基于遠(yuǎn)程通信教學(xué)管理系統(tǒng)設(shè)計的JSP技術(shù)研究

徐飛龍 蘆湘

摘? 要： 針對常規(guī)的遠(yuǎn)程教學(xué)管理系統(tǒng)負(fù)載能力差的問題，設(shè)計基于JSP技術(shù)的遠(yuǎn)程教學(xué)管理系統(tǒng)。通過以太網(wǎng)接口RS 485實(shí)現(xiàn)與通信機(jī)的連接，利用工控板、驅(qū)動芯片和板載撥碼開關(guān)完成通信機(jī)搭建。根據(jù)系統(tǒng)的功能模塊，利用JSP技術(shù)設(shè)計系統(tǒng)頁面，通過不同的頁面執(zhí)行不同操作，根據(jù)教學(xué)管理業(yè)務(wù)的優(yōu)先級合理分配網(wǎng)絡(luò)帶寬資源，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教學(xué)管理。結(jié)合硬件設(shè)計和軟件設(shè)計完成遠(yuǎn)程教學(xué)管理系統(tǒng)整體設(shè)計。測試結(jié)果表明，與常規(guī)的教學(xué)管理系統(tǒng)相比，設(shè)計的基于JSP技術(shù)的遠(yuǎn)程教學(xué)管理系統(tǒng)負(fù)載能力更強(qiáng)，適合應(yīng)用在實(shí)際項目中。

關(guān)鍵詞： JSP技術(shù); 遠(yuǎn)程通信; 教學(xué)管理; 網(wǎng)絡(luò)資源分配; 通信機(jī)搭建; 系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號： TN915.1?34; TP315? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2020）17?0130?04

Abstract： In view of the poor load capacity of the conventional remote teaching management system， a remote teaching management system based on JavaServer Pages （JSP） technology is designed. In terms of the design of system hardware， the communication equipment is connected to the system through Ethernet interface RS485， and the communication equipment is set up by the industrial control board， driver chip and on?board dial switch. In terms of the design of system software， the system page is designed with JSP technology according to the system function module. Different operations are managed with different pages. The network bandwidth resources are allocated reasonably according to the priority of teaching management business to achieve the remote teaching management. The overall design of the remote teaching management system is completed by the above designs. The test results show that， in comparison with the conventional teaching management system， the designed remote teaching management system based on JSP technology has more powerful load capacity. Therefore， it is suitable for practical projects.

Keywords： JSP technology; remote communication; teaching management; network resource allocation; communication equipment construction; system design

0? 引? 言

目前社會已經(jīng)進(jìn)入了以計算機(jī)和信息網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的信息通信時代，通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布多種不同的信息。高新信息技術(shù)在各行各業(yè)中發(fā)揮的作用越來越明顯，將其應(yīng)用在教學(xué)領(lǐng)域中，特別是以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的遠(yuǎn)程教學(xué)方面具有重要意義[1]。遠(yuǎn)程教學(xué)最大的優(yōu)點(diǎn)就是突破時間和空間的限制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離教育教學(xué)[2]。但是隨著教學(xué)模式的改革，以及教育教學(xué)行業(yè)的發(fā)展，常規(guī)的遠(yuǎn)程教學(xué)管理系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在的實(shí)際需求，對于龐大的用戶訪問量，其負(fù)載能力極差，嚴(yán)重影響遠(yuǎn)程教學(xué)質(zhì)量。針對這一問題，本文設(shè)計基于JSP技術(shù)的遠(yuǎn)程教學(xué)管理系統(tǒng)。

在層出不窮的各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，JSP技術(shù)通過自身獨(dú)有的網(wǎng)頁與內(nèi)容分離技術(shù)，以及可重用性的特點(diǎn)，在多個方面提高了動態(tài)網(wǎng)頁頁面的開發(fā)速度[3]。該技術(shù)具有強(qiáng)大的可伸縮性和多平臺適應(yīng)性，一次編寫完成的代碼可運(yùn)行在各種不同的操作系統(tǒng)中。將JSP技術(shù)應(yīng)用到遠(yuǎn)程教學(xué)管理系統(tǒng)中，利用該技術(shù)的特點(diǎn)解決常規(guī)的遠(yuǎn)程教學(xué)管理系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)。

1? 遠(yuǎn)程教學(xué)管理系統(tǒng)硬件設(shè)計

在遠(yuǎn)程教學(xué)管理系統(tǒng)硬件設(shè)計中，引用北斗通信機(jī)，采用以太網(wǎng)接口RS 485連接通信機(jī)，通信板使用RD120?6W板卡，該板卡提供6個接口[4]，接口引腳的詳細(xì)定義如表1所示。

通信機(jī)的主要控制芯片選擇GT6805工控板，該板采用ARM926EJ作為內(nèi)核，接頭采用標(biāo)準(zhǔn)D89工頭，方便一邊調(diào)試一邊實(shí)現(xiàn)通信連接[5]。該工控板內(nèi)部存在一個GPIO引腳，通過該引腳控制驅(qū)動芯片完成通信板的復(fù)位操作。

驅(qū)動芯片選擇ULN2003，主要用于驅(qū)動各種類型的負(fù)載[6]，功能框圖如圖1所示。

該驅(qū)動芯片電流增益高、工作電壓高，結(jié)合繼電器使用滿足通信板卡自動復(fù)位功能需求。

正常使用通信板時，板載撥碼開關(guān)為處理器的啟動模式選擇開關(guān)，設(shè)計兩種啟動模式：默認(rèn)工作情況下，選擇NAND FLASH啟動模式;另一個模式為SD卡啟動模式，當(dāng)系統(tǒng)移植或恢復(fù)時使用[7]。通過設(shè)計這兩種啟動模式，使工控板的運(yùn)用更為方便，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教學(xué)管理系統(tǒng)的硬件集成。

2? 遠(yuǎn)程教學(xué)管理系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1? 基于JSP技術(shù)的頁面設(shè)計

設(shè)計系統(tǒng)頁面需考慮遠(yuǎn)程教學(xué)管理系統(tǒng)的實(shí)際需求，方便遠(yuǎn)程教學(xué)的參與者進(jìn)行各種教學(xué)活動和管理各種教學(xué)資源[8]。從功能上分，系統(tǒng)各部分具體的劃分如圖2所示。

根據(jù)圖2中顯示的各個模塊，利用JSP技術(shù)設(shè)計對應(yīng)的頁面。系統(tǒng)中使用的所有JSP文件都保存在jsp_01，jsp_02和jsp_03中。其中，jsp_01目錄下存放的是學(xué)員訪問的所有JSP頁面;jsp_02下存放的是教師訪問的JSP頁面;學(xué)校管理員訪問的JSP頁面則存放在jsp_03中。

JSP頁面設(shè)計是利用JSP的定制標(biāo)志來維護(hù)和擴(kuò)展的前端頁面[9]。在JSP頁面設(shè)計中，主要利用其中的節(jié)（section）、區(qū)域（region）、模板（template）[10]，將系統(tǒng)中的頁面分為包含內(nèi)容的區(qū)域和便于維護(hù)的模板，使訪問應(yīng)用程序定義的所有區(qū)域更為迅速[11]。

系統(tǒng)中所有的頁面設(shè)計都通過使用模板和插入到模板的內(nèi)容實(shí)現(xiàn)，模板內(nèi)共包括4個區(qū)域：標(biāo)題、側(cè)框、內(nèi)容和頁腳[12]。通過設(shè)計頁面的背景，通過設(shè)計標(biāo)題，設(shè)計內(nèi)容，設(shè)計頁腳。

系統(tǒng)中不同用戶的所有區(qū)域都有相應(yīng)JSP目錄中的regionDefin.jsp文件定義，主要代碼為。在一個文件中定義多個區(qū)域，使系統(tǒng)頁面的維護(hù)工作得到減輕，通過擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)區(qū)域之間內(nèi)容上的共享，使區(qū)域具有可讀性[13]。通過JSP技術(shù)將頁面布局和頁面內(nèi)容分離開來，在開發(fā)過程中，可根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際需求的變化任意修改頁面內(nèi)容，而不影響頁面整體布局，從而更好的進(jìn)行遠(yuǎn)程教學(xué)管理。

2.2? 分配遠(yuǎn)程傳輸帶寬

遠(yuǎn)程教學(xué)管理系統(tǒng)在教學(xué)過程中存在多人同時在線的情況，為了保證遠(yuǎn)程教學(xué)的質(zhì)量，確定傳輸速率的優(yōu)先級，將網(wǎng)絡(luò)帶寬資源分配給合適的用戶使用。

用集合[Qns]表示網(wǎng)絡(luò)[s]中的第[n]個本地用戶組，本地用戶組的用戶是已經(jīng)注冊的用戶，對于用戶訪問系統(tǒng)使用的終端，傳輸優(yōu)先級通過不同的遠(yuǎn)程教學(xué)管理業(yè)務(wù)的決策因子來判斷[14]。將優(yōu)先級決策因子比較數(shù)值構(gòu)成一個[m×m]的矩陣，即：

式中[a]表示不同的決策因子，各個決策因子的加權(quán)向量為[ω=ω1，ω2，…，ωm]，是矩陣[M]的最大特征值對應(yīng)的特征向量，根據(jù)這一向量可得到?jīng)Q策因子的加權(quán)值[15]。系統(tǒng)中各個決策因子按照對遠(yuǎn)程教學(xué)管理業(yè)務(wù)的影響程度相互比較，得到?jīng)Q策因子的加權(quán)值，根據(jù)加權(quán)值判斷傳輸速率優(yōu)先級，形成優(yōu)先級決策規(guī)則，以此為依據(jù)，分配網(wǎng)絡(luò)帶寬資源到不同的用戶終端。

則最優(yōu)帶寬分配矩陣為：

式中：[z]表示用戶終端;[v]表示網(wǎng)絡(luò)傳輸速率;[fz，v]表示網(wǎng)絡(luò)[s]中的第[n]個帶寬資源對遠(yuǎn)程教學(xué)管理業(yè)務(wù)的用戶終端[z]的頻譜效率。因帶寬資源有限和系統(tǒng)容量的限制，最優(yōu)寬帶分配矩陣受到一定條件的約束，則帶寬分配矩陣的約束條件為：

式中[Kmin]和[Kmax]表示支持遠(yuǎn)程教學(xué)管理業(yè)務(wù)的用戶終端的實(shí)際最大和最小帶寬資源。通過以上約束條件的限制，來滿足實(shí)際遠(yuǎn)程教學(xué)管理業(yè)務(wù)的需求。至此遠(yuǎn)程教學(xué)管理系統(tǒng)設(shè)計完成。

3? 遠(yuǎn)程教學(xué)管理系統(tǒng)性能測試

3.1? 系統(tǒng)測試相關(guān)配置

測試基于JSP技術(shù)的遠(yuǎn)程教學(xué)管理系統(tǒng)性能，為了使系統(tǒng)運(yùn)行流程可靠，首先配置Java Web框架，Java Web配置采用XML文件發(fā)布信息，生成Web.xml文件，此文件保存至目錄Inf之下。Web.xml文件中配置了程序運(yùn)行必要的信息，這些信息中包括對Servlet參數(shù)的初始化、JSP文件相應(yīng)的映射，以及安全域的參數(shù)配置、環(huán)境變量等。完成描述符XML文件的部署，聲明使用的XML版本對文件的字符編碼做出新的規(guī)定。

另外，配置Struts開發(fā)框架，Struts.xml文件核心功能就是管理業(yè)務(wù)控制器。在正常情況下，系統(tǒng)存在一個默認(rèn)狀態(tài)，在Inf目錄下，指定的Struts.xml文件被Struts2框架自動加載執(zhí)行。通過這種方式Struts2框架提供模塊化方式管理配置以上文件。使用開源框架對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作，JDBC被輕量級封裝，對于系統(tǒng)中不同的操作方式，其操作更加簡單。配置文件的相關(guān)內(nèi)容如圖3所示。

圖3中顯示的是數(shù)據(jù)庫在XML文件中的映射與連接，通過以上配置，實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)程教學(xué)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫以及其他功能的操作。

3.2? JSP界面測試

使用JSP標(biāo)識生成頁面的動態(tài)內(nèi)容，測試遠(yuǎn)程教學(xué)管理系統(tǒng)中各個不同界面的跳轉(zhuǎn)情況，通過調(diào)用系統(tǒng)功能，檢查系統(tǒng)中某個具體的操作，驗證系統(tǒng)操作是否正常執(zhí)行。

由于系統(tǒng)需要測試的數(shù)據(jù)龐大，涉及的窗口較多，測試結(jié)果較多，在此僅把登錄界面測試結(jié)果展示出來。測試不同權(quán)限的用戶是否能夠正常登錄。打開網(wǎng)頁瀏覽器，啟動tomcat服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫，在頁面中輸入個人工號和密碼，點(diǎn)擊登錄按鈕。登錄成功和登錄失敗顯示的界面如圖4所示。

通過以上測試證實(shí)了系統(tǒng)中JSP界面跳轉(zhuǎn)正常，各項操作執(zhí)行正常，滿足后續(xù)測試需求。

3.3? 系統(tǒng)負(fù)載能力測試及分析

基于以上配置測試基于JSP技術(shù)的遠(yuǎn)程教學(xué)管理系統(tǒng)負(fù)載能力。為了更好地驗證設(shè)計的遠(yuǎn)程教學(xué)管理系統(tǒng)的實(shí)際性能，引用常規(guī)的遠(yuǎn)程教學(xué)管理系統(tǒng)在相同的系統(tǒng)配置下測試系統(tǒng)負(fù)載能力。測試結(jié)果如圖5所示。

觀察圖5中結(jié)果：圖5a）中顯示同時在線人數(shù)最多為302，網(wǎng)絡(luò)延時為37 ms，最高網(wǎng)速達(dá)到10.23 MB/s，最低網(wǎng)速為6.79 MB/s。在同時在線人數(shù)相同的情況下，圖5b）中顯示的網(wǎng)絡(luò)延時為174 ms，最高網(wǎng)速為7.28 MB/s，最低網(wǎng)速為2.74 MB/s。根據(jù)以上結(jié)果對比分析，實(shí)時在線人數(shù)相同的情況下，設(shè)計的基于JSP技術(shù)的遠(yuǎn)程教學(xué)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)延時較低，網(wǎng)速遠(yuǎn)高于常規(guī)的遠(yuǎn)程教學(xué)管理系統(tǒng)，說明本文系統(tǒng)的負(fù)載能力更強(qiáng)。

4? 結(jié)? 語

隨著社會信息化的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)越來越龐大，網(wǎng)絡(luò)用戶也越來越多，常規(guī)的遠(yuǎn)程教學(xué)管理系統(tǒng)不能負(fù)載龐大的訪問量，極易出現(xiàn)教學(xué)故障。針對這一問題，本文設(shè)計了基于JSP技術(shù)的遠(yuǎn)程教學(xué)管理系統(tǒng)，利用JSP技術(shù)設(shè)計系統(tǒng)中所有需要訪問的頁面，并合理分配帶寬資源，保證教學(xué)管理質(zhì)量。針對常規(guī)系統(tǒng)中存在的問題，設(shè)計相應(yīng)的對比測試，結(jié)果證明設(shè)計的遠(yuǎn)程教學(xué)管理系統(tǒng)有效地解決了常規(guī)系統(tǒng)中存在的問題，其負(fù)載能力得到了明顯的提升。

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