導(dǎo)語：邊緣計算模式高校智慧校園建設(shè)研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:本文針對目前教育信息化過程中眾多高校智慧校園建設(shè)中存在的問題，分析了邊緣計算應(yīng)用特點；結(jié)合智慧校園業(yè)務(wù)需求和場景，均衡考慮網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)與投入成本等因素，提出了一種基于邊緣計算模式的高校智慧校園建設(shè)方案，給出了基于邊緣計算模式的智慧校園網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。該方案根據(jù)智慧校園的業(yè)務(wù)處理需求，選取以數(shù)據(jù)處理為主的計算型邊緣計算服務(wù)器，側(cè)重網(wǎng)絡(luò)側(cè)的邊緣計算，并根據(jù)智慧校園需求特點對部分功能、性能、可靠性進行增強。同時基于邊緣計算的智慧校園管理模式采用的是“集中+分布”方式，這種方式可大大降低用戶訪問延遲，增強網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞:教育信息化；邊緣計算；智慧校園；信息化服務(wù)；智能校務(wù)

1引言

教育信息化一直以來都是政府非常重視的一項工作，國家教育部分別在2012年、2016年和2018年頒布了《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》、《教育信息化“十三五”規(guī)劃》和《教育信息化2.0行動計劃》[1-3]。這些政策文件對我國教育信息化工作的任務(wù)、目標(biāo)、實施措施等都給出了指導(dǎo)部署，強調(diào)“人工智能、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等信息技術(shù)與教育的深度融合，并借助信息技術(shù)提高教育管理水平和教育質(zhì)量，把智慧教育探索與實踐列為重中之重”。因此，目前高校信息化工作已經(jīng)邁入了智慧校園建設(shè)階段。智慧校園的主要特點是融合創(chuàng)新、智慧管理、業(yè)務(wù)集成，基礎(chǔ)設(shè)置也從網(wǎng)絡(luò)到邊緣計算、云計算等多元化的模式[4-5]。智慧校園整合集成教學(xué)、科研、辦公服務(wù)等眾多應(yīng)用，需要更高更新的技術(shù)和工具為支撐，借助邊緣計算、云計算等高性能計算平臺和網(wǎng)絡(luò)，對教學(xué)、科研、辦公服務(wù)等眾多應(yīng)用的大數(shù)據(jù)進行整合挖掘分析，構(gòu)建智慧化的管理、教學(xué)、科研和生活模式，從而提高信息利用率、提高學(xué)校的管理水平和教育質(zhì)量。

2智慧校園建設(shè)存在問題

通過對目前學(xué)校的大量調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在智慧校園建設(shè)方面還存在很多亟需解決的問題。2.1網(wǎng)絡(luò)支持能力。由于設(shè)備和經(jīng)費等因素，目前很多學(xué)校校園網(wǎng)絡(luò)帶寬低，無法滿足當(dāng)今實際教學(xué)及管理工作需求，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不合理、網(wǎng)絡(luò)擁堵現(xiàn)象嚴(yán)重，核心交換機故障頻發(fā)；且在網(wǎng)絡(luò)管理及上網(wǎng)行為管理等方面有所欠缺，很難對整個網(wǎng)絡(luò)進行有效管理。綜上所述，目前高校網(wǎng)絡(luò)核心交換能力較差、支持能力薄弱，很多高校目前的網(wǎng)絡(luò)組織架構(gòu)無法滿足智慧校園大數(shù)據(jù)量、多用戶群和多應(yīng)用平臺的建設(shè)需求，必須根據(jù)智慧校園需求對現(xiàn)有校園網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進行升級改造，以滿。2.2數(shù)據(jù)處理能力。智慧校園中涉及到的各種信息數(shù)據(jù)的存儲、共享和都需要海量的存儲空間，其數(shù)據(jù)中心、統(tǒng)一認(rèn)證平臺、智慧辦公等應(yīng)用環(huán)節(jié)也都需要足夠的存儲空間、很好的擴展性和兼容性。而且智慧校園對數(shù)據(jù)存儲時長和核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)的備份保障能力也提出了更高的要求，而現(xiàn)有服務(wù)器的質(zhì)量、數(shù)量和容量等方面都不能很好滿足這些需求，因此數(shù)據(jù)處理能力亟需提升。因此，除了對部分設(shè)備的增補外，還需要結(jié)合邊緣計算和云計算技術(shù)來實現(xiàn)智慧校園資源的部署，從而實現(xiàn)智慧校園對網(wǎng)絡(luò)、計算和存儲資源的動態(tài)彈性需求。2.3信息化服務(wù)能力。首先，目前很多學(xué)校存在比較嚴(yán)重的信息孤島現(xiàn)象，教學(xué)、科研、辦公等系統(tǒng)間數(shù)據(jù)無法很好地規(guī)范統(tǒng)一和資源共享，各系統(tǒng)之間無法很好地互聯(lián)互通，無法充分利用教學(xué)資源。其次，知識資源服務(wù)能力無法滿足智慧校園的需求，設(shè)施設(shè)備損耗也比較嚴(yán)重，故障率較高，且設(shè)備配置較低，性能落后。同時現(xiàn)有的數(shù)字信息系統(tǒng)設(shè)計理念落后、功能較弱，在兼容性和擴展性等方面都比較差。再次，缺乏統(tǒng)一的數(shù)字信息資源共建共享平臺。學(xué)校業(yè)務(wù)缺乏有機融合，很多應(yīng)用服務(wù)對教學(xué)、科研、辦公等僅起到了基礎(chǔ)支撐和服務(wù)作用，缺乏與教學(xué)、科研、辦公管理的深度融合。因此，現(xiàn)有系統(tǒng)需要借助邊緣計算和云計算等新興技術(shù)來建立教學(xué)、科研和辦公等應(yīng)用為一體的信息服務(wù)平臺，從而整合相關(guān)信息資源來適應(yīng)智慧校園中海量數(shù)據(jù)和智能化的需求。通過以上分析可知，智慧校園的建設(shè)重點主要體現(xiàn)在統(tǒng)一支撐平臺、數(shù)據(jù)共享和業(yè)務(wù)協(xié)同、智能校務(wù)管理和智能輔助決策等幾個方面。而這都需要智能化的信息數(shù)據(jù)抽取、整合和挖掘等，需要更先進的技術(shù)來實現(xiàn)。

3邊緣計算模式

目前智慧校園建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施很多基于云計算模式[6]，但是云計算數(shù)據(jù)中心壓力日益嚴(yán)重，而且其通過公網(wǎng)傳輸?shù)难舆t問題也是必須考慮的，同時云計算服務(wù)的費用也是眾多學(xué)校尤其是在財政資金方面不夠充足的學(xué)校要重點關(guān)注的。對此，本文提出采用基于邊緣計算的模式架構(gòu)進行智慧校園建設(shè)。邊緣計算是繼云計算后涌現(xiàn)的另一種新的計算模式。它的實現(xiàn)是在網(wǎng)絡(luò)邊緣端，因為在地理位置和網(wǎng)絡(luò)位置兩個方面都比云計算更貼近用戶，更適用于局部性、實時、短周期數(shù)據(jù)的處理與分析，能更好地支撐本地業(yè)務(wù)的實時智能化決策與執(zhí)行。因此，相對于云計算，邊緣計算更適合智慧校園這類業(yè)務(wù)。目前關(guān)于邊緣計算平臺的研究很多，其中較著名的有ParaDrop、Cloudlet、PCIoud[7]，而Cloudlet衍生了開放的邊緣計算聯(lián)盟[8]。邊緣計算盡可能地將相應(yīng)的數(shù)據(jù)在接近數(shù)據(jù)源一側(cè)進行處理，這樣可很大程度上減少網(wǎng)絡(luò)傳輸壓力和公網(wǎng)的傳輸延遲，因此使得數(shù)據(jù)處理的效率大幅度提高。

4智慧校園建設(shè)

根據(jù)目前智慧校園建設(shè)中存在的問題、邊緣計算的應(yīng)用分析和學(xué)校的實際情況，并借鑒邊緣計算的部署方案[9-10]，基于邊緣計算模式的智慧校園系統(tǒng)部署需要考慮以下幾個方面的因素：（1）智慧校園業(yè)務(wù)需求和場景是首要考慮的因素。面向智慧校園業(yè)務(wù)的邊緣計算部署需要充分考慮該業(yè)務(wù)場景的市場容量及網(wǎng)絡(luò)部署可行性，基于邊緣計算的智慧校園架構(gòu)部署都需要充分考慮智慧校園的業(yè)務(wù)場景和具體需求進行部署，通過邊緣計算、已有校園網(wǎng)絡(luò)、Internet公網(wǎng)三者的結(jié)合，通過優(yōu)勢互補更好實現(xiàn)智慧校園建設(shè)。（2）智慧校園的網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)與投入成本均衡考慮。基于邊緣計算的智慧校園架構(gòu)部署時要充分考慮邊緣基礎(chǔ)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)延遲、帶寬大小、數(shù)據(jù)安全等因素的影響。同時還要與學(xué)校目前已有校園網(wǎng)絡(luò)的實際結(jié)合，充分利用已有資源，節(jié)省投入成本，考慮性能與成本的均衡。（3）選擇合適的邊緣設(shè)施。選擇合適的邊緣設(shè)施是基于邊緣計算模式的智慧校園部署的前提和重要保障。根據(jù)智慧校園的業(yè)務(wù)處理需求，在建設(shè)智慧校園時選取的邊緣計算服務(wù)器采用以數(shù)據(jù)處理為主的計算型平臺，采用Intel的X86設(shè)備處理架構(gòu)，側(cè)重網(wǎng)絡(luò)側(cè)的邊緣計算：結(jié)合已有網(wǎng)絡(luò)機房及擬建立的邊緣機房設(shè)施的選擇與制定，并根據(jù)智慧校園本身的需求特性適當(dāng)進行增補。（4）選擇適合智慧校園系統(tǒng)的邊緣計算管理模式。根據(jù)智慧校園的架構(gòu)，基于邊緣計算模式的智慧校園在管理方面可以采用“集中+分布”的方式進行部署：用戶訪問都通過邊緣計算管理平臺，邊緣節(jié)點同時負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)分發(fā)、部署、升級等?？紤]到學(xué)校邊緣節(jié)點資源限制，需盡量減少業(yè)務(wù)及資源管理開銷。因此，邊緣節(jié)點管理平臺僅提供基本運維環(huán)境和運維工具，以及對數(shù)據(jù)采集、協(xié)議轉(zhuǎn)換和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)接入等功能的支持。通過以上分析，基于邊緣計算的智慧校園系統(tǒng)部署采用如圖1所示的總體框架。采用網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)可以將邊緣計算和核心網(wǎng)絡(luò)更靈活地在虛擬化平臺上實現(xiàn)。通過智慧校園的邊緣網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器。因為在智慧校園系統(tǒng)中，用戶的部分請求是可以在校園網(wǎng)內(nèi)完成的，因此可以將這部分任務(wù)卸載到邊緣計算利用邊緣服務(wù)器及其中的數(shù)據(jù)完成，這樣可以大大降低用戶訪問延遲，而部分用戶的訪問任務(wù)仍需上傳至Internet公網(wǎng)處理完成。由圖1可知，在基于邊緣計算的智慧校園系統(tǒng)框架中，邊緣計算位于接入網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)絡(luò)之間，這樣的架構(gòu)部署使得網(wǎng)絡(luò)的中間層更少，網(wǎng)絡(luò)組織架構(gòu)更加簡潔，滿足了智慧校園在網(wǎng)絡(luò)延遲方面的需求特性，并且弱化了智慧校園業(yè)務(wù)中交互訪問對網(wǎng)絡(luò)延遲的影響，很大程度上增強了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

5結(jié)束語

本文提出了一種基于邊緣計算模式的高校智慧校園建設(shè)方案，給出了基于邊緣計算模式的智慧校園網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，極大程度地解決了目前教育信息化過程中眾多高校智慧校園建設(shè)中存在的問題。該方案根據(jù)邊緣計算應(yīng)用特點，結(jié)合智慧校園業(yè)務(wù)需求和場景，均衡考慮了網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)與投入成本等因素，選取了適合智慧校園業(yè)務(wù)處理需求邊緣計算設(shè)施和部署管理模式。利用網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)將邊緣計算、已有校園網(wǎng)絡(luò)和Internet公網(wǎng)三者有機結(jié)合，通過優(yōu)勢互補更好地實現(xiàn)了智慧校園的建設(shè)，為教育信息化提供了支持和借鑒。

作者:王昱 左利云 單位:1.廣東石油化工學(xué)院網(wǎng)絡(luò)與教育信息技術(shù)中心 2.廣東石油化工學(xué)院計算機學(xué)院