基于云计算的网络教育资源平台构建策略实证研究

计算机应用与软件

Computer Applications and Software

基于云计算的网络教育资源平台构建策略实证研究

李小青张水平张凤琴

（空军工程大学信息与导航学院，陕西西安，710077）

摘要针对高校网络教育资源平台建设技术策略，提出应用云计算技术，以平台硬件资源层、云管理层、在线教学服务层和用户终端层四层架构为主体，应用集中管理与分布式服务相结合的资源部署运行模式，构建统一、开放、灵活可扩展的网络教育基础设施。实验结果说明，与传统集群构建方式对比，云平台在资源利用率、服务可持续性和系统运维成本方面，体现出其特有的优势，是一种更为科学、先进和优化的建设方案。

关键词云计算网络教育平台网络资源平台构建策略分类号TP391/A

Research on Construction Strategy of On-line Education Platform Based on Cloud Computing

Li Xiaoqing Zhang Shuiping Zhang Fengqin

(School of Information and Navigation, Air Force Engineering University, Xi’an Shaanxi, 710077)

Abstract Cloud computing has provided a new way to construct open, uniform and flexible network infrastructure for on-line education. Using could strategy, which means adopting four-level structure of hardware resource level, cloud management level, online education service level and user level, it provides us a new plan for system operation and resource deployment combined with integrated management and distributed online services. By comparing with traditional clustered construction plan, the new strategy based on cloud computing shows more advantages in resources usage, service sustainability, system management and operation cost, which is a more scientific and optimized strategy to construct on-line education platform.

Keywords Cloud Computing, On-line Education Platform, On-line Resource Platform, Construction Strategy

0引言

网络教育资源平台建设是高校实现教育现代化和信息化的重要基础性实施。不仅能为师生提供了丰富的教学资源、便捷的学习方式，并且有助于培养学生自主学习、独立思考、探索创新的能力。为此，很多高校投入了大量的人力、物力和财力用于平台软硬件建设、数字资源开发和管理维护等方面工作，但由于大多采用分散建设、自立门户的做法，面对层出不穷的平台建设需求，只能通过不断增加投入、增加软硬件设备的形式来搭建和扩展网络教学资源平台，而由于大部分平台的利用率较低并且难以共享，又造成了大量基础实施建设的浪费，难以形成网络平台建设需求与现实应用之间的良好循环。

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》明确提出数字化校园建设过程中应“充分利用优质资源和先进技术，创新运行机制和管理模式，整合现有资源，构建先进、高效、实用的数字化教育基础设施”，这对于高校加强信息化建设资源的优化整合，促进教育资源的共享共用提出了更高的要求。而云计算作为一种新兴的网络应用技术，为高校搭建更具统一性、开放性、灵活性的网络教育平台提供了新的实现思路。

1应用云计算技术优势分析

云计算是当今信息技术产业正在经历着的一次巨大变革，其通过“IT即服务”的交付模式为用户提供按需分配的计算能力、存储能力以及应用能力。通过底层应用核心虚拟化技术，云计算将各种硬件资源整合成具有动态可伸缩性的虚拟化资源池，用户只要通过网络接入云平台，便能随时、随地实现对资源的按需访问。其优势主要体现在：

（1）基于虚拟机运行的应用系统与底层物理硬件资源保持松耦合关系，能够保证较好的服务连续性和可靠性；

（2）可实现对计算资源、网络资源、存储资源的合理分配和随需调整，能够解决资源浪费或现有资源能力不足的问题。

（3）可根据应用运行状况和负载变化，适时调整虚拟机分配方案，使整个平台更具弹性和可伸缩性。

（4）底层物理资源对外透明且难以受到外部攻击，虚拟机在遇到问题后也能够在短时间内迅速恢复，提供了较高的安全性和抗毁性。

因此，作为一种新型资源配置和平台部署模式，云计算能够真正实现了异构设备和平台之上资源开放和共享，其集中化的资源管理方式，也为构建统一的网络教育资源服务平台提供了更加方便、灵活、弹性的实现方案。

2网络教育资源云平台构建策略

2.1平台构建策略

网络教育资源服务平台采用集中管理、分布式服务的云计算部署运行模式，分为4个层级，即硬件资源层、云管理层、

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在线教学服务层和用户终端层。如图1所示。

图1基于云计算的网络教育资源服务平台架构

（1）硬件资源层

云计算硬件资源层由各物理服务器节点、存储交换机、磁盘存储阵列组成。通过应用虚拟化技术，将计算、存储等资源整合为一个统一的资源池，对于上层各种教学资源应用服务系统而言，并不了解底层使用的是哪个物理节点或哪个存储设备的资源，而是运行在由云管理系统所分配的虚拟机上，从而保证了应用层与物理资源之间的松耦合关系。

（2）云管理层

云管理层通过应用主流的虚拟化技术，如VMware 、Xen 或KVM 等，实现对外IaaS 服务。一方面，云管理层负责对底层物理节点、存储设备加入或退出的管理，监控节点的运行状态和资源使用情况；另一方面，负责对虚拟机模板、虚拟机创建、分配、运行、删除以及迁移工作的管理；除此之外，还具有平台用户管理、系统维护、安全管理等方面功能。

（3）在线教学服务层

在线教学服务层能实现对各种B/S 架构网络教育应用服务的部署，如网络课程系统、电子文献系统、网上答疑系统、视频点播系统、即时交互服务等，以实现SaaS 层服务，此外，还可提供服务运行环境、公共API 、数据库服务等支持二次开发的PaaS 层服务。云管理系统会实时对服务运行状况以及访问负载进行监控，并通过适当的策略配置来改善服务性能，满足更大规模的用户访问需求，从而在不中断服务的前提下，保证应用层良好的运行效率。

（4）用户终端层

用户终端层可实现在任何位置任何时间通过网络接入网络教育资源云平台，即可实现统一平台上的学习和交流活动。

2.2 平台建设主体

对于构建一个开放统一的网络资源服务平台而言，需要明确两大建设主体是：平台硬建设和资源软建设。

从平台建设来看，可根据教育的服务范围、用户规模、服务形式及网络基础设施建设现状，确定云平台的基本形式，对于敏感度和保密性要求较高的系统，可采用建立私有云的形式，

而对于通用学科资源建设则可依托公有云平台建设，或者在两种情况都存在的情况下采用混合云形式构建。对于最为核心的云平台管理软件，目前大多采用直接购买的方式，国内如曙光、浪潮、超云等公司都提供了云平台操作系统及其配套软硬件产品，也可以在现有虚拟化开源管理软件（如Eucalyptus 、OpenNebula 、OpenStack 、OpenQRM 、XenServer 、CloudStack 等）的基础上通过二次开发和功能改造，自行开发出符合具体应用需求的云平台操作系统。

从资源软建设方面来看，主要是依托高校教育部门进行软件和数字资源建设。围绕网络教学资源服务需求，分项建立媒体素材库、试题库、课件库、案例库、文献资料库、常见问题解答库、资源目录索引库和网络课程，并依托课程学习系统、教师备课系统、在线考试系统、教学管理系统、公共服务系统等几个方面构建一个系统、完备、功能丰富的软件平台。软件和资源建设采用集中存储管理的模式，以B/S 瘦客户端的形式对外提供访问，从而能够最大程度上实现服务资源的整合的统一管理。

3 网络教育资源云平台性能实证测试

为了验证本文所提出的网络教育资源云平台方案的合理性和科学性，以专业实验室环境为依托，实地搭建了两种不同方案的网络教学服务平台，并通过具体测试来验证云平台构建策略相对于传统集群式构建策略的优势所在。

3.1 主要实验设备

两种实验方案分别采用了相同配置的物理服务器、核心交换机和终端设备，主要设备参数如表1所示。

表1 主要实验设备参数

实验基于两种不同的网络教学资源服务平台设计方案测试

完成。

方案一：采用传统方式构建网络教学资源服务实验平台。将3台物理机作为应用服务器，并部署了相同的B/S 应用软件

李小青等：基于云计算的网络教育资源平台构建策略实证研究

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（自行开发运行的学科资源网站），对于负载较大的在线教学系统可通过集群方式提供服务。6台用户终端同时对应用系统发起访问，负载均衡设备作为集群部署的常用设备在其中具有平衡访问负载，提高服务效率和可用性的作用，如图2所示。

172.168.1.3172.168.1.13172.168.1.15172.168.1.10172.168.1.115172.168.1.16

图2 传统网络教学资源服务平台构建策略

方案二：采用云计算技术构建网络教学资源服务实验平台。该方案与方案一采用相同配置的3台物理服务器组成计算资源池，1台物理服务器用于云平台管理设备，底层存储资源池由2台集中存储设备构成，计算资源与存储资源之间通过SAN 光纤交换机连接。通过云管理技术，平台共虚拟出6台应用服务器支撑B/S 软件运行。负载均衡设备根据网络流量和各应用服务器的访问情况在6台虚拟机之间进行负载平衡。

图3 基于云计算的网络教学资源服务平台构建策略

3.3 测试数据分析

实验采用工业标准级负载测试工具LoadRunner 软件，采用相同脚本，对两种不同的平台方案进行性能和压力方面的测试。测试用户规模为1000个，采用模拟方式，每5秒并发50个虚拟用户，后台访问实现了对8000个后台学科资源的优化排序，以此验证在不同数据中心架构下计算节点或虚拟服务器可承担的并发用户数、吞吐量、响应时间、CPU 利用率等指标。图4显示了3分50秒测试时间内，网络教学资源云平台架构在能够保证正常服务的状态下，随着用户规模的增长，CPU 占用率、平均响应时间、吞吐量和用户并发数指标的变化情况。

Windows Resources

R e s o u r c e s U s a g e s

Elapsed Scenario Time mm:ss X

Y

（1）CPU 利用率

Average Transaction Response Time

A v e r a g e R e s p o n s e T i m e (s e c o n d s )

Elapsed Scenario Time mm:ss X

Y （2）平均响应时间

Throughput

4,000,000

5,000,0006,000,0007,000,000B y t e s p e r S e c o n d

Elapsed Scenario Time mm:ss

X Y

（3）吞吐量

Running Vusers

N u m b e r o f V u s e r s

Elapsed Scenario Time mm:ss X

Y

（4）支持用户并发数 图4 网络教育资源云平台测试结果

通过对传统集群式平台架构和云平台架构分别进行相同的项目测试验证，表2基于上述指标对实验结果分别进行了对比分析。

表2 两种网络资源平台的验证结果对比

4 计算机应用与软件

教育资源平台各有优劣：

（1）运行效率方面：采用传统平台架构，应用服务在物理服务器直接支撑下运行，运行速度快，响应时间短，而云计算平台由于增加了虚拟化中间管理层，应用服务器在虚拟化服务器上运行，同时虚拟化操作系统也会占用一部分物理计算资源，因此导致平台性能和效率上有所降低，但可以结合负载均衡技术，通过应用负载和流量负载可以实现用户对虚拟服务器访问的平衡和优化。

（2）资源利用率方面：传统平台架构的物理资源利用率取决于上层应用复杂度、用户访问数量和资源存储规模等因素，应用与支撑平台之间是紧耦合关系，平台扩展只能靠增加新的物理设备来实现，而对于访问较少的应用则容易造成物理资源的浪费，可扩展性较差；而云平台架构可根据应用的访问情况做到计算资源和存储资源的灵活调整，对于访问载荷较高的应用，可以提高其虚拟服务器配置，而对于访问较少的应用，可灵活降低其资源配置，从而达到较高的物理资源利用率。

（3）服务可持续性：传统平台架构一旦发生服务器宕机，就会造成服务中断，但云平台架构下由于服务运行在虚拟机上，一旦虚拟机发生宕机或人为关闭，云管理系统可以在短时间内实现虚拟化服务器的迁移重启，即使是物理计算资源发生宕机，云平台也可根据存储资源池中的虚拟机系统映像在较短时间内恢复服务，从而保证了较好的服务可持续性。

（4）系统运维成本：传统平台架构上要达到较高的服务效率必须依赖于高配置的物理资源，造成系统平台成本较高，而且物理设备的升级换代往往会带来资源的浪费，而云平台可适应调整的剪裁式资源配置方式在提高了资源重用性和可扩展性的同时，也大幅降低了资源投入成本。

总之，基于云计算的网络教学资源服务平台尽管在运行效率上稍逊于传统直接依托物理机运行的平台架构，但通过现有的复杂均衡技术和合理的虚拟机部署配置可以缓解这一问题，同时，在资源利用率、服务可持续性和系统运维成本方面，云平台架构又体现出其特有的优势，因此，采用云计算技术实现网络教育资源平台是一种更为科学、先进和优化的建设方案。

4结语

云计算作为网络时代发展的新型IT运营模式，它带来的是一种创新的信息平台架构，也为构建网络教育资源服务平台提供了一种新思路、新方法。它不仅能够以更低的成本实现海量数字化资源的汇聚、存储和传输，实现各种优质教育资源的优化调配，而且平台所具备的开放性、共享性及其服务支撑机制，也使用户能够更加方便、快捷、按需地获取到所需教育资源。然而，将云计算技术与网络教学服务平台建设相结合，还需要考虑到更深层次的服务规划、应用调整、资源分类和受控访问等问题，同时建立共享的教育资源库还具有一定管理体制和安全问题上的障碍，需要在未来更深入的加以研究和探讨。

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李小青等：基于云计算的网络教育资源平台构建策略实证研究 5

提供联系方式

负责人：李小青

电话：186********

E-mail: rebecca17056@https://www.360docs.net/doc/0c15003978.html,

李小青，讲师/博士，主研领域为云计算及大数据分析挖掘。

张水平，教授/硕士，主研领域为分布式计算及云数据中心。

张凤琴，副教授/硕士，主研领域为数据库技术及数据挖掘。

修改内容：

（1）对图4的字体进行了放大，增加X,Y坐标值，但由于该图是通过模拟软件测试直接生成后截图产生，无法对灰边和图形颜色进行修改，请见谅。

（2）增加了分类号和文献标识码信息；

（3）对摘要说明方式进行了修改；

（4）对3-9的参考文献信息进行了完善。