數字化校園教學資源共享平臺設計

張錦宇　朱富麗

摘要：由于對不同訪問請求的反饋缺乏差異化機制，導致資源共享平臺的運行狀態穩定性較低，為此，提出數字化校園教學資源共享平臺設計，構建了以FPGA服務器和云盒為基礎的硬件環境，利用處理器強大的計算能力，實現平臺的多源資料上傳模式，在云盒的傳輸支持下，服務器的2個RAID對上傳資料的正確性進行判斷，當接收到訪問請求時，平臺按照瀏覽、查詢、下載三種模式，定制了三種不同的顯示方式，以此降低平臺的運行負載，提高穩定性。測試結果表明，系統的訪問響應時間基本穩定在2.0s以內，具有較高的穩定性。

關鍵詞：訪問請求;教學資源;共享平臺

中圖分類號：G434? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）07-0071-02

與傳統教學方式相比，在疫情的影響下，線上教學更能滿足現階段教學條件與教學需求，其不僅打破了傳統教學對空間的限制，也最大限度降低了教學的時間成本，學生在覆蓋網絡的環境中即可參與到教學活動中。但隨著線上教學活動的不斷開展，構建與之匹配的教學資源共享平臺成為推進其發展的重要環節。在課前以及課后階段，學生的預習以及復習都離不開教學資源的輔助，特別是對于高等院校而言，學生人數較多，專業和對應的課程也相對較多，教學資源共享平臺需要具備同時承載大規模訪問的能力[1]。為此，本文提出數字化校園教學資源共享平臺設計，以期為實現教學資源的高效共享提供幫助。

1 硬件設計

1.1 FPGA服務器

由于高校的教學資源存在明顯的多樣化，海量化的特征，并且隨著辦學時間段增加，對應的教學資源也會逐漸累積，數量越來越多，這就要求資源共享平臺的服務器具有較高的運行速度[2]。因此，本文選擇Power Edge R550作為本文設計平臺的FPGA服務，其背板是SAS/SATA，機箱大小為3.5英寸，內含的8 ChipsetSATA硬盤可以滿足海量資源的存儲需求，搭載英特爾至強系列銀牌4309Y CPU，可滿足2.8G運行需求，其余指標分別為8C/16T， 10.4GT/s，12M的緩存速度為資源的下載提供更高效率。雙列RAID 型號均為C20，屬于含嵌入式SATA的驅動，適用于SATA HDDs、SATA的混合驅動需求[3]。內置存儲控制器為S150，適用于不同的RAID，硬盤大小為2TB，在600W電源支持下可以實現穩定運行，最大限度降低了對電源的要求

1.2 云盒

為了適應數字化教學的使用需求，平臺的云盒為SZ10-CBO，其可以最大限度滿足智慧終端用戶對平臺的使用需求，內置防浪涌系統、電源轉換系統、交流/直流電源控制和計量系統、數據采集系統、網絡路由和交換系統，配合智慧終端設備，可以實現對平臺的輕松管理。設計充分考慮了平臺應用的多功能性和穩定性需求，以物聯網技術為基本構架，允許安全硬件的接入[4]。在WIFI、4G以及網口條件下均可實現運行，接入互聯網的方式為光口，并支持在多網中同時在線，其中，光口可以實現光纖二層組網，在環型、鏈型組網中均可靈活運行。可增減的嵌入式交換通信模塊使得配置網絡端口可以適應不同規模業務對端口的使用需。內置的LoRa（支持LoRaWAN協議和私有協議）、ZigBee協議支持數據的透明傳輸，MODBU可以實現對SCADA Modbus指令的記憶，更加便于用戶的使用。

2 軟件設計

2.1 教學資源上傳

為了降低由于資源來源限制對平臺價值的抑制，本文設計平臺的資源上傳不受用戶屬性限制，這就意味著，無論是教師還是學生，高校內所用平臺用戶都可以作為資源上傳者存在。考慮到這種對多源的數據收集方式對平臺計算能力的要求，本文利用Power Edge R550中的blobstore構建資源上傳通道，以成員方法 create-uplaod-url實現上傳資源在平臺內的同步。考慮到部分資源的上傳數量較多，重復操作不僅會降低用戶的使用感受，也會影響平臺的運行效率，因此在Power Edge R550的bolb-info功能內構建了 key 選項。通過這樣的方式，用戶可以將待上傳的資料以關鍵詞的形式進行個性化選擇，并實現集中上傳。

2.2 教學資料審核

值得關注的是，平臺的多源信息上傳模式最明顯的問題就是對上傳資料可靠性的判斷。為此，本文將上傳請求中的資料暫時存儲在SZ10-CBO的預處理數據庫內，之后，利用 AppHelper內的is-ValidResoure對資源進行檢查。首先是對資料基本準確性的審核，包括錯別字、符號、專有名詞表述方式。在服務器的1個RAID中輸入resrces 字段值，嵌入資源來源的 ID 值同時，利用 request 內的 get-all對資料的內容進行審核，審核的標準以資料對應專業的已有資源為準。對于未通過審核的資源，直接返回至用戶端，并提示不符合上傳標準。對于通過審核的資源，通過ZigBee協議以同名的方式傳輸到平臺存儲模塊，利用Resource 的成員方法 get-by-id 將該教學資源映射到閾值對應的學科數據庫中，并利用服務器的另1個RAID將這些新的信息與舊的信息進行相似度計算，對于相似度達到70%以上的資源，同樣作返回處理，對于重復率在5%以下的資源，發送至教師審核模塊，通過人工審核的方式對內容的正確性進行分析，當審核結果為通過時，則允許上傳，否則返回至用戶端。

2.3 教學資源訪問

當平臺接收到用戶的訪問請求時，首先利用urllib 內的unquote對請求進行解析，以關鍵詞的形式明確訪問的目標，并將其分為瀏覽、查詢、下載三種，在通過SCADA Modbus對輸入的訪問輸入內容進行記憶，當類似的訪問請求再次出現時，最大限度降低目標解析時間。當解析結果為瀏覽時，平臺顯示的資源以直接資料題目與內容概要為全部內容，以便用戶可以快速在顯示結果中確定目標對象，也降低平臺對資源的加載時間，縮短反饋時間;當解析結果為查詢時，平臺顯示的結果以題目或簡短敘述的形式出現，以最直觀顯示查詢內容為目標;當解析結果為下載時，顯示的內容為符合訪問請求的全部資料內容，以此確保用戶對下載的內容有初步的了解，避免下載的資料與實際需求出現偏差，導致多次下載，增加平臺的運行負載，影響運行效率。

3 平臺測試

將本文設計的共享平臺應用于實際的高校教學過程中，測試其在不同使用條件下的性能。

3.1 測試目標

本文設計的教學資源共享平臺主要是為了解決高校學生大規模集中性訪問狀態下平臺對請求的處理遲緩問題，因此，在實驗過程中，性能測試主要以平臺并發處理能力為目標，為了量化處理結果，本文將平臺響應時間作為評價指標進行測試。考慮到平臺在實際的應用過程中面對的環境，實驗最大限度還原了不同程度的平臺使用需求，結合平臺設計的基礎條件，平臺的運行指標需要滿足以下條件：允許最大并發請求數量為1000，請求處理效率不低于200 事物/秒，對于單個請求的反饋時間不超過3s，并定義反饋時間在1s以內為響應速度迅捷;反饋時間在1～2s范圍內為響應速度正常;反饋時間在2～3s范圍內為響應速度緩慢;反饋時間在大于3s則認為響應速度超時。

3.2 平臺測試過程及結果

在測試開始前，首先利用 LOADRUNNER 性能測試工具中的 Vuser Generator 錄入性能測試執行腳本。在確認測試環境后，在平臺無壓力情況的狀態下將測試平臺應用服務器發送業務請求并接收返回結果腳本在平臺中進行50次測試，并計算其平均響應時間，最終結果為0.62s，以此作為衡量平臺響應時間的基準。

以此為基礎，首先對單訪問請求負載狀態下的平臺響應時間進行測試，在平臺中每種教學資源中加載大小分別為10%、20%以及30%的負載，再測試用戶請求獲取目標資源的時間以及CPU和內存情況。為了提高測試結果的可靠性，用戶數量設置為100，將其測試結果的均值作為實驗最終結果，其結果如表1所示。

從表1中可以看出，本文設計的平臺能夠實現負載條件下的高效運行，滿足用戶的資源訪問請求。

其次就是對平臺穩定性的測試，根據結合高校的實際教學資源訪問處理業務量需求設置平臺峰值，并定義其為100%。按照這樣的標準，在負載狀態為30%狀態下，分別設置并發請求規模為峰值的60%、80%、100%以及120%時平臺的響應時間及CPU和內存情況。

從表2中可以看出，平臺仍具有巨大的應用潛力，可以適應更大規模的教學使用需求。

4 結束語

隨著信息時代的到來，計算機技術在越來越多領域開始發揮重要作用，教學領域也不例外。在此基礎上，各大高校積極探索線上教學模式，并構建了以教學資源共享為目標的學習平臺，為線上教學的實施提供基礎。本文提出的數字化校園教學資源共享平臺設計，在不同程度負載和并行請求狀態下的高效運行，響應時間可以滿足用戶的使用需求。通過本文的研究，以期為促進高校的數字化教學模式發展提供有價值的參考。

參考文獻：

[1] 魏妍.大數據時代高校信息化教學資源共享平臺構建探析[J].電腦編程技巧與維護，2021（6）：92-93.

[2] 劉藝，孫延斌，鞏麗虹，等.基于云計算的藥學實驗室教學資源共享平臺的設計與構建[J].電子元器件與信息技術，2021，5（3）：175-176.

[3] 祝小玲.高職軟件技術專業教學資源庫云平臺的校際共享研究與實踐[J].科教導刊（上旬刊），2020（34）：28-29.

[4] 朱維巍，董瑞麗.高職專業教學資源庫平臺升級改進策略研究——以金融專業教學資源庫為例[J].武漢職業技術學院學報，2020，19（4）：27-31.

【通聯編輯：張薇】

收稿日期：2021-07-15

基金項目：河南省高等學校重點科研項目：教育信息化2.0背景下河南省高校課堂教學模式變革研究（20B880007）;河南牧業經濟學院“課程思政”教改項目：信息技術與課程思政融合創新教學模式構建研究（KCSZ-202029）

作者簡介：張錦宇（1983—），男，河南鄭州人，講師，碩士，研究方向為計算機軟件技術。