基于高校資產(chǎn)信息采集與投資優(yōu)化的研究

陳貴云　陳超云　張文

【摘 要】 文章以高校資源合理配置為出發(fā)點(diǎn)，著力解決建設(shè)經(jīng)費(fèi)在高校資產(chǎn)更換過(guò)程中的覆蓋面及其利用率問(wèn)題，提出利用高校資產(chǎn)信息采集系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)投資行為，并以直觀、可視化的圖形或圖像呈現(xiàn)給投資者解決方案。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決信息采集的可靠性、并發(fā)性、沖突性，以及性能等相關(guān)問(wèn)題，將是今后資產(chǎn)管理系統(tǒng)一個(gè)重要的發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】 高校資產(chǎn)； 信息采集； 投資優(yōu)化； J2EE； 沖突

一、引言

高校資產(chǎn)已經(jīng)成為一所高?？蒲兴健F(xiàn)代化建設(shè)，以及創(chuàng)新性建設(shè)的重要標(biāo)志。在資金有限、設(shè)備更新較快較多的情況下，高校會(huì)出現(xiàn)資金數(shù)額無(wú)法滿足實(shí)驗(yàn)室建設(shè)需求的情況，因此合理地投放資金成為了高校資產(chǎn)管理最為核心的問(wèn)題。那么，什么是建設(shè)的重要依據(jù)呢？實(shí)驗(yàn)設(shè)備信息采集系統(tǒng)就是建設(shè)的重要依據(jù)。通過(guò)系統(tǒng)采集到的設(shè)備使用率這個(gè)有效指標(biāo)，除了能夠解決實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、設(shè)備投資優(yōu)化等問(wèn)題外，還可以作為實(shí)驗(yàn)室兼并重組的重要依據(jù)。所以實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用情況作為一種有效的信息，在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)優(yōu)化等方面具有重要意義，同時(shí)，對(duì)于設(shè)備信息的采集也是一個(gè)實(shí)驗(yàn)室管理者值得研究的問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)信息的采集，以及將采集來(lái)的信息以可視化的圖形圖像界面展現(xiàn)給用戶，本文所討論的系統(tǒng)基于B/S和C/S兩種模式，在采集端以基于PC或其他智能終端C/S的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)信息的采集，在信息匯總端采用B/S模式架構(gòu)，將設(shè)備的使用信息以Web瀏覽方式顯示給用戶。

二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

（一）系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)包含三個(gè)服務(wù)器，分別是應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、Web服務(wù)器（圖1所示）。

1.應(yīng)用服務(wù)器

基于C/S模式架構(gòu)，與前端的客戶機(jī)協(xié)同工作。負(fù)責(zé)監(jiān)聽(tīng)客戶機(jī)發(fā)出的消息，將客戶機(jī)采集到的信息通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器寫入數(shù)據(jù)庫(kù)中。該子系統(tǒng)為整個(gè)系統(tǒng)的核心模塊，負(fù)責(zé)信息的采集工作。該子系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮到影響采集質(zhì)量的因素，如并發(fā)性訪問(wèn)、海量數(shù)據(jù)、消息傳遞機(jī)制等。

2.數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器

連接該系統(tǒng)唯一的數(shù)據(jù)庫(kù)，用于和數(shù)據(jù)庫(kù)之間的交互，任何訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作必須經(jīng)過(guò)該服務(wù)器，此外該服務(wù)器還具有訪問(wèn)合法性檢查、數(shù)據(jù)定期備份等功能。

3.Web服務(wù)器

為用戶提供與信息查詢相關(guān)的Web服務(wù)，該子系統(tǒng)是典型的基于B＼S模式架構(gòu)的，以J2EE框架實(shí)現(xiàn)，并采用MVC經(jīng)典模型，整合了當(dāng)前流行框架Struts+Hibernate+Spring（SSH），在數(shù)據(jù)的持久化、信息查詢的高效性等方面作了相關(guān)優(yōu)化處理。

（二）數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方案

注：為了降低問(wèn)題的復(fù)雜性，本文討論的實(shí)驗(yàn)設(shè)備暫為微型計(jì)算機(jī)。因?yàn)槿魏卧O(shè)備若要對(duì)其進(jìn)行智能化監(jiān)控必須綁定一個(gè)智能終端，如：PDA，PPC，MT等。

數(shù)據(jù)庫(kù)作為該系統(tǒng)的核心，所有的記錄信息都保存在數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中。此外，數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)的好壞很大程度上影響著系統(tǒng)的執(zhí)行效率。

通過(guò)需求分析可知（圖2所示），該系統(tǒng)涉及到實(shí)驗(yàn)室、PC終端、學(xué)生、班級(jí)、課程、教師、記錄（學(xué)生記錄和教師記錄）八類對(duì)象，映射到數(shù)據(jù)庫(kù)中為相應(yīng)的八張核心表。在所有表中最重要的是學(xué)生記錄表，因?yàn)樵撚涗浭菍W(xué)生使用微機(jī)的重要憑證，其中的記錄需保存學(xué)生一次上機(jī)的起始時(shí)間。微機(jī)的使用率、學(xué)生的到課率等相關(guān)信息都依據(jù)該記錄。為了提高系統(tǒng)性能，對(duì)學(xué)生記錄表不設(shè)置任何外鍵，只通過(guò)學(xué)生的學(xué)號(hào)和微機(jī)的物理地址（MAC地址）關(guān)聯(lián)。

三、優(yōu)化措施

（一）沖突優(yōu)化

由于此系統(tǒng)的工作環(huán)境屬于高并發(fā)性環(huán)境，最壞的情況為所有機(jī)房的所有微機(jī)都在同一時(shí)刻與信息采集服務(wù)器通信，當(dāng)然服務(wù)器同一時(shí)刻不可能同時(shí)處理這些通信請(qǐng)求，于是便產(chǎn)生了沖突。雖然，數(shù)據(jù)庫(kù)連接池模型可以有效地提高工作效率，使CPU能夠充分利用有限的時(shí)間片，在盡量短的時(shí)間內(nèi)處理盡量多的請(qǐng)求，但是仍舊無(wú)法完全避免同一時(shí)刻的通信請(qǐng)求。

退避算法的提出能夠有效解決這種沖突問(wèn)題（圖3所示）。每當(dāng)客戶機(jī)向服務(wù)器發(fā)出通信請(qǐng)求時(shí)，都會(huì)啟動(dòng)一個(gè)計(jì)時(shí)線程記錄客戶機(jī)的等待時(shí)間和沖突的次數(shù)，如果客戶機(jī)發(fā)出請(qǐng)求后服務(wù)器超過(guò)5秒應(yīng)答認(rèn)為請(qǐng)求超時(shí)，沖突次數(shù)（n）加一，之后等待2n秒后再加上2n乘以一個(gè)0到1的隨機(jī)數(shù)，最后取整得到延遲時(shí)間S，等待S秒后再重新發(fā)送通信請(qǐng)求，當(dāng)沖突次數(shù)達(dá)到8后認(rèn)為與服務(wù)器失去連接，并將相關(guān)消息返回到客戶端。

經(jīng)實(shí)際測(cè)試，在100臺(tái)機(jī)器的測(cè)試環(huán)境下，當(dāng)設(shè)定等待時(shí)間為5秒，最大沖突次數(shù)為8時(shí)，在1小時(shí)內(nèi)通過(guò)退避算法有效避免沖突671次，且沖突數(shù)最高為3，即在100個(gè)隨機(jī)并發(fā)環(huán)境下單機(jī)持續(xù)沖突的次數(shù)不超過(guò)3。等待時(shí)間（T）=2n+2n×Random（秒）。

（二）線程池并發(fā)性處理

由于服務(wù)器在接收到客戶機(jī)消息的同時(shí)還會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)操作，因而使用線程池模型（圖4所示）能夠顯著提高服務(wù)器的效率。當(dāng)服務(wù)器接收到客戶端的消息后，根據(jù)消息的內(nèi)容創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)模型（TaskModel）用來(lái)處理相關(guān)業(yè)務(wù)，然后把任務(wù)傳遞給線程池處理，當(dāng)線程池中的活動(dòng)線程達(dá)到最大時(shí)任務(wù)進(jìn)入等待隊(duì)列等候處理，否則從線程池中取出一個(gè)就緒線程處理該任務(wù)。

該線程池模型同時(shí)設(shè)置了線程池活動(dòng)線程數(shù)量（corePoolSize）、最大線程數(shù)量（maximumPoolSisze）、等待隊(duì)列的最大長(zhǎng)度（workQueueSize）、當(dāng)?shù)却?duì)列達(dá)隊(duì)滿時(shí)對(duì)新到線程采取的策略（policy）、線程池的最長(zhǎng)保持時(shí)間（keepAliveTime）參數(shù)。

四、信息采集解決方案

（一）學(xué)生端信息采集

當(dāng)學(xué)生上機(jī)登錄系統(tǒng)時(shí)（圖5所示），系統(tǒng)向服務(wù)器發(fā)送登錄信息，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證后在數(shù)據(jù)庫(kù)中寫入相關(guān)條目并向客戶端返回該條目在數(shù)據(jù)庫(kù)中的唯一標(biāo)識(shí)rid，之后只要該學(xué)生沒(méi)有退出客戶端，客戶端便每隔一段時(shí)間向服務(wù)器發(fā)送更新信息，服務(wù)器便根據(jù)此rid更新該條目的最后時(shí)間為當(dāng)前時(shí)間。該學(xué)生此次登錄的總時(shí)間為最后時(shí)間—登錄時(shí)間。

（二）教師端信息采集

當(dāng)教師登錄客戶端時(shí)（圖6所示），經(jīng)過(guò)服務(wù)器驗(yàn)證信息，若驗(yàn)證通過(guò)則返回該教師的班級(jí)和課程給客戶端，客戶端收到后供教師選擇，當(dāng)教師正確選擇后向服務(wù)器發(fā)送選擇信息，服務(wù)器便將此信息記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中。教師此條登錄信息具有重要意義，服務(wù)器根據(jù)該記錄通過(guò)時(shí)間和班級(jí)兩個(gè)字段就可以關(guān)聯(lián)到該機(jī)房當(dāng)前正在上該老師課的所有學(xué)生。

五、結(jié)論

（一）B/S信息查詢框架

由于該系統(tǒng)涉及到的業(yè)務(wù)邏輯較為復(fù)雜，同時(shí)為了確保數(shù)據(jù)的一致性和準(zhǔn)確性，該系統(tǒng)采用三層結(jié)構(gòu)，即表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)層，持久層（圖7所示）。用戶通過(guò)瀏覽器將請(qǐng)求發(fā)送給表現(xiàn)層，表現(xiàn)層根據(jù)請(qǐng)求的業(yè)務(wù)，將請(qǐng)求傳遞給相關(guān)的業(yè)務(wù)層，業(yè)務(wù)層完成相關(guān)的業(yè)務(wù)邏輯并通過(guò)持久層來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)持久化操作。

該Web系統(tǒng)基于Tomcat/JBoss服務(wù)器，采用JSP、J2EE技術(shù)，整合了SSH框架。系統(tǒng)表現(xiàn)層基于Struts框架開(kāi)發(fā)，業(yè)務(wù)邏輯層采用Spring面向切面技術(shù)，極大降低了模塊之間的耦合，在持久層中應(yīng)用Hibernate框架，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的增刪改查。系統(tǒng)在內(nèi)部運(yùn)用各種技術(shù)提高系統(tǒng)的性能，保證查詢框架的正常運(yùn)行，而系統(tǒng)外部借助美工技術(shù)，將界面設(shè)計(jì)得簡(jiǎn)潔大方，盡可能降低用戶使用系統(tǒng)的復(fù)雜度。

（二）B＼S信息查詢框架

該系統(tǒng)在C/S端設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮服務(wù)器的處理能力和通信能力，應(yīng)用多種技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)（表1所示）。如處理通信沖突時(shí)通過(guò)結(jié)合退避算法有效地避免了并發(fā)性沖突；在處理服務(wù)器處理能力上，為了服務(wù)器能夠在有限的時(shí)間片內(nèi)處理更多的數(shù)據(jù)并減少CPU等待時(shí)間，引入線程池模型；通過(guò)把每個(gè)獨(dú)立的任務(wù)制作成一個(gè)單獨(dú)的線程交給線程池去處理，從而提高了服務(wù)器的處理性能。此外，在其他優(yōu)化服務(wù)器性能的措施上還采用了自定義消息處理框架、Java反射機(jī)制、哈希映射集等技術(shù)。在真實(shí)測(cè)試環(huán)境下系統(tǒng)運(yùn)行正常，隨著終端數(shù)量的增加沖突也在增加，但是通過(guò)前述的一系列優(yōu)化措施，有效地提高了數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 刁叔鈞.基于資源共享的高校實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化管理初探[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010，29（8）：154-156.

[2] 陳六平.關(guān)于當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室管理及實(shí)驗(yàn)教學(xué)中若干問(wèn)題[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009，28（1）：152-156.

[3] Stephen Asbary. Developing Java Enterprise Applications[M].王強(qiáng)，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[4] David Flanagan.Thinking in Java[M].Third Edition by Bruce Eckel，2003.

[5] 鄺孔武，王曉敏.信息系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.

[6] 中國(guó)就業(yè)培訓(xùn)技術(shù)指導(dǎo)中心.信息采集實(shí)用技術(shù)[M]. 北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2008.

[7] Henry F.Korth S.Sudarshan. Database System Concepts[M].楊冬青，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[8] Sam Lightstone. Physical Database Design[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[9] David M.Kroenke. Database Concepts[M].姜玲玲，馮飛，譯.北京：清華大學(xué)出版社，2008.

[10] 林鎮(zhèn)燦.Web信息采集和統(tǒng)計(jì)技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2010.

[11] 方麗英，閆健卓，王普，劉宇輝.面向數(shù)據(jù)集成的基于規(guī)則的自動(dòng)語(yǔ)義轉(zhuǎn)換[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008（3）：15-18.