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              中小學云教室解決方案

              背景概述

              為了實現智慧校園應用體系建設,中小學每年都會增配不少電腦裝備,一方面可推進基礎教育的均衡發展,另一方面可大幅提高中小學校生機比,從而使得信息技術更好服務于現代教育,培養學生信息化能力。但是,傳統計算機應用教育還是以PC為主,這類設備屬于“胖終端“(獨立運算和管理),在教育信息化對安全、高效、節能、環保等新要求下,胖PC顯然不是最佳載體。

              近幾年,桌面云因具備資源按需分配、安全可控、數據可靠、節約成本、提高資源利用率、統一管理、系統冗余等多種特性,在智慧校園建設階段得到廣泛應用,通過基于云架構的校園桌面基礎設施將信息技術與教育教學深度融合,實現無處不在的校園學習、高效經濟的校園IT治理、教育資源的共享與應用、信息技術與教學模式的創新等,最終構建一個安全、高效、節能、環保的智慧校園,讓學生享受更優質的教育服務。

              為此,結合國家教育信息化發展規劃和智慧校園建設指導,推出智慧校園桌面云解決方案,為計算機教室、教師辦公等多種業務場景提供全新的云IT建設方案,從而實現教學集中化、管理智能化、維護簡單化、校園綠色化,將師生桌面計算機帶入云時代,同時也進一步加速義務教育均衡發展和中小學生機比的建設進程。

              需求分析

              當前遇到的挑戰

              傳統PC是中小學重要的教育技術裝備,服務于學校的信息技術應用教育,但同時也面臨著不少難題,主要如下:

              教學環境部署困難:隨著智慧校園建設的逐步深入,學校往往需要頻繁進行教學應用軟件升級或購置新的計算機裝備,此時在桌面部署和系統更新方面會占用電腦老師大量的時間精力,甚至還會因為上機環境無法及時就緒而影響正常的授課進度。

              故障率高、維護麻煩:電腦機房中的PC屬于公用性設備,學生好奇心強,可能會不經意破壞系統文件或硬件設備,導致學生桌面軟硬件故障非常多,即使采用遠程克隆、硬盤還原卡等技術,維護工作量依然很大。同時,學生PC運行時間久了會變慢、且恢復麻煩,影響上課效果和學生積極性。

              能耗高、噪音大:校園教學用地十分有限,分配用于計算機教室的空間較小,而PC占用空間較大,影響教學環境的美觀性。另外,傳統PC功耗200W,電費成本高,而且噪音干擾和機體輻射較為嚴重,不利于學生的健康學習、影響教學效果,也不符合國家對“節能環?!暗膽鹇园l展要求。

              教育資源共享性差:據統計,教學PC的平均性能利用率不到15%,資源嚴重浪費,不匹配教育部對“優質教育資源共享與應用“的指導原則,同時還導致長期運行成本居高不下。另外,當設備老化,或者教學需求變更,就必須全部更換所有PC,造成教育資源浪費。

              學生桌面可控性差:傳統PC無任何管控措施,學生偷偷打游戲或看視頻,導致課堂紀律不可控,影響教學效果。同時,學生可能會在上課過程中隨意上網或使用U盤、移動硬盤等設備,這樣容易使得PC感染病毒,自動彈出一些“限制性“網站,影響學生身心健康,而老師還需要定時清除病毒、工作量大。

              教學應用靈活性低:學校教職工在日常辦公或教學過程中,需要在辦公室、家里及出差等多個不同的計算機應用/辦公環境中切換,這時會面臨個人桌面不統一、應用環境不一致、瀏覽器兼容性差、個人數據易丟失等問題,而這些問題不僅會影響教職工辦公效率,同時也增加了IT維護難度。

              所以,為了降低綜合維護成本,提升教育信息化管理水平,推出VDesk桌面云解決方案,提供了革新教育教學模式的全新IT建設思路。

              建設目標和思路

              VDesk桌面云解決方案的總體目標是利用最先進的云計算技術解決傳統模式存在的各類問題,為學校打造云計算機教室、移動教學與備課。本方案通過在學校數據中心部署高性能桌面云服務器(預裝VDI系統軟件),集中托管學生桌面和教師桌面,然后在計算機教室和教師辦公區放置零維護、精致小巧的桌面云終端,實現在校師生更優質的上機體驗,并能夠統一管理和控制,從而降低TCO,幫助學校建設“安全、高效、節能、環?!暗闹腔坌@,引領學校走上”云教學“的步伐。

              具體建設思路如下:

              1.    在學校的機房,或者電教室內部署桌面云一體機服務器(VDesk桌面云一體機),分別將電腦機房、教師辦公的桌面和數據遷移上去,實現智慧校園一朵云。

              2.    學生機配套多媒體教學管理軟件,實現流暢屏幕和視頻廣播,滿足課堂教學所需,并為師生提供互動教學模式,提升教學效率。

              基于此,智慧校園桌面云解決方案符合“三通兩平臺“將優質教育資源帶入課堂的建設要求,并且實現現代教學裝備的資源整合與使用,有利于提升整體教學效率和質量。當然,建設過程中,我們緊密結合了廣大學校的實際情況、師生上機習慣和生機比達標部署建議,提出更為合適的方案,不僅滿足師生高效上課需求,更為師生提供無處不在的上機體驗、實現”移動課堂“戰略愿景。


              桌面云建設方案

              學生云教室

              場景分析

              目前中小學計算機教室面向的學生多、流動性大,且PC使用頻繁,所以嚴重影響了教學系統穩定性,并且設備老化很快、淘汰率高,即便采取硬盤還原卡的方式進行管理與維護,但該方法設置復雜、易損壞,甚至還會被學生破解,所以系統問題依然很多,增加了管理難度,降低了教學效率,不利于學生日常學習。

              另外,學校計算機教室一般都會要求同時滿足普通教學、考試、課外培訓及實驗課程等不同場景的使用。由于傳統模式通常需要到現場對PC進行單獨維護,環境部署工作量很大,尤其是每逢重要考試、教學場景切換等時期,往往需要提前一周停課,老師對所有PC設備逐個進行環境變更,然后在考試或教學任務結束后,又要逐個進行環境復原,因此造成了設備利用率低、維護成本高、容易出現差錯。

              經總結,計算機教室需求特點如下:

              1.    學生機數量雖然很多,但桌面環境都是高度標準化的,無個性化需求。

              2.    中小學生IT水平較弱、操作自由度大,易損壞教學系統,管理困難,所以需要通過技術手段執行必要的控制。

              3.    需要兼容教材中的各類教學軟件(包括電子教室軟件等),滿足課外使用、考試、教學等不同業務需求。

              4、不同課程可能會對桌面系統有不同的要求,要求能夠快速的切換桌面系統。

              推薦方案

              基于計算機教室的需求特點和未來愿景,我們推薦采用ARM云終端和VDesk桌面云一體機作為解決方案,使用“公用桌面池”來管理學生桌面。

              云終端部署建議:

              每個計算機教室有1臺教師機、56臺學生機,建議采用ARM云終端,或者ARM云終端顯示器一體機,通過設備加電自啟、定時開關機、單點登錄等功能特性,實現上課時的全自動化開關機,無需學生人為介入,整體操作更為簡便。

              云服務器部署建議:

              如果無需為學生桌面分配存儲空間,推薦部署云課堂一體化服務器,采用全閃存磁盤設計方式,為上層桌面提供強大的IO支持,確保卓越的用戶體驗。如果需要為學生桌面分配存儲空間,推薦部署桌面云一體化服務器,采用SSD+HDD混合磁盤設計方式,其中SSD用于熱點數據緩存加速,HDD用于存儲個人數據,從而以較低成本的方式獲得高IO支持,提升學生上機體驗。

              學生桌面采用1:N還原模式部署,系統重啟自動還原為初始狀態,電腦老師只需維護一個模板鏡像,即可一鍵發布教學軟件、更新系統等,從而為提升教學效率保駕護航。

              系統的特色功能:

              VDesk桌面云一體機結合電教室的需求,開發了很多特色的需求。

              1)快速制作模板

              云教室管理員無需借助第三方工具,可以通過系統向導,自助進行模板的制作和編輯。

              價值收益

              高效管理:老師可在全web化界面輕松制定不同課程模板,方便不同年級、不同場景自由選擇,打造更彈性、更靈活的上課模式。當學校辦學規模擴大(新增PC)和教學課程變更時,桌面云可實現一鍵式桌面部署和系統快速更新,不僅節省老師時間,更加速了均衡教育、生機比達標等國家政策建設進程。

              促進教學:全閃存設計和SSD緩存加速技術可大幅提升上機體驗,確保學生的上課積極性。配套專業的多媒體教學軟件,老師可輕松控制學生上課行為,比如同步課件、分發文件、限制上網和游戲、收發作業、分組教學、隨堂小考等,這樣有利于嚴肅課堂紀律,讓學生專心上課,提升教學質量。

              節省成本:桌面云可以降低學校的長期運行成本,包括技術支持成本、運行維護成本、硬件升級成本、電力成本等,一方面云終端和服務器總體故障率較低,節省硬件維保和支持成本,另一方面,當桌面性能不足時,無需淘汰原有硬件資源,只需添置部分服務器來實現性能提升,保護已有教育資源。

              綠色節能:桌面云終端功耗小、無噪音,可為學校建設整潔美觀的教學環境,不僅響應了國家“綠色節能”的倡導要求,而且有利于提升學校的整體辦學形象,還可以為學生創造安靜舒適的上課環境,保障教學效果。

              教師云辦公與教學

              場景分析

              學校會為每位老師配備一臺辦公PC,所有的教學資料都存放在本地電腦硬盤(信息孤點),不利于隨時備課、教案交流、素材管理、經驗分享等。同時,PC使用過程中也逐漸暴露出不少問題,比如管理難、運營成本高等。

              同時,為了方便教學,學校還會在教學樓中每一間教室(包括多媒體教室、計算機教室)均部署了教學PC,教師可以通過U盤、移動硬盤方式拷貝課件進行教學??梢坏︰盤、移動硬盤感染病毒,會迅速感染到每間教室的桌面機,又或者由于老師的使用習慣不同,往往會導致教室PC的桌面環境混亂,這些都會嚴重影響正常教學。而且,如果U盤出現損壞、文檔版本不兼容等問題,教師也只能通過黑板等傳統方式進行教學,影響教學效果。

              經總結,教師辦公和教學環境需求特點如下:

              1.    老師業務場景比較復雜,除了教學,還要備課、制作課件、瀏覽網站、素材下載等,所以對桌面環境的個性化要求很高。

              2.    老師需要經常使用U盤、打印機、攝像頭等外設,以及存儲各種教學課件和資料,并且這些課件要方便在教室、辦公區、家里調用。

              智慧校園對教師云辦公與教學的未來愿景:

              每位老師都有專屬于自己的桌面和云中存儲空間,他們只需要記住一套賬號密碼,在教室、家里等不同地方可以接入桌面、隨需調用課件,上課再也不需要攜帶U盤和資料,打造移動化教學模式、也方便在家備課。同時,桌面可以實現充分個性化,老師能夠自主安裝軟件和連接外設。

              推薦方案

              基于教師云辦公/教學的需求特點和未來愿景,我們推薦采用云終端+基于高可用集群的VDesk桌面云方案。

              云終端部署建議:

              教師辦公區,既可以部署ARM瘦終端,也可以使用老師自己的筆記本。然后,每個老師分配一個云賬號密碼,后端綁定一個獨立的桌面虛擬機和教學存儲空間,老師可以在虛擬機上自主安裝軟件、連接外設、存儲各類教學資料,并且在策略許可情況下,可不受網絡限制,隨時接入桌面云進行教學、辦公、備課等。

              云服務器部署建議:

              本方案推薦采用桌面云一體化服務器,出廠時預裝全套系統軟件,降低調試難度和時間,建議每臺服務器配備1塊SSD硬盤,xx塊HDD硬盤,其中SDD用于緩存加速,保障教師辦公體驗,HDD存儲每位教師的虛擬機和存儲空間,并采用雙副本技術來保障數據的安全性。

              價值收益

              提升效率:無論模板制作、更新、還原等日常管理操作,都只需點擊幾個按鈕,老師足不出戶即可實現對全校PC的運維管理,效率相對PC模式提升10倍以上,從而提升課堂教學效率,并以云化管理促進教育信息化的優質發展。

              移動課堂:桌面云為每位老師量身定制專屬的虛擬課堂,不僅輕松實現桌面在不同教室、不同辦公區漫游,而且在其他場合,老師使用PC、筆記本、云終端、Pad等設備也可以打開自己的“工作桌面”辦公。由于桌面和資料訪問的統一化,老師不再需要擔憂課件獲取/拷貝麻煩、文檔不兼容等問題。

              安全教學:老師辦公和教學相關操作都在受控、統一安全規范的云桌面下進行,更有利于保障教學業務和課件及其他資料的安全性與可靠性。同時,桌面云化之后,可根據辦公人員的崗位和課件資料的重要程度,設計數據的備份計劃與備份頻率,確保學校重要教學資源的安全性。

              資源共享:學校優質文檔、圖片、音頻、視頻、課件等教學資源共享非常便捷,所以能夠為班班通、校校通的信息化戰略落地提供基礎支撐,同時也為名師課堂、名校課堂、專遞課堂的開展提供信息化平臺。


              項目總體架構與選型方案

              方案整體架構

              假設一個學校有100個教師辦公,三個電教室,每個教室56個桌面。方案的總體架構如下:

              三個教室,每個教室分別部署一套VDesk系統,56個云終端,1臺教室機。

              100個辦公用戶,部署三臺服務器,按照N+1的冗余配置。每臺服務器支持50用戶的辦公用戶。在一臺服務器故障時,剩余的兩臺服務器能夠支撐100個用戶的桌面運行。

              三個教室分別在一個二層網絡內,進行屏幕廣播時,廣播流量不會相互影響。教師辦公的桌面云也在一個獨立的二層網絡內。各個二層網絡之間通過三層交換機連接。

              選型說明及方案

              虛擬機配置參數


              業務場景

              場景說明

              虛擬機配置

              計算機教室

              電子教室軟件、Office、金山打字、360瀏覽器等

              2vCPU/2G內存/系統盤20G+數據盤30G/20個IOPS

              教師辦公

              Office、金山打字、360瀏覽器等

              2vCPU/3G內存/系統盤40G+數據盤60G/20個IOPS


              云終端選型方案


              適用場景

              終端型號

              詳細配置參數

              規模(人)

              計算機教室(1個,每教室56人)

              J70195

              ARM 2.0G四核/1G內存/4G存儲/4*USB/19.5”顯示器

              56

              教師辦公

              J50

              ARM 2.0G四核/1G內存/4G存儲/4*USB/VGA/HDMI

              100


              云服務器選型方案


              云服務器型號

              主要配置

              數量

              JY201-D08RH

              19英寸工業標準2U機架式服務器;Intel C600芯片組;

              CPU:E5-2660V4 2.0Ghz x 2

              內存:124GB(16GB DDR4 * 8)

              SSD:480GB Intel S3510/S3520 SSD

              硬盤:2TB * 1

              電源:1+1冗余電源

              網卡:GE*4

              3臺

              JY201-D08RH

              19英寸工業標準2U機架式服務器;Intel C600芯片組;

              CPU:E5-2620V4 2.1Ghz x 2

              內存:192GB(16GB DDR4 * 12)

              硬盤:150G SSD * 1 [Intel S3510/S3520]

              硬盤:800GB * 1 [Intel S3510/S3520]

              硬盤:2TB * 3"

              3臺



              其他設備選型方案

              每個教室配置三臺24口千兆交換機。

              辦公桌面云配置1臺三層交換機,5臺24口千兆交換機。


              產品組件介紹

              瘦客戶機

              J50是自主研發的瘦客戶機(Thin Client),是目前業界性能最強的ARM云終端產品,采用4核ARM Cortex A9嵌入式方案,支持雙顯示接口,內嵌定制的Linux內核和優化的微軟RDP和RemoteFX圖形增強協議,以及SPICE客戶端協議,提供人性化交互設置界面,以卓越的性能滿足用戶桌面虛擬化的業務需求。J50規格如下:


              系統配置

              詳細說明

              CPU

              ARM Cortex A53 2.0GHz, 4 Cores

              內存

              DDR3:1GB

              Flash

              NAND Flash: 4GB

              以太網絡

              10/100/1000M自適應RJ45接口

              無線網絡(選配)

              WIFI 802.11B/G/N(可選配置)

              音頻輸入

              MIC輸入口,直徑3.5mm

              音頻輸出

              音頻輸出口,直徑3.5mm

              USB

              5個USB端口

              VGA

              最高1920 x 1080,60 Hz;色深:32 bpp

              HDMI

              最高1920 x 1080,60 Hz;色深:32 bpp

              電源

              外接電源適配器

              輸入:AC,100~240V,50~ 60Hz

              輸出:DC,5V,2000mA

              主機電源輸入

              直流5V,2000mA

              電源開關

              輕觸開關

              功耗

              < 5W

              冷卻

              自適應散熱、無風扇

              噪音

              0分貝

              工作溫度

              0~45攝氏度

              工作濕度

              20 % 至80 %冷凝

              10 % 至 95 %非冷凝

              掛件

              1件,顯示器背掛架,VESA標準




              杰云桌面云方案特點與優勢

              提供基于瀏覽器的圖形化管理界面

              同時為系統初始化提供了全程的向導,管理系統自動引導用戶完成初始配置和用戶桌面的創建。VDesk不需要管理員有額外專業背景知識,絕大多數情況下,管理員可以自助完成。

              圖42 簡單明了的主控界面

              提供公用桌面和專用桌面

              公用桌面:在用戶使用完桌面后,桌面虛擬機可以根據策略回收,適合學生上課桌面。公用桌面的創建由VDesk依據桌面池配置自動化完成;同時公用桌面的回收(銷毀)也是依據桌面池的配置策略執行。

              專用桌面:指用戶擁有的個人虛擬桌面,不會被系統自動回收,用戶的個人數據被持久化保存,比較適合教師辦公桌面。

              圖43 專用桌面和公用桌面


              支持與Active Directory域用戶管理的無縫集成

              企桌面辦公環境,通常會使用域管理服務,VDesk可以無縫的集成AD域管理服務,用戶登錄VDesk虛擬桌面系統和虛擬桌面,只需一次AD域用戶認證。

              支持多存儲資源池,內存去重和IO加速

              多存儲資源池,方便用戶對現有的存儲資源進行擴容,也不必改變原有的存儲資源,實現不斷業務的存儲擴容。多級存儲資源,可以為不同的桌面池配置不同的存儲資源,提供差異化的存儲性能。也可以為母盤鏡像指定單獨的高速存儲介質,提供極好的母盤鏡像訪問性能。

              圖43 多存儲池和分級存儲

              基于虛擬化層的內存去重技術,可以為非持久化桌面提供高IO性能保證和高壓縮比的存儲空間利用。通常情況下,虛擬機密度越高的部署場景,內存去重的收益越明顯。同時由于去重后的大量主鏡像數據可以緩存在內存中,虛擬機開機、用戶體驗原來受硬盤IO限制的情況大為改善,不僅可以提供極速的開關機體驗,還大大降低由于磁盤操作帶來的桌面操作延時。

              圖44 基于內存的數據去重和IO加速

              快速的桌面獲取和一鍵還原

              業界超快的桌面獲取速度,VDesk服務器開機3分鐘內即可獲得可用的桌面。如果開啟桌面還原功能,每次下課后系統在3分鐘內還原全部桌面,所有桌席又是全新的干凈的桌面。

              圖52 快速桌面發放與還原

              圖53 桌面池的課程表調度

              教師控制臺直接到終端的屏幕廣播

              在虛擬化的電子教學環境中,最大的區別在于使用虛擬化主機代替了原來的物理PC主機,學生使用的Windows桌面被虛擬化到了數據中心的服務器上。原來PC教學環境中,教師臺和學生PC的互動,演化成教師控制臺和學生虛擬桌面的互動。虛擬化PC相比傳統的物理PC而言帶來了許多便利,例如集中管控,快速桌面發放,快速應用發放,桌面快速回收,快速還原等等,包括低功耗、綠色環保等優勢。但是由于虛擬化桌面需要通過遠程桌面協議和云終端在學生臺面呈現Windows桌面,教師控制臺和虛擬化桌面大畫面互動,會帶來延時體驗,同時增加服務器的處理壓力。其中最重要的就是教師控制臺的屏幕廣播功能。

              通過優化系統架構,將教師控制臺的屏幕廣播數據直接廣播到云終端,不僅可以降低服務器的壓力,還可以獲得高清和低延時的學生端體驗。該特性作為VDesk云教學平臺的重要組成部分,可以為虛擬化電子教學系統提供1080p級別的極速廣播體驗。


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