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基于云桌面的高校校园网络实验室建设与应用研究

发表时间：2021/8/9 来源：《中国科技信息》2021年9月中作者：田秋艳姜华岩康皓

[导读] 以数字化校园为主要内容的教育建设已经成为主流，基于云桌面的高校校园网络实验室应运而生，以低成本、便管理、安全可控、持续发展成为未来高校校园网络实验室的发展趋势。

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摘要：信息技术的飞速发展，颠覆了传统的学习方式。以数字化校园为主要内容的教育建设已经成为主流，基于云桌面的高校校园网络实验室应运而生，以低成本、便管理、安全可控、持续发展成为未来高校校园网络实验室的发展趋势。
关键词：云桌面、云、桌面云
        随着信息技术的飞速发展，学生不再囿于传统的学习环境，他们可以随时随地使用任何设备学习，完全颠覆了传统的学习方式。而国家也在大力推进信息化建设，特别是以数字化校园为主要内容的教育建设，校园网络实验室的成本、管理、安全性和可持续性也是我们考虑的主要问题。
        依托云桌面的校园网络实验室，一方面具体来说可以开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设，另一方面是对推进现代信息技术与实验教学项目深度融合、拓展实验教学内容广度和深度、延伸实验教学时间和空间、提升实验教学质量和水平的重要举措。
        一、云计算、桌面云、云桌面的含义
        云计算，是一种互联网上的资源利用新方式，可以为用户依托互联网上异构、自治的服务进行按需即取的计算，云计算的资源是动态易扩展而且虚拟化的，通过互联网提供。
        桌面云是合乎云计算定义的一种云。桌面云的定义是：“可以通过瘦客户端或者其他任何与网络相连的设备来访问跨平台的应用成，以及整个客户桌面。”也就是说我们只需要一个瘦客户端设备，或者其他任何可以连接网络的设备，通过专用程序或者浏览器，就可以访问驻留在服务器端的个人桌面及各种应用，并且用户体验和传统的个人电脑是一模一样的。
        云桌面可以提供互联网用户的基于浏览器的上网桌面系统，能够最大程度的方便用户个性化上网，提供各项常用功能的管理；提供个性化定制功能；扩展上网的入口功能。
        二、基于云桌面管理校园网络的基本架构
        云桌面管理采用云主机+云终端+教学管理软件构建新型的教育教学模式。云桌面架构将教学桌面集中部署在云端(服务器),以虚拟图像的方式向前端设备(客户机、PC、智能终端等)交付实验室计算机桌面，这种“云端集中化”的方式具备桌面资源按需分配、统一管理、安全可控、节约成本等多种特性。可以解决终端PC维护量大、资源浪费、运行成本高等问题。
        教学云桌面管理系统对底层的服务器硬件、存储资源和网络设备进行虚拟化，将计算资源、存储资源、网络资源进行聚合，形成统一的资源池。系统可从资源池中按需获取计算资源、存储资源和网络资源，为教师和学生提供快捷、按需分配、可弹性扩展的虚拟桌面。
        为了满足所有教学场景的功能需求，采用云主机+终端(客户端、学生端)+教学管理软件的模式，云主机通过集群方式部署在中心机房，云终端部署在教学班级，通过虚拟化实现实现桌面访问，采用教学管理软件实现课堂管控和教学互动。
        推送到云终端。
        第一步，任课教师在教师端发起请求，连接至云主机，通过制作好的课程镜像批量生成虚拟桌面，并通过教学管理软件进行课堂教学，进行屏幕广播、语音广播等功能。
        第二步，云主机将生成的虚拟桌面
        得虚拟桌面，直接使用虚拟机上课或访问校园网系统。
        第三步，学生打开云终端即可获取虚拟桌面，直接使用虚拟机上课或者访问校园网系统。
        第四步，任课教师点击“下课”按钮即可结束课程，所有虚拟机会被依次删除，云主机回收计算资源，为下节课做好准备。
        按此四步依次循环，教师和学生即可轻松获得一节节生动的教学课程。

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        其中各模块功能如下：
        在云主机层，主要分别对各种教学场景、考试场景做镜像定制，通过云主机来为客户端层提供接入。之所以在该层提供多种镜像类型，主要是不同的课程有不同的教学应用需求：云主机能提供智能镜象管理系统，为避免在同一镜像封装过多应用软件导致过度臃肿或应用兼容性问题，一课一镜像的方式效率更高，管理更容易，问题出现几率也大大降低。
        管理层通过为学校部署应用及桌面云集中管理平台，可同时对所有教室内的云主机进行集中的统一管理。贯穿管理的还有安全，安全涵盖范围较广，主要包括用户管理、权限管理和系统监控等方面内容。
        云终端(客户端、学生端)是课堂桌面云方案的核心组件之一云终端要求配置专业嵌入式处理器、小型本地闪存、精简版操作系统的基于工业标准设计的教育行业专用终端。配置包含专业的低功耗、高运算功能的嵌入式处理器。不可移除地用于存储操作系统的本地闪存、以及本地系统内存、网络适配器、显卡和其它外设的标配输入/输出选件。云终端采用一体化设计，可以提供比普通电脑更加安全可靠的使用环境，以及更低的功耗，更高的安全性。系统的管理、维护、升级、扩展、服务等一系列环节得到优化，为学校最大限度地节省
        了管理维护成本。云终端具有硬件成本低、能耗低生命周期长等特点对于教育行业来说，是一项完美的解决方案。与云主机联动可以完美实现所有计算机教室中的教学任务。课堂桌面云方案允许用户将外设连接到终端上，然后像在本地桌面使用外设一样使用这些连接在终端上的外设。
        三、基于云桌面管理校园网络实验室的优势
        (一)提供优质教学软硬件设备
        云桌面改变了过去分散、独立的桌面系统环境，通过集中管理，多个操作系统任意切换、虚拟机迁移，系统升级容易，传统模式周期长，成本高；新模式可以无级变速，无缝切换，提高整体教学环境。
        网络实验室教学针对虚拟化场景深度优化的多媒体教学管理组件，提供丰富、全面的教学功能，可以进行屏幕广播、视频广播、屏幕转播、远程控制、电子白板、电子点名、电子抢答、在线考试等，可充分满足教师日常教学需要，提高教学质量。
        (二)简化管理维护
        实现统一管理功能。所有客户端统一操作系统、统一平台、统一安装应用软件，实现远程管理与维护，能够大幅降低管理维护难度和工作量，提升效率。
        管理系统操作简单，教师、学生、管理员三种角色被赋予不同的操作界面。学生能够轻松获取到教学桌面，不增加学生使用负担，教师可一键选择教学课程从而同步学生的教学桌面。管理员可使用Web浏览器随时监控检查课堂环境运行情况和资源负载情况。与传统电脑相比，课堂桌面云方案的维护更容易，各项维护任务变得更简单，包括多种教学镜像的配置、软件安装、系统更新、修补应用程序以及执行教学场景切换等。虚拟机在下课后所作更改均会被丢弃，无需再使用还原卡，规避计算机病毒传播。
        (三)具备良好扩展性
        校园网络实验室规划需要考虑至少6年左右的使用周期，在周期内方案具备良好的扩展能力，以适应教学业务增长需求。扩展性体现在3个方面，一是硬件资源能够灵活扩展；二是资源池化，能够根据各场景需求进行资源分配；三是能够按照课程进行资源调度。
        (四)确保系统安全可靠
        系统可提供可靠的系统安全管理模式。统建统管使得所有数据上传到云主机中，从本质上降低数据管理所面临的安全风险。同时在虚拟化传输协议上使用带外传输机制，只传递最终运行图像，所有的数据和计算都发生在云主机，不需要占用学校宝贵的带宽资源。即使网络出现瞬断，抖动，丢包等问题，系统信息依旧牢牢的保存在云主机上，网络情况好转时，客户端即连即用，相对于早期的无盘系统和远程桌面，不但大大增加了安全性而且也保证了用户体验效果。
        基于云桌面的高校校园网络实验室以低成本、便管理、安全可控持续发展成为未来高校校园网络实验室的发展趋势。