校园云教室项目建设方案.docx

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校园云教室项目建设方案

校园云教室项目建设方案

校园云教室是智慧校园建设的重要部分，有利于提升教学效率，降低运维成本，环保节能。

本文从建设背景、总体设计、方案功能、方案价值等方面全面介绍了校园云教室的建设。

一概述

1.1项目背景

随着云计算、大数据、物联网等新技术新应用的发展，教育行业信息化也将呈现出与之相匹配的新业态，随着网络普及与带宽提速成为建设的一个重点，为云计算在各领域的应用创造了发展条件。

目前已逐渐与教育信息化接轨，云教室、云实训室、智慧校园等项目的重要性将会在未来的建设过程中进一步凸显。

背景一云计算的优势

云计算是指基于网络，通过虚拟化方式共享IT资源的新型计算模式。

其核心思想是通过网络统一管理和调度计算、存储、网络、软件等资源，具有实现资源整合与配置优化，以服务方式满足不同用户随时获取并扩展、按需使用并付费，最大限度地降低成本等各类需求的优势。

背景二国家加强信息化建设，注重云计算应用

充分整合现有资源，采用云计算技术，形成资源配置与服务的集约化发展途径，构建稳定可靠、低成本的国家教育云服务模式。

面向全国各级各类学校和教育机构，提供公共存储、计算、共享带宽、安全认证及各种支撑工具等通用基础服务，支撑优质资源全国共享和教育管理信息化。

背景三教育信息化的发展现状

教育信息化的目的是为了推动教育现代化，全面革新传统教育方式，以提高教学的交互性和授课效率，培养学生独立思考和实践创新能力。

目前我国的教育信息化还处于起步阶段，正在面临挑战为三个方面：

第一，信息技术与教育教学融合不足；

第二，教育教学资源建设有待加强；

第三，教育均衡问题没有根本解决。

在教育信息化发展的浪潮中，最不可缺少的就是相关企业的高度参与，解决方案也有赖行业巨头的鼎力创新。

背景四云计算的发展对教育的影响

云计算的发展，实现了教育信息的有效共享，有助于缩小地区间的教育差距。

通过“云”能够实现教育资源的数据整合和优化配置，让优质教育资源形成一种流动的良性循环。

也将带来教学模式和学习模式带来巨变，“变被动为主动，变传授为引导”。

云计算在教育领域的应用对促进教育公平、降低教育成本、变革教学活动方式，提高管理效率、教育服务能力，创新教育方式等方面产生了巨大的影响。

目前，云计算以其特有的优势正在被越来越多地应用和部署于教育信息化建设中，如建设大规模共享教育资源库 、构建新型图书馆 、打造高校教学科研“云”环境 和创设网络学习平台等。

1.2 需求分析

计算机辅助教学的重要方面就是多媒体技术以及网络教学系统，它能使以往靠多种设备、技术才能实现的课堂多媒体教学集计算机于一身，并能与现代通讯设备形成网络，构成全方位、多渠道、交互式的教学系统。

而现在传统计算机辅助教学和教学设备面临着诸多难题需要去解决，以下主要从教学和管理两个方面列举传统计算机教育面临的难题：

1.2.1体验难题

信息资源配备更新慢

信息资源匮乏，网络与信息建设等硬件设施没有跟上，致使软件资源无法更新，造成应用环境与日常使用或时代发展不对称。

桌面系统故障突发率高

PC硬件组件多且复杂、软件环境复杂等诸多因素导致桌面突发故障率高，恢复困难，进而影响正在进行中的业务。

桌面系统运行慢

传统计算机教室承担多种的课程任务，本着普适的原则准备桌面环境，计算机往往安装多个软件，导致桌面环境复杂，运行慢。

使用灵活性差

针对不同的用户场景，IT资源无法按需动态分配，灵活应对，比如不同桌面环境、用户极速模式等。

1.2.2管理难题

管理与运维复杂

传统PC安装和更换困难且周期长

PC数量多，相应各种硬件和系统故障频繁发生

系统维护性差，经常系统更换、升级、更新耗费大量人力

教学应用和软件的安装与维护工作量巨大

数据安全性不高

用户随意访问和拷贝数据，容易造成数据丢失或系统被感染的病毒破坏

所有使用的用户共用一套系统，会造成数据误删除

PC本身系统和硬件安全性不高，突发性故障造成数据擦除

教学环境复杂

教学连续性差，硬件时常故障，更换和维护周期长，直接影响到平时正常的课堂教学

课程、应用种类多，PC机数量多，每次更换需要很长时间准备

建设成本高

传统PC一次采购成本偏高，另外更新换代周期快，资源利用率不高

1年后，将进入维修和更换频发期，间接增加成本投入

电力能耗成为长期的的消费主体

环境恶劣，不环保节能

PC主机占用空间较大，整个教室和桌面拥挤，可以活动的空间较小

PC主机发热量大、噪声大，灰尘乱飞，产生静电情况多

机器辐射大，环境恶劣，直接影响人的身心健康

1.3建设目标

云教室是为现代教育信息化建设变革而生的新生代云教育产品，采用最新的云计算虚拟化技术，使用教育桌面云代替传统PC机，打造新型云电脑教室，以改变当今的教学方式、提升教学质量和简化机房管理为己任。

主要目标如下：

以市级为单位建设各中小学的云计算教室和云办公桌面；

建设绿色云电脑教室，还教学一个纯净的云桌面系统

具备电子点名、屏幕广播、视频广播、屏幕监控等传统多媒体教学功能，实现教与学完美结合的为教育量身定制的云桌面

IT资源灵活扩展与供给，满足日益多样化的教学场景

优化教学互动流程和教学课件，提升教学效率

应用“互联网+”概念将教室教学引入到互联网中，共享互联网资源日常的计算机操作可以自动进行维护，减少管理员计算机维护的工作量

支持基于WEB的集中管理平台，实现软硬件集中管理，如远程开关机、系统补丁更新等功能

数据安全存储不丢失，长久使用

更加环保和节能

1.4建设原则

可扩展性

在满足当前使用的条件下，充分考虑未来的发展，从系统和结构发展的变化，采用集成技术和设计架构保证其扩充性，保证其扩展性和投资价值。

实用性

云平台建设充分考虑实用性。

在平台设计和系统架构时，采用切实可行的信息技术设备，使整个云教室平台安全可靠、管理有效，使用方便。

先进性

设计立足先进技术，采用最新架构，以适用客户的使用场景，整套系统

可以保持国内三到五年的领先水平，而且支持不断的技术更新，适应未来科技的发展。

可靠性

整套云计算平台设计当初就考虑到平台软件的可靠性，同时可根据客户的需求设计其使用的硬件设备可靠性，保证软硬件平台的双重可靠性。

成熟性

从前端的硬件到后端的软件设计全部考虑了其成熟性，服务器和网络设备采用国际品牌和成熟设计架构；软件平台和硬件平台都经过严格的性能测试和兼容性测试3个月以上，而且在运用到不同的使用场景，得到各界厂商和用户的一致认可。

安全性

通过安全技术实施安全隔离，保证不同系统之间系统访问控制与安全监测，通过安全管理、安全风险分析、安全加固措施保证整体的系统安全。

易管理性

本套系统主要目的就是易于管理，减轻学校在教学方面的管理，采用最简单的网络架构和最易管理的设计架构，降低运行维护的费用。

二项目方案总体设计

2.1方案主要部件

云电脑是一套以云计算技术为基础，为电子教学而量身定制的一款轻松教学、快乐学习、多场景切换、超轻运维的解决方案。

其采用混合云架构设计，以太易云为业务支撑，云助教TAE平台（内置于云教室服务主机）为载体，采取线上和线下无缝衔接，开拓教育新模式。

云教室产品主要包括：

云教室服务主机（内置云助教TAE平台软件）、云终端、网络设备（路由器/交换机）、云服务中心平台。

云服务主机：

支持服务器集群方式部署，服务主机安装云教室系统软件云助教TAE，主要提供计算资源、存储资源、网络资源、教学流程控制管理以及云端管理服务平台等。

服务主机通过虚拟化技术生成大量教学云电脑，利用远程桌面显示协议，通过网络将桌面发送给云教室终端设备访问，教学流程管控，同时管理员可通过浏览器访问服务器管理平台，对所有服务器，虚拟桌面，用户，终端等进行集中管理维护。

云终端：

云终端主要由分体式和一体机两种组成，主要应用于用户的云桌面前端操作，运用定制的VDP技术，远程访问后端云服务主机的VM（虚拟机即虚拟桌面）。

云终端设计小巧精致，无需升级，安装简便，易于操作，无须主机，一按即用。

两者区别在于一体机集成化程度和工艺更加精密，同时集成显示功能，无需加显示器。

路由器/交换机：

用于构建云教室网络环境，实现云教室内部环境互通，系统桌面和校园网的互通。

云Teracloud：

云平台为部署的云教室提供业务支撑，如在线升级、远程运维、基于互联网的教学功能支持等。

2.2 产品架构图

采用“5+2”架构模式构建基于云计算的云电脑平台。

“5”代表纵向的5层，即“基础设施层、信息资源层、服务支撑层、系统应用层以及用户访问层”，“2”代表横向的2个中心，即“服务管理中心和远程云运维中心”，利用纵向和横向的全面覆盖，保证云平台的健壮性、稳定性以及全面性。

2.3网络架构设计

以云计算和大数据为核心技术，互联网为纽带，云服务为支撑的一套为教学而量身定制的互联网云教育一体化解决方案。

总体设计说明：

市级教育局

      市教育局是整个地区的云服务中心，管理整个区域内（含各县局）的所有云计算服务项目，包括云教室、云电子阅览室以及云办公等，主要项目由资源的监控，各校云服务使用情况、在线情况、授课情况等。

      对于离市局数据中心近，而到各校的网络带宽足够的情况下，可以考虑将各校的云桌面或应用服务放到市局数据中心，便于管理和运维。

      数据备份中心根据需求对下面的学校的云桌面进行备份。

县级教育局

       主要是作为县级地区的云服务中心，管理区域内的云教室服务项目。

对县以下的云教室、云电子阅览室、云办公等进行管理和提供资源。

学校1

学校是云电脑的主要使用者，主要部署到学校的教室、电子阅览室、教师办公等，全部采用云电脑，建议将所有的云计算服务器全部放到学校的内部，由学校统一管理，市级远程监控即可，这样管理起来更加便捷，而且无需部署到通道带宽到市局。

学校2

学校2与学校1部署不同，学校2的云计算服务器全部部署到市局云计算数据中心，而且要部署大通道的网络有学校到市局，只有就近才能实现，距离远不建议采用这种方式。

学校N

其他学校可以采用学校1和学校2两种方式进行建设

2.4云桌面原理

通过云计算技术和虚拟化技术将服务器集群组成一个大的资源池，通过对操作系统OS、应用软件APP、用户数据等按需组合，为用户提供完成的云桌面环境。

用户的虚拟桌面运行在集群服务器上，共享硬件资源，但各虚拟桌面完全隔离。

用户通过定制的桌面传输协议，通过用户安全认证机制，将用户接入云平台，将云桌面传输到终端用户的云终端行，传输中需要双方的密码验证机制，保证云桌面的数据安全。

这种桌面及数据与终端分离模式，从根本上解决桌面困境，打造更精简、更安全、低维护成本、高服务效率的桌面系统环境。

2.5云安全设计

2.5.1数据安全

备份与恢复

管理员可以根据管理的需要对所有用户桌面按时间点备份和恢复，不受任何的限制，同时满足用户的个性化需求，用户可以对自己的云桌面数据进行实时备份和恢复。

还原与迁移

系统无法进入或蓝屏无法恢复时，可通过还原功能将云桌面恢复到最初状态，而用户的数据盘数据不丢失。

在云平台中，用户的云桌面可以根据资源的需求选择最优的服务器进行分配，如果出现服务器资源吃紧情况下，可以将上面的云桌面动态的迁移到其他的服务器上，业务应用不受影响。

系统与数据分离

在云平台中，我们可以做到系统盘（如：

C盘）和数据盘（如：

D盘、E盘等）是相当独立的，相互之间不受任何影响，即使其中一个受到攻击和破坏，另外一个盘的数据也会存在。

桌面安全隔离

各云桌面之间在KVM虚拟技术下相互隔离独立，互补影响，同时无权限用户无法对其进行访问。

物理安全

考虑到硬件服务器的有磁盘故障的因素，所以要对其进行加固，采用磁盘阵列方式，基本采用raid1、raid5或raid10 方式对磁盘系统和数据进行防护。

USB接入管控

仅管理员有权限对所管理的用户和云桌面进行授权是否允许USB设备的接入。

2.5.2访问安全

网络接入控制

仅管理员有权限对所管理的用户和云桌面进行授权是否允许访问互联网。

连接密码控制

每个云桌面创建时都有唯一的密码进行标识，终端连接时必须是授权agent连接方可接入，不然无法连接，避免了其他协议接入的风险；

用户和密码访问

用户登录桌面时，必须输入正确的用户名和密码方可正常登陆，云平台将通过LDAP进行验证。

唯一性接入

仅允许指定的协议和云终端接入到云桌面系统，其他厂商和协议不可以登录。

互联网办公

对单个用户授权，允许通过互联网连接到公司内部的云桌面，客户端和服务器端会通过我们特殊的隧道技术，建立一条通道进行连接，此隧道是随机创建，没有规律性的，所以无法被侦听；

角色管控

不同的角色分配不同的权限，连接不同的云桌面，管理不同的功能。

2.5.3HA管理

支持在多个独立的物理服务器上配置管理节点虚拟机，从而提供高可用性 （HA） 解决方案。

云平台HA管理方案，对资源池中的管理节点虚拟机进行持续的检测，在一个管理节点与所有计算节点之间维持“心跳”，当发现该管理节点失去“心跳”时，就会切换至其它的服务器上运行的管理节点虚拟机。

2.6 建设步骤

2.7 建设实施计划

建设实施计划需要根据项目的实际情况进行具体考量和计划时间，并严格按照计划进行按步实施，保证项目质量和风险可控。

以下为50间教室为例进行计划：

三云教室建设方案

3.1云教室介绍

云教室采用云助教平台（TeracloudAidedEducation，简称“TAE”）和云辅助计算与管理系统为主要底层架构，是一个智慧云和互联网+教育的综合云计算平台，以简化教学流程、适应教学多样化场景，实现多维度管理与运维为主要设计框架。

其产品特色包括即插即用，模块化教学，在线预警，场景切换自如，在线资源精准推送，数据实时分析，实时更新升级，在线运维支持等特色。

云教室桌面基于混合云架构设计，以云为业务支撑，云助教TAE平台为载体，采取线上和线下无缝衔接，开拓教育新模式。

线上建设云平台，主要搭建大数据平台、云服务中心和教学资源中心为线下教学活动提供支持与服务。

线下则部署云助教平台，辅助日常教学活动的完成。

线上与线下通过云助教平台服务器紧密连接，在拥有公有云的简单方便的同时，拥有私有云的性能安全。

3.2项目建设方案

3.2.1项目环境建设

现场部署模拟图

模拟产品部署的一个教室平面图，其中包含了云教室所需的设备以及主要几个关键设备的摆放要求。

网络结构图

3.2.2云教室—部署

一键云部署

整套云平台安装、布署和调试全部采用一键式的快速简易部署，中间无复杂的操作，非技术人员同样可以完成部署。

为了更多的人安装和使用云计算，所以将云教室的各安装组件包进行定制封装，形成便于任何人都可以安装ISO文件。

安装和调试人员无需专业的云计算知识，只需将光盘或是U盘插入到服务器。

然后一键选择安装项即可完成整个云平台的安装，和普通安装Ghost安装Windows一样，自动化无人值守安装，完成后直接进入云平台导入我们所以使用的OS模板，即可生成教学云电脑。

一键课程切换

云教室系统平台改变以往桌面系统单一的教学环境，可为用户提供多种操作系统和多个云桌面。

一键课程切换，根据各年级、各种课程的课程需求，可秒级切换至匹配教学的学生系统。

支持WindowsXP、Windows7、Windows8、Windows10系统及Linux系统等系统类型。

一键系统还原

一键桌面还原，天天纯净的教学桌面环境。

而PC机房通常都是采用GHOST、安装还原卡或还原精灵的方法来擦除学生操作痕迹和防止系统崩溃，必需在每台电脑上分别进行，一旦重装系统、添加删除软件，工作量极大。

一键双系统

一个用户可拥有多套独立的桌面环境，数据盘保持用户统一。

用户在多系统连接时，一键操作可实现双系统分屏或同屏显示，再一键操作可切换单系统全屏显示。

灵活的桌面资源接入，为教学中存在的分工协作场景带来便利，如：

老师一个办公系统，一个教学系统；学生一个系统资料学习，另一个系统实践学习。

一键部署云应用

    云教室环境提供多种系统和应用环境，学校和用户不需要独立部署服务器运行业务系统，只需提供一个ISO，通过我们的云应用管理，一键将自己需要的业务系统部署到云教室环境中即可，业务系统和教学云桌面处于同一环境中，但是只有管理员采用管理业务应用系统。

一键登录与退出

云教室教学环境分共享云桌面和独立云桌面环境，共享云桌面面向任何终端，而独立云桌面面向独立用户。

初级学生用户通过终端登录到共享云桌面池的任何一个云桌面，随时可以登录和退出；而老师或者高级权限学生用户通过注册的用户名和密码登录到个人创建的云桌面，用户和桌面一一对应，登录和退出不会影响到虚拟机的正常运行。

3.2.3云教室—教学

智能模块化教学

视频只能录下声音影像，课件也只能看到知识概要，很多交互性操作不能被传递，比如准备环境、发送作业、查询资料、检验成果等。

而模块化云让教学交互自动化更上一层楼。

模块化教学将传统的教学流程以软件定义的方式实现，实现轻松并系统地教学，同时使教学流程自动化成为可能，一键执行让授课交互流程自动跑起来。

增强时间把控，帮助教学效率提升。

自主研发的在线制作课件的模块化云创课工具制作模块化教学课件，只需进行模块的拖曳连接，与模块素材准备，保存并导出即可加入到执行列表。

屏幕广播

采用创新的资源反射弧技术，实现将老师的屏幕实时的广播到学生的屏幕上，进行屏幕广播教学，支持100台以内的并发屏幕广播。

视频广播

采用独特的云反射弧技术让视频广播不停顿、画面流畅，性能在业界遥遥领先，支持各种格式的视频、音频文件。

可通过老师播放器管理全班视频进度；支持全高清1080P影片播放；支持100台以内同步并发播放。

课程定制

支持编辑系统模板进行定制，包含系统类别、软件应用、使用习惯等方面。

当出现系统更新、软件更新、应用安装、系统环境设置等需求时，管理员无需在各个终端和各个机房之间来回奔走，只需在办公室内打开管理平台进行镜像修改操作，然后一键“应用镜像”即可通过模板的更新完成对桌面的批量定制更新。

智能座位排列

根据数字与终端一一对应的关系，在监控面板拖动格子，即可编排座位，大大提升座位编排的灵活性与操作简易性。

作业提交

教师可以通过网络收取学生的电子档作业，同时也能方便的把教学资料，课件等资源下发给学生。

方便而环保，轻松实现无纸教学。

电子举手

用于师生双向通讯，实现课堂上学生提问与老师答疑。

协助学习

教师可远程进入该学生系统，进行操作协助，以帮助解决计算机问题或演示如何进行某些操作，其中教师与学生共享系统桌面的控制，二者均可以控制鼠标指针。

通过远程协助，老师可以为远端计算机前的学生用户解决问题，

如安装和配置软件、绘画、填写表单等协助用户解决问题；

教师和学生之间也可以实现教学问题的交流，学生可以不用喊老师到身边，就得到老师手把手的辅导；

学生还可以直接在电脑中进行习题的演算和求解，在此过程中，教师能够轻松看到学生的解题思路和步骤，并加以实时的指导。

屏幕管理

通过远程屏幕监控功能，可以实时查看任意云桌面的屏幕操作情况，帮助老师观察和掌握学生的学习状态和操作情况，并在此基础上采取针对性的教学措施。

3.2.4云教室—管理

云电脑管理

云电脑桌面系统集中部署于云服务器中，与终端硬件设备分离，实现统一管理。

在WEB管理平台的云桌面系统管理机制中，可查看所有云桌面系统的使用详情。

同时可进行相关远程管理操作。

云电脑模板管理

管理云教室的桌面系统模板以及制作。

云电脑模板是创建用户云电脑桌面系统的母版，模板化系统部署极大简化了用户桌面部署过程，提高了用户桌面系统的多样性。

快速创建云电脑教学环境。

模板化课程系统镜像部署，一键应用通过模板实现桌面环境的批量创建与分发，教室终端即可连接具有相同配置的虚拟桌面应用环境进行教学。

云资源池管理

管理和维护计算、网络和存储的虚拟化资源，按照业务需求对资源进行分配、回收及安全管理等。

云数据管理

管控云教室所有用户的数据盘分配、数据存储、数据备份等。

云监控管理

监控云服务器、云桌面以及云终端的资源管理，以及实时监测云教室关键服务器和资源的状态，进行有效调控。

比如资源预警机制，在系统资源发生紧缺现象前,管理员第一时间掌握并及时进行优化升级,做到系统运营风险的预防在先,保证业务服务的连续性。

云终端管理

主要用于管理员管理云教室的终端设备以及终端调试。

可查看终端设备信息，掌握当前平台的终端设备的使用状态，同时可进行相关远程管理操作。

云用户管理

对云教室的所有用户进行管理，如权限管理，资源分配等。

支持基于云服务中心平台注册验证的用户、QQ等第三方账户、本地EXCEL批量导入的本地用户以及匿名用户的登录。

云集群管理

支持资源扩展，统一平台管理。

可查看云服务器的管理节点网络服务信息和计算节点的网络服务信息，并可“扫描”获取可用资源节点进行扩展或“删除”对某资源节点的管理。

3.2.5云教室—运维

云授权管理

采用基于互联网的授权方式，授权云教室的使用权和可用云电脑数量。

云更新管理

出现系统更新时，管理员无需在各个机房之间来回奔走，只需在办公室内打开管理平台，点击“一键更新”按钮即可，服务端、云终端、虚拟机端将同步更新；

提供免费的在线升级服务，与传统的IT类的产品一次购买后，就无法更新升级换代有本质的不同。

云服务管理

管理云助教的核心服务进程，显示云助教平台的主要服务组件和运行状态，及可进行相关的“重启”、“刷新”与“查看日志”操作。

云体检管理

云体检用于提供用户系统体检服务的一项功能，运行健康指数，

并且可以提醒用户对系统做一些必要的维护如：

服务开启，漏洞修复等来保障持久正常运行。

及时实时监测云教室关键服务器和资源的状态，进行有效调控。

任务管理

对系统平台进行自定义计划任务，及无需人工干预，让系统有计划的执行任务操作，实现更高程度的自动化管理。

智能场景方案

在线场景方案主要是通过云的场景方案模型对线下的云助教TAE平台的计算资源、网络资源、硬盘资源、镜像资源、服务类型等进行数据分析、模型对比、优化方案、提出最佳个性化方案供当前云助教平台的管理员进行场景方案优化和选择。

场景方案注重于为线下云助教TAE平台优化资源，帮助管理员管理和运维。

凭借我们标准和专业的数据系统辅助管理员管理好先进技术的云计算平台，让新技术应用平民化和基层化。

3.4互联网运维与管理

3.4.1 在线云智能运维

传统IT产品运维的方式，严重依赖管理员的专业素质，以至于电脑出现任何小小的故障都必须依靠厂家专业技术人员到现场进行维护，这样提高了运维成本不说，更加耽误的学习和工作时间。

而云办公引入超轻运维的理念，通过平台工具可实现全国范围内产品使用的在线监督，在线预警，在线运维。

3.4.2在线云智能云图

为管理人员提供基于位置的网络化、智能化管理服务平台，主要包含云平台建设数据统计、应用信息统计、资源利用监测、云图报表等，辅助办公信息化建设决策。

3.4.3在线云电脑体验与运维

任意时间、任意地点，通过网络可接入桌面，为用户提供一致的桌面体验，同时可以远程管理器本地云桌面系统。

四 云教室方案价值

云教室研发团队经过多年对教育行业的研究，并充分了解目前电子教室在教育行业面临的挑战，以”融入场景、化繁为简“的设计理念，开发出适合教师和学生使用的新型云电子教室，融合教学场景，完全满足当前和未来的新型教育模