大型儀器設(shè)備共享云平臺設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（滁州學(xué)院 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，安徽 滁州239012）

近年來，各高校對儀器設(shè)備使用效益的重視程 度逐漸提高，在大型儀器設(shè)備開放共享方面進(jìn)行了很多機(jī)制上的研究和創(chuàng)新，形成了一些行之有效的政策、措施。傳統(tǒng)的儀器設(shè)備共享模式，不僅不能適合高校的發(fā)展，也已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠適應(yīng)當(dāng)前社會發(fā)展新形勢的需求。所以，作為現(xiàn)代高校，必須建立一種能夠提供共享效率的儀器設(shè)備共享管理模式。網(wǎng)絡(luò)大型儀器設(shè)備共享平臺就是一種理想的選擇，在高校信息化進(jìn)程中，起到重要作用。

相比傳統(tǒng)的共享方式，利用軟件進(jìn)行儀器設(shè)備共享，有著執(zhí)行快，很容易找到，可行性高，容量存儲大，保密性好，壽命長，成本低特點(diǎn)。通過本文設(shè)計(jì)的大型儀器設(shè)備共享云平臺使儀器設(shè)備共享信息管理科學(xué)化、系統(tǒng)化，從而實(shí)現(xiàn)對儀器設(shè)備共享信息有效管理的目的。為進(jìn)一步發(fā)揮信息技術(shù)在大型儀器設(shè)備管理中的便捷和精準(zhǔn)作用，本文著眼于大型儀器設(shè)備共享的實(shí)際情況，本著使之能迅速適應(yīng)滿足學(xué)校發(fā)展需要的目標(biāo)，在調(diào)研多所高校實(shí)驗(yàn)室管理實(shí)際需求的基礎(chǔ)上，開發(fā)了基于B/S架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)大型儀器設(shè)備共享平臺。相對于傳統(tǒng)的儀器設(shè)備管理平臺，本平臺具有如下優(yōu)勢和特點(diǎn)：

（1）操作簡便、界面良好。系統(tǒng)采用簡明的頁面布局，非常方便用戶查看儀器設(shè)備，進(jìn)行相關(guān)儀器設(shè)備的預(yù)約和使用。

（2）即時可見：本系統(tǒng)基于網(wǎng)絡(luò)平臺，可以實(shí)現(xiàn)大型儀器設(shè)備使用信息的“即時發(fā)布、即時見效”功能。

（3）功能的完善性：本系統(tǒng)可以滿足不同用戶（包括用戶、管理員及特定需求管理用戶）的功能需求。

(4)軟件即服務(wù)：本系統(tǒng)設(shè)計(jì)并開發(fā)的基于SaaS架構(gòu)的大型儀器共享平臺，能夠根據(jù)用戶的需求“勾選”相應(yīng)的服務(wù)和軟件，系統(tǒng)資源根據(jù)用戶需求動態(tài)分配。系統(tǒng)架構(gòu)先進(jìn)，軟件獲得方式靈活，資源利用率高，系統(tǒng)總體運(yùn)營成本低。

一、功能需求分析

本網(wǎng)絡(luò)大型儀器設(shè)備共享平臺主要滿足2種用戶的需求，這2種用戶分別為管理員和普通用戶。其中，管理員用戶可對系統(tǒng)進(jìn)行全面的管理，主要包括系統(tǒng)管理、儀器管理、預(yù)約管理以及用戶管理等。用戶通過本系統(tǒng)，可以辦理個人信息維護(hù)和預(yù)約大型儀器設(shè)備等事務(wù)。用戶進(jìn)入本系統(tǒng)可查看系統(tǒng)信息，包括網(wǎng)站首頁、系統(tǒng)公告以及儀器中心等。用戶在進(jìn)行儀器預(yù)定前，必須登錄系統(tǒng)。沒有賬號的用戶可自助完成注冊操作，注冊登陸后用戶賬號的主要功能包括儀器預(yù)定、個人信息認(rèn)證、個人資料、修改密碼以及我的預(yù)定等。

在系統(tǒng)性能需求分析上，主要包括4個方面的要求。（1）完整性分析。信息記錄的完整性要求信息內(nèi)容不能為空，各種數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系應(yīng)當(dāng)是正確的，并且不同記錄中的相同數(shù)據(jù)必須一致。（2）性能分析。頁面的響應(yīng)時間應(yīng)該在3秒以內(nèi)，最長時間不能超過6秒，并支持至少5000人并發(fā)訪問。（3）界面分析。系統(tǒng)界面要求簡單明了，容易操作，符合用戶操作習(xí)慣。（4）安全性分析。系統(tǒng)必須確保系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性。通過數(shù)據(jù)加密，管理員密碼復(fù)雜度限制，用戶密碼復(fù)雜度限制以及阿里云平臺的防火墻設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全。（5）彈性資源分配和功能擴(kuò)展?；诎⒗镌瓶蚣埽脩敉ㄟ^本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)功能和服務(wù)的定制。

在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，本系統(tǒng)用戶訪問方式采用B/S結(jié)構(gòu)，提供了一個基于云端的網(wǎng)絡(luò)平臺，讓用戶在任何可以連接互聯(lián)網(wǎng)的地方，就可以完成查看儀器信息、儀器預(yù)定、設(shè)備共享、儀器設(shè)備共享狀態(tài)查詢等操作。本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)其優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡單，功能強(qiáng)大，擴(kuò)展性好，跨區(qū)域操作便捷。系統(tǒng)的整體框架如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)大型儀器設(shè)備共享平臺系統(tǒng)架構(gòu)

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)主要功能模塊

大型儀器設(shè)備云共享平臺采用B/S結(jié)構(gòu)，基于PHP程序設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用 AJAX，avascript,HTML5設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)開發(fā)好的系統(tǒng)將被封裝在云鏡像文件中，方便平臺在阿里云上發(fā)布和部署。系統(tǒng)主要分為用戶和管理員兩大模塊，其中用戶模塊主要功能包括個人信息維護(hù)、主頁訪問、個人注冊登陸、在線預(yù)約和預(yù)約狀態(tài)查詢。管理員模塊主要包括對網(wǎng)絡(luò)儀器設(shè)備的上線、下線、分類、管理、系統(tǒng)設(shè)置，預(yù)約審批以及用戶管理等功能。功能模塊如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)（云端基本功能）

2.2 基于SaaS的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

為了增加系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，滿足不同高校，不同單位的大型儀器設(shè)備管理需求，本系統(tǒng)采用SaaS架構(gòu)，即“軟件即服務(wù)”。系統(tǒng)后臺采用阿里云虛擬機(jī)，把用戶的軟件和服務(wù)封裝成鏡像存儲在阿里云的磁盤中，不同的用戶單位、高校在授權(quán)使用該平臺后，只需要選擇本單位、高校所需的服務(wù)（如功能模塊，共享平臺應(yīng)用等），即可啟動對應(yīng)的虛擬機(jī)，完成平臺的動態(tài)部署，如圖3所示。本系統(tǒng)SaaS獲取網(wǎng)絡(luò)共享平臺應(yīng)用和服務(wù)的方式為：申請賬戶密碼->獲得授權(quán)->選擇服務(wù)->啟動服務(wù)虛擬機(jī)->獲得大型儀器設(shè)備共享平臺服務(wù)->申請接口開放->獲得新功能。

2.3 跨區(qū)域大型儀器設(shè)備資源共享

本文設(shè)計(jì)的大型儀器設(shè)備共享平臺，其大型儀器設(shè)備和資源存儲在阿里云數(shù)據(jù)庫，不同高校、單位使用的資源都共享同一個數(shù)據(jù)庫。在這種架構(gòu)基礎(chǔ)上，通過權(quán)限管理、單位認(rèn)證、資源共享等方式，可以選擇指定本單位大型儀器設(shè)備的共享范圍，如指定在本單位共享，指定在省內(nèi)共享，指定在全國范圍內(nèi)共享等。也可以建立兄弟院?；蚵?lián)盟，在兄弟院?；蚵?lián)盟之間共享。通過這種方式，本系統(tǒng)極大的提高了大型儀器設(shè)備的共享效率和共享力度，從技術(shù)和信息化層次解決了大型儀器的共享問題。

圖3 基于SaaS的大型儀器設(shè)備共享平臺功能定制

除此之外，本系統(tǒng)還支持對共享設(shè)備的收費(fèi)情況進(jìn)行設(shè)定。需要大型儀器設(shè)備的單位或高?？梢栽诒酒脚_上比較不同單位的收費(fèi)情況，選擇價格合適的大型儀器設(shè)備和服務(wù)。

三、系統(tǒng)功能測試

為驗(yàn)證系統(tǒng)的功能，本文也進(jìn)行了相關(guān)測試。主要采用黑盒測試，也稱為功能測試，是測試每個功能是否可以正常使用。在測試現(xiàn)場，該程序被視為無法打開的黑匣子。程序界面的測試沒有考慮程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部特性。它只檢查程序功能是否按照需求規(guī)范的要求正常使用。程序是否可以正確接收輸入數(shù)據(jù)并生成正確的輸出信息。具體測試步驟如下：

（1）云模塊測試，這一步通常用于發(fā)現(xiàn)編碼和詳細(xì)的設(shè)計(jì)錯誤和缺陷。

（2）云系統(tǒng)測試，通常在這一步中發(fā)現(xiàn)的是軟件設(shè)計(jì)中的錯誤，它也可能在錯誤的描述中找到。

（3）驗(yàn)收測試，在這個步驟中發(fā)現(xiàn)的通常是系統(tǒng)需求規(guī)格中的錯誤，包括數(shù)據(jù)庫的能否正常連接，內(nèi)容是否完整。系統(tǒng)能否正常配置運(yùn)行。各個頁面的是否能夠正常運(yùn)行，各功能是否能夠?qū)崿F(xiàn)，數(shù)據(jù)調(diào)用是否正常。功能測試結(jié)果如表1所示。

表1 網(wǎng)站功能測試

在可用性測試方面，我們主要測試了系統(tǒng)的可操作性、可理解性、可學(xué)習(xí)性等方面內(nèi)容。具體測試方面如表2所示。

表2 系統(tǒng)可用性測試

通過以上測試可以發(fā)現(xiàn)：系統(tǒng)的所有功能都可以無失真地實(shí)現(xiàn)，功能的測試也相對完整。大型儀器設(shè)備共享云平臺所有功能齊全，操作簡單，系統(tǒng)運(yùn)行性能良好，能較好地滿足用戶的要求。

本文采用SaaS方式，設(shè)計(jì)和開發(fā)了大型儀器共享云平臺，在具體實(shí)踐中也得到了相關(guān)應(yīng)用。通過相關(guān)實(shí)踐教學(xué)應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，平臺運(yùn)行正常，能夠支撐計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與測試、網(wǎng)絡(luò)工程項(xiàng)目實(shí)踐、網(wǎng)絡(luò)管理與安全等相關(guān)課程的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)，同時網(wǎng)絡(luò)大型儀器共享平臺也能夠?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)工程及相關(guān)專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計(jì)、認(rèn)知實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)等實(shí)踐環(huán)節(jié)提供軟硬件支撐。

四、結(jié)束語

借助云計(jì)算、信息化手段，可以在一定程度上規(guī)范高校大型儀器設(shè)備的共享使用程序和流程，能在一定程度上為師生的使用及相關(guān)課程的開設(shè)提高及時有效的信息共享，為使用帶來及時性和便捷性，由此可以在一定程度上提高大型儀器設(shè)備的使用效率，充分發(fā)揮設(shè)備效益，延長這些貴重設(shè)備的使用時間。

大型儀器設(shè)備的管理和利用也決不是一個系統(tǒng)或平臺就能解決的事情，從系統(tǒng)論的視角來看，這涉及到實(shí)驗(yàn)室管理制度、實(shí)驗(yàn)室管理人員素質(zhì)、實(shí)驗(yàn)室管理理念創(chuàng)新、維護(hù)保修機(jī)制完善等多個層面、多個要素的制約，而要使系統(tǒng)發(fā)揮最大的效能，即大型儀器設(shè)備管理和利用最優(yōu)化，需要頂層設(shè)計(jì)、統(tǒng)籌規(guī)劃，充分挖掘其中人財(cái)物的因素，并用相應(yīng)的制度“串聯(lián)”和“固定”，只有全員參與，全程管理，全效發(fā)揮，才能形成高校大型儀器設(shè)備長效化管理，并最大化地發(fā)揮出其在人才培養(yǎng)和科學(xué)研究中的關(guān)鍵作用。