新的架構(gòu)對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的要求很高，如何保障基礎(chǔ)設(shè)施的穩(wěn)定也是不容忽視的問題。在建設(shè)時(shí)，不僅要參考先進(jìn)的國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，也要協(xié)調(diào)各部門和師生，創(chuàng)新改革、緊跟新技術(shù)的發(fā)展，積極學(xué)習(xí)并結(jié)合實(shí)際學(xué)以致用。