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利用云服务虚拟化技术将大大提高硬件资源利用率，实现资源动态分配、动态负载均衡。同时，可利用云服务的资源监控、负载管理、冗余备份、资源调度、多租户技术、海量数据处理、大规模分布式存储、数据结构化管理技等功能实现校园桌面虚拟化， 建设智慧校园。
基于云服务的智慧校园建设是利用云计算、虚拟化技术，结合虚拟终端设备构建智慧校园，进一步推动学校教育教学的现代化。
1 智慧校园特征
黄荣怀[1]等认为，智慧校园（Smart Campus）应具有5个特征：环境全面感知；网络无缝互通；海量数据支撑；开放学习环境；师生个性服务。
宗平[2]等人认为，“智慧校园”的核心特征主要在三个方面：一是为广大师生提供一个全面的智能感知环境和综合信息服务平台，提供基于角色的个性化定制服务；二是将基于计算机网络的信息服务融入学校的各个应用与服务领域，实现互联和协作；三是通过智能感知环境和综合信息服务平台，为学校与外部世界提供一个相互交流和相互感知的接口。
综合上述，“智慧校园”应该是一个融信息技术、云服务、物联技术、RFID技术以及信息终端广泛感知的信息化校园。
2 基于云模式的智慧校园建设的意义
全面贯彻落实国家、省、市提出的“加快教育信息化进程”的要求 基于云模式的智慧校园有助于探索教育信息化环境建设、优质教育资源共建共享与应用、教育管理信息化等方面的发展路径和方法，逐步形成教育信息化在促进教育公平、提高教育质量，建设学习型社会，推动教育教学改革等方面的有效模式和体制机制，总结和推广成功经验，全面提升教育信息化发展水平。
推动学校智慧校园应用 实验基于云模式的智慧校园试点工作的开展，有助于提升学校教育信息化水平，初步建立学生个性化学习体系。通过以基于云模式的智慧校园为核心的个性化学习体系的建立，能够有力地推动完善学校的教育云服务、运营平台与基础业务数据服务平台，促进教学管理服务体系与人文素质教育互动体系的建立。通过信息技术构建完整地管理、教育、学习、交流教育信息化服务体系，使学校的信息化应用能力更上一层楼，提高学校教育教学质量和社会信息服务能力，促进优质教学资源共享。
促进学校信息技术与教育教学过程深度融合的需要 通过智慧校园建设，实现信息技术与学校课程教学的整合，优化教学过程，提高教学质量和效率。在先进的教育思想、教育理论的指导下，把以计算机及网络为核心的信息技术作为教学环境的创设工具和促进学生学习的认知工具，充分利用学校优质教学资源与学校信息化建设积累的数字资源，在教学过程中，整合、重构、融合各种教学资源、各个教学要素和教学环节，建构有效的学习方法，学校优化教学，从而提高教育教学质量。
是学校教学与管理模式创新的需要 借助信息技术手段来提高学校教学管理、行政管理效率，提升业务水平。充分利用网络平台与信息化技术，实现内部资源互补、资源融合、资源协调、资源统一，实现资源的优化组合。完成学校内部业务流程重组与再造，建立科学高效的管理方式。将改革、发展规划与信息化建设充分结合起来，利用信息化手段建立改革、管理、运营支撑体系，辅助推进和落实学校业务创新与教学改革的各项任务，促进学校基于云模式的教育教学应用和管理的信息化和现代化[3]。
区域优质特色资源互通共享的需要 通过实施基于云模式的智慧校园建设，建立“面向应用”的优质教学资源库，并以其为核心，依托互联网，构建一个可以提供给全校师生“能用”“好用”“够用”的教学资源共享平台。应用学校的课堂教学桌面平台、师生桌面上机环境资源、应用软件使用资源实现广大师生随时随地自我学习和自我提高。通过自主开发和引进相结合的方式，构建数量充足、技术先进、门类齐全、灵活实用、面向教学、管理、教学实践的软硬件共享资源环境。实现基于云的优质教学资源互通共享。
3 基于云模式的智慧校园的关键应用
构建“时时、处处、人人”基于云模式的智慧校园应用的主要环节包含：云服务器的搭建、基于云服务的虚拟桌面的应用和基于云服务智慧校园资源平台建设。
基于云模式的服务搭建 基于云模式的服务搭建主要是通过虚拟化技术优化目前学校联网等信息化设施的整合应用，改变学生、教师和校园资源相互交互的方式，将学校的教学、科研、管理与校园资源和应用系统进行有效整合，以提高应用交互的灵活性、响应速度快捷和明确性，以实现云模式下的智慧化服务和管理。
基于云模式的服务一般具有以下特征：首先是为全校师生提供一个全面的智能综合信息服务平台，提供基于角色的个性化定制服务；其次是将基于计算机网络的信息服务引入到学校的各个应用与服务领域，实现互联、共享和协作；最后是为管理改进和业务流程再造提供数据支持， 推动学校进行管理创新、制度流程化，最终实现教育信息化和管理规范化。
校园云的基础技术主要有面向服务基础架构和服务的虚拟化。大体上可以将校园云分为3个基本层次：基础设施层、虚拟平台层和应用服务层，架构层次示意图如图1所示，在着手建立校园云之前，要进行硬件资源分离，根据不同系统特点分为：主服务器和监控服务器、应用服务器和存储服务器、计算节点服务器。
基于云服务的虚拟桌面的应用 构建具有学校特色的云运营服务平台。构建一款以轻量级虚拟机为基础的桌面运算环境及应用软件云化服务平台。模拟出多个与本机操作系统相同操作系统的虚拟机。虚拟环境分别存放于存储与应用服务器中。平台将提供软件样版功能，可让教师指定的软件自动出现在虚拟环境中，不需安装，随选即用；通过环境样版，让各种服务提供者自定环境，使指定学校或学生的客户端成为该服务的专属客户端，构建专属云服务频道；通过分层式虚拟技术，分离软件、用户资料与桌面环境，实现单独管理、资源整合。
打造5A级的课堂教学环境 虚拟课堂教学环境，能极大方便师生对信息资料的获取，可以通过多种设备、多种方式来完成授课、学习等日常操作，通过统一的网络管理，丰富师生的学习资源，建立灵活的学习环境以增强学生的学习兴趣。
Anyone，任何经过身份验证的师生，都可以访问虚拟环境，并通过来访账户向兄弟学校进行集中的展示；Anywhere，虚拟环境的访问不分地点，在校区、宿舍、家里等，都可以实现桌面环境连接，完成备课、学习、作业的相关事宜；Anytime，虚拟环境通过7*24*365全年不间断提供服务器服务，保证师生可以在任何时间登陆虚拟环境完成备课或作业；Anydevice，院校师生可以通过任何一种智能设备完成虚拟环境的登陆，数据并不在智能设备中留存副本，提高设计成果的保密性与信息的安全性；Anything，在虚拟环境中，无论是老师还是学生，都可以使用自己桌面环境中的所有资源来完成日常的教学或是学习，其中包括上网、下载、教学视频点播、软件安装、备课、设计素材汇总、完成作业等。
基于云服务的智慧校园资源平台建设 基于云模式的智慧校园资源共享平台建设路径如图2所示。
首先，建立学校基于云模式的智慧校园云服务平台，实现云服务与桌面虚拟化技术与学校教育教学过程的深度融合，以解决目前学科教育教学、应用与管理中的难题为突破口，做到师生从被动应用转为主动应用；其次，通过建设基于云架构的教育教学基础应用软件，为应用推广做好准备；然后，通过开放的服务平台与虚拟化配置管理体系进一步促进教学资源与应用软件云服务环境的共同建设；最后，实现云服务平台的资源与服务推广，实现资源平台5A服务。
通过信息技术促进与学校教育教学过程深度融合。实现信息技术与学校课程教学的整合，优化教学过程，提高教学质量和效率。在先进的教育思想、教育理论的指导下，把以桌面虚拟化技术核心的虚拟智慧校园资源共享平台作为教学环境的创设工具和促进学生学习的认知工具，充分利用学校优质教学资源与学校信息化建设积累的数字资源，在教学过程中，整合、重构教学资源、各个教学要素和教学环节，建构有效的学习方法，促进学校师生个性化教育学习体系的建立，从而提高教育教学质量与学生学习效率。
通过信息技术促进学校教学与管理模式创新。借助桌面虚拟化与云计算技术，通过专属教学与管理空间的建立与泛在式的管理接入方式，提高学校教学管理、行政管理效率，提升业务水平。充分利用网络平台与信息化技术，实现资源的优化组合。实现内部资源互补、资源融合、资源协调、资源统一，从而实现学校信息化战略目标三个体系的实现。完成学校内部业务流程重组与再造，建立科学高效的管理方式。将改革、发展规划与信息化建设充分结合起来，利用云计算与虚拟化技术手段建立改革、管理、运营支撑体系，辅助推进和落实学校业务创新与教学改革的各项任务。
通过信息技术实现学校优质特色资源互通共享。通过实施学校基于云模式的智慧校园资源共享平台建设，建立“面向应用”的课堂教学管理环境、学校特色应用资源库，并以其为核心，依托互联网，构建一个可以提供给学校师生“能用”“好用”“够用”的教学资源共享平台，建立规范高效的数据检索与管理手段，支持广大师生自我学习和自我提高，满足服务地方经济需要；通过自主开发和引进相结合的方式，构建数量充足、技术先进、门类齐全、灵活实用的海量教学资源、图文影音数据资源库。逐步营造广泛应用现代信息技术实施教学和管理的氛围。
4 基于云模式的智慧校园系统构架
基于云模式智慧校园系统构架主要包含：基础设施层、虚拟化层、管理层、服务层四个部分。基础设施层主要包括基础设施和硬件资源池。基础设施主要是为智慧校园资源共享云服务平台提供物理空间，电力系统以及机房制冷系统。硬件资源池主要是为智慧校园资源共享云服务平台提供IT资源，主要包括计算资源、存储资源、网络资源。虚拟化层主要提供对智慧校园资源共享云服务平台物理设备的抽象以及对应用的虚拟化能力，在这一层，支持多种虚拟化技术和操作系统。管理层是平台承上启下部分，提供了计算、存储和网络资源的管理。服务层主要包括核心的系统管理服务，应用服务和门户服务三个部分。智慧校园资源共享平台，具有资源利用率高、部署灵活、扩展快速、以及高可靠性高效运维等优点。
基础设施层建设 基础设施层主要包括基础设施和硬件资源池。基础设施主要是为智慧校园资源共享云服务平台提供物理空间，电力系统以及机房制冷系统。硬件资源池主要是为智慧校园资源共享云服务平台提供IT资源，主要包括计算资源、存储资源、网络资源。
◇基础设施：包括机房站点和位置选择、配电设计、环境控制和消防系统、结构化综合布线系统、物理安全和访问控制，为上层IT基础架构提供物理空间、电力系统、空调制冷等。
◇硬件资源池：资源池主要对外提供各类IT资源，包括计算资源、网络资源、存储资源等。计算资源由X86物理机提供，主要是为虚拟机提供虚拟CPU和虚拟内存；存储资源主要是为智慧校园资源共享云服务平台信息系统提供数据存储空间，同时为校内教学、自主学习提供服务；网络资源包括公网IP资源、带宽资源、虚拟防火墙资源、负载均衡资源等，由NAT设备、路由器/交换机、防火墙、负载均衡器等设备提供。计算资源、存储资源、网络资源、本地备份资源之间相互协作对外提供完整的资源使用环境。
虚拟化层建设 虚拟化层是平台的核心之一，主要提供对物理设备的抽象以及对应用的虚拟化能力，支持多种虚拟化技术和操作系统。借助虚拟化手段，教学资源在多个虚拟机和应用程序之间进行共享。这种优化方式有助于组织实现更高的灵活性，使资金成本和运营成本得以降得更低。虚拟化平台拥有统一的负载均衡，可以将分散的硬件资源统一管理并创建共享动态平台，同时实现服务器资源的高利用率、容错性和可扩展性。
硬件虚拟化 基于当前主流虚拟化技术，由物理资源和经过虚拟化的资源组成，包括计算、存储和网络资源。也包括为平台硬件所需的一系列基本配套设施。平台设施应通过虚拟化、模块化等技术，实现按需用电，达到节能减排目的，构建绿色数据中心。
应用虚拟化 云技术平台最开始是针对客户端计算机应用程序的部署问题，但是随着数据中心中服务器的增加，这个技术已经逐渐应用到了服务器端应用程序的自动化部署，另外，根据最终用户的需要，云平台可以同时提供主要基于Windows的虚拟化环境，及辅助部分Linux的虚拟化环境。通过服务门户的应用程序模板功能将应用软件制作成应用软件模板，这样就可以根据师生所需学习的不同课程，进行应用软件模板组合，为师生订制专属的虚拟机。使用者登录到虚拟机后，看到的将会是已经设定好的学习课程所需要的所有软件，无须安装，直接使用。对未来校园的软件更新、批量部署都有着非常高效的支持。
管理层建设 管理层是云服务平台承上启下的部分，提供了计算、存储和网络资源的管理。资源池管理层应不仅能管理虚拟资源，还能管理物理资源。资源池管理层可包含多个资源管理器，分别管理不同的资源。资源经过虚拟化后，可实现对资源更细粒度的控制。资源池中包括未经虚拟的物理资源，包括基础设施资源管理，应用平台资源管理和相关的资源管理工具。应用平台同时为服务层的相关功能提供接口，来完成资源管理能力的集成，尽可能屏蔽用户对不同资源管理能力的要求。
◇用户管理：统一的用户管理，包含用户账号、用户权限等，同时可以根据专业的不同为师生分配对应的群组与资源，可以更好地满足师生的课堂需求。
◇资源管理（系统架构和基础设施）：主要管理着平台的核心资源（包括镜像文件、虚拟机、网络配置、存储配置、软硬件以及license等）和对接国家基础教育资源网和省教育资源网。
管理员可以针对不同老师所用软件的不同，动态的设定每个师生所需的CPU、内存、硬盘资源，即使是正在使用的虚拟机，也可以完成设置并启用。在内存与存储中，共享同一份程序的拷贝，最大限度地利用了计算机中的存储、内存和CPU资源。可以设置每个师生虚拟机的最大内存使用量，避免师生过多地运行大型软件，过多占用虚拟化服务器的资源。
每个虚拟机分配一个独立的IP和独立的Mac地址，其中独立的IP和Mac地址对于虚拟机是绑定的，师生无论使用任何设备、在任何地点登录虚拟机，Mac和IP地址均不会改变。
当师生应用虚拟机产生的任何数据时，都会独立的存储于数据服务器，而这些数据完全不包含操作系统及应用程序，这样管理员就可以集中管理所有师生的数据，可在后台服务器端对数据加以检索查找、备份，进行杀毒、加密等操作，大大提高数据管理效率以及数据的安全性。可以针对不同的师生，设置其存储空间大小，并且可以通过在线增容的方式，根据需要随时动态调整，对磁盘空间进行按需分配。
◇课件管理：课程的定制（虚机环境、应用软件、课件资料等）和管理。当应用软件需要升级时，只需要一次替换对应的应用软件模板即可，大大提高了更新速度，师生在上课使用时，也不会有任何的干扰，注销重新登录虚拟化桌面，新版本的软件就可以正常使用。
◇服务管理（学习实施）：面向学生及其他最终用户的服务交付，例如学生上机、虚拟课堂等。通过服务平台提供的桌面广播功能，老师的播放端对学生的收看端的强制桌面共享操作。播放端在对收看端进行桌面广播时，收看端不能拒绝，并且只能看到教师播放端的操作，自己不能进行任何操作。播放端可以选择对群组进行桌面广播，也可以选择群组下的指定用户进行桌面广播。桌面广播大大提高了教学的规范性与统一性，为课堂教学氛围提供了很好的技术保障。
◇系统管理（学习系统）：包括系统监控、系统日志、软件部署、安全管理、备份与恢复等子模块。
服务层建设 服务层主要包括核心系统管理服务，应用服务和门户服务三个部分。其中，核心系统管理服务主要是指将管理平台的能力通过标准的编程接口对外提供服务。这些标准的编程接口可以给其它应用使用，另外服务层门户也通过这些编程接口与管理层进行集成。应用服务主要提供不同业务场景的使用和资源获取，门户服务主要包括自助服务门户和管理门户，前者提供给平台用户使用，可以让用户完成单一用户登录、应用的访问、信息的浏览等功能，后者提供一个集成的系统管理员功能，用于完成对资源的分配、服务开通和系统安全保障等。
通过服务层可以对不同应用场景提供支持：
◇机房课堂教学：教师在机房课堂教学时，学生可以通过桌面云服务启动对应的虚拟桌面环境，进行动手操作和学习。教师可以在教学过程中，进行教学演示，屏幕肃静，远程控制某一学生的桌面等操作。
◇学习社区：通过社交网络技术按专业或班级形成一个基于网络的学习社区，学生，教师可以在其中进行互动交流，知识分享，答惑解疑等。
◇远程教学（备课）：教师可以在平台上共享课件，学生或外部用户可以通过网络访问课件并进行学习。拓展远程教学功能，提升家校联系途径。
◇虚拟课堂：教师可以将课程通过虚拟课堂的方式进行在线实时讲授。学生可以通过网络不受物理位置限制进行学习（尤其适合学生生病、休学在家的时候）。
◇教学资源共享：通过云平台，根据相应的访问权限，可将资源进行网络共享。
客户端环境建设部分 客户端环境建设部分主要包含用户层的用户终端建设及满足自主学习、校内教学不同的用户体验场景。设计通过标准通信协议实现虚拟桌面的访问，当教学环境中应用软件升级后需要更大的硬件资源时，访问终端只需要保持原有状态，通过升级虚拟化服务器规格实现资源容量提升。对于不同的教学应用环境，教师在办公室完成上课素材的更新后，通过直接登陆课堂教学云服务平台使用。避免了数据的拷贝，软件的安装、甚至不用重新打开素材，直接讲解。
1）硬件客户端建设。
PC及笔记本电脑：目前PC和笔记本电脑完全可以支持虚拟化桌面云平台，所支持的操作系统包括微软Windows 98之后、Linux系统、苹果MacOS等，通过稳定的网络支持平台，都可以完成师生日常的教学、学习任务
瘦客户机：虚拟化桌面云应用后，当教室需要扩大规模容纳更多的学生时，就不需要购置PC来满足教学的应用，只需要购买体积大小为一本书的一半的瘦客户机，使用寿命可以超过10年，增加了客户端硬件的服务期限，在日常的教学环境中应用和传统的PC是一样的，所支持的操作系统包括ARM架构的Linux、到X86架构的Windows，到最近支持的Android系统的瘦客户机，都可以支持虚拟化桌面云应用环境，在保证了教学环境的稳定性的基础上，同时也为校为大大减少未来的电力成本和运维成本。
平板电脑及智能手机：在已经基本覆盖Wi-Fi等无线应用的校园，教师可以通过平板电脑或是智能手机运行虚拟化桌面云环境连接到自己的桌面，提高的访问的灵活性、连续性，为智能教学系统提供稳定的桌面支持。
2）软件客户端建设。
虚拟化桌面的高效应用：实际应用中，每台客户端设备都可以通过统一的软件实现虚拟化桌面云的使用，可以通过虚拟化桌面云客户端实现例如保留用户数据初始化、设置登陆窗口、加载本地USB存储设备等，以易于师生使用。
师生原有数据向虚拟环境迁移：可以实现原有物理PC环境迁移至虚拟环境，通过客户端工具实现本地数据拷贝到虚拟桌面环境，不需要老师或学生手动复制粘贴，实现集中、安全、稳定、高效的师生数据迁移。
虚拟化桌面推广：通过客户端软件集成校内其他信息服务工具，融入学校信息化建设应用体系统，以便支持虚拟化推广、教学及应用普及、技术交流等应用场景。
3）灾备恢复。
师生使用虚拟环境时出现使用不当或者应用程序损坏的导致虚拟机无法使用的时候，可以通过服务平台将虚拟机恢复到初始状态，其中非常重要一点是师生的数据在还原好的虚拟机中不丢失，相当于在PC环境下重新安装操作系统后，原始桌面上的数据文档也会重新出现在新安装的系统上。还原虚拟机有3种方式：一种在客户端，师生点击“还原虚拟机”按钮，弹出还原虚拟机界面，输入用户名和密码，将选定虚拟机进行保存数据还原；另一种在服务平台的用户管理中，用户所属群组中的用户虚拟机管理列表上，点击“还原”按钮，则将该用户虚拟机进行一键还原；对于公共类虚拟化桌面，类似于图书馆查询系统、校内自动服务器机，可以通过服务平台设置每次注销后自动还原虚拟机（不保留用户数据），保证校园内虚拟化桌面应用的稳定性。
参考文献
[1]黄荣怀，张进宝，胡永斌，杨俊锋.智慧校园：数字校园发展的必然趋势[J].开放教育研究，2012，18（4）：12-17.
[2]宗平，朱洪波，黄刚，许建真.智慧校园设计方法的研究[J].南京邮电大学学报：自然科学版，2010（8）：4-5.
[3]蒋家傅，钟勇，王玉龙，李宗培，黄美仪.基于教育云的智慧校园系统构建[J].现代教育技术，2013（2）.