基于云计算的远程教育信息系统整合研究
[中图分类号]G40-057 [文献标识码]B [论文编号]1009－8097(2011)10－0078－05
引言
计算机软硬件技术的飞速发展使计算模式不断演化，经历了单机模式、终端一主机模式、客户机，服务端模式等几个重要阶段。目前的互联网大规模应用使人们对于计算的认识和使用产生新的变革。计算模式的不断变革必将带来一系列的挑战，继分布式计算、并行计算、网络计算、效用计算之后，计算机业界又提出了云计算模型来满足人们对于计算的需求。
互联网的应用使远程学习、网络学习被越来越多的学习者所接受，远程教育信息系统也随着互联网的发展不断建设和扩展。远程教育事业快速发展的同时，信息系统建设也面临着一系列的问题。如何使信息系统运维更加经济便捷、更能随需应变成为远程教育信息系统研究的方向之一，云计算技术为解决上述问题提供了可行的方法。
一 现代远程教育信息化建设现状分析
1 现代远程教育信息化建设现状
远程教育利用现有的计算机技术、通信网络技术和多媒体技术，来辅助地域上分散的多个教师和学生构成一个分布式大规模学习环境，为学生提供个性化学习支持服务，让学生可以在不同地区、不同时间接受教育，这些特性都使远程教育定义本身就包含着分布式服务的基本要素。
与普通高校一样，开展远程教育高校的信息化建设也经历着三个阶段：第一阶段是校园网硬件平台建设阶段，主要实现校园范围内的网络畅通；第二个阶段是各部门应用建设阶段，开始建设部门层面的信息应用系统，初步步入办公信息化的轨道；第三个阶段是学校整体系统化集成建设阶段。目前，远程教育信息化依然以信息系统的构建为主要实现方式，通过不断新增和整合现有系统软硬件资源来提升各校在远程教育领域中的能级。开展远程教育的各所高校，都已将信息化建设的重点转移到整体系统集成和信息聚合的过程中去。各所高校都将提供个性化支持服务的开放式网络系统作为未来高校信息化建设的主要目标，体现出远程教育的开放性、分布性和服务性要素。
2 现代远程教育信息系统建设中存在的问题
我国的远程教育事业在近几年来得到了快速发展，各高校都快速建设和部署了若干信息系统。但是随着时间的推移，这些信息系统在运维过程中都遭遇了不少共同存在的技术瓶颈。主要表现在三个方面。
(1)系统维护成本逐渐提升。伴随着远程教育事业的快速发展，信息化建设一直处在边实践边探索的过程。我国的远程教育本身带有前沿性和探索性，因此在实践的过程中，不可避免地遇到一些新问题。业务流程的不断调整和变更，使远程教育信息系统经常需要随着业务流程变更而进行升级改造，这给远程教育信息系统运行维护提出了很高的要求，系统维护和升级给高校信息化带来的压力也越来越大。
(2)现有系统功能难以集成及重用。在信息化建设的第二阶段，各部门、学习中心都依据自己的实际情况，先期逐步建设了符合自身业务需要的信息系统。这些信息系统往往开发和立项的时间不同、开发技术及软件架构不同、投入运行的时间也不同。这些差异使逐步投入应用的各信息系统间难以进行功能集成和重用。
(3)缺乏统一规划，易于形成信息孤岛。先建设、后规划的远程教育信息化建设思路，经常使信息系统建设规范以及统一平台开发架构往往滞后于各类信息系统的实际应用。由于各类信息系统在应用的过程中积累了大量的数据，使对已有信息系统改造和部署调整变得十分困难，而数据迁移以及异地存储都存在一定的技术风险和困难，因此易于产生分布于各部门以及学习中心的信息孤岛。
二 基于云计算的远程教育信息系统整合设计
1 云计算概述
云计算是虚拟化(virtualization)、效用计算(utilitycomputing)、IaaS(基础设施即服务)、PaaS(平台即服务)、SaaS(软件即服务)等概念混合演进并跃升的结果，也是分布式计算(distributed computing)、网格计算(grid computing)和并行计算(parallel computing)的最新发展，或者说是这些计算机科学概念的商业实现。
IBM认为云计算是一种共享的网络交付信息服务的模式，云服务的使用者看到的只有服务本身，而不用关心相关基础设施的具体实现。在这个定义中，有四个关键要素[4j：
(1)硬件和软件都是资源，通过互联网以服务的方式提供给用户。(2)这些资源都可以根据需要进行动态扩展和配置。(3)这些资源在物理上以分布式的共享方式存在，但最终在逻辑上以单一整体的形式呈现。(4)用户按需使用云中的资源，并按需付费。
根据云计算的关键要素，图l给出了一个云架构的基本层次。与传统三层软件架构不同，用户交互层只是提供对用户使用资源分配和访问权限控制：服务应用层将对软件资源进行管理并提供各种服务，如软件即服务等；虚拟化层通过硬件虚拟化技术，提供服务部署的虚拟主机环境，并将分散的、有限的计算机硬件资源进行管理。
2 基于云计算的远程教育信息系统整合思路
远程教育信息化建设目前面临的问题之一是如何实现对现有系统进行整合和扩展，并让信息系统能够更好地应对未来需求的变化。解决这个问题的途径之一就是建设一个高可用的、易于变更和部署的软件架构，而对软件资源提供硬件支撑的是一个可移植的，可被整合和重用的硬件资源集。利用云计算技术实现软硬件资源的整合和扩展，可以满足上述要求，因此云计算技术是实现远程教育信息系统整合可以借鉴和应用的核心技术之一。
(1)从架构系统到提供服务
云计算的核心基础之一是采用面向服务架构，原有以信息系统为单位的系统建构思路必须被打破，转变为以服务库为核心的面向服务系统建设。从面向对象过渡到面向服务开发，通过对现有系统功能的服务化改造，逐步实现对现有系统功能重新提取和组合，并将其封装为可供其他软件调用的服务。以上海电视大学开放教育学院为例，传统的远程教育管理信息系统结构如图2所示。
从图2中可知，由于学院信息化建设目标是为教师、学生以及管理者提供多样化的信息系统，这导致用户所面对的是一个个独立的信息系统。系统功能模块封装在系统内部，用户也无法在一个信息系统中完成其所需要的各类功能。每个信息系统都有与之对应的数据库系统，这些数据库相互独立，数据共享困难。
通过对已有信息系统进行服务化改造，以往被系统层层 行接口保护，防止服务非法调用并实现数据加密。服务接口在用户交互层中的ASP.NET服务中心进行注册，服务中心根据用户操作按需调用相应的服务接口。WCF服务作为独立服务承载于IIS或系统服务中，有利于服务功能的扩展、重新配置和移除。这也使经过整合后的云服务系统更具灵活性，系统运行时更新功能更加便捷。
3 虚拟化层实现
承载WCF服务的主机并不是物理主机，而是由Hyper-V虚拟化技术所生成的虚拟主机，这些主机可以按需安装各类操作系统，为服务的运行提供个性化的操作系统环境。即便未来操作系统版本不断更新，管理员也不需要为在有限硬件资源下搭建不同的服务运行环境而发愁。利用微软Hyper-V虚拟化技术，可以将一台安装Windows Server 2008 R2操作系统的服务器配置为专业的虚拟机管理服务器，方便的管理虚拟机并为其动态配置硬件资源。在可靠网络环境下，实现根据虚拟机运行实际占用资源大小合理调整虚拟机的硬件资源，充分利用物理服务器资源。
4 私有云的建设
完成系统框架及服务环境的搭建后，可以通过Windows域管理技术建立一个统一的逻辑网络，为私有云的建设提供可信互联的网络环境。通过私有云在Windows网络域中的不断扩展和延伸，可以将现有的物理网络及服务器硬件资源整合起来。在新加入的物理服务器中部署虚拟机环境，动态部署相应的服务，完成对现有系统功能的整合与扩展。
四 基于云计算进行信息系统整合的优势
通过信息系统私有云的建设，不仅可以逐步完成软硬件资源的整合和再利用，也可以在应用层面获得相应的好处。
1 实现个性化办公(按需使用)
利用云计算技术可以实现真正意义上的在线办公。在以往信息系统建设中，经常按照角色来划分用户功能，因此无法满足每一位用户个性化需求，云计算的应用优势之一就是按需服务，实现对于每位用户定制个性化的功能。
由于用户处理的数据和所使用的功能都在云端，用户可以通过互联网访问到自己所需要的数据并使用功能对数据进行处理，也可以按照自己的需要调用实际存储于远端服务器的数据并实现云端数据备份。灵活的服务扩展使无论哪种类型的用户都可以获得自己想要的功能，从而定制出自己的办公界面，大大增强了系统的可用性和灵活性。
2 搭建可动态扩展和配置的信息服务平台
无论采用何种方式进行信息系统开发和维护，其核心都在于如何满足用户需求――用户在处理和使用数据的要求，并根据用户的需求对数据进行汇总和处理。云服务架构有利于实现数据分布式存储和调用，并且支持数据资源的无限扩展。未来的信息系统建设将更关注如何设计和使用服务。将用户所需的功能和数据都以服务的方式封装起来，便于今后的组织和调用，并在此基础上，按照用户需求新增新的服务来向现有系统扩展新的功能。对于用户来说，用户所使用的是一个强大的能够满足功能需求的信息聚合平台；而对于管理员来说，是一个可动态扩展和配置的软件服务平台，这些都将大大延长服务系统的软件生命周期。
3 实现软硬件资源分布式共享
采用云计算技术后，通过任意调整服务软件以及数据文件的部署位置，从而实现软硬件资源的分布式共享。甚至可以在不需要改变物理硬件资源(如服务器、网络设备、存储设备)位置基础上，实现对于硬件资源的重新分配和使用，这些都极大地提高了硬件资源的利用率。在虚拟硬件环境中灵活部署软件和数据资源，能够更好地实现共享和调配。即便一个在地理位置上处于分布式的计算机软硬件资源，在云端也能构造成为一个逻辑统一的，可供管理和维护的统一的服务系统。这些特性都会对今后远程教育信息化建设产生深远的影响。
五 结束语
借助云计算技术，通过软件服务化、硬件虚拟化来构建存在于校园网的信息系统“私有云”，关键在于服务的分类和建模。只有对现有业务流程进行良好的分类和服务建模，才有利于日后扩展和重用功能。将软硬件功能放在云端，对于用户来说，他们所面对的是一个长期处于高可用性的Web应用系统，而不需要知道所需功能的实现细节。而利用硬件虚拟化技术，实现对现有硬件资源的整合利用，避免由于以往信息系统升级和扩展过程中的资源浪费。随着信息系统私有云的不断扩展和延伸，云计算为远程教育高校信息系统整合和扩展提出了一条可行的新路。
