遠(yuǎn)程教育中的遠(yuǎn)程教育資源的配置

遠(yuǎn)程教育中的遠(yuǎn)程教育資源的配置

一、云計算的應(yīng)用場景隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，現(xiàn)代教育發(fā)生了很大變化，越來越多的人成為了遠(yuǎn)程教育的推動者。由于Internet的普及時間并不長,遠(yuǎn)程教育還處于探索階段,實(shí)用中的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)不可避免地要進(jìn)行經(jīng)常性的更新,并不斷完善。在中國,由于國土面積龐大,參與人數(shù)眾多,遠(yuǎn)程教育遇到較多困難:軟硬件匱乏,資源重復(fù)建設(shè)、共享性差,系統(tǒng)擴(kuò)充能力弱、可配置性差、成本昂貴等等……大量地方的遠(yuǎn)程教育中心不得不建立獨(dú)立的服務(wù)器為本地服務(wù),成為一個孤立的島嶼,脫離了遠(yuǎn)程教育的本意。云計算技術(shù)可以通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需的資源(硬件、平臺、軟件),并且可以隨時獲取,按使用付費(fèi),成本低廉。我們可以建立基于云計算(Cloudcomputing)技術(shù)的新型遠(yuǎn)程教育系統(tǒng),徹底擺脫遠(yuǎn)程教育的困境。二、遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)國內(nèi)外目前的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng),都采用傳統(tǒng)的模式設(shè)計,這種B/S結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng),只適合在范圍比較小,學(xué)習(xí)者比較少的情況下使用?；谠朴嬎愕倪h(yuǎn)程教育系統(tǒng)可以提供傳統(tǒng)系統(tǒng)所沒有的強(qiáng)大能力,非常適合大規(guī)模的遠(yuǎn)程教育市場,主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn):1.遠(yuǎn)程教學(xué)的資源基于云計算的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)可以充分發(fā)揮云計算的特點(diǎn),能夠統(tǒng)籌使用各地軟、硬件資源,從而提供強(qiáng)大的遠(yuǎn)程教學(xué)能力和資源提供能力。如在中國的中、西部不發(fā)達(dá)地區(qū),普遍存在著軟、硬件建設(shè)滯后的現(xiàn)象,而且這個問題也不可能短期內(nèi)得到解決。通過基于云計算的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng),可以整合東、西部各地的軟、硬件,統(tǒng)一為各地提供強(qiáng)大的服務(wù)能力。2.各遠(yuǎn)程教育中心各建設(shè)資源的重復(fù)建設(shè)帶來的損失傳統(tǒng)模式的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)上的問題,難以建立統(tǒng)一的系統(tǒng),各地遠(yuǎn)程教育中心各自建設(shè)自己的資源,造成大量重復(fù)建設(shè),帶來不必要的損失?；谠朴嬎愕倪h(yuǎn)程教育系統(tǒng)可建立全國統(tǒng)一的系統(tǒng),各地的遠(yuǎn)程教育中心進(jìn)行統(tǒng)一部署建設(shè)資源,有效地避免了資源重復(fù)建設(shè)。3.資源的統(tǒng)一管理基于云計算的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)建成以后,可以實(shí)現(xiàn)高效的資源共享,資源訪問者不需要知道資源在何處的服務(wù)器上,系統(tǒng)統(tǒng)籌管理全部的資源,使用統(tǒng)一的資源列表提供最合理的服務(wù),不再受地域、時間的限制。對于任意的一個資源訪問者,系統(tǒng)可以自動分析IP、確定路由,尋找離他最近的資源并建立好連接,提供最快最好的訪問。4.學(xué)校教學(xué)信息化對于不同用戶,系統(tǒng)可以做功能上的定制而非代碼級定制,不需要獨(dú)立部署,提供靈活的自定義功能,組織機(jī)構(gòu)、工作流程、文件管理體系和訪問權(quán)限等均可由用戶自定義,能夠很好地滿足不同學(xué)校的教學(xué)需求。系統(tǒng)還可方便地進(jìn)行調(diào)整,以支持單位的變化與發(fā)展,達(dá)到按需使用和隨處可用;在用戶數(shù)大量增加的情況下,無須更改應(yīng)用架構(gòu),僅需增加硬件設(shè)備的數(shù)量,就可以支撐應(yīng)用規(guī)模的增長,這一點(diǎn)也適合于遠(yuǎn)程教育蓬勃發(fā)展的中國。5.云技術(shù)的節(jié)約基于云計算的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)不再強(qiáng)求高性能的服務(wù)器,由各地普通的服務(wù)器組成“云”來提供高性能的服務(wù),節(jié)約了硬件投資;“云”的通用性使資源的利用率較之傳統(tǒng)系統(tǒng)大幅提升,遠(yuǎn)程教育單位也無需再負(fù)擔(dān)高昂的數(shù)據(jù)中心管理成本。三、云計算的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)的設(shè)計1.遠(yuǎn)程教育平臺的邏輯結(jié)構(gòu)由于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不理想,集中式訪問對網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器壓力太大,中國的遠(yuǎn)程教育單位通常建立多臺校外學(xué)習(xí)中心分流服務(wù)器,都采用Browser/Server的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。校本部建立中央教學(xué)資源服務(wù)器,省級和地市級學(xué)習(xí)中心也各自建立資源服務(wù)器,都安裝上課件供學(xué)生上網(wǎng)使用,學(xué)生就近訪問學(xué)習(xí)中心的資源。從使用情況看這種模式有兩個明顯的缺陷:一是由于學(xué)習(xí)資源種類繁多且體積龐大,在現(xiàn)有的條件下傳輸困難,導(dǎo)致各服務(wù)器的資源更新不能同步,部分學(xué)習(xí)中心的資源殘缺或滯后,學(xué)生經(jīng)常無資源可用。雖然有的學(xué)校采用了先進(jìn)的衛(wèi)星廣播方式傳輸,但這種方式代價昂貴不利于推廣,而且廣播的單向性也不方便分類選擇下載。學(xué)生使用這種遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)學(xué)習(xí),在市級學(xué)習(xí)中心資源服務(wù)器上找不到資源就要訪問省級學(xué)習(xí)中心,再找不到只有訪問中央服務(wù)器,使用不方便且容易造成網(wǎng)絡(luò)阻塞;二是要求學(xué)生多次注冊,即一個學(xué)員要在中央服務(wù)器、省級學(xué)習(xí)中心服務(wù)器和地市級學(xué)習(xí)中心服務(wù)器三次注冊,非常煩瑣。基于云計算的遠(yuǎn)程教育平臺的邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示。各遠(yuǎn)程教育學(xué)習(xí)中心的資源組成云,遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)應(yīng)能夠自動搜索新的資源并選擇最佳路徑來傳送數(shù)據(jù),當(dāng)一臺服務(wù)器發(fā)生故障時,能自動轉(zhuǎn)向其它服務(wù)器;各模塊的設(shè)計實(shí)現(xiàn)高效的資源共享,資源訪問者不需要知道資源在何處哪臺服務(wù)器上,使用統(tǒng)一的資源列表就可以任意訪問,不再受地域、時間的限制;實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的就近訪問,對于任意的一個資源訪問者,系統(tǒng)可以自動分析IP、確定路由,尋找離他最近的資源,并建立好連接,從而提供最快最好的訪問;實(shí)現(xiàn)一次注冊全部資源服務(wù)器共享注冊信息的功能,不需多次注冊。這種系統(tǒng)能充分利用云中的軟硬件資源,提供強(qiáng)大的服務(wù)能力。2.遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)資源池基于云計算的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)應(yīng)該包括三層:基礎(chǔ)層(Infrastructurelayer),服務(wù)層(Servicelayer)和應(yīng)用層(Applicationlayer)。除了處于應(yīng)用層的核心模塊之外,還有四個模塊:監(jiān)測模塊(monitoringmodule)、策略模塊(policymodule)、仲裁模塊(arbitrationmodule)和供應(yīng)模塊(provisionmodule),如圖2所示?；A(chǔ)設(shè)施層(Infrastructurelayer)是遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)的資源池,硬件、軟件和虛擬技術(shù)都可以用來確保基礎(chǔ)層的可靠性和穩(wěn)定性。基礎(chǔ)層為高層提供計算能力和存儲容量,它是整個遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)的能量源。應(yīng)用層包括遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)的核心模塊和工具,核心模塊可以分成七個子模塊:管理子模塊,訪問控制子模塊,工作流子模塊,電子簽名子模塊,文檔管理子模塊,數(shù)據(jù)抽取和查找子模塊,生命周期支持子模塊。應(yīng)用層也為用戶和其它程序提供功能和交互式接口。關(guān)于核心模塊在后面有詳細(xì)的說明。服務(wù)層(Servicelayer)主要包括遠(yuǎn)程教育的各種服務(wù),如Web文件系統(tǒng)服務(wù)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)、Web服務(wù)等等。除此之外還為高層提供了標(biāo)準(zhǔn)界面和應(yīng)用程序接口。這一層提供的云服務(wù)可以歸類為:計算的資源,數(shù)據(jù)存儲和通信。(1)定制軟件棧提供計算的資源給云用戶最普遍的形式是虛擬機(jī),當(dāng)用戶對虛擬機(jī)獲得超級用戶訪問權(quán)時可以得到更好的靈活性,能夠通過虛擬機(jī)定制軟件棧(stack)獲得更好的性能和效率。這樣的服務(wù)通常稱為基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS),這一部分云通過虛擬化技術(shù)來實(shí)現(xiàn),用戶通過配置自己的設(shè)定,獲得前所沒有的靈活性。超虛擬化(paravirtualization)和硬件輔助虛擬化(hardware-assistedvirtualization)這兩種新型虛擬技術(shù)的應(yīng)用為這種服務(wù)提供了支持。(2)數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的沖突第二個基礎(chǔ)資源是數(shù)據(jù)存儲,它允許用戶在遠(yuǎn)程磁盤存儲他們的數(shù)據(jù)并且可以在任何時間任何地方訪問這些數(shù)據(jù)。這種服務(wù)通常稱為數(shù)據(jù)存儲即服務(wù)(Data-StorageasaService,DaaS),它使得云應(yīng)用能很容易地提供超出本身服務(wù)限制的規(guī)模。數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)在維護(hù)用戶的數(shù)據(jù)和信息時有幾個嚴(yán)格的要求,包括高可用性,可靠性,高性能,可復(fù)制性和數(shù)據(jù)一致性;但是因?yàn)檫@幾個要求之間的自然沖突,沒有一個系統(tǒng)能全部實(shí)現(xiàn)它們。例如,可用性、可伸縮性(scalability)和數(shù)據(jù)一致性關(guān)心的是三個沖突的目標(biāo)。普通的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)都不會同時要求這幾個方面,通過各自的SLA指示,可以自由選擇某個偏好的方面去實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)。(3)監(jiān)視指定策略資源的分配和分配出于對保證云系統(tǒng)不斷增長的網(wǎng)絡(luò)通訊服務(wù)質(zhì)量(QoS)的要求,通訊成為了云組成中的一個極為重要的部分。云系統(tǒng)必須提供一些面向服務(wù)的、可配置的、可調(diào)度的、可預(yù)見的和可靠的通訊能力。為了這個目的,通訊即服務(wù)(CommunicationasaService,CaaS)的理論被設(shè)計為支持這些要求,它為獨(dú)立通道和專用帶寬(trafficisolationordedicatedbandwidth)動態(tài)提供虛擬覆蓋,從而保證網(wǎng)絡(luò)安全,信息延遲,通訊加密和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視。這個結(jié)構(gòu)中的監(jiān)視模塊監(jiān)視指定的執(zhí)行過程,實(shí)時配置信息和特定資源的使用水平,包括CPU、內(nèi)存、輸入輸出等的健康狀況,監(jiān)視模塊得到的數(shù)據(jù)可以調(diào)節(jié)整個系統(tǒng)的平衡。策略模塊建立并維護(hù)教學(xué)方式、運(yùn)行時間和資源安排的方法,按照從監(jiān)視模塊和自身獲得的數(shù)據(jù),策略模塊建立特定的解決方案,并調(diào)度供應(yīng)模塊?？梢灶A(yù)先制定策略,指定各種資源的優(yōu)先級,保證關(guān)鍵資源的供應(yīng)。仲裁模塊修訂、調(diào)整并改善資源的分配和管理。它根據(jù)用戶不同的學(xué)習(xí)方式、學(xué)習(xí)參數(shù)和認(rèn)識水平動態(tài)建立使用模式,并提供給策略模塊作為新的解決方案執(zhí)行。仲裁模塊是策略模塊的補(bǔ)充,它的策略特權(quán)高于策略模塊。供應(yīng)模塊執(zhí)行策略模塊和仲裁模塊制定的資源分配方案,及時為用戶或?qū)ο蟛渴鹳Y源。遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)的資源訪問有一些規(guī)則,例如,百分之八十的訪問集中在百分之二十的資源上,訪問需求的高峰往往在考試之前。基于這些規(guī)則,策略模塊能夠預(yù)測這些訪問負(fù)載,并且在訪問高峰之前自動預(yù)調(diào)度熱點(diǎn)內(nèi)容和應(yīng)用資源以保證并發(fā)訪問的性能,這樣可以減少資源冗余,保證服務(wù)質(zhì)量。有些情況系統(tǒng)無法預(yù)測,但從監(jiān)視模塊獲得的系統(tǒng)平均應(yīng)答時間是否變長可以獲得預(yù)警。一旦監(jiān)控數(shù)據(jù)到達(dá)臨界點(diǎn),策略模塊將作為危機(jī)報警,它建立相應(yīng)的解決方案,調(diào)度供應(yīng)模塊分配可利用的資源給目標(biāo)位置以減輕危機(jī)。電子學(xué)習(xí)系統(tǒng)中調(diào)度處理的發(fā)生,不會影響用戶正常的使用。通過預(yù)警機(jī)制,電子學(xué)習(xí)系統(tǒng)能處理資源需求的高峰,并且優(yōu)化資源的分配。系統(tǒng)為了保證高效地使用資源,建立了進(jìn)化功能。從監(jiān)視模塊處獲得數(shù)據(jù)后,如果一些資源的訪問量較低,其附屬的資源將被減少。當(dāng)一些資源的訪問量降到最低的臨界點(diǎn),仲裁模塊將標(biāo)記其為消亡,不再提供對這些資源的服務(wù)。3.元數(shù)據(jù)的管理模塊應(yīng)用層采用SaaS(SoftwareasaService,軟件即服務(wù))多租戶模式(multi-tenantmodel)設(shè)計,核心模塊的子模塊有7個,分別是管理模塊,訪問控制模塊,工作流模塊,電子簽名模塊,文檔管理模塊,數(shù)據(jù)抽取和查找模塊,生命周期支持模塊。每個模塊都有確定的租戶并且功能由租戶ID號來驅(qū)動,每個租戶ID號通過安全和元數(shù)據(jù)服務(wù)傳遞給這些模塊,所有模塊配合元數(shù)據(jù)服務(wù)去檢索中央租戶元數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫要求的租戶元數(shù)據(jù)。管理模塊用于SaaS提供者或應(yīng)用管理者為每個租戶安裝和配置系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)參數(shù),也用作租戶管理者按照租戶ID號安裝和配置電子文檔的關(guān)聯(lián)參數(shù)。訪問控制模塊用三個類別來區(qū)別用戶:SaaS提供方或應(yīng)用程序管理者,租戶或組織管理者和用戶。按照它們的租戶ID號和在組織中的角色,通過認(rèn)證和授權(quán)去執(zhí)行特定的文檔管理任務(wù)。為了能廣泛地向各種客戶提供服務(wù),SaaS應(yīng)用必須能夠滿足不同工作流程的需要。工作流程模塊中的工作流程配置工具支持企業(yè)內(nèi)部和系統(tǒng)內(nèi)部的工作流程。電子簽名模塊記錄并存儲電子文檔簽名信息,它生成一個可見格式的電子文檔簽名文件(如PDF文件)和簽名信息的水印,這些簽名信息也歸屬特定用戶并且都基于租戶的元數(shù)據(jù)。文檔管理模塊上傳、下載、存儲和恢復(fù)所有的電子文檔和關(guān)聯(lián)文檔,這些文檔都存儲在使用租戶ID號的共享數(shù)據(jù)庫的同一個表中,在租戶之間它們是隔離的。數(shù)據(jù)提取和查找模塊從電子文檔中采集數(shù)據(jù),為用戶提供元數(shù)據(jù)和關(guān)鍵字查找能力?？梢匀?shù)據(jù)庫或其它存儲位置查找電子文檔和關(guān)聯(lián)文檔,查找時也