河南省教育信息化协会

融合 • 开放 • 协作 • 共享

全校一体化桌面云平台

商丘学院

 

一、工作背景

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根据《河南省教育信息化发展规划》和《河南省本科高等学校智慧教学三年行动计划》要求,构建高质量教育信息化发展体系,推动实现数字化转型,加快推进“互联网+教育”的实施。为了提高教育的现代化、建立先进高效的教育体系,适应教学、科研和管理工作的需要。我校于2019年建设信息化机房,规模覆盖全校。学校已有机房大部分采用“台式计算机+还原卡”的方案,在实际使用过程中存在诸多的管理弊端和不便,主要体现在以下几点:

运维管理困难:电脑机房软硬件维护工作占管理人员工作量超60%,硬件配件多,故障高;系统部署、更新升级需要用到同传,费时费力;肆虐的病毒导致系统故障。

教学系统部署、升级和维护困难:大规模终端环境部署、日常维护、系统更新,满足不同教学场景软件需求,传统的IT架构不能充分满足教学课程、教学内容多样性的要求,每次软件和操作系统环境的改变,都需要重新网络对传操作系统,工作费时费力的问题;

总体拥有成本高:电脑硬件相对较低的成本优势,通常无法抵消后期电脑管理维护和更换配件的高昂成本。

终端设备能耗高:每台电脑高达200W以上的功率,外加为降低功耗带来散热空调的能耗,整体采用电脑的机房能耗相当的高,同时电脑报废逐年增加,带来大量的电子垃圾。

二、工作举措

(一)前期准备

项目启动前期我校相关工作组针对市面常见桌面云技术进行了考察,了解到市面常见桌面云技术主要有以下三种:

VDI(Virtual Desktop Infrastructure)即虚拟桌面基础架构。VDI完全将计算资源部署于云端,使用全集中的管理和计算资源部署,所有桌面全部运行在云服务器端,本地终端仅承载一个基础系统;

IDV (Intelligent Desktop Virtualization) 采用了“集中管理,本地运算”的方式,服务器仅提供镜像制作、终端策略管理等功能,当制作完镜像文件之后下发给终端,由终端通过本地的计算资源渲染出相应的桌面。优点在于能够不受硬件限制能够虚拟出xp等较老的操作系统;缺点在于由于本地运行虚拟化层及操作系统,资源会有一定损耗。

VOI(Virtual OS Infrastructure)架构由服务器来管理操作系统镜像,并下发给终端,操作系统运行于终端本地硬件上。

通过调研发现由于三种桌面技术在实现原理上有一定的差异性,其适用的场景也不一样。我校有51个本科专业,38个专科专业,为了满足所有专业的实验教学的需求,需要针对不同专业教学场景进行针对性的桌面技术选型。由此可见,多种架构的桌面云融合技术一定是现在及未来桌面云建设的趋势和方向,是云治理层面最优的解决方案。

(二)建设概况

我校根据教育部“教育信息化2.0行动计划”为指导,在 2019年通过云平台的搭建,实现了2480点融合桌面云的部署,其中1921点云终端采用VDI架构分布在43间教室,168点新购图形工作站和409点利旧PC采用VOI架构分布在10间教室。覆盖15个二级学院和学部,51个本科专业和38个专科专业,满足全校师生日常教学实训需求,实现全校大规模终端的统一管理,确保日常教学的稳定可靠。

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(三)方案介绍

方案由云服务器组成集群,在云端计算和存储,采用云终端作为教学终端,通过“单一的融合管理平台”对实验机房、异构终端设备、桌面进行统一管理和集中运维,支撑以学生为导向的交互式、体验式、探究式的实验教学要求,不断提升信息化实验教学水平,优化教学资源配置,积淀实验教学过程数据,驱动教学和学习方式变革,让教学更顺畅、学习更高效、管理更轻松。

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(四)整体架构

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构建集中统一管理的云数据中心。实现计算机实验室统一管理、全面开放、资源共享、自由上机。达到管理的集中化和服务内容多样化、开放化的有机统一,提高和培养学生的创新思维能力和实践能力,更好的为教学服务。

融合桌面云方案可帮助管理人员远程快速搭建和部署各种各样的系统及软件环境,及时响应学生用机需求,从而保证教学任务的顺利进行,提升教学学习效率。

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三、工作成效

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(一)实现不同类型实验室统一管理

在公共机房、实训类实验室、3D实验室、语音实验室、图书馆、多媒体教室、考试竞赛、教师办公等场景,无论是胖终端还是瘦终端以及利旧PC,都通过融合管理平台实现统一管理。通过单个融合模板创建VDI/VOI/IDV桌面,实现我校不同专业上百个场景、上万个桌面的批量部署和交付,统一部署桌面环境,效率提升90%。管理员通过后台进行实时检测和管理,节约了大量的人员成本。

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(二)支持各类无纸化考试,环境部署简单便捷

支持各类无纸化考试的环境快速搭建,分钟级别内便可完成一套全新桌面环境的安装(同时批量完成桌面信息的修改),让系统搭建变得比应用安装更加简单,随时随地交付所需要的考试、测试、实习环境,提升教学服务和社会化服务水平。

我校2023年上半年连续承接国家级人机对话考试工作,其中全国“2023年全国卫生专业技术资格考试暨护士执业资格考试”,根据要求我们提供35间机房(云桌面),共计2200台机器,还搭建了3台服务器;五月份商丘市财政局在我校组织的“全国会计专业技术初级资格考试”,使用我校25个机房(云桌面),共计1645台电脑。同时进行操作,简单便捷,两次考试圆满完成,得到市卫健委领导和市财政局领导的一致好评。

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(三)正版软件统一管理,教师自主安装软件

根据《河南省教育系统软件正版化工作方案(2022-2025年)》部署要求,我校为落实操作系统软件、办公软件、杀毒软件等通用软件合法授权,实行了软件统一注册管理。教师接收教学任务后,管理员将操作系统模板链接分享给教师,教师通过浏览器访问链接地址,自主安装所需专业教学软件、驱动程序、脚本等。

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(四)规范学生上机行为,实施全面管控

根据学生上机实验出现的弊端,部分学生不能很好的控制对网络的应用。所以上课时特别需要对学生上机行为进行全面的管控,桌面云融合平台可帮助学校构建学生上机业务的监控管理中心,控制学生上机行为,掌握学生上机数据,更好的为教学管理服务。桌面云规范学生上机行为,保障绿色上机环境,一次设置,长期无忧。

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(五)教师上课操作演示流畅

1.通过多媒体教学互动软件,提供流畅的互动教学体验。教师通过多媒体软件一键切换云桌面操作系统,在不同操作系统下灵活使用屏幕广播、学生演示、下发作业等互动教学功能。

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2.采用虚实双系统设计,使用虚拟桌面的同时,在本地保留一套操作系统,两者共用一套系统镜像,当服务器或网络故障,终端无法访问桌面时,终端自动切换到本地系统。即使终端没有操作系统,也可通过多媒体教学软件实现离线广播教学。

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3.“教学桌面”“个人桌面双模式;学生使用教学桌面(日常上课场景):上公共教学课程时,学生使用“教学桌面”,免账号密码登录,课后桌面数据自动还原,保障每次上课教学桌面环境焕然一新。

学生使用个人桌面(个人学习场景):实验实训课程、毕业设计时,学生通过账号密码登录专属“个人桌面”,个人学习数据不还原,学习环境移动随行。

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(六)提高大型教学应用软件的运行速度

1.针对3D图形设计课程,如风景园林与建筑学院使用高性能VOI桌面+高性能图形工作站来满足3D图形设计课程的需求,这些设备可以提供卓越的性能和速度,从而帮助学生更好地完成深度图形渲染任务。同时将工作站纳入到平台统一管理,从而提高管理效率和生产力。

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2.针对I/O读写要求高的教学软件应用,如经管实训软件创建账套,可通过智能缓存技术,大幅提升I/O读写能力,保障所有终端并发创建账套的时间在3分钟左右,媲美单台终端创建账套时间。它通过在内存中缓存经常访问的数据,从而减少了对磁盘的访问次数,提高了系统的响应速度和性能。

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(七)节能环保,节约大量成本

相较于传统的PC建设模式,采用低功耗低噪音的瘦终端设备建设云机房可节省大量能耗成本、人力成本以及设备更新成本,如下表:

对比项目

传统机房能耗使用

云桌面硬件能耗使用

能耗成本

我校实际部署1921台瘦终端,按照平均每年使用200天,每天运行10小时为例,单台PC的功率约为200W,每度电0.5元:

1921台PC 5年的能耗费用为:1921台*5年*200天*10小时*0.2KW*0.5元=192.1万元;

我校实际部署1921台瘦终端,按照平均每年使用200天,每天运行10小时为例,每套云终端算上服务器分摊的功率约为50W,每度电0.5元

1921台PC 5年的能耗费用为:1921台*5年*200天*10小时*0.05KW*0.5元 =48.025万元;

符合国家节能降耗的总体目标;

人力成本

由于PC数量多、位置分散,涉及到软硬件问题也各不一致,需要安排专人到现场对硬件、系统进行管理与维护;2500台终端须15-20名维护人员(根据终端分布情况);

无需安排专人进行维护,终端免维护,B/S架构平台可直接由管理员老师远程排查故障或修改相应的配置;2500台终端仅须2-3名维护人员;

设备更新成本

1、设备损坏:机房坏境复杂,5年损坏率约30%,如果损坏需整批更换;

2、性能更新:当硬件配置无法满足教学所需性能要求时,需整批PC更换;

3、设备淘汰期:一般学校电脑的终端的淘汰期为5-8年,而且学校终端一般在使用至3年后,故障率会出现直线增加的现象;

1、采用VDI架构的桌面云,利用服务器资源进行计算与管理的模式。由于服务器本身是为寿命和运行稳定而设计,并且通常放置在条件较好的数据中心,所以一般使用寿命至少是传统PC的1倍,基本5年内不会坏有任何损坏;

2、终端损坏:采用VDI架构的桌面云,其终端不承担运算任务,仅作为显示作用,其终端的损坏机率极低,5年损坏率在20%以下,且每台终端成本仅为PC的1/4或者更低;

3、扩展性:采用VOI架构的桌面,可利旧VOI架构的终端,用于VDI终端进行显示与使用;

4、性能更新:后期学校想要将其他机房纳入到本次建设的桌面云中(扩容);

使用环境

1、标准的主机+显示,会导致线路布局杂乱、空间利用率低;

2、环境:主机负载高导致整体噪音大、温度高;

3、能耗:能耗高(单台200w),对学校的强电系统造成压力,并且改造成本高;

1、空间:VDI架构下云终端体积小,可直接背挂在显示器后,节省空间,工作环境整洁。VOI架构下,可将台式机的主机转变为终端盒子,背挂在显示器后面,更加美观;

2、环境:终端无高负载,所以终端低噪音、低热量;

3、能耗:终端负载低,所以能耗低(50w),碳排放低,响应节能环保号召;

四、工作经验

根据河南省教育厅《2023年教育信息化和网络安全工作要点》的通知,深入贯彻落实党的二十大精神和习近平总书记关于教育的重要论述,按照教育部和省委省政府推进教育数字化转型的部署要求,坚持“应用为王、服务至上、简洁高效、安全运行”的基本原则,推动信息技术和智能技术与教育深度融合,实现教育信息化从融合应用向创新发展演进,全面提升师生信息素养。我校采用云桌面的建设模式,打造统一的资源调度中心,实现云资源高效管理及计算资源弹性分配。

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