高校实训云解决方案

***高校实训云建设方案

****高校实训云建设方案

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第一章项目建设概述

1.1项目建设背景

目前，我国职业教育正面临着前所未有的发展机遇，社会劳动力就业和产业结构优化升级都迫切需要大力发展职业教育。

职业教育实训室是培养高素质人才、出高水平科研成果、服务经济建设和社会发展的实训基地，也是教学和科研活动的重要基地，是反映高职教学水平和管理水平的重要标志之一。与此同时，随着学校开设的实训课程和实训室数量越来越多，如何更好的管理实训室和提升实训质量成为一个迫在眉睫的难题。

目前，以云计算为代表的新一代信息技术引领着整个IT行业的发展，为高职院校实训管理和实训教学质量提升带来良好契机，****一直努力推动并探索具有云计算特征的实训教学管理平台建设，目标是建成技术先进、运行良好、兼具教学与科研功能的、国内一流的综合实训云管理平台。

轩辕高校实训云管理平台能实现实验资源全面整合、教学过程的全生命周期管理，减轻实验室管理人员的工作负担，提供工作效率和服务水平。加强实验室主管部门对设备和材料的计划、采购、维修和使用的宏观控制和管理，以节约成本，提高利用，强化管理。同时还能为实验室评估提供原始资料和基本数据，成为实验室评估的重要依据。另外，通过系统统一管理还能促进学校间的实验资源共享，同时也能实现向教育主管部门数据上报。

通过使用本平台的建设，将实现实验室管理的规范化、流程化和信息化，提高实验室的教学质量、管理水平和服务水平，为实验室主管部门的宏观管理和科学决策提供依据，为实验室评估提供详实数据，为实验室开放提供有力保障。

1.2项目建设目标

高校实训云管理平台的建设主要用于整合高校实训基础资源，提高教学实训的信息化管理水平，提升各专业实训室的使用效率。并能够在完成实训课程、实训资源开放管理的同时，为高校学生的自主学习与自主研发、以及为教职工的科学研究提供必要的场所。

1.3项目建设内容

高校实训云管理平台建设项目覆盖管理校内实训实验室、校外实践教学基地和校企合作平台三大部分。同时能够与高校的教务系统、实验室信息管理系统及校园一卡通系统等实现无缝链接。

高校实训云管理平台的建设内容主要包括：硬件基础设施建设、软件基础设施建设、实训教学管理平台建设和实训管理体系建设。

1)基础支撑设施：主要包括服务器、数据服务器、网络设备等，

支持传统的物理资源部署，也支持基于云计算架构的虚拟资

源部署。

2)云管理平台：主要包括虚拟化平台、云服务应用管理平台两

部分。

3)实训教学管理平台：主要包括实训基础支撑平台、实训数据

交换平台、实训教学管理系统、实训设备管理系统、实训室

开放管理系统、实训智能决策管理系统和实训管理统一门户

等。

4)实训管理体系：主要包括实训教学管理平台的系统运维、平

台运营、数据维护等。

第二章项目总体规划

2.1项目整体架构

高校实训云管理平台以开放式实验教学与实验室管理系统为主体和依托，集成门禁考勤管理系统、校园一卡通系统、实验室信息统计系统和教务管理系统等，并对上述系统的数据进行统一化管理，形成高校实训教学管理整体架构。

整个平台由八个主要系统构成，所有的系统都是基于同一套基础数据，他们之间既实现了信息共享又拥有相互独立的功能。这种结构便于用户根据实际需求部署和使用其中一部分子系统，而随着实际需求的变化又可以随时扩展新的子系统，所有的功能模块均基于同一管理界面，平滑过渡。这样用户就可以降低维护和管理风险，避免各个业务系统之间数据不能共享的问题。系统整体架构图如下：

图2-1：系统整体架构图

2.2项目拓扑架构

高校实训云管理平台以学校实验室管理流程和管理基本事务为核心，以规范实验室管理信息化为准则，充分利用学校实验室资源，更好地服务于学生。

高校实训云管理平台依托校园网络构建管理模式，采用B/S结构，突破地域空间的限制，整个实验数据放在服务器上，管理人

员、教师在办公室、宿舍通过网络对仪器设备、实验项目、实验过程等进行管理监控，而学生则可以在机房或在能上网的地方进行实验预约。相对传统的手工管理，实验室开放管理系统有利于实验室资源的充分利用，有利于实验室管理的科学化和规范化。

系统拓扑架构示意图如下：

图2-2：系统拓扑架构图

第三章项目建设内容

高校实训云管理平台以服务高等院校实验室全面实施信息化管理，提高实验室的管理水平为宗旨，以全面提供实验室管理的解决方案为导向，是实验室实现信息化管理的重要支撑平台。主要包括

汇云平台、实训基础支撑平台、实训数据交换平台、实训教学管理系统、实训设备管理系统、实训室开放管理系统、实训智能决策管理系统和实训管理统一门户八个部分的建设。

3.1汇云平台

3.1.1平台概述

实训资源管理平台基于轩辕汇云服务运营管理平台构建，采用虚拟化和云计算技术，将实训物理资源通过抽象整合，形成统一的虚拟资源池。

实训资源管理平台基于新一代云计算技术和先进的服务管理体系，采用了资源智慧调度、服务方案管理、供应自动化等多项自主可控的主流核心技术，通过把云计算资源转化为服务，构建随需应变的IT架构，实现服务交付和服务支持管理。同时，平台基于面向服务(SOA)的软件架构设计，遵循ITIL服务管理方法论，通过Web2.0的方式为用户提供各种类型的云服务，使得云服务资源能更快捷、准确地被获取和交付使用，实现了云计算资源接入、管理与使用的一体化，平台整体架构如下：

图3-1：实训资源管理平台示意图

3.1.2平台功能

实训资源管理平台由三大部分组成，分别是云资源中心、云服务中心和云运维中心。服务门户向用户和运营管理员提供一个统一操作界面（访问入口），用户通过自服务门户提交服务资源申请，由运营管理员通过运营管理门户进行审批，审批通过后，运营管理模块通过服务开通功能调用资源管理的资源实例，并把最终的资源实例提供给用户使用，当资源服务结束后，服务实例全生命周期管理模块会将资源实例回收，资源重返资源池，供其他服务使用。

当用户使用的服务实例发生故障时，用户可在自服务门户的服务目录中提交事件工单，调用运维管理的服务台，启动事件、问题、变更、配置和发布等运维流程。

用户和运营管理员都可以通过各自的门户界面查看资源的使用状况，调用的是运维管理模块的监控功能。

运营管理和运维管理是以资源管理模块为基础，最终是由资源

管理模块的功能为上层功能提供服务和接口，资源管理是整个云管理平台的核心。

图3-2云管理平台功能架构图

3.1.2.1云资源中心

云资源中心是基础，实现了计算资源、网络资源和存储资源的虚拟化和池化，通过资源发现、调度、迁移和容量管理，提供了资源的统一管理和调度功能，为各种资源模版的管理和资源实例进行全生命周期的管理。

?异构的虚拟化系统支持

云管理平台是基于开放，标准的技术架构研发，支持异构的虚拟化技术，可统一管理VMware、Hyper-V、KVM、XEN等主流的虚拟化系统。

?虚拟网络管理

对虚拟机IP资源的管理、VLAN的管理、可实现虚拟机IP地址的自动分配和回收，支持多个子网和虚拟机的多网卡、防火墙和负

责均衡等高级网络功能。

?弹性块存储

通过各种块存储设备，为虚拟机提供额外弹性块存储空间，作为系统盘或者数据盘使用。

?通过资源模版管理，实现资源快速自动部署

对各种异构资源统一管理的基础上，提供针对不同资源类型的资源模版，以实现资源的抽象化和标准化，以便通过模版实现资源的快速自动部署。

?资源实例管理功能

服务门户提供管理员创建、查询、修改和删除资源实例，让最终用户对资源实例进行各种操作，如虚拟机开机、停机、重启等操作。

?资源分配、调度与备份

提供一套资源的分配、调度与备份策略，实现资源动态分配与共享、保障应用的连续性、可靠性与安全性。

?容量管理

对各种资源的使用情况进行计量，为运营管理的资源计费提供支撑，提高对资源的管控能力和促进资源的优化利用，并提供资源统计报表功能。

?资源监控

容量管理需依靠对资源的监控，对当前资源的容量和分配情况，告警信息，异常事件进行有效的监控和展示。

3.1.2.2云服务中心

云服务中心通过云资源中心提供出来的管理引擎接口，将原本静态分配的IT基础设施抽象为可管理、易于调度、按需分配的资源，并对这些封装好的资源进行运营管理，具体包括资源的计费管理、服务目录管理、服务实例管理、订单管理、服务模版管理和用户管理等功能，以帮助运营者完成日常运营工作。

?服务模版与服务目录管理

将资源池中的各种资源封装为可用的服务模版，并通过服务目录的形式展现在服务门户上，供用户浏览和选择所需的服务。

?服务实例生命周期管理

对服务实例从创建到回收的整个过程进行管理，包括对服务实例的自动部署、用户对服务实例的使用、更改、申请作废、系统对服务实例对应资源的释放和回收等。

?计费管理

运营管理必然涉及到对服务的计费，通过对不同规格的服务设置不同的费率，最终根据资源使用情况的计量数据，实现对服务的计费功能。

?服务开通审批

最终用户通过自助服务门户，选择了所需的服务后，需要由管理员审批，服务才能交付给用户使用。

?日志审计

平台可记录管理员和用户的所有操作，并在界面显示所有日志

以及日志详情，也可以对日志进行查询，基于日志可实现对用户操作的审计。

3.1.2.3云运维中心

实现面向用户的各种业务需求，并对系统的运行提供保障和支持。在整个平台中负责服务级别管理、容量管理、可用性管理、服务请求管理、服务连续性管理、监控管理和资源调度管理等功能，提供服务支持和交付。

云监控是云运维中心核心模块之一，主要实现对物理资源和虚拟资源的监控和管理，它利用安装在异构环境下的探针代理，采用统一数据采集机制，把性能数据、监控数据、配置数据和告警数据存放在监控数据库，由数据处理层对数据进行性能处理、配置处理、告警处理和关联等处理后，在监控管理界面进行报表展现和查询，方便云管理人员实时进行监控和管理，整个过程都是可视、可控和自动的。

?物理系统监控

针对物理系统的监控和管理技术已经比较成熟，平台主要实现了对网络、主机、服务器、存储、中间件等物理环境的监控和管理，通过采集性能、状态等指标数据，整合流程化和自动化的工具支撑关键业务流程，从而降低人力成本和人为因素造成的风险，保障系统的正常运行。

?主机状态监控

监控系统能对每个主机运行状态是否正常运行进行自动监控，还能进一步对主机的以下组成部件，如CPU、内存、硬盘等的单元状态进行自动监控，提供的监控包括，CPU的利用率、系统信息、用户、空闲时间的比例、交换空间的利用率、虚拟内存的利用率、消息队列的情况等信息。

?网络状况监控

监控系统在自动获取各网络设备间的连接关系的基础上，能自动查找整个网络的网络设备和信息安全设备，如路由器、交换机、防火墙、入侵监测系统、日志审计系统、防病毒系统等设备。

?虚拟机状态监控

虚拟机的状态监控提供对当前申请使用的虚拟服务器的状态进行实时监控，了解基本的性能状况，并在服务界面上呈现给用户。?监控告警事件处理

来自数据采集层，包括对网络，服务器，操作系统、中间件等系统的告警事件，进行告警定位、告警过滤、告警压缩，告警升级、告警级别重定义、告警清除等操作。

通过数据挖掘技术，对采集到的性能信息以及事件信息通过数据挖掘平台实现监控数据的统计、分析、预测等。

?监控数据报表

平台通过监控数据的采集、处理与综合报表系统的无缝集成，对一个时间段内指定范围内监控对象的数据以图表的形式进行总结展示，方便管理人员和领导了解物理环境和虚拟资源的运行状态，

为相应决策提供实时依据。

3.2实训基础数据平台

3.2.1平台概述

实训基础数据平台采用了两种主要的设计架构，一种是基于服务方式的SOA架构，采用SOA架构，能够让平台的灵活性，可扩展性得到大大提高，能够将平台的所有功能提供给不同的开发语言使用。大大提高了平台的使用范围。第二种是基于状态事件驱动的设计架构SEDA(Staged Event-Driven Architecture)，采用SEDA可以让平台的性能大幅提升，可以满足大用户高并发的应用场合需求。

在数据交换方面，通过数据接入适配器，接入各个业务系统为业务系统的数据进入统一门户基础架构资源池提供安全的、标准的数据规范。统一门户通过整合资源池提供的数据信息为用户提供统一展现界面，并实现针对各个业务系统数据交互的人性化操作。选用多种数据整合方案，包括数据视图、数据同步，方便对数据的统一管理与统计分析，给决策系统提供良好的数据基础。

在权限管理方面，采用一种基于RBAC(Role-Based Access Control)模型的复合权限管理模型，不仅允许角色进行组合与继承，同时允许将功能直接授予用户，大大提高了整个权限管理的灵活性，减少权限配置的重复数据以及配置工作量，使权限管理能够满足大多数系统的管理要求。

3.2.2平台功能

平台采用面向服务的体系结构（service-oriented architecture，SOA），即应用程序的不同功能单元通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来分布式结构设计，采用WebService接口实现数据互通。松耦合、高聚合的设计思想。

系统整体架构如下：

图：平台整体架构图

?UM：统一资源管理（Unified Resource Management System）?APP：应用开发组件（Application Development Components ）?WFE：工作流引擎（WorkFlow Engine）

?Hadoop：基于Hadoop开发的数据分析服务引擎接口

3.3实训教学管理系统

3.3.1系统概述

实训教学管理系统主要包括实验室的实验教务排课及选课管理（实验课程库、培养计划、开课计划、开课管理、开课审核）、实验教学管理(实验安排、实验批改、考勤管理、成绩管理、实验报告)、实验室管理（实验室介绍、实验考勤管理、实验室统计）、系统管理(基础数据管理、用户管理、实时答疑、在线留言)等统一安排管理。

系统包括实验教务管理、实验教学管理、实验室管理、系统管理等功能模块。系统分为学生、教师、教务管理员、系统管理员、实验室管理员五种用户角色，不同的用户角色拥有不同权限，根据设置的角色和权限的不同，呈现界面也会不一样。主要功能模块如下：

图3-3：实训教学管理系统功能图

3.3.2教务管理模块

实验教务管理用于教务处给各实验室下达教学任务以及各实验室所承担的实验项目的批次、教师的具体安排。在此之前要求已经完成专业培养计划的制订、实验项目的开设、实验课程大纲制订。本模块的具体功能是，教务处在学期开始前根据当前学期，找到各班级的课程开设要求，从而对实验室下达教学任务书。

系统支持手动录入和同学校现有教务管理系统对接两种方式。学期时间设定设定每个学期的开始时间及截止时间

课程库管理录入学校要开设的课程相关信息

培养计划制定依据教务培养计划，按专业添加学生的实验培养计划

排课管理针对全校学生制定每个学期开设的课程，发布选课日期，审核并发布最终开课信息

学生选课根据自己的培养计划和学校的开课计划进行选课

课表管理导入课表、查看学校总课表，提供个人、行政班、任选课、教室的排课信息打印相关的课程表

教务管理模块部分界面如下：

图3-4：课程管理界面

图3-5：课程设计界面

图3-6：课程安排界面

3.3.3教学管理模块

教师根据教务的开课计划可进行典型实验库的维护、实验安排、查看学生实验进展、批改实验结果及实验报告、统计并发布实验成绩等功能。

学生登陆系统后，首先根据培养计划进行选课，查看自己的课程表。根据教师的要求，进行虚拟实验预习，进入实验室完成实验，提交实验报告。

实验库管理维护各门课程实物实验和虚拟实验的典型实验，提供增、删、查、改操作。

实验安排进行相应课程的实物实验的教学安排和虚拟实验的教学安排。考勤管理对参与实验的学生提供签到签离，考查学生的出勤情况。

虚拟实验实物实验开展前，先用虚拟实验进行预习。

实物实验根据教师的实验要求，完成相应的实验任务并提交实验结果和实验报告

实验批改针对实验结果和实验报告进行相应的批改并给出评语。

成绩导出按照实验课程汇总成绩并输出，或提供数据接口给教务成绩管理系统。

教学管理模块部分界面如下：

图3-7：实训进度界面

图3-8：实训答疑界面

图3-9：考试管理界面

3.3.4实验室管理模块

实验室管理包括实验室基本信息维护、实训人员考勤管理、实训数据统计等功能，实验人员考勤主要结合门禁系统，记录实训室管理者与实训室使用者进入、使用、离开实训室的相关信息，实训数据统计包括各实训室的课时数统计、人数统计（含每周、每个学期、每学年）等。

实验室管理模块部分界面如下：