基于高速數(shù)據(jù)存儲的大數(shù)據(jù)實驗室構建方法研究

荊宜青, 郭清溥, 劉 洋

(河南財經(jīng)政法大學 現(xiàn)代教育技術中心, 河南 鄭州 450046)

實驗教學是深入理解理論知識、形成知識體系的重要手段,同時也是提升綜合實踐能力、培養(yǎng)創(chuàng)新意識的有效途徑。在大數(shù)據(jù)時代背景下,如何將實驗教學與科研和產(chǎn)業(yè)發(fā)展前沿相結合,培養(yǎng)出具有實踐創(chuàng)新能力的人才,尤其是大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展緊缺人才,是近年來各大高等院校研究的方向[1-2]。構建大數(shù)據(jù)實驗室,可以有效推動信息教育向時代前沿發(fā)展,對實現(xiàn)教育事業(yè)的科學發(fā)展、培育新型人才具有深遠的現(xiàn)實意義[3]。結合所在高校省級實驗教學示范中心建設規(guī)劃及大數(shù)據(jù)課程開設要求,構建具有區(qū)域專業(yè)特色的大數(shù)據(jù)實驗室,對于促進相關院系跨學科融合創(chuàng)新、提升學校專業(yè)發(fā)展水平等方面具有重要意義。

1 國內研究現(xiàn)狀及建設條件分析

1.1 國內大數(shù)據(jù)實驗室建設現(xiàn)狀

依據(jù)國家“十三五”規(guī)劃綱要,大數(shù)據(jù)相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。京津冀、國家中部、東南部等大數(shù)據(jù)綜合試驗區(qū)及大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展聚集區(qū)已陸續(xù)啟動相關建設。大數(shù)據(jù)技術專業(yè)人才的需求巨大。高校和企業(yè)之間亟待架起一個培養(yǎng)大數(shù)據(jù)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才的平臺。國內各高校的大數(shù)據(jù)實驗室、數(shù)據(jù)中心、大數(shù)據(jù)研究所在迅速發(fā)展。上海交通大學于2014年和2015年先后成立了“大數(shù)據(jù)與傳播創(chuàng)新實驗室”和“大數(shù)據(jù)工程技術研究中心”,將大數(shù)據(jù)技術應用于社交媒體、智能電網(wǎng)、遙感通信等領域；2017年12月,武漢大學與世紀高通共同組建了“時空大數(shù)據(jù)聯(lián)合實驗室”,通過整合和挖掘城市大數(shù)據(jù)資源,構建城市數(shù)據(jù)畫像理論框架和分面模型,從而實現(xiàn)城市數(shù)據(jù)畫像的可視化展示；2018年1月北京航空航天大學與杭州安恒信息技術有限公司在杭州成立“北航-安恒信息大數(shù)據(jù)與人工智能安全實驗室”,協(xié)同創(chuàng)新培養(yǎng)網(wǎng)絡安全前沿技術人才。此外,北京交通大學、廈門大學等高校的大數(shù)據(jù)綜合實驗平臺也在圍繞企業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)需求而加快相關建設。

1.2 大數(shù)據(jù)實驗室建設條件分析

近年來,國內各高等院校陸續(xù)建設新校區(qū)或開展新一輪的校園信息化建設。校園網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心都納入高校數(shù)字化校園、智慧校園等建設項目當中[4]。為運用新一代校園網(wǎng)互聯(lián)技術和云存儲技術構建大數(shù)據(jù)實驗室提供了堅實的硬件基礎[5]。政府及企業(yè)在大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新融合的投資,為大數(shù)據(jù)實驗室、數(shù)據(jù)中心的建設提供了強大的資金支持。以河南財經(jīng)政法大學為例,從建設基礎和功能需求方面分析高等院校大數(shù)據(jù)實驗室建設的基礎條件。

1.2.1 校園網(wǎng)環(huán)境基礎

歷經(jīng)多年發(fā)展,學校的校園網(wǎng)已建成三校區(qū)互聯(lián)的基于安全策略的10萬兆主干校園網(wǎng)絡[6]。具有教育網(wǎng)、聯(lián)通和移動共計14.2Gbt/s帶寬出口?，F(xiàn)已建成總面積約1 300余m2的網(wǎng)絡標準化機房。

1.2.2 校園黨政決策科學化需求

目前,學校的數(shù)字化校園建設已完成了信息門戶系統(tǒng)、協(xié)同辦公系統(tǒng)、共享數(shù)據(jù)中心等主體項目的建設。大部分應用系統(tǒng)已上線投入使用。學校還制定了統(tǒng)一的信息系統(tǒng)標準規(guī)范。同時,高校黨政協(xié)同辦公及聯(lián)席會議對于各項議題的討論和決定,需要更為科學合理的數(shù)字材料支撐。

1.2.3 數(shù)據(jù)倉庫的原始積累

學?；谛@網(wǎng)及一卡通技術的綜合校情分析系統(tǒng)上線已滿2年。依據(jù)師生在學習和生活中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)種類及行為情況,進行了分類匯總和簡單的前期數(shù)據(jù)整理,積累了較為豐富的數(shù)據(jù)資源。綜合校情分析系統(tǒng)架構如圖1所示。

圖1 綜合校情分析系統(tǒng)構架圖

1.2.4 師資、科研基礎及課程建設需求

基于學校在地方財經(jīng)類院校中的專業(yè)地位及學科優(yōu)勢,部分院系開設了涉及大數(shù)據(jù)技術的相關課程。配備了具有大數(shù)據(jù)相關產(chǎn)業(yè)研究經(jīng)歷的師資團隊。在積累了一定程度的中小型數(shù)據(jù)中心建設和管理經(jīng)驗之后,成立了“云計算與大數(shù)據(jù)研究所”。保證了大數(shù)據(jù)實驗室建成后實訓課程的設計水平與教學質量。為大數(shù)據(jù)相關專業(yè)的實訓課程設計、慕課制作、重點賽事培訓及創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)等提供了良好的師資條件。

1.2.5 專項建設的資金投入

依據(jù)河南省政府印發(fā)的《關于加快推進國家大數(shù)據(jù)綜合試驗區(qū)建設的若干意見》文件精神,以及東區(qū)大學城龍子湖智慧島吸引大數(shù)據(jù)龍頭企業(yè)的入駐情況,在配備省政府2017年教學建設投資專項及學校年度建設專項資金的基礎上,學校于2017年8月啟動了大數(shù)據(jù)實驗室的建設,一期建設資金約500萬元。著力打造具有區(qū)域經(jīng)濟特色的大數(shù)據(jù)綜合實驗室,為相關學科建設及課題研究提供硬件支撐。

2 大數(shù)據(jù)實驗室建設方案和績效目標考核辦法

為了服務大數(shù)據(jù)相關課程和實驗教學體系,深化教學改革[7],孵化大數(shù)據(jù)相關的學生誠信創(chuàng)業(yè)團隊,本文提出了構建基于高速數(shù)據(jù)存儲的大數(shù)據(jù)實驗室的設計方案和績效目標的考核方法。旨在提升專業(yè)實訓室的管理效率,加速高校實驗設備管理的自動化進程,提高安全管理和環(huán)境管理的智能化程度[8-9]。建設一個全面高效的實驗環(huán)境,為廣大師生提供更專業(yè)、更智能、更人性化的輔助服務[10]。

2.1 大數(shù)據(jù)實驗室建設方案

2.1.1 實驗室基礎環(huán)境

按照國家出臺的大數(shù)據(jù)中心標準建設,將建成200 m2的大數(shù)據(jù)實驗教學中心(實驗室)。配備施耐德智能配電系統(tǒng)和新風系統(tǒng)。通過尚為 SW-EMS-2600實現(xiàn)機房環(huán)境的實時監(jiān)測、管理和預警[11-12]。

2.1.2 大數(shù)據(jù)實驗平臺

運用西普教育提供的在線實驗云平臺西普Simple-MOOE V1.0和西普Simple-MOOE-PSA大數(shù)據(jù)科研開發(fā)模塊,實驗室一期建設項目計劃搭建具有130個客戶端的大數(shù)據(jù)實驗平臺和虛擬實驗交互平臺[13]。應用教學信息管理系統(tǒng)、學習社區(qū)互動系統(tǒng)、綜合能力分析系統(tǒng)和虛擬實驗開發(fā)系統(tǒng),實現(xiàn)課程資源管理、專業(yè)基礎實訓、行業(yè)案例分析及大數(shù)據(jù)科研開發(fā)等相關功能。

2.1.3 服務器集群系統(tǒng)及網(wǎng)絡安全

使用浪潮NF5280M4服務器、H3C S6800-54QF和E552-X交換機,搭建1組具有30個節(jié)點的大數(shù)據(jù)服務器集群系統(tǒng)。配備網(wǎng)神 NSG5000-TG10P-Q防火墻。為大數(shù)據(jù)實驗平臺提供高效的數(shù)據(jù)交換和網(wǎng)絡安全服務[14]。

2.1.4 高速數(shù)據(jù)存儲設備

應用宏杉MS7010-AF構建最終存儲容量為1PB的全閃存存儲,提供高性能的存儲空間,可以極大降低存儲訪問延時,縮短數(shù)據(jù)查詢檢索時間。通過測試樣本數(shù)據(jù)可知,在60名工作人員同時上機,每人涉及7 000萬條數(shù)據(jù)查詢檢索的應用實例中,單表查詢時間從小時級縮短至分鐘級,并且能夠長時間保持穩(wěn)定的運行狀態(tài)。

2.2 實驗室建設項目績效目標及考核辦法

項目績效作為項目管理的概念,是指項目功能指標實現(xiàn)的情況?？冃гu價作為促進教育信息化及高校重點實驗室項目建設的考核標準,目前相關研究多從“管理”的角度進行,且大多是對項目的建設水平和結果給予鑒定式的評價。甚至有些重點實驗室的建設績效考核僅以簡單的“打分”形式來確定項目的建設實效,缺乏對項目本身潛在的產(chǎn)出價值和效益指標的有效衡量和深度挖掘。下面從專項資金執(zhí)行期限內擬實現(xiàn)的目標,包括：產(chǎn)出指標、效益指標、服務對象滿意指標等方面,確定大數(shù)據(jù)實驗室建設項目實現(xiàn)的功能和價值，如表1所示。

表1 大數(shù)據(jù)實驗室建設項目績效目標

從項目的產(chǎn)出指標來看,新增課程數(shù)量及研究成果數(shù)量對于虛擬機的性能和實驗室的總存儲容量有著正向的依附關系。實驗室服務時間及故障間隔時間與采用設備的通用技術指標及實際案例所得數(shù)據(jù)相近。從效益指標來看,以當前實驗人員每年申報科研項目經(jīng)費為基準。在大數(shù)據(jù)實驗室投入使用后,隨著研究內容的擴展以及研究深度的加大,單人可申報項目的經(jīng)費預計將以20%的比例遞增。而節(jié)能環(huán)保方面,依照大數(shù)據(jù)實驗室綜合功能的設計功耗,與現(xiàn)有承擔類似數(shù)量實訓課程的實驗室總功耗相比,將降低10%左右。從服務對象滿意度指標來看,大數(shù)據(jù)實驗室服務對象主要為在校教師和學生。實驗室的管理及環(huán)境設計方案中,引入了基于手機定位服務的實驗室管理系統(tǒng)及工業(yè)級的環(huán)境監(jiān)測、新風系統(tǒng)等功能模塊。能夠為使用實驗室的師生提供更為人性化的定制服務,有利于提高使用者的滿意度。

通過上述績效目標的設定,在大數(shù)據(jù)實驗室建設初期即可對一定的指標進行持續(xù)的考核,也可進行項目評分統(tǒng)計。在滿足一定指標數(shù)量的前提下,達到85分以上可以認定建設項目等級為優(yōu)秀, 85～70分之間為良好,70～60分之間為合格,60分以下為不合格。不合格的項目將不再具有驗收和支付的資格。這樣的考核與管理辦法有利于提升高校建設項目經(jīng)費的利用率和實效性。

該項目的績效目標及考核方法結合了高校實驗室驗收流程、實驗室智能管理及教學科研量化標準的實際需求,在同類高校實驗室建設項目的指標要求和績效分析上具有一定的參考意義[15]。

3 結語

本文提出在數(shù)字化校園建設的基礎上,構建基于高速數(shù)據(jù)存儲的大數(shù)據(jù)實驗室建設方案,整合與優(yōu)化現(xiàn)有教學資源,提升實驗設備的管理效率和實訓課程的綜合教學水平。制定具有較為普遍適用性的項目績效考核目標,實現(xiàn)了提升效益,節(jié)能降耗。在推動高校實驗室建設與發(fā)展的同時,增強學校的辦學特色和區(qū)域影響力,在“大數(shù)據(jù)+”支撐下,培養(yǎng)符合社會需要的大數(shù)據(jù)相關專業(yè)人才。