中間件及消息推送技術(shù)在K12教育中的應(yīng)用和改進(jìn)

王 斌，王勤為，侯祥宇（中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410083）

中間件及消息推送技術(shù)在K12教育中的應(yīng)用和改進(jìn)

王 斌，王勤為，侯祥宇
（中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410083）

K12教育環(huán)境中課堂教育幾乎在同一時(shí)刻進(jìn)行，大多數(shù)課堂互動(dòng)系統(tǒng)難以承受瞬時(shí)并發(fā)壓力，同時(shí)受限于有限的硬件資源，該類系統(tǒng)通常局限于局域網(wǎng)環(huán)境.針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種分布式的數(shù)據(jù)采集、消息推送中間件，該中間件能有效降低服務(wù)器壓力，具備良好的擴(kuò)展性.同時(shí)，對(duì)消息推送中TCP長(zhǎng)連接機(jī)制進(jìn)行了優(yōu)化，提出了一種動(dòng)態(tài)心跳頻率策略DHFS，該策略能根據(jù)移動(dòng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整心跳頻率.相比固定心跳頻率策略，它能有效節(jié)省移動(dòng)設(shè)備的電量和流量.通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了中間件和DHFS的有效性.

K12教育；課堂互動(dòng)；輔助教學(xué)；分布式中間件；自適應(yīng)消息推送機(jī)制

K12是國(guó)際上對(duì)基礎(chǔ)教育的統(tǒng)稱，K12代表從小學(xué)一年級(jí)到高中三年級(jí)的中小學(xué)教育.隨著IT技術(shù)的發(fā)展，教育界對(duì)傳統(tǒng)教育模式提出了新的需求.一些新的教學(xué)模式開(kāi)始萌芽，包括網(wǎng)上課堂、在線作業(yè)、在線考試等形式［1-3］，但這些形式有一些缺陷.線上教育要求學(xué)生主動(dòng)完成學(xué)習(xí)任務(wù)，脫離了傳統(tǒng)教育模式中教師的監(jiān)督，年齡較小和自控力差的學(xué)生往往難以主動(dòng)完成學(xué)習(xí)任務(wù).

針對(duì)K12教育環(huán)境的獨(dú)特特點(diǎn)，一類名為“課堂互動(dòng)”的教育支撐平臺(tái)開(kāi)始興起，它并沒(méi)有完全改變傳統(tǒng)教育模式，而是作為傳統(tǒng)教育模式的一種輔助手段，它結(jié)合了傳統(tǒng)教育和遠(yuǎn)程教育兩者的優(yōu)點(diǎn)，既能利用傳統(tǒng)教育模式監(jiān)督學(xué)生自主完成學(xué)習(xí)任務(wù)，也能減少教師的手工勞動(dòng).課堂互動(dòng)系統(tǒng)一般由無(wú)線答題器，信號(hào)接收基站和支撐軟件平臺(tái)3部分組成.答題器和信號(hào)接收基站用于發(fā)送和接收反饋信息，配套軟件用于控制教學(xué)活動(dòng)、呈現(xiàn)評(píng)測(cè)內(nèi)容以及進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì).學(xué)生通過(guò)無(wú)線答題器實(shí)時(shí)答題，配套軟件快速收集信息并通過(guò)教室內(nèi)的投影設(shè)備顯示結(jié)果.

課堂互動(dòng)系統(tǒng)有一些應(yīng)用案例，例如西弗吉尼亞大學(xué)的考德威爾把一種名為ARS（Audience Response Systems，ARS）教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用在課堂中［4］，國(guó)內(nèi)廣州市某小學(xué)應(yīng)用了一種名為“齊齊樂(lè)”的課堂互動(dòng)系統(tǒng)，文獻(xiàn)［5］介紹了一種基于Web的教學(xué)反饋系統(tǒng)WSRS-I，實(shí)踐表明這種系統(tǒng)能顯著提升學(xué)生課堂注意力和學(xué)習(xí)興趣［6-7］.

目前，課堂互動(dòng)系統(tǒng)由于難以承受K12教育環(huán)境的并發(fā)壓力，各個(gè)學(xué)校甚至各個(gè)班級(jí)獨(dú)自使用一套系統(tǒng)，彼此處于孤立的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，不能利用開(kāi)放互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享.其次，雖然有一些課堂互動(dòng)系統(tǒng)為家長(zhǎng)提供了信息渠道，但不具備消息推送功能，家長(zhǎng)角色難以真正融入到教學(xué)環(huán)節(jié)中.

為解決K12教學(xué)環(huán)境中的高并發(fā)性能難題，研發(fā)了一種分布式中間件用以承受數(shù)據(jù)獲取、采集、存儲(chǔ)和消息推送帶來(lái)的壓力.在中間件的消息推送模塊中，對(duì)TCP長(zhǎng)連接機(jī)制進(jìn)行了優(yōu)化，提出了一種動(dòng)態(tài)心跳頻率策略（Dynamic Heartbeat Frequency Strategy，DHFS），相比固定心跳頻率策略，該策略能根據(jù)不同網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)心跳頻率，有效節(jié)省移動(dòng)設(shè)備的電量和通信流量.

根據(jù)分布式中間件設(shè)計(jì)方案，完成了名為DATP（Distributed Assistant Teaching Platform）的課堂互動(dòng)平臺(tái)，文章最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)分布式中間件性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，同時(shí)驗(yàn)證了DHFS策略在節(jié)省電量和流量上的優(yōu)勢(shì).

1　DATP平臺(tái)架構(gòu)

K12教育環(huán)境中，多個(gè)學(xué)校多個(gè)班級(jí)基本在同一時(shí)刻開(kāi)始使用系統(tǒng)，而且隨著加入平臺(tái)的學(xué)校增多，“課堂互動(dòng)系統(tǒng)”服務(wù)器的壓力幾乎呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng).傳統(tǒng)的服務(wù)器集群技術(shù)在硬件成本和人力維護(hù)成本上消耗十分巨大.

本文設(shè)計(jì)一種分布式中間件來(lái)解決并發(fā)壓力難題，使得“課堂互動(dòng)系統(tǒng)”能夠面向開(kāi)放互聯(lián)網(wǎng)、滿足多校聯(lián)合使用需求.圖1是本文基于分布式中間件的輔助教學(xué)平臺(tái)DATP的架構(gòu)圖.

DATP平臺(tái)包含一整套教育支撐系統(tǒng)，教學(xué)軟件包括課堂使用的C/S模式軟件、校外使用的B/S端，以及供家長(zhǎng)教師手機(jī)使用的移動(dòng)應(yīng)用，提供了課堂考勤、測(cè)試、作業(yè)批改、學(xué)生知識(shí)掌握缺陷分析、家長(zhǎng)教師聊天等一系列功能.

每所學(xué)校都部署了一套教學(xué)軟件和中間件，不同學(xué)校由不同的中間件提供數(shù)據(jù)服務(wù)和消息推送服務(wù)（見(jiàn)圖1）.服務(wù)器集群上的中間件調(diào)度軟件負(fù)責(zé)控制所有中間件的數(shù)據(jù)同步問(wèn)題，并向中間件獲取各校的教學(xué)軟件監(jiān)控信息.這種基于分布式中間件的平臺(tái)架構(gòu)將服務(wù)器的一部分壓力分?jǐn)偟搅烁鱾€(gè)學(xué)校，降低了服務(wù)端的硬件成本.同時(shí)，這種分布式架構(gòu)十分易于擴(kuò)展，如有新學(xué)校加入，只需在新學(xué)校中部署一套中間件和教學(xué)軟件即可.

圖1　基于分布式中間件的平臺(tái)架構(gòu)　

圖2　DEATP中間件功能模塊

2　分布式中間件設(shè)計(jì)

中間件是一種工作在系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件之間的軟件層，它能屏蔽底層和上層的細(xì)節(jié)差異，給開(kāi)發(fā)者提供統(tǒng)一的、功能強(qiáng)大的接口.中間件技術(shù)使開(kāi)發(fā)者能專注于業(yè)務(wù)邏輯，有利于實(shí)現(xiàn)架構(gòu)上的解耦，而分布式中間件技術(shù)進(jìn)一步了提升服務(wù)器性能，擁有更好的架構(gòu)可擴(kuò)展能力［8］.DATP教學(xué)平臺(tái)中的中間件屬于數(shù)據(jù)訪問(wèn)中間件和消息推送中間件的混合體，它負(fù)責(zé)屏蔽DATP后臺(tái)的復(fù)雜性，對(duì)包括Web端、客戶端、Android、IOS等移動(dòng)端上的教學(xué)軟件提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問(wèn)儲(chǔ)存接口和消息推送功能.圖2是中間件的功能模塊圖，中間主要包含令牌生成驗(yàn)證模塊、任務(wù)調(diào)度模塊、同步控制模塊、數(shù)據(jù)模塊、消息推送模塊以及IP黑名單模塊等6個(gè)模塊，圖3是中間件的工作示意圖.

中間件使用WebService技術(shù)向外提供接口，它承擔(dān)了當(dāng)前學(xué)校的所有教學(xué)軟件的數(shù)據(jù)獲取、存儲(chǔ)、處理和消息推送工作，它同樣面臨相當(dāng)?shù)牟l(fā)壓力.為了提供安全可靠的服務(wù)，中間件實(shí)現(xiàn)了4種機(jī)制.

（1）令牌機(jī)制：令牌機(jī)制用于驗(yàn)證用戶的合法性，令牌在用戶登錄時(shí)由系統(tǒng)生成，加密后發(fā)送給客戶端，客戶端獲取，客戶端下線或超時(shí)則令牌失效.

（2）任務(wù)調(diào)度機(jī)制：中間件把任務(wù)分成了實(shí)時(shí)性任務(wù)和非實(shí)時(shí)性任務(wù).非實(shí)時(shí)性任務(wù)指不需要立即執(zhí)行的任務(wù)，如：階段知識(shí)點(diǎn)掌握程度計(jì)算、教學(xué)結(jié)果存儲(chǔ)請(qǐng)求等，非實(shí)時(shí)性任務(wù)會(huì)利用下課、凌晨等空閑時(shí)間執(zhí)行.

實(shí)時(shí)任務(wù)指需要馬上執(zhí)行并反饋結(jié)果的任務(wù)，例如獲取試卷信息，做題結(jié)果批改等.實(shí)時(shí)性任務(wù)一般涉及到來(lái)自硬件設(shè)備（答題器）的數(shù)據(jù)，而硬件設(shè)備有可能產(chǎn)生錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，因此中間件需要對(duì)這類數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗.中間件為實(shí)時(shí)性任務(wù)賦予不同優(yōu)先權(quán)，進(jìn)入相應(yīng)任務(wù)隊(duì)列等待執(zhí)行.

（3）動(dòng)態(tài)線程池機(jī)制：相比傳統(tǒng)線程池，中間件會(huì)根據(jù)服務(wù)器壓力動(dòng)態(tài)設(shè)定線程池任務(wù)數(shù)量上限，使服務(wù)器壓力保持在合理范圍.

（4）IP黑名單：該名單主要用于防止洪水攻擊.

圖3　DEATP中間件工作示意圖　

圖4　消息推送模塊

3　中間件的消息推送機(jī)制

服務(wù)器如何與大量移動(dòng)設(shè)備通信，使用戶及時(shí)得到最新消息一直是一個(gè)廣泛的需求.因?yàn)橐苿?dòng)設(shè)備的位置易變性和電量流量限制，催生了專門針對(duì)移動(dòng)設(shè)備推送機(jī)制的研究.推送機(jī)制一般有Pull和Push兩種方式，Pull方式指客戶端采取輪詢的方式去服務(wù)器獲取新消息，Push方式指服務(wù)器產(chǎn)生新消息時(shí)主動(dòng)向移動(dòng)設(shè)備推送新消息.因?yàn)橐苿?dòng)設(shè)備的休眠機(jī)制和耗電量的需求，Push方式是移動(dòng)推送方案的首選.目前業(yè)界存在一些消息推送方案，但是各有缺陷和不足.（1）Google公司為Android系統(tǒng)提供了GCM（Google Cloud Messaging）方案，但是因?yàn)榉阑饓υ颍瑖?guó)內(nèi)Android用戶基本不能訪問(wèn)Google服務(wù)器，因此該方案在國(guó)內(nèi)難以應(yīng)用；（2）蘋果公司提供的APNS（Apple Push Notification Service），該方案利用了蘋果獨(dú)特的硬件進(jìn)行消息推送，十分省電，但是它不開(kāi)源并只能應(yīng)用在IOS系統(tǒng)中.（3）MQTT（Message Queuing Telemetry Transport），即消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸.這個(gè)協(xié)議的跨平臺(tái)性非常好，但是核心組件RSMB是閉源的.（4）其他一些第三方推送，如百度推送，極光推送等，都有收費(fèi)要求，也不能滿足信息的保密性［9］.本文在分布式中間件中實(shí)現(xiàn)了一種適合K12教學(xué)環(huán)境的消息推送機(jī)制，并在TCP長(zhǎng)連接機(jī)制上做了優(yōu)化.

3.1中間件消息推送架構(gòu)

消息推送模塊屬于中間件的一部分，負(fù)責(zé)接受來(lái)自平臺(tái)其他軟件的消息推送請(qǐng)求，并使用Push方式把消息及時(shí)推送到移動(dòng)設(shè)備.它主要由消息編碼器、消息解碼器、在線用戶列表、離線用戶緩存、待發(fā)消息緩存以及消息計(jì)數(shù)器6部分組成（見(jiàn)圖4）.

在上述消息推送模塊結(jié)構(gòu)中，長(zhǎng)連接用戶列表用以緩存在線的移動(dòng)用戶；離線用戶緩存和待發(fā)消息緩存處理有消息未接收的離線用戶；消息計(jì)數(shù)器記錄了待發(fā)消息數(shù)量；消息編碼器和解碼器負(fù)責(zé)按定義的消息格式加解密、加解碼；消息推送模塊結(jié)合K12教育環(huán)境，定義了特定的消息格式，并用加密機(jī)制、和確認(rèn)重發(fā)機(jī)制保證推送消息的可靠性和安全性.

3.2動(dòng)態(tài)心跳頻率策略

在Pull形式的消息推送機(jī)制中，服務(wù)器如何維持與移動(dòng)設(shè)備的長(zhǎng)連接是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，長(zhǎng)連接的目的在于保持移動(dòng)設(shè)備對(duì)于服務(wù)器的可見(jiàn)性（NAT協(xié)議）.不管是使用TCP協(xié)議還是UDP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)連接的方法一般都是使用心跳機(jī)制，即移動(dòng)設(shè)備每隔一定時(shí)間向服務(wù)器發(fā)送心跳包，服務(wù)器收到心跳包后向移動(dòng)設(shè)備回復(fù)一條應(yīng)答消息［10］.

出于盡量減小移動(dòng)設(shè)備耗電量以及流量消耗的要求，心跳間隔時(shí)間T理論上應(yīng)越大越好，但是過(guò)大的T是不合適的，在一些特定的網(wǎng)絡(luò)中，防火墻會(huì)掐斷長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有數(shù)據(jù)來(lái)往的TCP連接.因?yàn)椴煌W(wǎng)絡(luò)掐斷TCP連接的時(shí)間不同，如果使用固定心跳頻率，則只能把時(shí)間間隔T設(shè)置為較小的值（大多數(shù)應(yīng)用一般設(shè)置為十幾秒到幾分鐘），這樣顯然會(huì)消耗較多的電量和流量.

文獻(xiàn)［11］提出了一種自適應(yīng)消息終端推送策略，它主要是根據(jù)移動(dòng)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，動(dòng)態(tài)切換Pull和Push兩種方式，并沒(méi)有在長(zhǎng)連接機(jī)制上做優(yōu)化.本文則在Push機(jī)制的基礎(chǔ)上對(duì)TCP長(zhǎng)連接機(jī)制進(jìn)行了優(yōu)化，提出了一種動(dòng)態(tài)心跳頻率策略DHFS來(lái)動(dòng)態(tài)計(jì)算心跳間隔時(shí)間T，間隔時(shí)間T會(huì)根據(jù)移動(dòng)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整.該策略的目的是找出一個(gè)合理的心跳時(shí)間間隔，在保持TCP長(zhǎng)連接的前提下，盡量減少移動(dòng)設(shè)備的電量和流量消耗.為簡(jiǎn)化描述，有如下定義：

定義1移動(dòng)設(shè)備無(wú)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)稱為狀態(tài)Q，移動(dòng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化（例如網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)，IP地址變化，GPRS變?yōu)閃IFI等）稱為重建條件C.

定義2移動(dòng)設(shè)備向服務(wù)器發(fā)送心跳包，并于規(guī)定時(shí)間內(nèi)收到應(yīng)答消息的過(guò)程稱為一次成功心跳，成功心跳次數(shù)設(shè)為S.

定義3在連續(xù)n（n＞=3）次成功心跳的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生一次失敗心跳稱為峰值警告條件，用W表示.

定義4心跳間隔時(shí)間T的初始值設(shè)為T0，最大值設(shè)為Tmax；T0的初始值設(shè)置為1 min，Tmax初始值設(shè)為120 min.

根據(jù)以上定義，有如下規(guī)則：

（1）滿足條件Q的情況下，移動(dòng)設(shè)備停止發(fā)送心跳包，等待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)；

（2）滿足重建條件C的情況下，TCP長(zhǎng)連接將斷開(kāi)，移動(dòng)設(shè)備應(yīng)該立即重建TCP連接，服務(wù)器丟棄舊的連接信息；

（3）每產(chǎn)生一次成功心跳則S=S+1；

（4）隨著S增大，T適當(dāng)延長(zhǎng)，如公式1，其中a為可變?cè)隽恳蜃?，初始值?0；

（5）如滿足峰值警告條件W，則Tmax=a（S+1）+T0；

（6）每產(chǎn)生一次失敗心跳S=S-1；

（7）心跳間隔時(shí)間T的計(jì)算結(jié)果不能超過(guò)Tmax，如超過(guò)則a=a/2，重新計(jì)算T直到不再大于Tmax；

（8）如果可變?cè)鲩L(zhǎng)因子a＜0.5，意味著心跳間隔時(shí)間已經(jīng)接近當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的最大值，則T和S不再增加.

動(dòng)態(tài)心跳頻率策略DHFS流程描述如下：

Step1檢查移動(dòng)設(shè)備有無(wú)網(wǎng)絡(luò)，如有網(wǎng)絡(luò)則轉(zhuǎn)步驟3，沒(méi)有則等待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù).

Step2檢查網(wǎng)絡(luò)是否滿足重建條件C，如滿足該條件則重建與服務(wù)器的TCP連接，并將所有參數(shù)（S，a，Tmax）恢復(fù)成初始值.

Step3按特定格式加密向服務(wù)器發(fā)送心跳包.

Step4等待服務(wù)器響應(yīng)，如在規(guī)定時(shí)間內(nèi)收到響應(yīng)，則該心跳成功，否則轉(zhuǎn)步驟8.

Step5檢查可變?cè)隽恳蜃邮欠翊笥?.5，否則轉(zhuǎn)步驟10

Step6成功心跳次數(shù)S=S+1.

Step7計(jì)算心跳間隔時(shí)間T=aS+T0，如果T大于Tmax，則將a縮小一半，即a=a/2，再次計(jì)算T，直到T不再大于Tmax.

Step8如果心跳失敗，并且滿足峰值警告條件W，重新計(jì)算Tmax=a（S+1）+T0.

Step9成功心跳次數(shù)S=S-1，重新計(jì)算T=aS+T0.

Step10心跳服務(wù)睡眠T分鐘后，回到步驟1.

上述DHFS策略中，心跳間隔時(shí)間T隨著心跳包的發(fā)送T被調(diào)整成當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中能維持TCP長(zhǎng)連接的最大值，因此DHFS策略能最大限度地為移動(dòng)設(shè)備節(jié)省電量和流量.

4　實(shí)驗(yàn)

4.1DATP平臺(tái)性能測(cè)試

為了測(cè)試平臺(tái)在多校并發(fā)使用情況下的服務(wù)器性能，本次實(shí)驗(yàn)使用壓力測(cè)試工具對(duì)DATP平臺(tái)不斷發(fā)出數(shù)據(jù)獲取和存儲(chǔ)請(qǐng)求.

本次實(shí)驗(yàn)在10臺(tái)機(jī)器上分別開(kāi)啟2 000個(gè)線程，每個(gè)線程每分鐘向服務(wù)器發(fā)送10條數(shù)據(jù)請(qǐng)求，共持續(xù)6 h.10臺(tái)機(jī)器用于模擬10個(gè)學(xué)校，機(jī)器上均部署了一套中間件，2 000個(gè)線程用于模擬每個(gè)學(xué)校2 000學(xué)生，每分鐘將產(chǎn)生20萬(wàn)條數(shù)據(jù)請(qǐng)求.測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1.

表1　DATP并發(fā)壓力測(cè)試結(jié)果

上述測(cè)試結(jié)果說(shuō)明在大并發(fā)情況下，DATP平臺(tái)服務(wù)器壓力仍處于合理范圍.

4.1DHFS策略效果測(cè)評(píng)

為了測(cè)試DHFS策略的效果，本實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)了A和B兩種保持TCP長(zhǎng)連接的APP，A使用固定時(shí)間閾值T（T為2 min），B使用動(dòng)態(tài)心跳頻率策略DHFS.兩個(gè)APP除了推送策略之外，其他軟件部分相同.兩個(gè)APP用同一手機(jī)在4個(gè)不同類型網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行.實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行10次，每次運(yùn)行24 h.統(tǒng)計(jì)其電量和流量消耗平均值，結(jié)果見(jiàn)表2，圖5.

表2　DHFS動(dòng)態(tài)心跳頻率策略測(cè)評(píng)結(jié)果

圖5　DHFS動(dòng)態(tài)心跳頻率策略測(cè)評(píng)　

圖6　A、B兩APP在WIFI網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

計(jì)算平均值可以發(fā)現(xiàn)，使用DHFS動(dòng)態(tài)心跳頻率策略的耗電量是固定心跳頻率策略的58.8%，流量消耗是其68.3%.由此可以證明DHFS策略在電量和流量消耗上有明顯提升.圖6是A、B兩APP在WIFI網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果.

5　結(jié)　語(yǔ)

設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的分布式中間件，承擔(dān)了數(shù)據(jù)服務(wù)和消息推送工作，將服務(wù)器訪問(wèn)壓力分?jǐn)偟礁鱾€(gè)學(xué)校，解決了K12教育平臺(tái)中的高并發(fā)壓力.基于該分布式中間件，課堂互動(dòng)系統(tǒng)被擴(kuò)展成了面向開(kāi)發(fā)互聯(lián)網(wǎng)，多校聯(lián)合使用的教育平臺(tái)，這是對(duì)教育模式的一種新的探索.

此外，在分布式中間件的消息推送機(jī)制中，針對(duì)TCP長(zhǎng)連接機(jī)制進(jìn)行了優(yōu)化，提出了一種動(dòng)態(tài)心跳頻率策略DHFS，它能根據(jù)不同網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整時(shí)間閾值.實(shí)驗(yàn)表明相比固定心跳頻率策略，DHFS能有效節(jié)省移動(dòng)設(shè)備電量和流量.

［1］鄭燕林，柳海民.美國(guó)K-12網(wǎng)絡(luò)教育發(fā)展的特征及啟示［J］.中國(guó)電化教育，2014（3）：42-50.

［2］洪建峰.面向開(kāi)放教育的移動(dòng)微課堂系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2015，32（5）：175-177.

［3］Kay R H，Lesage A.2009.A strategic assessment of audience response systems used in higher education［J］.Australasian Journal of Educational Technology，2009，25（2）：235-249.

［4］Caldwell J E.Clickers in the large classroom：current research and best-practice tips［J］.CBE-Life Sciences Education，2007，6（1）：9-20.

［5］盛津芳，董科，李龍，等.基于Web的學(xué)生反饋系統(tǒng)的構(gòu)建及在高校教學(xué)中的實(shí)踐分析［J］.電化教育研究，2015（1）：48-54.

［6］Grzeskowiak L E，Thomas A E，Josephine T，etc.Enhancing Continuing Education Activities Using Audience Response Systems：A Single-Blind Controlled Trial［J］.Journal of Continuing Education in the Health Professions，2015，35（1）：38-45.

［7］Blasco A L，Buil I，Hernández O B，etc.Using clickers in class.The role of interactivity，active collaborative learning and engagement in learning performance［J］.Computers&Education，2013，62（3）：102-110.

［8］王斌，丁建，盛津芳.DCAM平臺(tái)下的分布式方面構(gòu)件模型及協(xié)同框架的研究［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2010（8）：2959-2961.

［9］姜妮，張宇，趙志軍.基于消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸?shù)耐扑拖到y(tǒng)［J］.計(jì)算機(jī)工程，2015，41（9）：1-6.

［10］王浩銘，穆道生，高麗娟.一種面向容災(zāi)自適應(yīng)的PULL&PUSH心跳檢測(cè)機(jī)制［J］.計(jì)算機(jī)科學(xué)，2014（S2）：212-214.

［11］劉永玲，劉兀，郭克華.一種面向移動(dòng)終端的自適應(yīng)消息推送策略［J］.計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2014，35（12）：114-119.

Research on Distributed Middleware and its Adaptive Message Push Mechanism which Supports K12 Education

WANG Bin，WANG Qin-wei，HOU Xiang-yu
（School of Information Science and Engineering，Central South University，Changsha 410083，Hunan，China）

In exploring K12 education mode，a system called"classroom interaction system"began to rise.At present this kind of system is faced with pressure problem，thus the system is limited to the local area network environment.In this paper，a distributed middleware is studied to solve the problem of multi-school concurrency in the platform.At the same time，this paper studies message push mechanism of the distributed middleware，and the TCP long connection mechanism is optimized.An adaptive time threshold heartbeat algorithm is proposed in this paper，which can dynamically adjust the heartbeat time threshold based on the mobile network conditions in order to save the power and the flow of mobile devices.In the end，the performance of the distributed middleware and the validity of algorithm are verified by experiments.

K12 education；classroom interaction；assistant teaching；distributed middleware；adaptive message push mechanism

TP393.0

A

1007-5348（2016）06-0085-06

（責(zé)任編輯：歐愷）

2016-03-18

國(guó)際科技合作與交流專項(xiàng)（2013DFB10070）；湖南省科技廳項(xiàng)目（2012GK4106）.

王斌（1973-），男，山西大同人，中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院教授，博士；研究方向：軟件工程，并行計(jì)算.