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云计算视域下远程教育平台的建构

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一、云计算的定义、特点及优势

1.云计算的定义美国国家标准与技术研究院(NIST)对云计算的定义是:云计算是一种利用互联网实现随时随地、按需、便捷地访问共享资源池(网络、服务器、存储、应用、服务等)的计算模式。计算机资源服务化是云计算重要的表现形式,它为用户屏蔽了数据中心管理、大规模数据处理、应用程序部署等问题。通过云计算,用户可以根据其业务负载快速申请或释放资源,并以按需支付的方式对所使用的资源付费,在提高服务质量的同时降低运维成本。

2.云计算特点结合上述定义以及云计算的应用背景,其特点可归纳为:(1)资源租用化:云计算提供对计算、存储、网络、软件等多种IT基础设施资源的租用化服务,用户不需要自己拥有和维护这些资源。(2)共享资源池:资源以共享资源池的方式统一管理。利用虚拟化技术,将资源分享给不同用户,资源的存储、分配与管理对用户透明。(3)弹性化服务:服务的规模可快速伸缩,以自动适应负载的变化。(4)按需化服务:以服务的形式为用户提供应用程序、数据存储、基础设施等资源,并可根据用户需求自动分配,不需系统管理员干预。(5)服务可计费:监控用户的资源使用量,并根据资源使用情况对服务计费。(6)泛在式接入:用户可以利用各种终端设备(PC、笔记本、移动终端等)随时随地访问云计算服务。

3.云计算优势云计算是在互联网技术的基础上把所有硬件、软件结合起来,充分利用和调动现有一切信息资源,通过架构一种新型服务模式结构,为人们提供不同层次、不同需求的低成本、高效率的智能化信息服务模式。与传统的IT服务相比,其优势主要集中在:(1)资源使用灵活:以并行计算为核心,按需调度计算任务、分配计算资源,并提供从数据整合处理、计算模型设定到计算结果输出等完整的数据处理服务,为用户提供灵活可靠的平台。(2)提高设施利用率:通过虚拟化技术,在不增加新的计算能力前提下,有效提高硬件利用率。(3)节约成本:配置简单,资源即取即用,无需花费大量的时间搭建、维护计算环境,以服务的方式使用及存储资源,按需取用,按需付费,不需购买大量设备。(4)管理统一:通过云计算的统一整合,转变原来IT管理一对多模式,实现物理资源池化的机制,通过云平台统一调度,实现统一的管理入口。

二、云计算的服务类型及关键技术

1.云计算的服务类型云计算核心服务分为3种类型:基础设施即服务、平台即服务、软件即服务。其基本架构如图1所示:IaaS为用户提供硬件基础设施部署服务,如处理能力、存储空间、网络组件等,用户可以根据需求向IaaS提供基础的配置信息,以及运行于基础设施的程序代码和用户数据。IaaS采用虚拟化技术向用户提供高可靠性、可伸缩、可扩展的服务。典型服务,如AmazonEC2、Rackspace。PaaS为用户提供应用程序的计算平台和解决方案堆栈的服务。PaaS模式的重要应用场景之一是向用户交付一个支撑应用运行的应用运行平台。用户不必关注底层的网络、存储和操作系统。基于PaaS模式构建应用运行平台,需要具备:提供应用需求接口的能力、提供快速构建应用运行环境的能力、提供实时动态满足应用需求的能力。典型服务,如:GoogleAPPEngine、Hadoop。SaaS是基于云计算平台所开发的应用程序服务。软件系统各个模块可以由每个用户自己定制、配置、组装和测试,得到满足客户自身需要的软件系统。可以在此定制满足远程教育需要的远程教育教学平台,而不必考虑系统的维护和管理,终端用户可将桌面应用迁移至互联网上,实现泛在访问。典型服务,如:GoogleApps,ZohoOffice。

2.云计算的关键技术云计算的目标是以低成本的方式提供高可靠、高可用、规模可伸缩的个性化服务。为达到这个目标,需要虚拟化、海量数据存储与处理、平台管理与调度等关键技术加以支撑。(1)虚拟化技术:虚拟化技术是指计算元件在虚拟的基础上运行,它可以扩大硬件的容量,简化软件的重新配置过程,减少软件虚拟机相关开销、支持更广泛的操作系统。通过虚拟化技术可以实现软件应用与底层硬件相隔离,它包括将单个资源划分成多个虚拟资源的裂分模式,也包括将多个资源整合成一个虚拟资源的聚合模式。虚拟化技术目前主要应用在CPU、操作系统、服务器等多个方面,是提高服务效率的最佳解决方案。虚拟化技术是实现云计算资源池化和按需服务的基础。(2)海量数据存储与处理技术:云计算系统由大量服务器组成,同时为大量用户服务,因此云计算系统采用分布式数据存储技术,用冗余存储的方式保证数据的可靠性。这种方式保证了分布式数据的高可用、高可靠和经济性,即为同一份数据存储多个副本,如GFS。另外,由于海量数据资源部署在大规模硬件基础上,因此海量数据的处理分析需要抽象化处理,并要求其编程模型支持规模扩展,屏蔽底层细节,如Google提出的并行程序编程模型MapReduce。(3)平台管理与调度技术:由于资源规模庞大,服务器数量众多并分布在不同地点,同时运行着上百种应用,如何有效管理服务器,保证整个系统提供不间断的服务是个巨大的挑战。云计算系统的平台管理与调度技术能够保证大量服务器协同工作,方便进行业务部署和开通,快速发现和恢复系统故障,通过自动化、智能化手段实现大规模系统的可靠运营。(4)节能环保技术:云计算数据中心规模庞大,为保证设备正常工作,需要消耗大量的电能。因此,实施绿色环保的节能技术,不仅可以降低云计算中心的能耗,而且可以减少二氧化碳的排放。(5)安全管理技术:由于云计算的海量数据特性(TP甚至PB级),使得传统的安全机制难以满足安全需求,因此云计算环境下的数据安全与隐私保护成为关键技术之一。

三、基于云计算的远程教育平台建设

现代远程教育是基于互联网技术发展起来的教育新模式,它打破了时空限制,使学习者可以随时、随地获取学习资源,其优势在于资源利用最大化、教学形式多样化、学习行为自主化、学习形式交互化、教学管理自动化。目前,无论是电大开放教育、高校网络教育还是远程教育培训机构,其平台建设都是采用B/S工作模式,这种方式具有技术成熟、管理简单、资源集中、访问便捷等优点。但随着用户规模的扩充,学习需求的多样化、软硬件更新速度加剧等诸多因素的影响,传统的远程教育平台的缺点逐渐显示出来,如:资源重复建设、软硬件投入大、系统扩充能力弱、可配置性差、集中访问时对网络和服务器压力大等。

1.基于云计算的远程教育平台架构设计

云计算技术的出现为远程教育的发展注入了新的活力,为远程教育带来了更高层次的变化,也为学习者获取更好的教学支持服务提供了技术支撑。本文提出基于云计算的远程教育平台建设方案,其架构如图2所示。从图2可知,基于云计算的远程教育平台基本架构由物理资源池、基础管理层、应用接口层和远程教育应用层组成。它应包含从事远程教育所必须的一切软硬件计算资源,这些计算资源经过虚拟化后,向远程教育机构、学生提供以租用计算资源为形式的服务。远程教育云区别于其他云的关键技术在于远程教育应用层,它体现远程教育主要的业务逻辑,由一组经拓展的远程教育程序组成。远程教育应用层主要包括:(1)远程教育管理程序。实现远程教育教学和管理的业务,包含远程教学平台、教务管理系统、OA管理系统、作业管理系统、考试管理系统、虚拟实验室等;(2)远程教育应用程序。包含流媒体播放软件、文档阅读软件、在线交互程序、电子邮件等程序;(3)远程教育中间件。远程教育机构可以通过中间件系统快速开发出适合自己应用的远程教育程序。构建基于云计算的远程教育平台,其优势包括:(1)物理层方面:由于云服务提供商能提供跨平台、运算能力强大、资源丰富统一的通信平台,因此,无需购买本地服务器和网络硬件设备,仅需投入少数管理终端及云接入设备即可。其次,因所有的服务都由云端提供,无需考虑服务器运行的可靠性、可用性、安全性、完整性,大大降低维护、升级等工作量,从而节省大量的人力、物力。(2)应用层方面:教师能够轻松构建自己的个性化教学环境,促进学生高级思维能力和群体智慧发展,提高教育质量。通过网上视频教学、实时课堂、在线作业、在线测评、虚拟实验室、在线答疑等功能,为学生提供教学辅导。(3)资源建设方面:基于云计算的远程教育平台能够充分发挥云计算的特点,统筹使用各地软、硬件资源,提供强大的远程教学能力和资源提供能力,各地远程教育机构能够统一部署资源,有效避免资源的重复建设。资源访问者不需要知道资源位于何处,系统使用统一的资源列表提供最合理的服务,不再受地域、时间的限制。对于任意的一个资源访问者,系统可以自动分析IP、确定路由,寻找离他最近的资源并建立连接。(4)客户端:随着移动互联网的飞速发展,学习者可以通过配置各种标准浏览器的终端(如PC、iPAD、手机等)使用远程教育云提供的各种资源和服务,师生之间能更加快捷地采用协同模式开展教学活动,真正做到泛在学习。

2.国内远程教育云平台建设模式

目前,国内远程教育主要由电大系统、普通高校网院、远程教育公共服务体系、远程培训机构等组成,其运作模式都是自成体系,各自为阵,很难统一。其缺点显而易见,其一,造成软硬件资源的极大浪费,重复建设情况严重。其二,由于地区、观念、师资等因素差异导致教育教学平台建设质量参差不齐,教育教学发展不均衡。其三,教育模式不能有效统一,学分不能互认,学分银行建设很难有效推进。随着国家开放大学的挂牌成立,建立终生教育的立交桥有望取得突破,而云计算技术作为催化剂可以加速这一趋势的发展。中央电大校长杨志坚在2012年中国远程教育大会上发表的《选择适应与追求卓越》上提到:云计算越来越成为经济发展过程中的一个必然选择和趋势,我们要去迎接、拥抱新技术,推进国家开放大学教育信息化建设,利用新技术改变现有的教育方式。中央电大作为我国远程教育的领头羊,其具有成为建设远程教育云平台的物质条件和内在动力。因此,笔者认为国内远程教育云平台建设,可以以政府为主导、国家开放大学具体实施、高校和教育培训机构共同参与建设的方法进行。一方面,基于云计算技术建立的网络支持环境可以作为一种基础设施,供任何远程教育办学机构使用,实现了基础设施即服务。另一方面,云计算中虚拟化、按需服务等概念使得原有各级电大系统的基础设施都能充分利用,并与新增的基础设施一起通过资源调度管理后对外集成服务。因此,可以建立国家级、分部级、学院级等多级网络架构,在用户边缘采用内容缓存以减少网络流量为用户提供高可靠、高体验的远程教育服务。

四、结束语

云计算作为一种新的信息技术模式,对远程教育发展将发挥积极的推动作用。随着终身学习、泛在学习的兴起,云计算技术在打造远程教育平台方面将提供充分而有效的技术支撑和服务保障。建立统一高效的远程教育云平台,将减少资源浪费、缩小地区差异、促进教育均衡发展,使得时时、处处学习成为可能。

作者:方明黄敏单位:铜陵广播电视大学安徽广播电视大学

远程教育杂志责任编辑:田老师    阅读:人次