基于均衡任務(wù)調(diào)度的網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)管理系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

王海燕++丁雨

摘 要： 各高校中現(xiàn)存在網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)管理系統(tǒng)資金投入大、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且實訓(xùn)與理論教學(xué)平衡力不強的問題，導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生了較多的錯誤編碼，并且對實訓(xùn)項目的增益程度不強。為了解決該問題，以低成本為前提，對基于均衡任務(wù)調(diào)度的網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)管理系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計。所設(shè)計的系統(tǒng)通過分析網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)效果影響因素，以實訓(xùn)項目為任務(wù)節(jié)點，構(gòu)建均衡任務(wù)調(diào)度模型，對網(wǎng)絡(luò)工程的實訓(xùn)流程進行優(yōu)化。并使用B/S模式設(shè)計系統(tǒng)功能模塊，實現(xiàn)系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)工程的實訓(xùn)項目內(nèi)容的合理調(diào)整。實驗結(jié)果表明，與各高校現(xiàn)存的系統(tǒng)相比，所設(shè)計的優(yōu)化系統(tǒng)擁有誤碼率低、實訓(xùn)項目增益率高的特點。

關(guān)鍵詞： 均衡任務(wù)調(diào)度； 網(wǎng)絡(luò)工程； 實訓(xùn)管理系統(tǒng)； 優(yōu)化設(shè)計

中圖分類號： TN711?34； TP311.52 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）12?0179?04

Abstract： The network engineering training management systems existing in universities need large amount of funding， have complex system structures and weak balance force between practical training and theory teaching， which is possible of making the systems produce more incorrect codes. In addition， the systems can not result in strong gain for training projects. Therefore， on the premise of low cost， an optimization design is conducted for the network engineering practice training management system based on equilibrium task scheduling. The system takes practical training as the task node to build a balanced task scheduling model and optimize the training process of network engineering on the basis of analyzing the influence factors on network engineering practice training effect. B/S pattern is adopted to design the system function module to achieve the system′s reasonable adjustment for the content of the network engineering training project. The experimental results show that， compared with the system existing in each university， the designed optimization system has the characteristics of low bit error rate and high training project gain rate.

Keywords： balanced task scheduling； network engineering； training management system； optimization design

0 引 言

網(wǎng)絡(luò)工程作為一門社會人才缺口很大的學(xué)科，其實訓(xùn)對學(xué)生和用人單位來說是至關(guān)重要的。為此，各高校中的實訓(xùn)室已成為培養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)工程人才的重要場所，網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)管理系統(tǒng)由此產(chǎn)生[1]。目前，各高校中的網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)管理系統(tǒng)已無法滿足使用需求，通常表現(xiàn)在資金投入大、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、實訓(xùn)與理論教學(xué)平衡力不強等方面，導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生了較多的錯誤編碼，并且對實訓(xùn)項目的增益程度不強[2]。

文獻[3]為北京大學(xué)設(shè)計了一款網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)管理系統(tǒng)，這一系統(tǒng)使用流程圖和列表的形式對學(xué)生進行實訓(xùn)，并擁有經(jīng)驗交流版塊，屬于中級實訓(xùn)管理系統(tǒng)，各項性能較為平庸。文獻[4]中描述的是哈爾濱工業(yè)大學(xué)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)所使用的實訓(xùn)管理系統(tǒng)，其等級為初級，主要通過文字方式為學(xué)生布置實訓(xùn)任務(wù)，著重進行實訓(xùn)室的硬件管理，因此系統(tǒng)的誤碼率非常低，但并不具有較高的實訓(xùn)項目增益率。北方航空大學(xué)使用的網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)管理系統(tǒng)于文獻[5]中進行了具體優(yōu)化設(shè)計，優(yōu)化后的系統(tǒng)開啟了論壇和反饋模塊，并深度結(jié)合了原系統(tǒng)的文本實訓(xùn)任務(wù)布置模塊和實時通知模塊，對實訓(xùn)項目的增益程度屬各高校中的上乘。文獻[6]使用實時通知、文本和流程圖相結(jié)合的實訓(xùn)方式，為武漢大學(xué)的網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)設(shè)計出一種誤碼率低、實訓(xùn)項目增益率高的實訓(xùn)管理系統(tǒng)，但其開發(fā)價格過于昂貴，無法在普通高校推廣。

通過對各高校的網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)管理系統(tǒng)進行分析，以低成本為前提，使用均衡任務(wù)調(diào)度方法對網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)管理系統(tǒng)進行優(yōu)化。實驗結(jié)果證明，與各高校現(xiàn)存的系統(tǒng)相比，所設(shè)計的優(yōu)化系統(tǒng)擁有誤碼率低、實訓(xùn)項目增益率高的特點。

1 網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)

網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)的目的是對探索型的信息化人才進行培養(yǎng)，以滿足我國對高素質(zhì)網(wǎng)絡(luò)工程技術(shù)人員的需求。網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)應(yīng)側(cè)重于實際應(yīng)用，以提高學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)工程工作的應(yīng)變能力。這就需要學(xué)生在充分掌握基本知識的前提下，循序漸進地去克服工作中的各種阻礙，這也是在網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)管理系統(tǒng)設(shè)計過程中應(yīng)進行重點考慮的問題[7]。在網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)管理系統(tǒng)的應(yīng)用中，往往會出現(xiàn)一些消極因素影響學(xué)生的實訓(xùn)效果，本文對這些因素進行了整理和分析，并繪制成因果圖，如圖1所示。

從圖1可看出，影響網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)管理系統(tǒng)實訓(xùn)效果的因素可概括為學(xué)生自身因素和高校教育體系因素兩方面。如果能對網(wǎng)絡(luò)工程的實訓(xùn)流程管理項目進行合理調(diào)度，便能夠有效調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，這樣也可間接改善高校教育體系的弊端[8]。

由此可以總結(jié)出對網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)管理系統(tǒng)的初步設(shè)計思路：系統(tǒng)將使用均衡任務(wù)調(diào)度方法對網(wǎng)絡(luò)工程的實訓(xùn)流程進行合理優(yōu)化，以改善學(xué)生消極情緒，減少系統(tǒng)崩潰率；再通過設(shè)計系統(tǒng)的各功能模塊對實訓(xùn)項目內(nèi)容進行調(diào)整，增強學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)工程基礎(chǔ)知識的熟悉程度，進而調(diào)節(jié)高校與企業(yè)之間的關(guān)系。

2 網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)管理系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

2.1 基于均衡任務(wù)調(diào)度的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

均衡任務(wù)調(diào)度是一種使用資源均衡分配進行決策的方法，在使用基于均衡任務(wù)調(diào)度的網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)管理系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)流程進行優(yōu)化的過程中，均衡任務(wù)調(diào)度能夠使實訓(xùn)流程更加合理并且智能化程度更高。

將一個網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)流程中學(xué)生的實訓(xùn)項目看成若干個任務(wù)節(jié)點，使用均衡任務(wù)調(diào)度對這些節(jié)點進行對比、排序，組成一個均衡任務(wù)調(diào)度模型，模型工作流程如圖2所示。

由圖2可知，所設(shè)計的基于均衡任務(wù)調(diào)度的網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)管理系統(tǒng)將在均衡任務(wù)調(diào)度模型中進行實訓(xùn)項目分配，系統(tǒng)現(xiàn)將初始網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)流程設(shè)為0，如果該流程中的實訓(xùn)項目沒有完全覆蓋學(xué)生已掌握的網(wǎng)絡(luò)工程基礎(chǔ)知識，則需要在模型中加入新的任務(wù)節(jié)點，并同時替換掉流程0。均衡任務(wù)調(diào)度模型中最重要的一項工作就是如何保證新任務(wù)節(jié)點中的實訓(xùn)項目不會導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生消極情緒，這是能夠獲取網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)流程最佳優(yōu)化結(jié)果的直接條件，也是提高系統(tǒng)實訓(xùn)項目增益率的基礎(chǔ)保障[9]。

如果設(shè)系統(tǒng)中共有個實訓(xùn)項目和個可進行正常調(diào)度工作的任務(wù)節(jié)點，由于每個實訓(xùn)項目與學(xué)生所在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的通信距離不相等，因此系統(tǒng)的通信延時不能被抵消。將通信延時對系統(tǒng)調(diào)度工作的影響比重設(shè)為，默認情況下，各高校也可根據(jù)實訓(xùn)室網(wǎng)絡(luò)狀況對進行調(diào)節(jié)。此外，實訓(xùn)室以及系統(tǒng)線路會存在負載，其比重可用表示。使用均衡任務(wù)調(diào)度方式對延時比重和線路比重進行平衡，二者的平衡比例分別用和表示，那么，網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)工作調(diào)度均衡度可表示為：

2.2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

本文采用B/S模式對基于均衡任務(wù)調(diào)度的網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)管理系統(tǒng)進行設(shè)計。B/S模式指Browser/Server，即瀏覽器/服務(wù)器模式，這種模式的實現(xiàn)成本極低，并且穩(wěn)定性非常好，能夠為均衡任務(wù)調(diào)度提供良好的硬、軟件支持平臺，并有效簡化系統(tǒng)各功能模塊對實訓(xùn)項目內(nèi)容調(diào)整工作的難度[10]。系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)如圖3所示。

從圖3可看出，所設(shè)計的基于均衡任務(wù)調(diào)度的網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)管理系統(tǒng)將瀏覽器端設(shè)置成網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)工作的數(shù)據(jù)終端，并使用超文本傳輸協(xié)議作為通信模塊的響應(yīng)基礎(chǔ)，使實訓(xùn)學(xué)生自身狀態(tài)數(shù)據(jù)（通常指學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)工程基礎(chǔ)知識的掌握情況以及學(xué)生的情緒）能夠從瀏覽器端精準(zhǔn)傳輸?shù)椒?wù)器端。

服務(wù)器端擁有四個功能模塊，其中，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的靈活性很高，可對實訓(xùn)學(xué)生自身狀態(tài)數(shù)據(jù)進行編譯，編譯后的數(shù)據(jù)更易被妥善處理，處理工作將交由用戶服務(wù)模塊進行實現(xiàn)。用戶服務(wù)模塊負責(zé)對實訓(xùn)學(xué)生自身狀態(tài)進行深度挖掘，根據(jù)挖掘結(jié)果便能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)工程的實訓(xùn)項目內(nèi)容進行合理調(diào)整。

權(quán)限管理模塊為關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和用戶服務(wù)模塊提供用戶權(quán)限保護，無實訓(xùn)項目修改權(quán)限的用戶不能查看服務(wù)器端的處理流程，只能通過數(shù)據(jù)存儲模塊查看修改后的實訓(xùn)項目列表。

3 實驗測試

現(xiàn)通過實驗對本文系統(tǒng)的誤碼率和實訓(xùn)項目增益率進行測試，使用的測試方法包括白盒測試和黑盒測試。實驗對照組包括哈爾濱工業(yè)大學(xué)和武漢大學(xué)正在使用的網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)管理系統(tǒng)，分別將二者設(shè)置為對照組1，2。白盒測試是一種依照系統(tǒng)工作流程進行開發(fā)，可對系統(tǒng)內(nèi)部功能進行驗證的方法，在本文實驗中用于測試系統(tǒng)的誤碼率；黑盒測試則是用來檢測系統(tǒng)內(nèi)部功能所能達到的預(yù)期結(jié)果，故將其應(yīng)用于對系統(tǒng)實訓(xùn)項目增益率的測試中。實驗結(jié)果如圖4、圖5所示。

對比圖4、圖5可看出，本文系統(tǒng)在誤碼率和實訓(xùn)項目增益率的性能表現(xiàn)上均具有較為明顯的優(yōu)勢。

為了得出更有說服力的實驗數(shù)據(jù)，將圖4、圖5中三個系統(tǒng)的實驗數(shù)據(jù)去掉一個極大值和極小值，求取剩余數(shù)據(jù)的平均值并匯總于表1。由表1可得知，本文系統(tǒng)的誤碼率平均值分別低于其他兩個系統(tǒng)1.81倍和4.58倍，而實訓(xùn)項目增益率平均值則高于其他兩個系統(tǒng)1.55倍和3.08倍，證明本文系統(tǒng)擁有誤碼率低、實訓(xùn)項目增益率高的特點。

表1 實驗數(shù)據(jù)匯總對比表 %

4 結(jié) 論

本文以低成本為前提，使用均衡任務(wù)調(diào)度方法對網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)管理系統(tǒng)進行優(yōu)化，并對均衡任務(wù)調(diào)度模型和低成本結(jié)構(gòu)的B/S模式系統(tǒng)功能模塊進行了重點設(shè)計，有效避免了消極因素對網(wǎng)絡(luò)工程實訓(xùn)的影響。實驗結(jié)果證明，與各高校正在使用的系統(tǒng)相比，所設(shè)計的系統(tǒng)擁有誤碼率低、實訓(xùn)項目增益率高的特點。

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