教育云平台建设方案.docx
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1、教化云平台建设方案编制审核批准北京达沃时代科技有限公司2016年04月29日第1章项目概况11.1 项目背景11.2 教化信息化发展的总体特征11.3 面临的问题21.4 建设目标31.5 所解决的问题3第2章设计方案52.1设计原则52.2总体架构52.2.1逻辑架构52.2.2技术架构72.2.3部署架构92. 2.4方案优势92.3总体性能要求H2. 3.1存储容量要求113. 3.2计算资源要求11第3章基础设施层123. 1总体方案拓扑123.1.1 逻辑架构123. 1.2组成123.2 虚拟化云平台建设133. 2.1系统特性144. 2.2虚拟化系统硬件构建选型183.3 集群
2、存储系统建设193.3.1系统组成203.3.2系统特性213.4云平台网络系统建设27第4章设备配置28第1章项目概况1.1 项目背景随着教化信息化的不断推动和教化改革的不断深化,近年中小学校内信息化建设成为国内基础教化发展的重点。2012年3月,教化部发布了的教化信息化十年发展规划(20112020年),文中明确提出了“充分整合现有资源,采纳云计算技术,形成资源配置与服务的集约化发展途径,构建稳定牢靠、低成本的国家教化云服务模式2012年9月5日国务院副总理刘延东(时任国务委员),在全国教化信息化工作电视电话会议上提出:要以建设好“三通两平台为抓手,也就是“宽带网络校校通、优质资源班班通、
3、网络学习空间人人通”,建设教化资源公共服务平台和教化管理公共服务平台,为我国教化工作的进一步发展指明白方向。教化信息化是衡量一个国家和地区教化发展水平的重要标记,实现教化现代化、创新教学模式、提高教化质量,迫切须要大力推动教化信息化。1.2 教化信息化发展的总体特征当前,从全国基础教化信息化建设的发展进程来看,有以下一些基本趋势。(1)基础教化信息化建设正从普及期走向整合期,如何将日益广泛存在的硬件设施、海量的数字化资源、各种有效的信息化教学模式整合和应用到广阔一线老师的例常化教学行为中,推动信息化教学方式,并深刻培育学生的信息化学习方式,使得信息技术的教化教学应用向常规化方向发展。(2)自2
4、005年以来,信息技术与教化整合的有效性已清楚地演化成两个发展重点:一是高可用性的区域级信息化支撑基础平台/设施/环境;二是广阔老师及学生群体的个体化的信息化素养的提升,伴随着信息化进程的加深,上述环节的作用正日益凸现。(3)从信息技术和教化系统耦合的整体要素来看,支持老师的有效教学和促进老师的专业发展正成为深化信息技术有效应用的重要突破点,而打造在线互动的学习环境、培育学生的在线学习习惯、促进学生的自主学习与自我发展正成为信息技术教化应用的新路标。1.3 面临的问题从信息化的角度来看,中小学教化工作在开展过程中面临以下的问题。(1)校内网络建设发展不平衡学校校内网络是信息时代老师与学生通过网
5、络获得教化信息和学习资源的重要渠道,是衡量学校教化信息化的重要指标。虽然“校校通”工程使我国一部分的中小学能接上了网络,但是只有部分重点中小学校开通了校内网络,拥有独立的网站及专职的网管人员。大部分中小学都没有自己独立的网站及专职的网管人员。(2)教化信息资源建设滞后信息资源建设是实现教化信息化的核心,内容包括各科学习视频、教学课件、电子教案、练习资料、试题样卷、学科网络资料、课外资料及师生沟通社区等等。信息资源建设滞后在当前中小学教化信息化建设当中普遍存在,主要表现在缺少相应学科的各种信息资源或学科的各种信息资源很少;网站内容陈10,更新不刚好等。(3)教化信息资源共享程度低信息资源共享程度
6、低,主要受到以下几个因素影响:A教化平台标准的不同A信息资源建设滞后A部分名校不愿把优秀的教化信息资源共享A老师教化信息资源共享主动性不高,或者没有条件把教化资源放到网上共享。(4)教化信息化软硬件配置不均衡在学校的教化信息化建设中,目前普遍存在重硬件投入、轻软件建设的问题,侧重于硬件等基础设施的建设,如:服务器、路由器、交换机、网络建设及电脑配置等;但是软件的建设却相对的滞后,主要表现在专业人员的配备缺乏,专职管理人员少、兼职管理人员多,校内网络的各项管理制度和规范建设不完备,网络建设与应用建设并未同步进行等。(5)网络利用不高虽然建立了校内网络,但校内网络处于闲置状态,网络利用不高。学生缺
7、乏网络学习的主动性,学生访问校内网受到限制(许多资源在校外网不能访问或访问的速度过慢),校内网里面的资源对学生的吸引力不大。1.4 建设目标教化云服务平台,是云计算在教化领域中的迁移,是利用教化信息化所需的一切硬件资源构建基础设施,加载丰富的数据资源,供应应教化机构、教化管理机构、教化从业人员、学生、家长以及社会公众所需服务的云计算平台。(1)建设基础云环境采纳先进的计算、存储、网络虚拟化技术,融合基础设施,建设覆盖全县、分布合理、开放的基础云环境,供应海量的数据存储实力和强大的数据处理实力,实现全局环境的服务通信、数据交换、资源监控和资源调度,为运行于云之上的应用和业务供应基础的运行环境。(
8、2)建立教化信息资源库整合全县的教学、教研、教务等资源,形成全局的数据视图,为教化资源的管理提升和进一步开发奠定基础,从而解决教学资源需求持续增长与教化投入增长不足、教学资源相对短缺的冲突,提高优质教学资源的利用率。(3)构建教化应用平台,为教化机构、教化管理机构、教化从业人员、学生、家长以及社会公众供应所需的应用服务。(4)适应将来发展为教化信息化的应用奠定柔性扩展的基础,优化教化信息化建设与服务模型,实现传统模式向“三通两平台下教化模式的平稳过渡。1.5 所解决的问题节约硬件设备的投入成本:云计算扩展性特别强,多个学校可以将现有的硬件资源共同加入到一个云中,削减单个学校在资金和时间上的投入
9、,并实现真正意义上的资源共享。云存储中心更平安牢靠:由于对教化信息资源建设的投入不断加大,各个学校都积累了大量的教化信息资源。数据存储的平安性、牢靠性显得越来越重要。学校运用云计算服务时,有技术先进的数据中心来帮助保存数据,有强大的技术管理团队来帮助管理提交的数据和程序,可为学校供应牢靠和平安的数据存储中心。整合教化资源:云计算模式最小化了终端设备的需求,在一个云计算环境中,不仅是课堂个人电脑、试验室都可以从“云中获得,在“云”中存储,让全部学生随时随地进行学习。可以解决教学资源需求持续增长与教化投入增长不足、教学资源相对短缺的冲突,又可以提高优质教学资源的利用率,让更多的学生获得优质的受教化
10、机会。第2章设计方案2.1设计原则坚持以需求为主导、以应用为核心原则紧紧围绕当前教化工作的迫切需求,坚持以校本服务的指导方针,主动推动教化信息资源的深化挖掘和综合利用。A坚持平台模块化开发、分布与集中相结合原则采纳分层的敏捷架构,采纳云计算、分布式存储等最新技术,不断提升项目服务性能,通过将业务模型资源与项目实现技术相分别,从根本上提升管理系统的技术无关性。坚持好用性、先进性、可扩展性相结合原则项目设计要有前瞻意识,必需着眼长远,坚持高起点规划、高标准要求。设计必需采纳成熟的技术,同时依据信息系统的发展趋势,在设计中充分考虑到将来可能的发展。A坚持智能维护、扩展原则须要具备完备的智能维护、扩展
11、功能,能符合教化信息化的整体趋势,为今后项目的功能扩展、升级留有接口,并有利于系统的推广应用和再次开发。2.2 总体架构2.2.1 逻辑架构基于虚拟化及云计算管理技术,实现区级网络、技术、带宽资源的统一管理已经成为可能。这可以通过两种方式实现:一种是集中部署、统一安排、分散管理、分散运用、统一监控;另一种是分散部署、分散管理、分散运用、统一监控。前一种模式,硬件资源集中部署在县教化云中心,统一对计算、带宽、存储资源进行虚拟化,构建成全县整体的资源池。由县教化云中心对资源依据须要进行分割,安排给各级学校运用,各学校可以自主管理与运用由区安排的资源池,教化云中心可以集中监控各种资源状态与运用状况。
12、各学校可以依据须要向云中心申请更多的资源,而云中心依据须要随时调整资源的安排。这种模式事实上是由区统一供应硬件、网络资源,由学校来运用。这样硬件、网络的维护负担由云中心统筹管理,每个学校则免去了这部分的工作负担,也增加了全区范围内资源安排的响应性。但是,这种模式对网络的带宽与可用性要求比较高。后一种模式,保留现在的部署方式,每个学校建设自己的硬件与网络资源,但是学校的硬件与网络资源依据规范进行统一的池化,并注册到统一的云计算管理平台。这种模式下,每个学校可以依据须要建设自己的资源池,校级资源池安排、管理与运用由学校本身负责,云中心可以监控校级资源的状态与运用状况。这种模式硬件资源重用在学校的粒
13、度上发生,不利于全县的资源调配,但可以使得云中心驾驭全区的资源状况,保障全县硬件资源在统一规范下进行管理,对硬件资源建设进行统一的规划。鉴于以上分析,考虑到各校的IT维护力气比较薄弱,建议在网络条件允许的状况下,进行第一种模式的建设。拓扑结构图相如一小平头小学图1逻辑架构图如上图所示,各学校通过光纤链路干脆连接到教化云服务中心,由云中心统一为各学校以及用户供应服务。2.2.2 技术架构&(校师用户学笺用户教日管理用户家长用户社会公众用户服务后我学JS务平台做有务平台j费”展务平台管强震务军台学习加戏停IB务平台Rwm-a文件存储育云支撑技术相关M资源层业务数据库星础设施G网络用多网络设务 虚拟
14、化计翼资法 QQQ苔拴视AIHMBa网络帙稗体索MtM鼻件目 m Q Swxe *校传包 呢HISM云应用相关规范接入层图2技术架构图总体架构共分为五层,如上图所示,自底向上依次为接入层、基础设施层、资源层、服务层、用户层。(1)接入层接入层主要实现信息资源的接入,包括:各学校监控区域的实时监控视频;烟雾、温度、湿度等环境监测系统;门磁、门禁、周界报警等平安防护系统;教化示范课录播平台。(2)基础设施层基础设施层主要为教化云服务平台供应资源池化的硬件基础环境并配置管理调度和监控功能。基础设施层建立在超融合服务器集群、网络设备和数据库集群的基础上,统一为平台供应虚拟化计算资源、统一文件存储环境以
15、及数据库环境。(3)资源层资源层是整个平台的文件与数据库资源,是云服务平台的核心数据的分类存储区。其中文件存储用于实时监控视频、示范课视频、网络教程、媒体素材、题库、课件等文件的集中存储,数据库用于老师信息、教务信息、学校信息、教研信息等业务数据库的存储。(4)服务层服务层为教化云服务平台对外供应访问的窗口,由教学服务平台、教研服务平台、管理服务平台、学校和测评服务平台、资源服务平台以及视频统一管理平台组成。(5)用户层用户层主要包括教化管理用户、学生用户、家长用户、老师用户和社会公众用户等。(6)教化云支撑技术相关规范教化云支撑技术相关规范包括教化云平台管理规范、教化云开放服务接口规范、教化
16、云数据存储规范、教化云数据采集规范、教化云认证与授权规范、云端教化资源权利描述规范。它是教化云服务平台中处理教化、教学、管理业务的核心技术支撑规范。在这个层面,云平台在对平台本身进行管理的同时,还须要对外供应统一的服务接口,运用统一的数据采集和数据存储规范,确保数据在源头上统一,为之后的数据利用、传输和互操作奠定基础。(7)教化云应用相关规范教化云应用相关规范包括云端教化资源元数据规范、云端应用和服务接入与运用规范、云端教化资源分类和标记规范、云端教化资源推送服务接口规范、云端学习分析规范。云端教化资源元数据规范旨在对云平台注册的应用和服务、学习资源进行描述,运用户能快速有效地在资源云海找到特
17、定资源和服务应用,促进资源共享。云端应用和服务接入与运用规范主要在于规范外部应用接入平台的统一接口和接入要求,规范接入到云平台的应用和服务。云端教化资源分类和标记规范旨在依据不同维度对云端教化资源进行分类并标记,是资源统一管理的基础。云端教化资源推送服务接口规范为不同学习者推送适合学生特性化学习资源规范统一的服务接口。学习分析规范基于在平台中产生的过程性和结果性数据对学习进行多维度分析和评价,为学生的特性化学习供应指导。资源权利描述规范从内容和服务版权的角度对云端资源进行版权爱护,协调资源供应方和运用方的利益。教化云应用相关规范是保证教化云应用和服务具备较高可利用性和互操作性的重要规范。2.2
18、.3 部署架构2.2.4 方案优势教化云服务平台将进一步规范化区域教化信息化建设,并提升全县的应用价值与管理水平。实现硬件资源的集约化管理,降低总体拥成本(TCO)教化云的建设,将实现硬件、网络、存储资源的池化管理,实现全县基础设施资源的集约化管理与响应性安排。基础设施云建设,实现硬件资源在云中心的集中部署与维护,大大减轻了学校的维护成本与人员负担。云中心可以依据学校的需求,敏捷安排相应容量的主机与存储资源,并且可以时刻驾驭这些资源的运用状况,并依据须要回收空闲资源,这些操作只要通过一个管理界面就轻松完成。建设过程中,可以充分利用陈旧的服务器设备,提高服务器资源的利用率。并且,实现硬件的整合,
19、在支持同等数量的应用及用户时,比传统模式总体上削减服务器硬件数量,从而总体上降低了硬件维护的成本及网络运营成本。A提升区域教化数字资源的整合实力传统模式中,各学校的各个应用都是独立建设,这些应用生成的数字资源形成一个个数据孤岛。基于数据交换技术可以解决部分应用间的数字资源整合问题,但是当应用数量不断增加时,带来的交换困难性会无法管理,对于全县的资源整合,不适合完全依靠于交换技术来实现。云服务平台基于云存储实现数字资源的统一存储、统一索引,基于应用云构建统一的数字资源处理层。构建于平台之上的教化应用,在授权的基础上可以干脆访问平台中任何一个数字资源,甚至是其它应用产生的资源。在一些业务场景,仍旧
20、须要通过数据交换实现整合,但此时交换的只是资源的平台标识,而不是资源的内容,因为应用可以通过标识向平台索取资源内容。此时,应用产生的资源统一存储到平台中,而应用之间的数据共享变得干脆透亮,这就大大提高了区教化数字资源的整合实力。促进区域信息技术与教化教学的融合信息技术与教化教学的融合须要经验一个不断探究、不断创新的过程,每往前走一步,都要依托与前人的才智与阅历。在这个过程中,常常须要重用以往的数据成果与应用成果,而不是每次都是从无到有的构建过程。云服务平台使数据沉淀、应用沉淀的成为可能,而且这种沉淀是以重用为目的的。平台应用的不断建设,使得后来者可以借鉴、重用的资源就会不断积累,从而加快技术与
21、教化的融合。当这种积累与沉淀的范围打破学校的边界,发生在整个区域时,效果将更加明显。成为学校信息化建设的催化剂学校信息化建设面临硬件与软件两部分的问题。云服务平台解决了学校硬件建设的问题,学校只须要依据需求向信息中心申请存储、计算与带宽资源,而不须要自己建设与维护,从而省去了这部分的时间与人员消耗。对于软件部分来说,存在大部分类似的业务应用,可以有区统一建设,开通给每个学校运用。另外,学校会依据实际状况建设特性化或创新的应用,这些应用的建设可以干脆运用平台的数据成果与应用成果,从而加速应用开发。最终,通过授权可以访问其它学校的创新应用,从而借鉴其它学校的优秀成果,加速本校的应用建设。实现区域教
22、化信息化建设的效能累加模式云服务平台的建设会大大提高信息化建设的规范程度。为了实现数据与功能的沉淀,平台会建设相应的规范接口,并发布平台的数据描述、功能描述及业务描述标准。植入平台的应用须要遵循这些规范,才能利用平台供应的各种数据与功能。而一旦应用迁移到平台上,其生成的数据将沉淀到平台中,其供应的功能也成为平台服务。这事实上构成一个信息化系统建设的生态环境,构成教化信息化建设的效能累加。大大提升区域教化信息系统的应用价值与用户体验云服务平台采纳先进的云计算架构,最大程度实现了全县范围内的数据融合与应用融合。不同学校的人员通过平台能够随时互动,发生数据共享与交换;不同学校产生的数据,可以一起进行
23、分析与呈现;不同的应用可以随时访问对方的数据。应用可以访问更丰富的关联数据,可以借助更多其它应用功能完成自己的工作时,就会为用户供应更大的价值。而用户在运用单一应用时,就能够获得到其它应用产生的相关数据时,则会大大提高应用的用户体验。2.3 总体性能要求2.3.1 存储容量要求2.3.1.1 视频接入设计要求设计接入高清视频I(X)O路,单路视频码流为2Mbps,存储1星期,依据磁盘空间90%利用率,所需存储容量为160TB,两副本存储,所需存储空间为320TB。2.3.1.2 其他设计网络教程、媒体素材、题库、课件等文件存储量为50TB,两副本存储,所需存储空间为100TBo2.3.2 计算
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