智慧教育桌面云平台方案设计.docx

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智慧教育桌面云平台方案设计

智慧教育桌面云平台

方案设计

第1章公共教学资源-桌面云平台解决方案

1.1项目概述

1.1.1项目建设背景

随着我校近年来招生进一步扩大，现在的公共计算机资源已使用多年，且配置较低，由于教学班级多，现有公共资源基本满负荷使用，因此设备损耗较大，返修率较高，无法很好的满足教学需求，急需解决公共基础教学条件不足的难题。

目前，学校公共教学资源终端一直使用功能全面的传统PC。

在大多数情况下，PC提供了价格、性能与功能的最佳组合。

但同时，在实际应用过程中，需要在每台PC上安装所需的软件程序及客户端；同时所有数据分散在各PC上，对PC无法方便地进行统一集中维护与管理，对数据无法进行集中存储与备份。

主要体现在以下几方面：

（1）计算机病毒危害：

现有pc通过U盘和网络容易感染病毒，并相互传播，软硬件保护技术难以很好解决问题，导致PC运行不稳定，是维护人员面临最严峻的问题之一。

（2）维护难度大：

由于学校不同批次PC硬件种类繁多，数量大，很难集中管理，维护工作量大。

（3）高能耗、高排放：

一台PC的能耗在200瓦以上，对于学院几千台规模的PC工作环境，一年的耗电量是一个非常惊人的数字。

这当今提倡绿色环保、低碳经济的大环境下，确实是一个巨大的挑战。

（4）资源未能充分利用：

PC的分布式特性使人们难以通过集中资源的方式提高利用率和降低成本。

结果，PC的资源利用率通常低于5%。

（5）总体拥有成本高（TCO）：

PC硬件相对较低的成本优势，通常无法抵消PC管理和支持工作的高昂成本。

目前，PC管理工作包括硬件维修、部署软件、更新和修补程序等，由于这些工作需要对多种PC配置的部署进行测试和验证，因而会耗费大量的人力，常常因为人力跟不上导致PC无法正常进行运行。

针对上述问题，建议使用桌面云技术取代传统PC。

具体而言，是采用在服务器系统上承载桌面映像的方法，以集中资源并提高其桌面计算基础架构的可管理性。

1.1.2项目建设目标

结合我校教学条件建设的实际要求，通过公共教学资源-自主学习平台项目建设，进一步改善我校的教学条件，解决近年我校招生进一步扩大带来的公共基础教学条件不足的问题，从而推进教育教学改革，提高办学水平，实现IT基础设施资源的共享和统一集中管理，减少物理基础架构成本和运营维护成本，具体目标如下：

（1）基于云计算的电子阅览自主学习平台建设

建设2间电子阅览室，共80个虚拟化桌面，支持自带移动设备，给学生提供一个环境舒适、资源丰富的自主学习空间。

（2）基于云计算的公共数字化语音室建设

建设2间语音室，共122个虚拟化桌面，基本满足学校公共外语课的教学需要。

另一方面，采用最新的数字化语言教学技术，激发学生的学习兴趣，促进教学质量的提高。

（3）基于云计算的公共计算机实训室建设

建设4间公共计算机实训室，共260个虚拟化桌面，满足教学的需要，实现弹性和自动化的基础设施、按需的服务模式和更加敏捷的IT服务水平。

（4）基于云计算的多媒体教室改造

完成南海校区66间多媒体教学设备改造，共66个虚拟化桌面，提升多媒体教学课室设备性能，实现设备集中控制，保障教学需要。

1.1.3项目建设内容

根据前期需求调研和分析，结合公共教学基础教学资源的需求,本次项目建设内容主要包括图书馆电子阅览室，外语系数字化语音室，多媒体教室，公共计算机机房。

具体建设内容：

（1）通过云计算技术为4个场景提供共计528个终端节点的桌面云服务，具体的分布如下表所示。

提供桌面云服务需要构建公共基础云平台来支撑4个场景所需要的资源和服务。

公共基础云平台这也是本项目的建设核心内容。

场景

课室数量（间）

每间终端数量（台）

地点

合计终端数量（台）

电子阅览室

C101室20，A301室60

图书馆C101室、A301室

语音室

教学楼

122

多媒体教室

教学楼

公共计算机机房

第四工业实训楼

260

（2）4个场景的综合布线，以及图书馆电子阅览室无线覆盖。

（3）语音室和公共计算机机房功放、音箱、麦克风等教学配套设备的配备。

1.2IT资源需求分析

本次项目的桌面云统一采用链接克隆的方式来进行整体构建，桌面采用静态方式，实现免账号登陆直接登陆桌面，公共机房登陆桌面后提供多场景选择。

在桌面云平台设计中，常常考虑服务器的硬件资源及存储空间，IOPS读写。

官方推荐常用需求如下：

✧内存：

Windows7（32位）/WindowsXP推荐2G内存，桌面根据安装具体的应用内存变化，其中文科类应用如OFFICE，蓝鸽，Adobe等，采用2G内存；大型应用涉及到Autocad2010，VisualStudio2010等，采用4G内存。

✧CPU：

文科类应用需求采用CPU主频1.9GHZ，大型应用主频2.2GHZ及以上

✧硬盘空间：

根据客户实际需求定义磁盘的系统空间及数据空间，另需桌面带有的挂起文件，页面文件，日志文件等需求。

存储空间需求

空间大小

操作系统磁盘

20G

教师用户数据

10G

学生用户数据

挂起文件

页面文件

1.5G-3G

日志文件

100M

✧IOPS读写：

IOPS读写是桌面设计中常考虑的设计，官方推荐在虚拟机启动时IOPS值较大到30，应用程序正常运行IOPS15-25。

文科类应用推荐IOPS20-25，大型应用在70-80左右。

设计时推荐采用25-30。

虚拟机动作

推荐IOPS

启动

用户登录

正常工作

用户注销

1.2.1图书馆电子阅览室

1.2.1.1使用情形定义

属性

定义

用户数量

80位

工作负载类别

教师/职工/学生

使用时间

星期一至星期日，早晨8:

00至晚上22:

访问方法

本地LAN

身份验证方法

标准Windows登录

核心应用

Office2010

超星客户端

四库全书客户端

CAJViewer

QQ2012

IE8

WinRAR

……

操作系统

Windows7

用户能否安装应用

不可以

用户能否使用视频

720P

用户能否使用音频（输入）

不可以

监示器

1个

外联设备

光驱、耳机、U盘

用户访问设备

瘦客户机

连接

LAN

1.2.1.2使用功能场景

●开机加载公共的桌面环境

●普通的互联网浏览

●电子图书阅览

●浏览网络视频资源

1.2.1.3使用资源分析

使用场景

RAM

CPU

IOPS

网络带宽

客户端缓存

图书馆电子阅览室

2GB

2个vCPU

8Mb/秒

2GB

操作系统磁盘

用户数据

挂起文件

页面文件

日志文件

30GB

10GB（教师）

5GB（学生）

1GB

1.5GB

100MB

1.2.1.4资源需求

网络组网

●借助学校已有的校园网环境

●有线局域网内千兆到桌面，共需要80个网络下联端口

●服务器端必须采用千兆部署

●接入交换机上联必须保证千兆带宽

●客户端缓存的内存大小要求为2GB以上

●每间电子阅览室设置为1个VLAN，部署QoS

计算资源

图书馆电子阅览室的高峰期并发使用率为100%。

✧对CPU的占用：

2vcpu×80=160vcpu

✧对内存的占用

2GB×80=160GB

✧存储的IOPS峰值

30×80=2400

✧存储空间占用

教师用户数据按10GB，学生用户数据按5GB设计，通用磁盘存储空间计算如下：

用户数据：

10GB*2+5GB*78＝410GB

挂起文件：

1GB*80＝80GB

页面文件：

1.5GB*80＝120GB

日志文件：

0.1G*80=8GB

用户系统：

30GB*80*50%＝1.2TB

空间容量=用户系统+用户数据+挂起文件+页面文件+日志文件

以上共需存储空间约为：

1.82TB

1.2.2外语系语音室

1.2.2.1使用情形定义

属性

定义

用户数量

122位

工作负载类别

教师/学生

使用时间

星期一至星期六，早晨8:

00至下午18:

访问方法

本地LAN

身份验证方法

标准Windows登录

核心应用

蓝鸽纯软专业化语言实验室（LBD5800TC）

蓝鸽LBD2011

操作系统

Windows7

用户能否安装应用

不可以

用户能否使用视频

720P

用户能否使用音频（输入）

可以

打印机

禁止

监示器

1个

外联设备

U盘、耳机、麦克风

用户访问设备

瘦客户机

连接

LAN

1.2.2.2使用场景功能

●开机加载公共的桌面环境

●使用语音软件上课

●普通的互联网浏览

●使用桌面控制软件控制学生桌面（如极域软件）

●浏览网络视频资源

1.2.2.3使用资源分析

使用场景

RAM

CPU

IOPS

网络带宽

客户端缓存

外语系语音室

2GB

2个vCPU

8Mb/秒

2GB

操作系统磁盘

用户数据

挂起文件

页面文件

日志文件

30GB

10GB（教师）

5GB（学生）

1GB

1.5GB

100MB

1.2.2.4资源需求

网络组网

●借助学校已有的校园网环境

●有线局域网内千兆到桌面，共需要122个网络下联端口

●服务器端必须采用千兆部署

●接入交换机上联必须保证千兆带宽

●客户端缓存的内存大小要求为2GB以上

●每间课室设置为1个VLAN，部署QoS

计算资源

外语系语音室的高峰期并发使用率为100%。

✧对CPU的占用：

2vcpu×122=244vcpu

✧对内存的占用

2GB×122=244GB

✧存储的IOPS峰值

30×122=3660

✧存储空间占用

教师用户数据按10GB，学生用户数据按5GB设计，通用磁盘存储空间计算如下：

用户数据：

10GB*2+5GB*120＝620GB

挂起文件：

1GB*122＝122GB

页面文件：

1.5GB*122＝183GB

日志文件：

0.1G*122=12.2GB

用户系统：

30GB*122*50%＝1.83TB

空间容量=用户系统+用户数据+挂起文件+页面文件+日志文件

以上共需存储空间约为：

2.76TB

1.2.3教务处多媒体教室

1.2.3.1使用情形定义

属性

定义

用户数量

66位

工作负载类别

教师

使用时间

星期一至星期六，早晨8:

00至下午22:

访问方法

本地LAN

身份验证方法

标准Windows登录

核心应用

MicrosoftOffice2003简体中文版5in1

MicrosoftOffice2010简体中文版5in1

暴风影音5

AdobeFlashPlayerv13.0.0.133forIE

冰点还原精灵v7.60

AdobeReader11

WinRAR_3.80

网络中控教室客户端

操作系统

Windows7

用户能否安装应用

可以

用户能否使用视频

720P

用户能否使用音频（输入）

可以

打印机

禁止

监示器

1个

外联设备

光驱，U盘、移动硬盘、功放、麦克风、网络中控

用户访问设备

瘦客户机

连接

LAN

1.2.3.2使用场景功能

●开机加载专用的桌面环境（或者集成多个用户环境的单一桌面环境）

●老师永久性的数据存储

●本地模式上课（课后和服务器同步桌面环境）

●普通的互联网浏览

●浏览网络视频资源

●使用办公软件，如office2003/office2010

1.2.3.3使用资源分析

使用场景

RAM

CPU

IOPS

网络带宽

客户端缓存

教务处多媒体教室

2GB

2个vCPU

8Mb/秒

2GB

操作系统磁盘

用户数据

挂起文件

页面文件

日志文件

30GB

10GB（教师）

1GB

1.5GB

100MB

1.2.3.4资源需求

网络组网

●借助学校已有的校园网环境

●有线局域网内百兆到桌面，共需要66个网络下联端口

●服务器端必须采用千兆部署

●接入交换机上联必须保证千兆带宽

●客户端缓存的内存大小要求为2GB以上

●所有课室设置为1个VLAN，部署QoS

计算资源

多媒体教室的高峰期并发使用率为100%。

✧对CPU的占用：

2vcpu×66=132vcpu

✧对内存的占用

2GB×66=132GB

✧存储的IOPS峰值

30×66=1980

✧存储空间占用

教师用户数据按10GB，通用磁盘存储空间计算如下：

用户数据：

10GB*66＝660GB

挂起文件：

1GB*66＝66GB

页面文件：

1.5GB*66＝99GB

日志文件：

0.1G*66=6.6GB

用户系统：

30GB*66*50%＝0.99TB

空间容量=用户系统+用户数据+挂起文件+页面文件+日志文件

以上共需存储空间约为：

1.82TB

1.2.4实训中心计算机机房

1.2.4.1使用情形定义

属性

定义

用户数量

260位

工作负载类别

教师/学生

使用时间

星期一至星期六，早晨8:

00至下午18:

访问方法

本地LAN

身份验证方法

标准Windows登录

核心应用

Rhinoceros4.0犀牛

PScs5

用友U8

Quartusii6.0

CorelDRAWX4

ProENGINEER4.0

金蝶K3标准版V12.1

VisualStudio2012

Adobe.After.Effects.CS4

Unity4.3.4

AndroidSDK

Eclipse

SQLserver2008_企业版

VB6

Delphi7

操作系统

Windows7

用户能否安装应用

不可以

用户能否使用视频

720P

用户能否使用音频（输入）

可以

打印机

禁止

监示器

1个

外联设备

光驱，U盘，麦克风、加密狗（教师机）

用户访问设备

瘦客户机

连接

LAN

1.2.4.2使用场景功能

●开机加载公共的桌面环境（教师的桌面环境可参照多媒体课室分析）

●使用各类教学软件上课

●普通的互联网浏览

●使用桌面控制软件控制学生桌面（如极域软件）

●浏览网络视频资源

1.2.4.3使用资源分析

使用场景

RAM

CPU

IOPS

网络带宽

客户端缓存

实训中心计算机机房

4GB

4个vCPU

8Mb/秒

2GB

操作系统磁盘

用户数据

挂起文件

页面文件

日志文件

30GB

10GB（教师）

5GB（学生）

1GB

3GB

100MB

1.2.4.4资源需求

网络组网

●借助学校已有的校园网环境

●有线局域网内千兆兆到桌面，共需要260个网络下联端口

●服务器端必须采用千兆部署

●客户端缓存的内存大小要求为2GB以上

●每间课室设置为1个VLAN，部署QoS

计算资源

实训中心计算机机房的高峰期并发使用率为100%。

✧对CPU的占用：

4vcpu×260=1040vcpu

✧对内存的占用

4GB×260=1040GB

✧存储的IOPS峰值

80×260=20800（实训室里面许多大型应用金蝶，绘图处理等在突发高峰时达到70-80）

✧存储空间占用

教师用户数据按10GB，学生用户数据按5GB通用磁盘存储空间计算如下：

用户数据：

10GB*4+256*5G＝1320GB

挂起文件：

1GB*260＝260GB

页面文件：

3GB*260＝780GB

日志文件：

0.1G*260=26GB

用户系统：

30GB*260*50%＝3.9TB

空间容量=用户系统+用户数据+挂起文件+页面文件+日志文件

以上共需存储空间约为：

6.29TB

1.2.5IT资源需求汇总

场景名称

服务器基础架构

图书馆电子阅览室

外语系语音室

教务处多媒体教室

实训中心计算机机房

合计

桌面数量

（个）

4个基层组件（AD等）

122

260

528

CPU需求

（Core）

4vcpu*4=16vcpu

2vcpu*80=

160vcpu

2vcpu*122=244vcpu

2vcpu*66=

132vcpu

4vcpu*260=1040vcpu

1592vcpu

内存需求

（GB）

24G

160G

244G

132G

1040G

1600G

存储空间（T）

0.2T

1.82T

2.76T

1.82T

6.29T

12.9T

网络带宽

千兆

百兆

千兆

千兆推荐，小型环境百兆

存储IOPS

（启动风暴）

320

2400

3660

1980

20800

29160

存储IOPS

（启动优化后）

240

1800

2745

1485

15600

21870

存储IOPS

（正常工作）

240

1800

2745

1485

15600

21870

服务器-主要

（台）

不需要单独服务器

1台

4台

7台

服务器-备

（台）

1台，HA，实时迁移,资源池负载均衡,动态资源有效分配空间冗余

1台

终端数量

（套）

122

260

538（其中10台备机）

交换机数量

（台）

数据中心交换机2台

2台48口交换机，，1台24口交换机

2台48口交换机，2台24口交换机

无

4台48口交换机，4台24口交换机

数据中心2台，

48口接入交换机8台，24口接入交换机7台

备注

1、存储读写采用SSD+SAS架构，1块SSD读写接近5000，1块SAS读写接近125，满足高峰并发

2、CPU需求计算：

1核可以虚拟出8个vcpu;例如1台4路8核的服务器，可以虚拟出256vcpu,8台共计2048个vcpu

1.3解决方案设计

1.3.1设计原则

1、实用性原则

遵循面向应用，注重实效，统筹规划，分布实施的原则。

2、先进性与经济性原则

建设的起点要高，应尽量选用先进可靠的技术，确保在一定时期内方案的先进性；在选用合作伙伴时，应考虑厂商对产品的发展策略是否具有一致性，以确保所选产品技术不会轻易淘汰；应选用性价比高的产品、或根据需要选用可满足学校今后一段时间需求的经济型产品，确保学校的资金的合理使用。

3、开放性和标准化原则

选择的技术和产品应具有良好的互操作性和可移植性，并符合相关的国际标准和工业标准。

4、可扩充性原则

建设一个逐步发展的应用环境，在系统结构、产品系统、系统容量与处理能力等方面必须具有升级换代的可能，这种扩充不仅能充分保护原有资源，而且扩充系统的代价最低。

5、可维护性原则

整个环境具有良好的自动化管理、监控、故障分析和处理能力，具有极高的可维护性。

6、适度安全原则

任何云平台信息系统都不能做到绝对的安全，尤其是面临着云计算应用环境的诸多新的变化。

在进行信息安全规划时，要在安全需求、安全风险和安全成本之间进行平衡和折中，过多的安全要求必将造成安全成本的迅速增加和运行的复杂性。

1.3.2桌面云整体架构

本项目为了实现高安全、高可靠、高性能、易远程集中运维、平滑扩容的目标，采用业界主流的虚拟化技术，为4个场景提供虚拟桌面服务，实现了IT资源的共享。

架构如图1所示。

图1桌面云整体架构图

1.3.3桌面云技术方案概述

项目采用桌面云解决方案，运用业内最主流的虚拟桌面基础架构VirtualDesktopInfrastructure（VDI）架构与部署方式。

它基于底层的硬件资源和中间层的虚拟化软件，通过上层的桌面虚拟化应用软件，为终端用户提供虚拟桌面交付模式。

VDI解决方案中所提供的桌面虚拟化不仅充分利用了服务器端的计算能力，而且提供了强大而灵活的用户PC管理能力，同时具有很强的可扩展性和显著的能源节约优势，消除了传统个人电脑管理模式中的很多缺点。

VDI解决方案通过虚拟化服务器，进行虚拟桌面的创建、删除、迁移等管理功能。

因此，虚拟化服务器是虚拟桌面的载体。

如果虚拟化服务器出现问题，整个VDI解决方案就会处于运行瘫痪的状态。

同时，虚拟化服务器的正常运行，也离不开它所依托的底层支撑基础资源，比如存放虚拟桌面文件的存储资源和连通终端用户和虚拟桌面的网络资源。

这类支撑基础资源是整个VDI解决方案中最底层的组件。

因此，虚拟化服务器和底层支撑基础资源共同作为VDI解决方案中一种基础组件为上层提供了基本的计算能力。

VDI解决方案方案可实现以下功能：

桌面管理连接

在连接到虚拟桌面后，用户便可以访问自己的应用程序，就如同这些应用程序在本地运行一样。

支持USB客户端设备

USB设备可从本地连接到客户端，并通过虚拟桌面进行访问。

基于Web的管理用户界面

通过基于Web的管理控制台，用户能够在任何位置管理自己的虚拟桌面。

“智能池”功能

大量的持久和非持久池功能可简化集中式桌面的部署和管理。

灵活的部署选项

关键组件可部署在各种配置中，并能部署于网络的不同位置，因而极大地提高了安全性、可扩展性和可靠性。

高可用性

多台服务器可组成群集，从而获得自动故障切换功能，以及高可用性和可扩展性。

这些服务器还可以利用业界标准的负载平衡解决方案。

简化桌面管理

桌面和应用程序虚拟化切断了软件、硬件和操作系统之间的联系，不需要在最终用户设备上实际安装或管理桌面环境。

只需数分钟，即可从中央位置提供、管理和更新所有Windows桌面和应用程序。

云桌面能让应用程序和桌面的测试、调配和支持工作变得更加轻松，而且还能减少成本。

自动桌面调配

云桌面提供了单个管理工具来调配新桌面或桌面组，并提供了用于设置桌面策略的简单界面。

通过使用模板，可以对虚拟桌面池进行自定义，并方便地设置策略，如池中可以包含多少虚拟机或注销参数。

此功能可实现桌面调配活动的自动化和集中化，从而提高IT效率。

高级虚拟桌面映像管理

映像以成熟的链接克隆技术为基础，允许从主映像快速创建桌面映像。

无论何时在主映像上实施更新，都可以在数分钟内推送到任意数量的虚拟桌面，极大地简化了部署和修补工作，并降低了成本。

此过程不会影响用户设置、数据或应用程序，因此用户仍然可以高效地使用工作桌面，甚至在应用更改的同时也是如此。

熟悉的最终用户体验

提供完整、未经修改的桌面环境，与现有传统或自定义应用程序兼容，并为各个用户提供适合各自需求的自定义桌面。

由于具有广泛的客户端支持，因此用户可以随时通过各种虚拟桌面设备访问自己的桌面，并使用本地打印机、USB设备或其他外围设备。

此外，多媒体重定向改善了播放丰富多媒体的最终用户体验。

安全性

云桌面提供了强大的网络安全性，以保护敏感数据。

SSL隧道能确保所有连接都已完全加密。

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