云计算下成人网络教育论文

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一、网络教育硬件支撑平台的现状

网络教育作为成人教育发展的一个阶段，同函授教育和以广播电视教育为代表的远程教育一样，在传播知识的过程中需要媒介的帮助，不同的是在网络教育过程中，书信、广播、电视等传统教育媒体被互联网、服务器等新的网络教育支撑平台设备所替代。传统的网络教育支撑平台的架构，模式中不同的网络教育资源根据服务器的性能被存放在不同的服务器上，当一个服务器负载达到一定的水平后，就增加新的服务器。这种硬件架构模式配置简单、建设速度快，但是在实际应用过程中存在一些问题。

（一）硬件资源的利用率低

在传统的架构模式中，统计发现80%的服务器的日均负载不到20％，大部分硬件资源都处于闲置状态，这主要是由成人网络教育的特点造成的：（1）成人网络教育时段性特点决定了硬件资源的负载不均衡。教师在线授课和答疑具有固定的时间段，在这些固定的时间段参与的学习者数量要多一些，因而服务器的负载就高；在固定的时段之外，由于成人网络教育平台提供的是有针对性的教育资源服务，所以访问量少，这时服务器的负载相对较低。（2）成人网络教育的双向性特点决定了硬件资源的负载低。在函授教育和广播电视教育阶段，成人教育是单向的，学习者只能在规定的时间参与到学习中来，但是网络教育却给学习者更大的灵活性和自由性，他们可以自己安排学习时间。为向这些学习者提供服务，网络支撑平台仍需工作。在传统网络架构中，硬件资源无法根据学习者在线数量的多少进行硬件资源动态调配，从而造成了设备负载低和资源浪费的问题。

（二）配套资源的浪费

由于网络设计不当造成了支撑网络教育平台的硬件资源如CPU、内存、硬盘等很多设备处于闲置状态，但是资源的浪费不仅如此，网络教育的硬件平台既包括上述服务器设备，还包括为保证服务器正常运行而配套建设的电源、空调、机房等设施。由于服务器资源未能充分利用，从而造成了与之配套资源的浪费。

（三）服务质量的稳定性差

传统的架构模式中，经常是一台服务器的负载将近饱和时才增加硬件资源来为新的教育资源提供服务。一台满负载运行的服务器能应对日常的访问要求，但是由于缺少足够的弹性资源调配机制，因此常被突然增加的访问量破坏，这种破坏轻则造成服务器的堵塞，严重时造成硬件设备的损坏以及教育资源的丢失。因此传统架构的服务质量往往不稳定，从而引起学习者的不满。节约资源和提供稳定的网络教育服务似乎是一对矛盾，在传统架构模式下，由于缺少在不同的硬件资源间进行动态调配的功能，节约资源意味着减少投入，而要提供稳定的服务却必须有大量的硬件资源保障。以云计算为基础架构的网络教育支撑平台则能很好地协调这个矛盾。

二、云计算和虚拟化技术

（一）云计算

“云计算”的概念在2007年由IBM首次提出［6］，是并行计算、分布式计算和网格计算的进一步发展，能够给用户提供可靠的、自定义的资源利用服务，是一种新的分布式计算模式。从服务的角度讲，云计算可以提供三类服务：SaaS（SoftwareasaService，软件即服务）、PaaS（PlatformasaService，平台即服务）和IaaS（InfrastructureasaService，基础设施即服务）［7］。1.软件即服务（SaaS）是一种成熟的、得到广泛应用的云计算，是一种软件分布模式。在这种模式下，软件提供商将软件部署在网络上，用户通过网络得到软件的使用权。2.平台即服务（PaaS）是为软件开发而提供的一种服务平台。用户利用该平台提供的软件工具与开发语言，开发自己需要的软件运行环境和配置。在开发过程中，与网络、存储、操作系统等有关的操作由PaaS负责，用户以此为基础开发可以大大减少工作量和开发难度。3.基础设施即服务（IaaS）是云计算三层服务中的最底层服务，直接操纵物理硬件资源，利用虚拟化技术，用户可以按照需要定制CPU、内存、存储等硬件资源方面的服务，并以此为基础部署操作系统。

（二）虚拟化技术

虚拟化是云计算的核心技术之一，是对服务资源的一种抽象。将网络上的服务资源虚拟化，就是将资源的管理、维护等工作都交由专人负责，而向用户提供透明的按需服务。虚拟化技术可以将多个物理资源虚拟成一个物理资源，也可以将一个物理资源虚拟出多个物理资源。按照对底层硬件虚拟化程度的不同可以将虚拟化技术分为硬件仿真器、全虚拟化、半虚拟化和操作系统级虚拟化［8］。云计算的IaaS模式主要是利用虚拟化技术将硬件资源进行整合以后根据用户需求进行重新分配。

三、基于云计算的网络教育平台建设

（一）网络教育平台硬件建设

在传统的平台架构模式中，对外服务的硬件资源相互独立，主要表现为一台台的服务器，部署了教育资源的服务器独立地通过网络向学习者服务。在云平台中，多台物理服务器通过云计算技术组建成一个大的资源池，利用虚拟化技术从资源池生成不同配置的虚拟服务器，教育资源部署在不同的虚拟服务器上对外提供服务；由虚拟化技术生成的虚拟服务器和相同配置的物理服务器能提供完全相同的服务，用户根本感觉不到虚拟化的存在。

（二）网络教育平台虚拟资源的配置策略

搭建云平台的目的是通过硬件资源的整合及统一调度，从而使得零散的、低效、高耗能的架构模式变成统一、高效、低能耗的服务模式。大部分虚拟化软件如Vmware等都提供了将硬件资源虚拟成资源池及生成虚拟服务器的功能，甚至可以按照需求动态的增加或减少某个虚拟服务器的配置。但是如何分配整个资源池中的资源给不同的服务需求却需要管理者根据实际情况来动态地调整。不同于一般的网络信息服务，成人网络教育服务与教师授课时间、学生学习时间安排有很大的关系。在生成支撑成人网络教育所需要的虚拟资源时，我们根据成人网络教育的特点作为配置资源的依据，具体的做法就是根据教育资源的访问量来动态调整硬件资源配置。设定对于某一学习资源每千人访问量所需要的硬件资源为S，则在某一时刻该学习资源所需要的硬件资源S′＝（IP/1000）S（1）其中IP为某时刻的在线用户数量。S′是在线的所有学习者能正常学习所需要的最少硬件服务资源，而且S′也能保证所有学习者的需求。如果按照S′来配置硬件资源，则能完成前文所述的两个目标：节能和完成服务。但实际运行中S′无法得到，因为它由IP决定，而IP代表的是实时在线的用户数量，如果按照（1）来定制硬件资源，服务已经处于堵塞状态。所以在实际运行中我们采用的是根据历史统计规律来按时段对资源进行配置，但是当用户增加或减少时，再增加或减少资源，于是（1）就变为S′＝S′1±S（2）S′1为历史同时段所需资源，按照S来增加或减少资源是防止由于频繁调整而给系统带来额外的负载。

四、总结

网络教育是成人教育发展的新阶段，随着大量硬件设施的投入，合理地利用这些资源就成为一个重要问题。本文提出以云计算技术来架构成人网络教育的硬件支撑平台，该平台能够根据在线的学习者的数量来动态调整硬件资源的配置。对比传统的架构模式，该平台能有效地节约硬件资源以及与之相配套的电能、机房等资源，而且能够为学习者提供更好的网上学习体验。

作者：孙海涛 裴金宝 单位：山东师范大学