云计算技术下的教育信息化.docx
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云计算技术下的教育信息化
云计算技术下的教育信息化
摘要
随着云计算技术的成熟，以云计算为基础，结合物联网、3G等技术，服务教育信息化成为了可能。
采用VMware的虚拟化技术及Cisco和DELL的硬件基础设施，运用优秀的开源分布式系统Hadoop完成基础平台，并使用优秀的大数据处理模式MapReduce，使得平台能够完成大数据的发展需要。
在此基础上，针对教育行业特色，整合管理、教研、资源和工具类应用，为教育行业用户提供终端无关性的统一桌面。
从而解决传统教育信息化中重复投资、存在信息孤岛、缺乏统一规范、专业性差的问题。
关键词：
教育信息化，云计算，物联网，3G
目录
1前言1
1.1云计算概况1
1.2江阴市教育信息化概况3
2概述3
2.1应用目标3
2.2应用场景4
2.3核心技术4
2.3.1互联网络技术4
2.3.2虚拟化技术5
3系统实现7
3.1系统架构7
3.2基础设施层8
3.3平台服务层8
3.4软件服务层8
3.5终端访问层8
4参考文献及网络资源9
1前言
1.1云计算概况
上世纪60年代，麦卡锡就提出了把计算能力作为一种像水和电一样的公用事业提供给用户的理念，这成为云计算思想的起源。
随着信息革命的不断深入，整个社会对信息处理、计算能力、存储能力的需求呈现爆炸式发展，同时网格计算、分布式计算等技术的不断成熟，云计算应运而生。
图1云计算的演进[1]
云计算的定义有很多，但比较公认的是将云计算看作一种商业模式，是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。
云计算与传统技术相比，主要有如下优势：
2011年6月7日，国家主席胡锦涛对云计算做出了一个新的高度的评价。
胡主席指出互联网云计算，互联网知识服务的快速发展为个性化制造和服务创新提供了有利的工具和环境。
我国云计算产业也如雨后春笋，蓬勃发展起来：
图2中国云计算产业地图[2]
1.2江阴市教育信息化概况
江阴市经济发达，教育投入逐年增加，对教育信息现代化建设也非常重视。
“十一五”期间，市教育局科学运用现代信息技术，推动优质教育资源共建共享，以江阴教育网站为核心，建立了“江阴学科教研平台”、“江阴教学资源库”、“瑞博数字化教学平台”、“国之源教学资源库”、“教育视频资源库”、“方正数字图书馆”等六大资源平台为主体的“江阴教学资源库群”，提供各类优质资源达1100G之多，年访问量超过520多万人次。
至2010年末，全市100%义务教育阶段学校的技术装备达到省Ⅱ类标准，12所高中均超出省Ⅱ类标准；中心小学以上学校多媒体“班班通”比例达到96.2%，全市中小学教师基本实现人手一台电脑。
2012年，市教育局启动了建设江阴教育信息化公共服务平台——江阴市校际教学与教学管理信息共享平台的计划，以不断提高学校教育技术装备的应用效益，在信息化建设方面创出特色。
“十二五”时期，江阴教育在教育投入、教育质量、教育贡献度、教育优质均衡和现代化发展水平等方面要继续走在全省前列。
到“十二五”期末，要在省内率先建成教育强市、率先建成教育现代化先导区、率先建成教育优质均衡示范区。
2概述
2.1应用目标
运用云计算技术，打造安全、易用、开放，集管理、教学、学习、社交于一体的教育云。
她从空间上，将教室、校园、校车、家庭联系在一起；从时间上，将课上、课间、课后、假期联系在一起；从人员上，将学生、老师、家长、学校职能人员、全球教育专家联系在一起。
服务全民学习、服务终身教育、服务教育信息化、服务信息共享，实现“人人享有良好教育”的目标，创建基于信息化的“人人都学、时时能学、处处可学”的全民学习、终身学习的学习支持环境。
2.2应用场景
图3云计算在教育信息化中的应用场景
教室、教研室等学习资源产生地，通过多媒体采集技术，将视频、音频、互动等信息全程记录；
学校及教育机构内，通过高速局域网络，将各个教室、办公室等互联在一起；
家庭中、公共场所则通过城市Wifi网络，访问数据中心中资源；
城市各个学校及教育机构通过光纤接入城市数据中心；
各个城市的数据中心通过骨干网络互联，实现城市之间的数据通讯；
2.3核心技术
互联网络技术
网络是信息社会的基础，现代的互联网络技术，包括涵盖广域网、城域网、局域网的有线、无线连接技术；
●无线局域网（WLAN）使用无线网络的用户可以在任意地点创建本地的无线连接，因此可以使用户轻松实现随地办公和通信。
一般情况下WLAN具有两种工作方式，第一种是在基本结构无线局域网中，将无线站连和无线接入点进行连接；第二种是在点对点的无线局域网中，有限区域内（如办公室）的多个用户在不需要访问网络资源的情况下，可以不通过接入点连接而直接建立临时网络。
●无线广域网（WWAN）目前的无线广域网技术被称为通讯第二代系统，及2G系统。
用户通过该技术。
用户通过该技术可以在远程公用网络或专用的网络建立起无线连接，并实现该链接覆盖广大的地理区域。
2G系统的组成部分主要有码多分址（CDMA）、蜂窝式数字分组数据（CDPD）以及移动通信全球系统（GSM）。
●无线城域网络（WMAN）使用无线城域网络，用户可以在城区的多个场所建立无线连接。
无线城域网络使用无线电波和红外光波进行数据传送，该网络覆盖区域较大，最远可达50公里，因此不同地点接受的信号功率和信噪比会有较大差别。
●无线个人网络（WPAN）用户可以通过无线个人网络技术为个人操作空间创建临时的无线通讯。
个人操作空间一般指一个人为中心的空间范围，其最大距离为10米。
虚拟化技术
虚拟化技术是云计算的基础，云计算的可定制、可扩展、可量化、可监控等特性，都是在虚拟化的前提下才能实现的。
目前主流的虚拟化技术：
表1主流虚拟化技术
虚拟化平台
虚拟化核心
管理程序
VMWare
vShere
vCenter
Microsoft
WindowsServer2008Hyper-V
SystemCenterVirtualMachineManager
CITRIX
XenServer
XenCenter
ORACLE
OradeVM
OracleEnterpriseManager
RedHat
RedHatEnterpriseLinuxKVM
RedHatEnterpriseVirtualization
各个虚拟化技术的竞争力分析：
图4主流虚拟化技术竞争力分析
3系统实现
3.1系统架构
图5教育信息化系统架构
●基础设施层：
由网络设备、存储、服务器等基础设施构成；提供最底层的物理硬件支持；基础设施层通过虚拟化技术，将计算、存储等能力像“水电”一样，按需的、灵活的提供给上层平台；
●平台服务层：
包含技术支撑服务平台和教育基础数据库；教育基础数据库通过统一的数据标准，将学生信息、教师信息、资产信息、教学信息、账号信息统一在一个平台下，并通过大数据技术，支撑大量的、快速的、多样的、精确的数据访问及处理，从而更好地支撑数据仓库、数据安全、数据分析、数据挖掘等上层应用；
●软件服务层：
在平台服务层的基础上，通过统一的数据共享接口、单点登录接口、数据变更接口、业务定制接口、系统日志接口，完成资源类、教研类、管理类、工具类以及第三方应用支持等完善的教育信息化功能；
●终端访问层：
应用单点登录（SSO）技术将原有的和新部署的应用在使用者的层面统一在一起，实现统一桌面；应用HTML5及CSS3技术，以及移动界面设计技术，展现给用户终端无关性的跨终端访问界面；
3.2基础设施层
VMware的虚拟化产品处于世界领先地位，Cisco的网络及服务器产品一直是高质量的代表，VMware与Cisco合作完成的云计算中心基础架构：
UCS，从硬件及软件两个层面很好的实现了虚拟化，再配合DELL的Compellent存储系列，能够优秀的完成云计算的各项需求。
图6基础设施层
为了实现单点双备份的目标，采用双冗余的方式，基本的设备物理链接：
图7基础设施物理连接图
3.3平台服务层
为了达到高度的内聚性和透明性，采用分布式系统Hadoop，Hadoop实现了一个分布式文件系统（HadoopDistributedFileSystem），简称HDFS。
HDFS有着高容错性的特点，并且设计用来部署在低廉的（low-cost）硬件上。
而且它提供高传输率（highthroughput）来访问应用程序的数据，适合那些有着超大数据集（largedataset）的应用程序。
为了更好的发挥Hadoop的特性，满足大数据的处理需求，采用的MapReduce进行基础平台的开发，MapReduce适用于大规模数据集（大于1TB）的并行运算。
平台支持的功能整体分为平台运维及用户使用两大类。
平台运维人员可以进行平台用户的维护、平台应用的维护，并通过平台授权维护来给不同用户授权使用不同的应用集合，这样的一个应用集合可以保存为一个解决方案，以方便为相同用户提供推荐的应用集合。
平台运维人员可以通过平台信息统计功能统计平台运营的所有信息；通过价格体系维护、积分体系维护功能，为平台提供服务制定完善的价值体系。
平台用户分为单位用户与个人用户两大类，单位用户可维护自己的组织结构并添加其成员，可以对本单位用户及授权应用进行维护，并通过单位授权维护来给不同用户授权使用不同的应用集合。
本单位的用户即可对已经授权的应用进行使用。
个人用户具备个人应用的管理功能，以及已经授权应用的试用功能。
图8平台基础服务业务流程图
平台运维功能是平台整理运行状况的监控、管理、分析的功能集合，用来帮助平台运维公司更好的为平台用户提供各种服务；平台使用功能是注册的平台用户具备的功能，用来帮助平台注册用户更好的定制、使用平台整合的各种服务；平台应用功能则是平台提供给注册用户的各种服务；
编号
功能
描述
平台运维功能
1.1
平台应用维护
应用安装、卸载
应用分类管理
应用维护（含价格、需授权项）
1.2
平台用户维护
用户分类管理
用户管理
用户关系网查看
用户使用习惯查看
1.3
平台授权维护
给用户分配应用使用权限，或查看用户购买的应用。
1.4
平台信息统计
用户使用习惯统计
应用使用情况统计
1.5
解决方案维护
通过选则应用集合来保存成为一个解决方案
1.6
价格体系维护
维护平台应用、用户的价格体系
1.7
积分体系维护
维护平台应用、用户的积分体系
平台使用功能
2.1
单位用户维护
组织架构管理
用户分类管理
用户管理
2.2
单位应用维护
应用查找
应用购买
已购买应用管理
2.3
单位授权维护
给用户分配已购买应用的使用权限。
2.4
用户桌面
用户信息维护
应用分类管理
应用使用
应用申请
应用信息汇总
自定义桌面
平台应用功能
3.1
资源库
资源上传处理
资源管理
资源共享
资源浏览及内容检索
系统管理
3.2
视频点播
实时监控
节目管理
用户管理
权限管理
安全管理
存储管理
流量负载均衡管理
统计管理
计费管理
3.3
校校通
（待定）
3.4
电子图书
（待定）
3.5
教学平台
（待定）
3.6
FTP
（待定）
3.7
公文流转
收文
发文
已发文
我的文档
系统管理
3.8
网上审批
发起流程
我的申请
我的审批
流程维护
3.9
信息采集推送
信息采集
信息推送
3.10
网站集群
网站管理
模版管理
内容管理
3.11
互动
竞赛活动
投票活动
征集活动
作品展示
信息咨询
优质资源共享
特色专栏
3.12
物联云
（待定）
3.13
电子商务
在线支付
特色推荐
团购
二手交易
3.4软件服务层
依靠平台服务层提供的基本借口及服务功能，针对教育行业提供资源类、教研类、管理类、工具类以及第三方应用支持。
图9软件服务层功能
●数字校园综合管理平台
建议建设的十个子系统如下表：
其中1-8号子系统是围绕学校、学生、教师三大核心数据库开展的业务子系统，9号子系统为部级内网应用,向部级内部用户提供针对职能域的多维数据分析及挖掘展现。
序号
子系统名称
1
学校信息管理系统
2
学生管理系统
3
学生资助管理系统
4
学校基本建设管理系统
5
学校条件装备管理系统
6
学校办学经费管理系统
7
教师队伍管理系统
8
教学实训管理系统
9
综合数据分析及挖掘系统
●教育网络办公平台
技术上采用Struts技术开发了多层的Ｂ/Ｓ应用，业务上融合了当前的国内管理业务集中的特色，采用ASP（ApplicationServerProvider）模式构建一套标准化的教育电子政务平台。
行政办公系统在业务上可以解决省、市级的教育电子政务协作办公，支持省、市、区、县、单位及各教育单位内部、上下级等多层机构的网上协同办公。
并可以实现应用、数据、管理资源的共享，节约教育局实施电子政务系统的一次性投资，支持电信级大用户并行访问，并载有丰富的多媒体音视频协作工具。
包括了公文流转，网上审批，咨询投诉，通知公告等功能。
教育局如果部署使用了该系统，之后各学校仅需要在经过授权，就可以在内部使用该系统进行日常办公管理，不需要再单独部署系统，而且学校内部办公系统与教育局办公系统是数据同步的，进入一个系统，校长就可以审批学校内、上报给教育局的各种公文；发布学校内部通知，查看教育局发布的通知等等，提高的工作效率，降低管理难度。
●校园安全管理平台
响应国家号召，减少高校师生人身及财产安全的隐患，数字校园安防的视频监控系统部署在每一个学校当中，由教育局统一监管，系统能够满足教育监管部门、公安、学校针对恶性事件的防控需要，也作为新型的监考装置。
系统支持移动设备监管模式。
图图9校园监控网络拓扑图
●虚拟教研平台
虚拟教研平台将市教育管理与教学机构用户，包括：
教师、学生、家长和热衷于教育的社会志愿者、外聘专家，无论何时何地，可跨越空间进行实时的听得见看得见地互动交流，实现教育的各种资源，特别是稀缺的师资资源共享，达到足不出校就可以享受外校教学资源。
虚拟教研平台是开放的，多种服务的、多教育主体参与的服务平台。
基本应用需求包括：
教学报告厅、远程授课、教学观摩、专业培训、学术交流、协同办公、远程家访、跨校学生兴趣小组交流等等。
系统主要功能包括：
多点对多点视频、点对点视频、课件演讲、远程协助、电子白板、文件柜、文字交流、协同浏览、管理与控制等功能。
●教师全员培训平台
通过在线教育、课后辅导、教师培训、继续教育等手段，打造学有所教、终身学习的泛在学习环境，用户不论在何时、何地何阶段、何种专业需求都能得到充分的满足，云计算泛在学习平台给所有用户提供资源，交流，环境，平台，机会和条件。
●优质资源共享平台
整合并开放下属学校的数字化的课程资源、课件资源、数字教学期刊、论文库、教学资源库，实现各级教学单位的数字资源共享，师生可以跨校区享受到数字资源共享服务，提供便捷的资源访问服务。
以前名特优教师的讲座，优质课件因为容量较大，无法上传，现在可以运用云计算平台来有效共享。
利用云计算的互联互通，大数据处理能力，建立国际及国内学校之间的优质资源共享。
通过优质资源共享平台，首先，前沿资讯、视频、课件等丰富资源可以供学校下载；其次，支持学校上传与管理自有教学资源，解决了学校内部存储空间有限、带宽资源有限的制约；第三，支持视频同步远程直播，比如一个学校的名师正在上课，可以实时共享到云上，其他学校可以同步观看，使得全球的教育行业相关群体及个人可以任意交流、讨论，分享自己的经验，借鉴别人的成果。
●教育互动社区化平台
通过这个社区平台，首先将已经存在的教师博客、优秀论坛等互动系统集合在一起，其次提供按学科、按用户的分类讨论区，引导用户将自身资源、评论分类发表，有利于资源的有效利用。
图10互动平台中部分模块
针对这个统一的社区，我们进行全范围的舆情监控，包括词语过滤、防水系统、高效审核等功能；保障了资源的质量及社区环境的和谐。
3.5终端访问层
访问终端无关性的统一访问界面，如图10，将完全实现原有系统和新增优质应用的无缝融合，在开放的云平台下，用户可以根据自己的要求按需索取，既满足教育管理的硬性要求，又可以在最广大的层面上实现管理，教学的个性化，软件和硬件的优质超市逐步形成。
图10统一桌面
4系统解决的问题
通过使用系统，解决传统教育信息化四方面不足：
重复投资、存在信息孤岛、缺乏统一规范、专业性差。
首先是，重复投资：
学校在进行信息化建设时，都要购买相应的硬件、软件等；这些被认为是信息化建设的硬支出，而且3-5年设备老化，必须更新，又是一笔不小的开支。
而云计算基础设施的虚拟化能力，将扩容、升级等都变为可控的软件操作，而且能充分发掘硬件的潜力，用相同的硬件服务更多的用户、使用更长年限；
其次是，存在信息孤岛：
学校采购的应用各有千秋，江阴市就有34类460种应用分散在75所学校中，即使在功能及数据格式上类似的系统，彼此之间也不能共享数据；最突出的一点就是，不同应用要不同地址访问，每次访问要单独登录。
而该系统能够实现数据共享，单点登录，以及其他应用集成的任务，对用户而言，就像使用一台自己的电脑一样；
第三点是，缺乏统一规范；学校采购的软件及硬件来自不同厂家，规范各不相同，很难统一管理；该系统通过统一的数据库设计及接口规范，从根本上杜绝了该问题；
第四点是：
专业性不强；学校内多是由计算机老师来负责维护机房及网络环境，相对而言，比起专业的数据中心运维人员存在一定差距，每所学校至少一名人员维护，每个教师年工资在10万元左右，也是一笔不小的开支。
而该系统的运营与维护完全由专业的计算中心运维团队来负责，“让专业的人做专业的事”，即高效又安全。
5
参考文献及网络资源
[1]XX词条
[2]滨海新区云计算产业基地网站http:
//www.bhcloudcomputing.org/
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