TC-Cloud云教室解决方案介绍

1 概述

1.1 项目背景

随着信息技术的快速发展，推动了中小学教育信息化的不断转型，同时各种基于计算机和网络技术的中小 学课程不断增多，实践性又强，同时学生对于丰富、个性化的桌面访问工具和方式的需求越发迫切，IT 部门来 自降低成本、提高效率、加强安全性和控制力的压力日益增长，当前老旧计算机教室的基础设施已无法满足日 益复杂的教学应用环境，如何利用新一代的信息技术，建设一个技术适度超前，系统便于管理维护，又能满足 多样性教学环境需求，资源利用率高，经济安全可靠的现代化计算机机房，已成为学校信息化实施建设的需要。

伴随着云计算技术的提出、发展和实际应用，对建立一个标准化的、开放构架的、高效灵活的计算机教学 平台有着重要意义和推动作用，桌面虚拟化技术的发展，相比传统机房计算机的应用方案以其低成本，高可靠 性，维护简单，高安全性、部署灵活多变的特点，在教育行业越来越受青睐，贯彻教育部关于教育信息化要加 强信息技术在教育教学方面的探索和尝试的指导思想，建设符合教育信息化发展和 IT 技术发展趋势的计算机教 学平台，将是未来教学信息化建设的重点方向。

1.2 现状分析

近年来，我国中小学信息化建设取得了丰硕的成果，基本完成了教育信息化基础设施建设：包括校园数字 化网络、计算机实验教室、多媒体教室等重点建设内容，实现了“校校通”，“班班通”、“人人通”基本平台建 设；目前计算机教学逐步向信息技术与教育教学应用融合的阶段发展，但是在推进中小学教育信息化建设的过 程中，目前传统计算机教室仍面临以下问题：

Ø    教学软件更新或操作系统升级，导致计算机更新换代快

随着计算机和网络技术的基础教学软件不断增多，且更新速度快，导致部分新软件或操作系统不能部署在 现有老旧计算机，计算机往往用不了几年就需要更新换代，使用生命周期短。

Ø    异构计算机数量多，缺乏标准化，管理维护困难

随着中小学基础教育信息化的发展，学生人数和基于计算机的教学课程不断增多，相应的计算机数量也越 来越多，从而带来了各种管理维护难题，主要体现在：

由于传统机房的 IT 架构已不能满足多样性教学课程要求，计算机教室环境僵化，无法灵活部署各种软件和 升级操作系统环境，每次教学软件和系统环境的升级更新，都需要通过网络拷贝或网络同传重新部署，费时费 力，效率低。

由于计算机采购批次不同，计算机的品牌和配置往往差异较大，导致管理难度高，维护复杂，工作量大。

由于计算机教室缺乏专业的管理人员，目前一般由计算机代课老师负责管理，导致老师工作压力大，维护 困难重重，效率低下，影响了教学过程。

Ø    计算机系统臃肿，师生体验差，影响教学效果

传统计算机教室要承担多个专业的教学任务，计算机往往安装多个教学软件，由于软件冲突，内存资源不 足等问题，导致教学中断，机器速度明显变慢，运行效率很低，师生使用体验差，影响了教学效果。

Ø    计算机系统环境容易受到破坏，无法有效管控

由于中小学生对新鲜事物好奇心比较强，破坏意图强烈，在日常教学过程中，老师很难有效管控学生的上 机行为，各种由于误操作、人为破坏、U 盘病毒和木马感染等造成的教学系统崩溃时有发生，增加了机房管理 维护工作量和难度。

Ø    学校机房资源利用低，总体运维成本高

每年学校机房由于计算机硬件损坏更换，或者教学系统升级而导致近 25%的老旧计算机被淘汰，但随着年 限的增加，每 3-4 年计算机都会被更新淘汰一批，而且期间的软件部署、升级以及教学环境的管理维护都需要 专业负责。从而导致每年学校机房都面临着老旧资源浪费，还需不断投入更多资金改造维护等，造成总体运营 成本不断增高。

这些问题造成了我国在中小学教育信息化过程中，管理难度高，教学体验差，系统安全性低，同时教育资 金的重复投入，而资源利用率却不高，从而影响了教学服务质量和效果。因此，建立一个标准化的、高效灵活 的计算机教学平台，提高资源利用率，降低管理维护成本，提升教学服务水平和质量显得十分重要。

1.3 建设目标

本方案的总体目标是使用最新的云计算虚拟化技术，打造学校的虚拟化云教室，实现 IT 终端的云端管理。 在学校内使用云教室方案代替传统 PC 机，充分利用主机计算能力、存储空间，进行集中管控。终端使用免维 护，功耗更低的云教室终端交付学生上课使用的教学桌面，提升在校师生的上课用机体验。通过云教室集中管 理平台对所有云主机，虚拟桌面，用户，终端进行统一管理，使用云教室多媒教学管理组件控制学生教学桌面， 从而大大降低运维难度，降低 TCO，节能减排，促进教育信息化发展。

                2 产品简介

2.1 云教室概述

云教室是一套利用云计算技术，为学校教学、备课、办公提供所需 IT 环境的整体解决方案。 云教室方案将若干高性能的云主机作为云端计算中心，终端则采用绿色节能的云终端。教师和学生通过云

终端即可使用集中部署于云主机的应用环境，体验与高性能 PC 完全一致。通过这种方式，学校的电脑教室、

多媒体教室、备课室、办公电脑都可以在云端统一进行部署和管理，实现教学资源处处通。

云教室提供了可随时随地访问的个性化教学环境；提升了运维管理效率；降低了总体拥有成本；是业内代 表发展方向和潮流的领先方案；保障了教育信息化的可持续发展。

2.2 架构及组件

一个典型的 50 用户的云教室的组网如下图，

云教室包括：

1、506台学生机（云终端，显示器，键鼠）

2、1 台教室 PC 机

3、一台服务器

4、一台交换机

5、一台路由器，可选配置。如果校园网可以提供子网和路由，可以不需要配置路由器。

2.3 主要功能

           3 云教室的平台特性

All-in-One 的系统设计

腾创云教室采用精简高效的云平台设计，通过部署虚拟设备的方式为用户部署桌面云提供了所需的全部功 能，腾创 TC-Cloud 的桌面云系统提供多虚拟化平台的兼容性，为用户提供多种选择。尤其是兼容 Windows 虚拟化平台，为客户提供了企业级的，简单以维护的解决方案；熟悉 Windows Server 安装部署的管理员就可 以独立完成系统的运维。服务器虚拟化（Hypervisor）是桌面虚拟化系统（VDI）的关键组件之一。服务器虚 拟化的稳定性、兼容性，直接影响到了桌面云虚拟化业务的稳定性、兼容性。TC-Cloud 桌面虚拟化系统支持 业界主流的虚拟化系统，包括 Hyper-V、VMware、XenServer、Proxmox（KVM）。这些虚拟化系统具有良 好的稳定性和兼容性，易于部署和维护，在教育业内有广泛的用户群体。

TC-Cloud 虚拟桌面管理方案采用一体化（All-in-One）设计，管理系统运行在一个 Linux 系统中，并以

虚拟机镜像的形式发布。TC-Cloudl 管理系统集成了桌面云系统所需的多种功能模块，包括会话管理、负载均 衡、数据库、镜像管理等。系统部署时，只需要部署单一的 TC-Cloud 功能组件即可。不需要像传统的 VDI 那

样部署多个功能组件。

TC-Cloud 的一体化设计，简化了系统的部署，节省了商业的操作系统和数据库的授权费用，让维护更简 单。允许集成商自主定制符合自身方案特色的桌面一体机，实现快速的交付。

高性能 ARM 云终端

采用国产 ARM 64 位处理器，提供千兆采用 ARM 高端 Cortex 四核 64 位处理器，主频高达 1.5GHz-1.5GHz， 支持 1G DDR3 内存及 8G 存储。支持 2K 分辨率（2560*1440)，内置百兆-千兆网口。

TC-Cloud 桌面云提供了丰富的配套云终端。包括 ARM 云终端 TC3500、x86 云终端 TC870。TC-Cloud 虚拟桌面管理系统内置了对于云终端的自动发现和配置，可以实现即插即用。凭借配套的终端管理系统，可以 实现都云终端的集中管理。实现远程开关机、配置、升级、监控等功能。提高终端的维护和管理效率。

TC3500	性能强大，内涵丰富
	采用 ARM   高端 Cortex 四核 64 位处理器，主频高达   1.5GHz-2.0GHZ，支持1G DDR3
	内存及 8G 存储。支持 2K 分辨率（2560*1440)，内置百兆-千兆网口。
	绿色节能，环保静音
	无风扇设计，为您提供无噪音安静办公和教学环境。型功耗仅有  5W，超低功耗产品，绿色节能，
	大大降低电量消耗
	即插即用，便捷管理
	软硬件一体化设计，支持即插即用，无须配置，安装即可使用。部署方便，替换简单，硬件零管
	理维护量。
	远程唤醒，简单开机
	提   供   全   新   远   程   唤   醒   功   能   ，   可   远   程   开   启   终   端   设   备   。
	适用场景：大中小企业办公、中小学云教室、培训机构、会议室、电子考场
TC870	双模工作，强大灵活
	采用 Intel  处理器，支持工作做桌面云模式和本地模式。满足各大中小企业办公环境、多种教学、
	考试、语音、实训多种使用场景。
	绿色节能，环保静音
	无风扇设计，为您提供无噪音安静办公和教学环境。型功耗  10W，超低功耗产品，绿色节能，大
	大降低电量消耗
	双屏高清
	支持支持双屏高清显示。
	适用场景：各大中小企业办公  、大学，职校，考场，语音教室

3.3 贴近教学场景的虚拟化桌面系统

腾创云教室作为一种专业的桌面虚拟化系统，不仅满足了通常企业级桌面需求，还专门针对多媒体教学场 景提供有针对性的软件特性，以便满足教学场景的特殊需求：

Ø    简易的安装和简单维护，有 Windows 使用经验的老师就可以操作维护；

Ø    专门针对教学任务安排的桌面调度功能，提供和课程表一致的桌面调度；

Ø    迅速的桌面还原功能，再也不用回到 PC 时代的桌面维护模式；

Ø    用户数据盘功能，可以实现和学生挂钩的数据盘；

Ø    直接到终端的屏幕广播保证了与 PC 时代相同的广播体验；

Ø    绿色节能的终端和显示器一体机，极大简化了学生课桌的布线，降低了教室的总体能耗。

3.3.1 分布式（Distributed）

TC-Cloud 集群采用对称集群（Symmetric Clustering）架构，所有的节点都是活动的，所有节点都参与 桌面会话请求的处理过程。节点故障时，集群中的其他节点接管工作负载，并继续处理桌面会话。集群的节点 之间处于负载均衡的状态。集群中的节点可以共享工作负荷，提升整个集群的性能和伸缩性。

TC-Cloud 的对称集群架构为系统的部署、运行、维护带来了一系列的优势。 部署简单：第一个节点安装时，创建集群，后续节点加入集群即可。每个节点部署的软件一样。 负载均衡：集群的节点之间共同分担桌面会话的负荷。 故障备份：一个节点故障，集群其他节点会接管工作负荷。灵活的实现 N+1、N+M 的冗余备份。 线性伸缩：增加集群的节点，即可扩容系统的整体容量。 统一管理：连接集群的任何一个节点，即可对整个集群进行统一管理。

多协议（Multiple Protocol）

TC-Cloud 管理系统支持多种桌面协议：RDP、SPICE、PCoIP。具体能支持哪种协议与虚拟化平台相关。 使用 Proxmox 虚拟化时，可以支持 SPICE、RDP。使用 VMware 虚拟化时，可以支持 PCoIP、RDP。使用 Hyper-V、XenServer 平台时，支持 RDP 协议。

TC-Cloud 典型部署

TC-Cloud 支持不同的组网场景，包括单机部署、高可用集群部署、超融合部署、多节点集群部署。灵活 的部署方式能够适应不同应用场景的组网需求。

3.4.1 单机部署方案

图1. 单机部署方案

该方案适合于小规模单服务器的部署。该方案的特点是，部署快捷，维护简单。适用于各大中小企业办公、

学校的云教室、呼叫中心等场合。一般建议单服务器用户不超过 60。 单机方案适用于以下虚拟化平台：

l  Hyper-V Server 2012R2、Hyper-V Server 2016

l  Windows Server 2012R2、Windows Server 2016、Windows Server 2019

l  VMware vSphere 6.0、6.5、6.7

l  Proxmox 5.3 以上

l  XenServer 6.2

3.4.2 高可用集群部署方案

该方案需要配置共享存储。在虚拟化系统中配置高可用群集，形成虚拟化资源池。资源池内的虚拟机可以 在不同的服务器上热迁移。当一台服务器故障时，集群的 HA 机制可以将虚拟机在其他节点上启动。TC-Cloud 和桌面虚拟机都依赖于虚拟化的 HA 机制来保证可靠性。

该方案适合于企业办公，以及其他对于数据可靠性要求较高的场合。服务器按照 N+1 配置，预留一台服务 器作为冗余。

该方案适用于以下虚拟化平台：

l  Hyper-V Server 2012R2、Hyper-V Server 2016

l  Windows Server 2012R2、Windows Server 2016、Windows Server 2019

l  VMware vSphere 6.0、6.5、6.7

l  Proxmox 5.3 以上

3.4.3 超融合部署方案

图2. 超融合部署方案

超融合方案采用分布式存储系统，通过运行在服务器上的分布式存储软件把服务器内的 SSD、HDD 资源

聚合成一个逻辑上统一的存储池，然后提供给虚拟化系统。超融合方案可以节省昂贵的共享存储的费用，具有 更好的可靠性、可扩展性。

TC-Cloud 的超融合部署方案支持以下几种配置： 1、VMware vSphere，启用 VSAN 实现分布式存储。

2、Windows Server 2016 数据中心版本，启用 Storage Space Direct（S2D）实现分布式存储。 3、采用 Proxmox 虚拟化，启用 Ceph 构建分布式存储。

采用超融合部署时，建议服务器通过 10GE 的以太网连接。 采用超融合方案部署时，虚拟化系统也支持高可用集群。能够实现虚拟桌面和 TC-Cloud 管理节点的高可

用。

3.4.4 管理节点集群部署方案

            图3.  管理节点集群方案

管理节点的集群方案可以将套单机部署的桌面云系统聚合成一个逻辑上统一的桌面云系统，实现资源的跨

节点分配和调用。采用该部署方案时，TC-Cloud 管理系统实现了跨节点的高可用性。管理员登录任何一个管 理节点，都可以对整体系统进行操作和管理。桌面用户从任何一个管理节点都可以连接到自己的虚拟桌面。当 一台服务器故障时，其他的服务器上运行的桌面云服务不受影响。

管理节点集群方案适合于公有桌面池的方案。在服务器故障后，用户可从其他的服务器获得新的桌面，从 而保障桌面业务的连续性。专用桌面需要在服务器本地保存用户的个人数据。在服务器故障后，专用桌面池的 桌面将无法为用户提供服务，直到服务器恢复。

3.5 腾创 TC-Cloud 桌面云教室方案优势

成熟&稳定

基于开放架构，支持主流商业虚拟化平台、多种协议（RDP、PCoIP、SPICE）。兼容多种虚拟化平台、服 务器硬件，避免被厂家锁定。

灵活&通用

能够面向不同的场景，选择最合适的虚拟化平台和桌面协议。充分利用 IT 维护人员在服务器虚拟化上的经 验；兼容企业已有的 IT 基础设施。

简单&高效

采用向导方式的系统配置和模板编辑功能。如果您熟悉虚拟化技术，即可着手基于 TC-Cloud 系统搭建桌

面云系统，自主完成项目的实施。

3.5.1 建设原则

l      先进性 平台设计应达到业界领先水平，遵循有关国际标准和国内外有关的规范要求；要求采用当今最新和尖端的

计算、存储相关的成熟技术，符合计算、存储技术的最新发展潮流，且整体设计切实可行并容易实现。

l      统一规划、逐步建设、按需扩展 统一规划的前提下，根据系统的实际需求，进行逐步实施，先进行试点工作，然后充分考虑已有试点的情

况和经验进行推广。逐步实现对不同场景接入的全面统一集成。 架构应满足端到端（从平台、应用、交付到终端、外设等）的横向和纵向扩展的需求，充分考虑系统对应

用、终端、外设的兼容性。

l      标准化原则 平台设计应严格按照国际和国家标准设计。区分不同场景的具体需求，建立标准化的办公和教学环境标准，

为各类场景提供统一标准化的桌面和应用环境。实现快速的标准化部署和统一的监控管理服务。具体包括：遵 循标准的整体协议框架，具有良好的兼容性和开放性，能够良好兼容不同厂商的硬件设备（服务器、存储等） 和终端设备，为用户或外部应用访问系统资源提供标准开放的 API，支持第三方系统整合及扩展。

l      安全性原则 根据应用访问的不同安全等级要求，和网络访问的安全规范，制定系统的安全性规范，完善信息安全策略

和信息安全标准，满足数据安全和访问安全的要求，提供可靠的系统安全管理模式。

l      智能高效管理原则 系统需充分考虑从平台、应用、交付、终端、外设等各个组件的高效管理，特别是广泛分布的不同类型的

终端的智能、高效管理更是不容忽视。

l      可靠性

平台能够保证 7*24 小时不间断地、稳定可靠的长期运行，主要设备均应经过大规模组网运行验证。

            4 云桌面平台特性

腾创云教室内置腾创科技 TC-Cloud 桌面虚拟化管理系统，它兼容多种虚拟化平台，实现了基于资源池的

桌面虚拟机管理策略，管理员和用户都可以通过浏览器接入到 TC-Cloud 系统。天源腾创科技瘦客户机内置了 TC-Cloud 客户端，用户只需要设置 TC-Cloud 系统入口地址即可通过终端接入。

4.1    基于模板的桌面克隆和自动化桌面发放

TC-Cloud 系统基于标准桌面镜像创建桌面模板，再基于模板克隆创建桌面虚拟机。根据桌面池策略自动 化发放和回收桌面虚拟机。从制作桌面模板，创建桌面池，自动创建桌面虚拟机，到用户登陆时系统完成桌面 的创建和指派，全部实现自动化。

                                                                                                                                                                                             图 4-1   自动化的桌面发放

4.2 提供基于浏览器的图形化管理界面

同时为系统初始化提供了全程的向导，管理系统自动引导用户完成初始配置和用户桌面的创建。TC-Cloud 不需要管理员有额外专业背景知识，绝大多数情况下，管理员可以自助完成。

图 4-2   简单明了的主控界面

4.3 提供公用桌面和专用桌面

公用桌面：在用户使用完桌面后，桌面虚拟机可以根据策略回收，适合学生上课桌面。公用桌面的创建由 TC-Cloud 依据桌面池配置自动化完成；同时公用桌面的回收（销毁）也是依据桌面池的配置策略执行。

专用桌面：指用户拥有的个人虚拟桌面，不会被系统自动回收，用户的个人数据被持久化保存，比较适合 教师办公桌面。

图 4-3   专用桌面和公用桌面

4.4 支持与 Active Directory 域用户管理的无缝集成

企桌面办公环境，通常会使用域管理服务，TC-Cloud 可以无缝的集成 AD 域管理服务，用户登录 TC-Cloud 虚拟桌面系统和虚拟桌面，只需一次 AD 域用户认证。

4.5 支持多存储资源池，内存去重和 IO 加速

多存储资源池，方便用户对现有的存储资源进行扩容，也不必改变原有的存储资源，实现不断业务的存储 扩容。多级存储资源，可以为不同的桌面池配置不同的存储资源，提供差异化的存储性能。也可以为母盘镜像 指定单独的高速存储介质，提供极好的母盘镜像访问性能。

图 4-3   多存储池和分级存储

基于虚拟化层的内存去重技术，可以为非持久化桌面提供高 IO 性能保证和高压缩比的存储空间利用。通常 情况下，虚拟机密度越高的部署场景，内存去重的收益越明显。同时由于去重后的大量主镜像数据可以缓存在 内存中，虚拟机开机、用户体验原来受硬盘 IO 限制的情况大为改善，不仅可以提供极速的开关机体验，还大大 降低由于磁盘操作带来的桌面操作延时。

图 4-4   基于内存的数据去重和 IO 加速

4.6 支持用户数据盘

用户数据盘（D 盘），可以用于永久保留用户数据，即使虚拟机被回收或删除，适合保存学生上课需要持久 话保存的文件。

图 4-5   自动化的桌面发放

4.7 支持多网络资源池、支持共享 GPU 虚拟化

TC-Cloud 可以为不同桌面池指定不同的网络资源，实现桌面虚拟机的逻辑隔离。提供更好的网络安全性。 另外基于虚拟化平台的 GPU 资源，可以为桌面分发 vGPU 资源，支持类似 Google Earth、AutoCAD 的 3D 应用程序（高端、渲染级的三维设计软件，需要具体验证性能，通常使用 GPU 直通虚拟化更合适）。

4.8 支持线性扩容

图 4-6   支持 Direct3D 软件

用户采用桌面虚拟化基础设置的过程，也是一个不断尝试和扩容的过程。云教室的线性扩容能力，可以有

效优化用户的投资，降低初始投资规模，按需部署。TC-Cloud 集群，支持负载均衡调度和桌面备份策略：在 采用采用集群部署时，TC-Cloud 可以实现集群内部的负载均衡调度，确保系统资源的充分利用。另外 TC-Cloud 集群支持虚拟桌面在各服务器节点间的定时备份，提高系统可靠性。

图 4-7   线性扩容

       5 面向教学场景的重点特性

5.1 极高的软件更新效率

通过制作或者编辑桌面模板，可以安装各种教学软件 ；基于模板快速克隆出新的学生桌面虚拟机，所有桌 面获得新安装的应用软件；学生个人数据盘实现个人数据的持久化

图 5-1   快速制作模板

5.2 快速的桌面获取和一键还原

业界超快的桌面获取速度，云主机服务器开机 3 分钟内即可获得可用的桌面。如果开启桌面还原功能，每

次下课后系统在 3 分钟内还原全部桌面，所有桌席又是全新的干净的桌面。

图 5-2   快速桌面发放与还原

5.3 基于课程表的自动化桌面调度

图 5-3   桌面池的课程表调度

5.4 教师控制台直接到终端的屏幕广播

在虚拟化的电子教学环境中，最大的区别在于使用虚拟化主机代替了原来的物理 PC 主机，学生使用的 Windows 桌面被虚拟化到了数据中心的服务器上。原来 PC 教学环境中，教师台和学生 PC 的互动，演化成教 师控制台和学生虚拟桌面的互动。虚拟化 PC 相比传统的物理 PC 而言带来了许多便利，例如集中管控，快速桌 面发放，快速应用发放，桌面快速回收，快速还原等等，包括低功耗、绿色环保等优势。但是由于虚拟化桌面 需要通过远程桌面协议和云终端在学生台面呈现 Windows 桌面，教师控制台和虚拟化桌面大画面互动，会带 来延时体验，同时增加服务器的处理压力。其中最重要的就是教师控制台的屏幕广播功能。

通过优化系统架构，将教师控制台的屏幕广播数据直接广播到云终端，不仅可以降低服务器的压力，还可 以获得高清和低延时的学生端体验。该特性作为腾创云教室平台的重要组成部分，可以为虚拟化电子教学系统 提供 1080p 级别的极速广播体验。

图 5-4   广播到云终端 5.5 项目的组网和配置

5.5 项目组网

本项目包括11个 56 用户的云教室。每个云教室的组网如下：

每个云教室的硬件包括：

1、50台云终端一体机

2、1 台教师 PC 机

3、一台服务器

4、3 台 24 口交换机

5、一台路由器，路由器接互联网或者校园网。

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