异构资源（精选10篇）
异构资源 篇1
1 异构的云资源
在云计算中, 虚拟资源都是云提供商通过虚拟化技术得到的云资源。在云计算环境中, 资源分配问题成为了不可忽略的问题。一个好的资源分配算法既能够满足用户的任务需求, 又节省云提供商的资源成本。对于云平台来说, 如果能充分考虑云资源间的差异, 那么它既能满足用户任务的需求, 又可以充分节约云资源, 以便处理更多的任务请求。云提供商为满足不同需求用户的需求, 粗粒度地提供多种云资源类型, 这里以提供的不同类型云资源为代表, 说明在云环境中, 云提供商提供不同类型的云资源给不同的用户。所以文中作者考虑了云资源间的差异, 提出了一种基于云资源异构性的资源分配算法—匈牙利算法。该算法首先将用户提交的云任务按照最少剩余内存原则划分成不同的组合, 再根据云资源间的差异, 为相应的组合分配资源。
2 问题分析
本文要解决的问题是在实时动态的云平台下, 为云用户提交的任务进行资源分配, 使其在满足截止时间的前提下, 申请使用尽量少的云资源来完成任务, 从而减少服务成本。下面分别从云用户提交的任务请求、云平台提供的云资源及本文算法的资源分配目标这三个方面来描述本文要解决的问题。
1) 云用户提交的任务请求是指任务包。即云任务可以被分解成多个相互独立的子任务, 并且这些子任务独立地运行。
2) 云平台提供的云资源指的是云提供商通过虚拟化技术得到的云资源。本文主要指的是不同类型的云的资源分配, 配置, 包括云资源的数量, 和存储器之间的虚拟资源的异质性的差异。
3) 云平台中的资源分配目标是在任务包的截止时间之前, 为云用户申请使用尽量少的计算资源来完成提交的任务, 减少云平台服务成本, 这样云平台就可以处理更多的请求。
3 资源分配策略-匈牙利算法
云用户按需购买云资源, 能有效减少投资成本和管理, 而成本云资源到主机的调度问题的核心就是指派问题。在实际使用中, 基于云平台的云资源架构对用户的并发性能很好, 允许多用户同时登陆并发起创建云资源和使用云资源请求。综合上述条件, 第四种调度情形较为常见, 实验⾤用的匈牙利算法进行云资源指派:
算法矩阵:
算法步骤如下:
1) 在总花费矩阵中每一行都减去该行中最小元素得到缩减矩阵Csi。
2) 在缩减矩阵Csi的基础上对该矩阵的每一列都减去该列中最小的元素, 得到缩减矩阵Cs2。
3) 得到的缩减矩阵Cs2后, 在该矩阵中找出尽可能多独立的0, 如果能够找到n个独立的0, 就从只有一个0的对应行列开始标记, 将0位置标记为选定, 将该位置所在的行列上的0标记为排除, 重复该动作, 如果选定为位置数等于n则最优分配策略已找到, 否则进入下一步。
4) 进行二次蹄选, 直到找到所有行和列都有一个标记为选定的0即可;如果还是没有, 进行变换矩阵和增加0元素, 跳转至第二步继续进行。
算法思想如下:
定义1:任务集合VM={VM 1, VM 2, VM 3, …VM N}, 任务队列中的请求任务数量随着系统用户的登录注销以及实际使用情况而实时变更, 每个云资源创建请求用数组的形式存放用户期望云资源配置情, VM={CPU, RAM, LAN}, 服务器集合HOST={HOST 1, HOST 2, HOST 3…HOST M}实验使用三台配置相同的高性能主机作为服务器, 每台服务器性能指标HOST={CPU, RAM, LAN}。
定义2:请求任务在服务器队列占用率不同的服务器上剩余的资源执行计算任务, 在使用存储在资源的不同的服务, 基本数据矩阵Spendnxm存储的定义的百分比的数据不同的任务以矩阵的形式。
虚拟化服务器, 网络带宽被所有的云资源的共享, 它是不是在分配带宽比例, 主要考虑CPU和内存使用率考虑。其中, CPUnm代表了服务器占用率剩余的计算资源的任务, 代表了服务器内存资源利用率的剩余任务。对CPUnm和RAMnm说, 如果应用程序是小于资源等于备用资源的量的量, 应用资源的量的值是由剩余的资源的百分比划分资源.
1) n=1时
将Spend矩阵中的值进行排序, 取出排序结束的最小值所对应的任务i与服务器j序号, 进行云资源请求创建。
2) n<m时:
当云资源创建请求数目大于1且小于服务器数量时, 需要将Spend转化成n阶方阵, 因为n<m, 在Spend矩阵中任意选取n行作为新方阵数据。由此将Spend转化为m个n阶方阵, 分别记为, S1pendn×n, S2pendn×n, Smpendn×n。对各方阵按每行每列求最小值方法处理, 即对每行取最小值, 用该行的所有元素减去该最小值, 以及每列求最小值, 该列所有元素减去该最小值, 得到新的矩阵, 可得出一种分配方案, 总共有Cn×m个n阶方阵, 最终可得出Cn×m个分配方案, 取出结果最优的方案进行云资源创建。
3) n=m时:当请求创建云资源数量和服务器数量相等时, n=m, 此时矩阵Spend为n阶矩阵, 对矩阵每一行做一下操作:
选取该行的最小值Spij[ie (1, n) je] (1, n) , 将该行每个元素减去最小值pij。
对矩阵每一列也做同样的操作, 选择每列的最小值, 将该列的每个元素减去该最小值, 经过以上变换后, 得到新的矩阵Spend。新矩阵中必然存在n个值为零的元素, 将其所对应的任务调度到服务器上创建云资源, 完成任务指派。
(4) n>m时:
当需要创造甚至超过服务器的数量是非常关键的一个云资源, 根据该情况下为四个被分配来执行, 以便采取相等数目的服务器, 并输入到云资源创建请求的分配执行队列, 根据情形三 (n=m) 认为交给的任务创建云资源;当任务队列中具有更高优先级的任务云资源创建请求, 当务之急的任务。在这种情况下, 在处理原则上实验排除使用批次云资源创建的矩阵块组成。
4 结语
本文针对异构云资源的研究进行了初步的探索, 在异构云资源的分配中, 对云环境中资源的分配问题, 考虑了异构云资源间的差异, 提出了匈牙利算法, 利用匈牙利算法对异构云资源的分配提出了新的分配策略, 实现了对异构云资源的分配。
同课异构:《老王》 篇2
一、设计思想
“探究式”教学是新课程所倡导的一种教学理念，对于像《老王》这样在清新的文字中藏有深刻意蕴的作品，可以探究出许多丰富的思想来。我抓住几个看似矛盾的问题和几句看似平淡却意味深长的话来设计教学。几个看似矛盾的问题：老王的外貌描写为什么很冷酷、可怕?老王和“我”在双方心目中的地位是怎样的?金钱在“我们”的交往中扮演了怎样的角色?分析这些问题，可以很好地理解“我”和老王的品性、情感。探究了这些问题之后，就不难发现老王之不幸是时代的伤痛；作者的愧疚则不仅是对自身的剖析，也是对那个让人不幸的时代的反思。
二、教学过程
(一)导入新课
古语说：“旧书不厌百回读，熟读深思子自知。”这几天，我一直在读《老王》，真是越读越觉得感动，越读越觉得沉重。《老王》让我不断地思考个人、阶层、生活、时代、幸运与不幸几个方面之间的关系。这节课我们就通过探讨、品味来理解这些方面的关系，挖掘文字背后的东西。
(二)为什么把老王的外貌描写得丑陋、可怕?
1找出文中对老王外貌的描写。
明确：①老王只有一只眼，另一只是“田螺眼”，瞎的。②他面如死灰，两只眼上都结着一层翳，分不清哪一只瞎，哪一只不瞎。说得可笑些，他简直像棺材里倒出来的，就像我想象里的僵尸，骷髅上绷着一层枯黄的干皮，打上一棍就会散成一堆白骨。
2作者为什么这样描写老王?
明确：①这是鲁迅式的“将不幸撕开给人看”，令人有一种刺心的痛，引发人们对不幸者更深的同情。②这与《巴黎圣母院》中描写敲钟人卡西莫多方法相同，以丑陋的外貌反衬其高尚的品质。③是“我”内心的一种救赎。“我”与老王之间只是雇佣与被雇佣的关系，这只是一种客观的描写，是“我”客观地记录自己当时的心理感受。但后来“我”渐渐醒悟，老王死前来“我”家时，与死人没有什么两样，却还关心“我”，让我愧疚。因此，我“残忍”地描写出老王丑陋可怕的外表，是“我”对自己的“残忍”，是将自己的灵魂剖开给人看，这样“我”愧疚不安的心才会逐渐安定下来。
(三)品味文中几处句子蕴涵的感情
1体味“有个哥哥，死了，有两个侄儿，‘没出息’，此外就没什么亲人’中的感情。
明确：“哥哥”与“侄儿”后的逗号是作者有意为之，诵读时一定要注意停顿。“有个哥哥”，让人心头一热，可惜“死了”，又让人心头一冷。后面的“有两个侄儿，‘没出息’”，也是让人心头从热到冷。“此外就没什么亲人”说明老王的孤苦伶仃。
“他也许是从小营养不良而瞎了一眼，也许是得了恶病，反正同是不幸，而后者该是更深的不幸”，如何理解这句话?
明确：老王瞎了一只眼，如果是因为“从小营养不良”，那是特定的社会时期物质匮乏造成的，这是一种共同的不幸。
为什么说是“也许是得了恶病”而瞎了眼是“更深的不幸”呢?“这老光棍大约年轻时不老实，害了什么恶病，瞎掉了一只眼”，我们可以推想，一个年轻的光棍“不老实”，大多是寻求一种生理的、情感的慰藉。而老王却为此付出了巨大的代价，得了“恶病”，这已是不幸；又因为得了“恶病”，瞎掉了一只眼，自然是更大的不幸了。我们不禁会想，像老王这样善良、勤劳的人存那个时代却无法获得常人的家庭的温暖，是谁之过呢?说到这里，我们自然会理解作者所说的“而后者该是更深的不幸”的含义了。
“后来我在坐着老王的车和他闲聊的时候，问起那里是不是他的家。他说，住那儿多年了”，这句话是否前后矛盾，为什么?
明确：“我”问“那里是不是他的家”，而老王却说“住那儿多年了”，说明在老王心中那不是他的家，只是一个暂住的地方。因为住在那里他得不到亲人之爱，享受不到天伦之乐，没有家的温暖，所以他说“住那儿多年了”，而不说是他的家。
2“我谢了他的好香油，谢了他的大鸡蛋，然后转身进屋去。他赶忙止住我说：‘我不是要钱。’”老王不要钱，为什么后来又接受了“我”的钱呢?
明确：老王在这一生中，觉得只有“我”是他的亲人。香油、鸡蛋，在那个物质匮乏、粮油限购的年代，珍贵程度可想而知。他要将最珍贵的东西留给世上最亲的人。而“我”却要给他钱，这让他很为难，他最终还是尊重“我”的意见，接受了“我”的钱。
(四)探讨金钱在“我”与老王之间扮演的角色
1找出文中有关金钱的句子。(略)
2金钱在“我”与老王之间扮演了怎样的角色?(引导学生自主探讨、合作探究，并尽力挖掘金钱背后隐藏着的情感与意蕴。)
明确：①金钱是爱心的媒介。老王因为年老，又有一只“田螺眼”，靠拉车勉强维持生活，因此，在“我”看来，给钱应该是一种爱与同情。
②金钱是交流的鸿沟。当老王给“我”送冰想减半收费时，作者说“我们当然不要他减半收费”，“当然”这两个字集中反映了“我”在经济上或精神上的优越感。而“减半收费”则反映了老王的忠厚善良和对“我”家的亲近。但“我”没有理解老王的善意，更没有把他当朋友、亲人，只是种居高临下式的爱心输送。
③金钱是引起“我”反思的醒木。老王在临死前送鸡蛋、香油给“我”，说“我不是要钱”，而“我”却硬将钱塞给他。到后来“我”反省这件事，发现老王是把“我”当亲人看，而“我”却误解了他的好意。所以作者反思说“他来表示感谢，我却拿钱去侮辱他?”
(五)探究老王和“我”在对方眼中各是什么人，并说说理由
明确：在“我”眼中，老王仅仅是一个熟人。我常坐老王的车，“一路上我们说着闲话”，说明我们之间仅仅是熟人，感情的交流仅说“闲话”而已。因为是熟人，所以在钱钟书得了病的时候，“我”才请老王送他去医院。也因为有了这种熟人关系，出自同情心，“我”的女儿送了鱼肝油给老王治夜盲症。而老王生病了，我不知他得了什么病，也没有去看望他，也不知他什么时候死的。这些说明老王在“我”心中并不是亲人，充其量只是一个相处得较融洽的熟人。
在老王眼中，“我”是他的亲人。老王送钱钟书去医院时，他说：“我送钱先生看病，不要钱。”他这样做表明是亲友之间的帮忙；“我一定要给他钱，他哑着嗓子悄悄问我：‘你还有钱吗?’”说明他了解“我”家的处境，能够换位思考。“我笑着说有钱，他拿了钱却还不大放心”，说明他有一种亲人般的关心。而老王一个勉强度日的车夫，生病还要吃药，只能“直僵僵”地、“直着脚”走路，在死前一天却给“我们”送来了“好香油”“大鸡蛋”。是什么精神支撑着他来“我”家?是一种亲情，如果他只把“我们”当成熟人，可能有这样的举动吗?
总之，熟人不等于亲人，反映了“我”与老王之间交往的不平等、情感的不平等。
(六)“几年过去了，我渐渐明白：那是一个幸运的人对一个不幸者的愧怍”，合作探究这句话蕴涵了作者怎样的情感。
明确：“我渐渐明白”，是我当时并不明白，我对老王的做法有什么不妥，只是在后来，我“每想起老王，总觉得心上不安”，这是慢慢反思的结果，也是我“愧怍”的原因。
“幸运的人”自然指我，“不幸者”自然指老王。联系“我们”一家在“文革”中的遭遇，“我”应该是“不幸的人”，而作者却说自己是“幸运的人”，是因为“我”虽然遭遇不幸，但相对于老王这样最苦难的下层百姓来说，无论是物质上还是精神上都要“幸运”得多。
对“愧怍”的理解：结合前面的分析，我们明白了“我”与老王在对方心目中的地位。对方把“我”当亲人，“我”却把对方当熟人，感情交流极不平等。这令“我”愧疚。
(七)小结(总结《老王》的写作意义)
异构资源 篇3
随着用户和应用的增多、问题规模和难度的增大,传统资源组织和管理方式无法满足应用的服务质量要求,同时用户也无法承受高额的服务成本,这促使了“云计算”服务概念的出现和快速发展。这时“云”作为一种新资源形式以服务的方式提供给用户使用。为了满足不同用户对云资源的要求,云提供商如Amazon都提供多种不同等级的云资源,不同资源的配置不同,价格也不同。云用户按需购买云资源,能有效减少投资成本和管理成本。IBM公司的Smart Cloud Enterprise则提供企业级别的基础设施服务。云用户只需将任务交给云平台即可,任务资源的分配、任务的完成等操作全由云平台处理完成。云用户关心的只是提交到云平台的任务能否在截止时间内完成。云平台是一种实时动态的环境,其资源分配是一个重要问题。资源分配影响到任务的完成质量以及云资源的利用情况。一个好的云平台能够用较少的云资源来满足云用户任务的需求,以达到节约云资源成本、服务更多云用户的目的。
针对云平台上的资源分配问题,在云计算中已有相关研究。文献[1,2]中作者考虑了云系统中的负载平衡、提高系统性能及资源利用率等问题,将用户的请求分配到合适的服务器上。但文中没有充分考虑用户的利益,没有把满足任务截止时间放在首位,而是跟多个其他目标进行了折中。文献[3]中作者的优化目标是最小化任务间的性能差,但没有考虑云资源使用成本和任务完成时间要求。文献[4]主要从deadline和budget两个限制因素考虑,为用户申请资源完成任务需求。以上的研究都没有考虑到云资源之间的差异。对于云平台来说,如果能充分考虑云资源间的差异,那么它既能满足用户任务的需求,又可以充分节约云资源,以便处理更多的任务请求。因此,本文提出了基于异构资源的资源分配算法(RA-HR: Resource allocation algorithm based onheterogeneous resources),它将用户提交的云任务按照最少剩余内存原则划分成不同的组合,再根据云资源间的差异,为相应的组合分配资源。仿真实验表明,在异构云环境中,该算法能在满足用户需求的前提下,节约云资源的成本。
1 问题分析及假设
本文要解决的问题是在实时动态的云平台下,为云用户提交的任务进行资源分配,使其在满足截止时间的前提下,申请使用尽量少的云资源来完成任务,从而减少服务成本。下面分别从云任务、云资源及资源分配目标这三个方面来描述该问题。
(1)云任务指的是任务包BoT s(Bag of Tasks),即云任务可以分解成多个互相独立的子任务,且这些子任务是独立运行的,子任务间不存在数据依赖关系。任务包的性能指标截止时间在用户提交任务包时一起被提交给云平台。
(2) 云资源指的是云提供商通过虚拟化技术得到的虚拟机。云提供商粗粒度地提供多种虚拟机类型,如Amazon EC2提供了3种虚拟机类型。文中异构资源主要指不同类型配置的虚拟机,配置包括虚拟机的数目、CPU和内存。
(3)云平台中的资源分配目标是在任务包的截止时间之前,为云用户申请使用尽量少的计算资源来完成提交的任务,减少云平台服务成本。
文中假设任务包的截止时间Td已知。一般来说任务包里的子任务的执行时间需要由预测算法来进行预算,但为了简化模型,文中也假设各个子任务的执行时间t已知。每个子任务的执行时间应小于任务包的截止时间。同理,假设每个子任务所需要的内存资源m也已知。由于子任务在运行时,其对内存的使用率随时间发生变化,所以文中使用子任务实际运行中内存的最大值m作为子任务的内存需求值。
文中不同类型虚拟机间配置的差异包括CPU和内存容量两方面。云平台提供的虚拟机资源有数目限制,因为云平台不可能把所有虚拟机资源全部提供给一个任务请求。同时虚拟机资源的计算能力只考虑CPU和内存两种因素,并且CPU的指标为核数(单核、双核等)。多核的虚拟机可以同时并行运行多个任务,如果能够最大化使用多核计算性能,那么可以有效减少资源开销。在同时服务多个任务时,我们设定一个计算核最多服务一个任务进程,以避免一台机器被过多地分配任务,增大任务的执行时间。
并发度conc指将任务包的子任务划分为一个组合时,组合里的子任务个数。它表示一个虚拟机同一时间并发处理子任务的个数。
最少剩余内存原则是指使分配给某虚拟机的任务的内存和与该虚拟机实际内存之间的差值最少,这样就能减少虚拟机资源的额外分配。
2 资源分配模型
虚拟机按照资源配置情况可分为K类,每个类型的虚拟机配置不同,约定类型i越大,相应虚拟机类型的配置越高。记第i类虚拟机CPU核数为Ci,内存大小为Mi,虚拟机数量为Ni。云平台申请的第i类虚拟机数量为ni。任务包的截止时间为Td,任务包可以分解成O个子任务。其中第j个子任务的执行时间tj,内存需求为mj。
按照文中所提策略,可将O个子任务划分为L个不同的组合Ai,再将每个组合分配到不同的集合Si中。Si代表集合中的所有组合任务将被分配给类型为i的虚拟机。如组合Ai被分配到集合Si中,那么组合Ai中的子任务应满足:
其中conc(Ai)表示组合Ai的并发度。
虚拟机一次处理一个组合中的子任务。我们取组合Ai中所有子任务的最大执行时间作为Ai的完成时间Tl,以保证在Tl时间内该组合中所有的子任务都已执行结束。对于第i类虚拟机来说,一个虚拟机能处理的组合集合s由集合Si中哪些组合的完成时间和小于任务包的截止时间来决定,即s集合中所有组合的完成时间和应小于Td,且sSi。则ni等于集合Si中s的个数。
虚拟机资源使用情况采用cs和ms指标来衡量。其中cs表示CPU核数c与使用该CPU核的时间s的乘积,单位为个*秒;ms表示内存与使用该CPU核的时间s的乘积,单位为GB*秒。设任务包的执行时间为T,则文中要解决的问题可以用以下公式表示:
3 资源分配策略
当用户将任务包提交给云平台后,云平台分配相应的云资源给任务包。本文考虑到异构云资源之间的差异,提出了RA-HR算法。RA-HR在保证任务包于截止时间内完成的前提下,能分配较少的云资源给任务包。这样云平台就可以同时处理更多的云用户的请求。
思想:任务包被分解成互相对立的子任务。RA-HR将子任务根据一定的策略划分成不同的组合,再将组合放入相应的虚拟机的集合。在划分组合时,RA-HR优先考虑CPU核数多的虚拟机类型,因为多核虚拟机可以并发处理多个子任务,有效地减少资源开销。如果配置高类型的虚拟机已分配完,则再考虑配置较低类型的虚拟机。在每类虚拟机的集合中,如果多个组合的完成时间和小于任务包的截止时间,则为这几个组合分配同一个虚拟机,否则分别为其分配虚拟机。
文中算法将子任务划分不同的组合时,不是按子任务的初始顺序,而是先将子任务按照子任务的执行时间由小到大排序,再划分组合。假设已排好的顺序,并标号为r1,r2,r3,…,r0。
(1)选出子任务队列中下标值最小的rj,根据第i类型虚拟机的CPU核数,找出所有可能的组合,这些组合须满足公式(1),且每个组合中都有子任务rj。若子任务队列中的所有子任务都已被划分到相应的集合Sj中,则算法结束;
(2)筛选最优组合。根据第i类型虚拟机的内存大小及最少剩余内存原则,从步骤(1)所有可能组合中筛选出最优的组合A;
(3)计算组合A集合Sj中组合的完成时间和是否大于任务包的截止时间。若小于,则将组合A放入Sj中,为这些组合分配同一个虚拟机即可,在子任务队列中删除组合中的子任务,更新j,步骤(1);若大于,再判断是否还有第i类虚拟机。若有,则将组合A续放入Sj中,为组合A单独分配虚拟机,在子任务队列中删除组合中的子任务,更新j,步骤(1);若无,则将组合中的子任务放回任务包中,更新j,返回步骤(1)。
RA-HR在划分组合时,不是按照排序好的子任务的顺序依次来组合,而是遍历找出所有可能组合。这样算法就从全局的角度对子任务的组合进行了优化,从而避免了只按顺序组合的局部优化。
算法的伪代码如下:(参见下页)
4 仿真评估
实验模拟平台采用的是Cloudsim。仿真参数为:一个任务包中的子任务数取5、10、15、2四个值;任务包的截止时间取25s;各个子任务的执行时间在1~20s内随机取值,内存需求在1~10GB内随机取值。
算法的伪代码如下:
虚拟机的类型K取3;每种类型虚拟机的基本配置如表1所示。
仿真中,为了全面对比结果,我们分别对云资源充足和不充足两种情况进行了RA-HR算法的仿真,并且对比了另外两个算法:AA和SCA。AA算法没有将子任务组合起来,只是分别单独地对子任务分配资源;SCA算法则是将相邻的子任务进行组合,再为每个组合进行资源分配。
4.1 资源充足时
图1、图2分别表示当资源充足时,云平台为任务包分配的CPU和内存情况。从两图中可以看出,文中提出的算法RA-HR在保证任务包于截止时间内完成的前提下,使用的CPU和内存数量都小于另外两种算法。AA算法对子任务单独进行资源分配,容易造成资源的浪费。而算法SCA和RA-HR都考虑了异构资源的差异,将多个子任务并发进行,节省了额外的资源分配。但SCA算法只是按照子任务的顺利依次划分组合,只是局部优化。而RA-HR算法从全局的角度,遍历找出所有子任务组合,再找出最优的组合进行资源分配。仿真结果表明,RA-HR算法在性能上优于其他两种算法。
表2是在子任务数为20时,各算法分配的虚拟机数量(单位:个)。可以看出,在资源充足的情况下,RA-HR相对于其它两种算法能减少虚拟机的分配。这样云平台就可以节省资源来服务更多的任务包。
4.2 资源不充足时
仿真将VM3的数目设为1,来代表云平台资源不足的情况。
从图3、4中可以看出,即使在资源不足的情况下,RA-HR算法的性能仍优于其他两种算法。因为RA-HR算法在筛选组合时,根据最少剩余内存原则,筛选出最优的组合。该组合能充分考虑云资源的差异,减少云资源的多余分配。
表3是在资源不足、子任务个数为20的情况下子任务的完成情况。由表3可以看出,RA-HR算法在保证任务质量上优于其他两个算法。尽管文中三种算法都是优先考虑类型级别高的虚拟机。但RA-HR算法从全局的角度筛选最优的组合,考虑了虚拟机的异构资源,可以避免个别子任务因内存过大而没有虚拟机服务的情况。而其他两种算法则在资源不足的情况下,因分配资源不当,造成了个别子任务未能满足的现象。
5 结束语
文中针对云环境中资源的分配问题,考虑了异构云资源间的差异,提出了RA-HR算法。此算法在保证任务包于截止时间内完成的前提下,从任务包的全局进行考虑,将子任务进行分组,然后分配资源。仿真表明,在异构云环境中,RA-HR算法在资源使用、任务完成质量上有较好的表现。
下一步将考虑虚拟机在服务器上的放置问题,以达到云平台的节能目标。
摘要：随着“云计算”的出现和快速发展,“云”作为一种新型的资源形式被越来越多的用户所使用。云环境中的资源分配问题成为了云计算中不可忽略的问题。在云资源管理平台中,如何既满足用户的任务需求,又节省云资源成本,是云运营商尽快希望解决的问题之一。实际上云用户对云资源的请求是有差异的,而且用户任务的完成通常由多个异构的云资源来实现。文中作者考虑了异构云资源间的差异,提出了一种基于异构资源的资源分配算法。该算法先从任务的全局角度考虑,将用户提交的云任务划成不同的组合,再根据云资源间的差异,为相应的组合分配相应的资源。实验仿真表明,在异构云环境中,该算法能在满足用户需求的前提下,在节省云资源使用上有较好的表现。
也谈“同课异构” 篇4
所谓“同课异构”就是根据学生实际、现有的教学条件和教师自身的特点，同学科同主题的内容，由不同的教师设计不同的教学方案，在不同的教学班级进行的教学系列活动，体现出不同的教学风格，带给听课教师更多的思考和感悟。“构”是核心、基础和灵魂;“异”则强调变化、发展。不同的教师受自身教育理念和教学经验等因素影响，各自的教学设计具有个性化特点，呈现出五彩缤纷的效果。教学规律和教学内容的共性决定了同课异构的“同”，教学环境因素的不同和不同教师的教学个性决定了同课异构的“异”。而反映出同课异构的魅力与内涵，体现不同教师专业发展水平的恰恰是“异构”。“异构”则体现在两位或多位教师的不同呈现，具体体现在结构、方法、手段、形式等方面有所不同。
教师采取不同教学方法和策略，进行不同教学设计的课堂教学。
“同课异构”中的“异构”不是目的而是一种手段，是通过不同的教师或者是同一个教师用不同的设计上同一节课这样的手段来帮助教师更好的理解课程标准、更好的把握适合不同教学内容的教学方法、更好的了解适合不同学生特点的教学情景、发现平时教学中的一些低效甚至无效的教学方式等，来实现教学有效性的目的。而这些问题通过独自的思考很难得到透彻的理解并获得解决，但拿出来大家一起研讨后，很快就可以明确。正如苏霍姆林斯基所言：“任何一个教师都不可能是一切优点的全面体现者，每一位教师都有他的优点，有别人所不具备的长处，能够在精神生活的某一个领域里比别人更突出、更完善的表现自己。”教师之间的这种差异性资源，在合作中得到了充分的利用。我们应从这项活动中取他人之长补己之短，而不是“年年岁岁教相似，岁岁年年人不同”，也不要去做名师的粉丝矫揉造作地表演一场“模仿秀”。我们应该做的是认真思考自己的教学设计，充分发挥自己的聪明才智来设计属于自己的课，应该做到 “我的教学我主宰，我的设计我做主”。
由此可见，开展“同课异构”活动可以促使教师去学习、思考、探究，并在这个过程中得到发展，而避免出现教师坐享集体备课的成果，或者简单照搬其他教师的教学设计。在“同课异构”活动中，教师通过备课、说课、上课、听课、评课等教研活动，可以踏踏实实地经历“理解教材——独立设计——教研组说课——课堂实践——比较创新——总结提升”校本教研过程，并在研讨中取得共识，达到资源共享，促进教师专业发展。无论怎样的“异构”，最后还是“殊途同归”，我们的最终目标是“同”的。那就是让学生在课堂学习过程中，学有所得，让教师在“同课异构”教学研讨活动中，教有所获。
异构资源 篇5
随着时代的发展, 网格环境下的数字图书馆功能必将被进一步开拓和发展, 本文主要以异构资源作为切入点, 重点研究其元数据问题、资源整合问题以及异构资源同构化问题。
1 网络环境下的数字图书馆元数据
1.1 元数据是组织网络信息资源的有效工具
所谓的元数据, 指的是数据之下的数据, 也就是最原始的数据。无论是在任何一种环境下, 元数据都是有效的信息资源组织工具, 都是利用信息资源的关键部分。网格信息资源包括数据、元数据、指针3部分, 指针是一种工具, 用来表示数据;元数据是数据集, 用来表示数据特征;数据是储存在数字图书馆中的基本信息资源。在数字图书馆中, 元数据十分重要, 元数据主要描述的内容包括是什么、什么时候、在哪、为什么等。以DC的元数据为例, 其主要组成部分为:作者、主题、标题。通过搜索, 可以找到不同格式的元数据, 由于元数据的格式较多, 因此, 为了提高搜索效率, 在搜索引擎内设置了大量元数据模板, 甚至可以搜索到格式不常见的元数据。除了上述分析之外, 元数据还需要对数量、区域、距离等内容进行描述。数字图书馆因为其所提供者所处环境的不同, 因此, 在描述网络信息资源时需要详尽描述信息资源所处的位置。
1.2 元数据在数字图书馆中的有效应用
(1) 元数据的创建。在数据的搜索与创建阶段, 元数据等信息备被以HTML, SGML等形式放置到信息资源之中。在网格信息资源的整个生命周期之内, 元数据的信息不是一成不变的, 而是随着信息资源的变化而变化的, 并保证网络系统能够快速找到精准的信息。
(2) 元数据的搜集。在发现网格数字图书馆信息资源的阶段, 搜集元数据可以迅速在信息庞大的资源中找到有效信息。元数据的格式有不同的类型, 在专用的搜索引擎之内能够找到不常用格式的元数据。
(3) 元数据间的映射。MARC, TEL等格式的元数据能够通过传输协议将他们的数据语句与元素等进行转化, 达到语义与结构相互兼容的目的。
(4) 元数据与系统的建立。网格环境下元数据仓库的技术基础为因特网与网格技术。这种技术背景下建立的元数据仓库不仅具有传统图书馆的检索系统, 而且具有数字图书馆的信息资源检索系统。网格技术能够将所有的分布式数据馆藏以及信息资源连接成一个虚拟源数据的馆藏, 通过数据馆藏实现元数据的建立、映射以及检索。用户则可以通过网络查询网格中的信息资源, 并通过对元数据信息的查询, 找到信息资源的实体。
1.3 元数据在数字图书馆中的服务流程
为了实现异构资源的有机整合, 就需要建立一个公用的数据库信息中心, 使用者能够通过统一的网址进行透明的不同数据库的访问。在网格中, 每一个数据库都有指定的网格服务保证原数据的采集以及注册, 并通过网格服务以及监测查询作为中间层从而实现对元数据的管理以及查询的功能。客户端有多种形式, 可以是应用程序也可以是Web的浏览器, 后台的数据库异构性被屏蔽, 并由统一的服务接口进行访问, 用户并不需要关心数据库到底采用哪种类型以及何种访问的方式。
2 网格环境下数字图书馆异构信息资源的有机整合
如何实现网格环境下数字图书馆异构资源的有效整合, 是网络环境下数字图书馆信息资源管理重点需要解决的问题。网格环境下的数字图书馆包含着多种多样的信息格式内容, 信息具有分散性, 并且是比较独立松散的信息空间, 每一信息空间都依照自己的方式进行元数据的集中, 信息检索模型的建立以及对计费方式的设定等都不相同, 因此要实现跨库检索是一件很困难的事情, 跨库检索要将这些独立的元数据以及检索方式等等集中到一块, 提高数据的检索效率, 简单来说也就是将所有的数据库系统进行集成, 便于使用者进行检索。
2.1 网格环境下的数字图书馆资源
将数字图书馆中大量的、分散的信息资源进行有效整合, 集中到一块是数字图书馆网格思考的问题。网格要实现资源的最大块连通, 连通的内容包括计算资源、存储资源以及软件资源等。
2.2 构造异构资源统一检索办法
数字图书馆发展得越来越快, 图书馆信息资源的不断增多, 然而因为各个数据库都有自身的检索界面、检索方式, 因此用户在进入到不同的检索库中都需要进行身份验证, 频繁的登入或登出。这种情况下即使经常使用图书馆资源的用户也不免抱怨, 在信息资源的海洋面前望而却步。因此图书馆的大量资源并没有被有效利用, 如何让用户使用多个数据库的集成资源跟检索, 保证图书馆的信息资源被最大程度上的使用成为关键。为了解决这个问题, 各大图书馆都在开发Web的跨库检索系统。
2.2.1 不同图书馆数据库检索界面类型
罗列型。这种检索的界面是将所有的电子资源进行罗列, 之后让读者自己去选择一种资源进行注册、登录, 随后输入检索词语进行检索, 之后换成另外一种检索库进行检索, 重新进行注册登录。如果电子资源的种类偏少的情况下, 用户还不觉得十分的繁琐, 但是如果需要大量的且在不同数据库的电子资源, 则很麻烦, 造成很多用户不愿意继续使用电子图书馆进行资源的检索。
导航型。导航型是对罗列型的发展, 导航型的数据库根据用户的使用习惯以及需求类型等进行分类。分类方法主要包括以下几种:字母顺序类, 主体范围类, 学科类型类, 这几种类别建立一个导航系统, 之后用户根据这几种类别对应的电子资源进行内容检索。导航型具有很强的学科性质, 对电子资源的类别进行划分, 用户根据不同的类别进行资源的查询, 并以此登录到每个数据库的网站, 进行信息资源的查询。这种分类的方法有很大局限性, 对学科不了解的用户来说用处不大。因此采用导航系统的都是有些对电子图书馆使用较多的重点高校, 此种类型能够有效节省用户的检索时间, 实现一站式的检索。
2.2.2 网格环境下的异构跨库检索系统架构
电子图书馆是由一系列数字资源和应用系统构成的。在实际工作中可以将数字图书馆操作划分为两个方面:一是数字悺必须合理解决多个应用系统构成以及其与异构资源的集成;二是不同数字图书馆之间进行相互操作的关系。数字图书馆在网格环境下划分为两个主要构成部分:一是两个或者两个以上的图书馆与单个图书馆之间的交互操作交换。在互联网环境中, 数字图书馆的重点是对众多用户和诸多资源进行支持和服务。多个图书馆在网格环境下研究的主要内容集中在图书馆之间的相互操作、集成方式, 甚至对分布式用户访问支持方式服务能力。
基于互联网环境的数字图书馆建设应以OGSA规范为标准, 在数字图书馆资源领域对网格计算资源管理能力予以适当地运用, 同时保障组织模型的开放性、重用性与互操作性等特征。模型可以从3个层面进行子模块的设置, 分别为分布资源层、网格服务层与知识服务层。模型的最下层应将图书馆的分布式数字资源囊括在内, 借助于网格服务层, 可以对这些资源进行虚拟整合。
网络服务层包括网络基础架构和统一资源空间两大部分, 网格基础架构主要调度和整合信息资源及服务, 自上而下包括信息服务层、数据服务层及计算服务层。信息服务层的主要作用是提供了统一的用户服务接口, 通过这个接口可以相互访问不同的异构数据资源, 在访问过程中, 元数据这一描述信息和异构信息整合的数据集显得尤为重要。该层提供的服务根据系统需求会有有变化。数据服务层的主要服务内容是通过分布式信息资源集中计算与分析管理共享信息资源, 其主要内容是管理数据存储、元数据的管理及传递管理等。计算服务层主要提供的服务内容为资源发现以及分配和资源的监控电能。统一资源空间主要包含统一的资源配置以及统一元数据描述, 主要负责资源与服务之间的整合。知识服务层主要的作用是整合虚拟资源, 资源整合之后通过知识服务层为用户提供服务, 不断优化统一资源存储及检所运行的模式。
3 结语
关于网格环境下数字图书馆异构资源的整合, 本文建立了一站式检索的模型。一站式检索用户只需要在使用资源的时候输入检索词, 之后便能在多个电子资源中检索到自己所需要的信息, 不需要在多个数据库中进行切换, 反复的登录或登出。通过简单快捷的操作就能够一步到位地检索到需要的信息, 是今后电子资源检索的发展趋势。
参考文献
[1]毕强, 沈涌.数字图书馆网格信息资源组织模式研究.[J].图书情报工作, 2007 (8) :10-14.
[2]李晓娴, 刘杰.上海研发公共服务平台子系统间协同机制研究[J].科技政策与管理, 2006 (10) :31-34.
[3]胡素青.大数据, 向巅峰出发[J].金融科技时代, 2012 (9) :20-23.
异构资源 篇6
区域医疗信息化不断推进过程中,医疗技术新发展带来诸多便利,同时也导致大量异构、自主的医疗信息系统和海量信息资源。各系统管理和维护众多重复多样的基础性数据,各异的数据库,但是系统之间却无法与联动,共享业务数据[1],给医疗卫生工作造成困扰。在医疗信息化程度不高的县乡各医院和卫生院,这种现象更加明显。因此,医疗信息资源如何进行有效、安全的集成和通信,并逐步向医疗业务数据的分析与挖掘方向延伸是医疗界面临的挑战。从上世纪80年代开始,医疗界信息系统整合方案吸引了国际上众多科研、教育机构和医疗软件系统开发商的关注,各种医疗通信标准和规范的制定和推广,如HL7(Health level seven)、webservice协议栈、IHE(Integrating the Healthcare Enterprise)集成规范等为医疗信息系统间的集成奠定基础[2]。
实现医疗业务系统间的数据交互可通过建立医疗业务中间数据库和集成平台。前者集中存储医疗数据,数据交互由各异构系统访问中间数据库实现[3]。该模式的数据安全及业务流程缺乏控制。集成平台模式,可实现医疗数据交换标准化,并控制医疗业务流程,动态调整异构系统间的数据流向,满足实时数据交互以及互操作性。国内已有较成熟的医疗集成平台,如IBM、东软公司、美国Intersystems公司开发的产品,但医疗信息资源的集成方面的成功案例和经验仍欠缺,须规划全局,循序渐进。美国Intersystems公司开发的集成平台Ensemble(内嵌Caché数据库),有效解决接口繁杂及数据规范化的问题。通过对现有业务系统的数据自动抽取和流转,实现医疗服务信息和管理信息的互联互通[4,5]。
1 Ensemble集成平台总体架构
区域医疗以居民健康档案为中心,要求简化异构系统集成,并制定医疗信息体系各种标准和规范,实现医疗数据共享[2,6]。广西医科大学第一附属医院是综合性三级甲等医院,是区内医疗、教学、科研的重要基地。近年来,医院信息化程度不断提高,院内异构系统增多,如医德医风、医学影像、超声、医院信息系统、电子病历、人力资源管理系统等。系统单点间信息交换,耦合度过高。系统间数据交互和集成更加复杂,接口维护、管理难度加大,且存在安全隐患。
Ensemble应融入医院信息系统建设,可搭建在HIS体系架构的应用层。Ensemble Studio工作室,集成Caché的开发环境,具有跨网络、跨协议、支持应用集成和数据集成优势,各系统只需要与Ensemble平台做接口,降低系统开发复杂度[7,8]。图1为Ensemble体系架构。
Ensemble在医院信息系统中主要作用是消息机制的传输和控制,主要特点是支持内嵌HL7标准、XML类库等消息格式;内置后关系型数据库Caché。Ensemble主要包含三个层次:数据接口层、业务核心层和数据存储层。
(1)业务核心层
包括业务流程管理和消息管理,定制、调度业务流程以及映射消息。业务服务BS(Business Service),接受消息对象,将它转换成请求消息,并传递给业务流程或者业务操作。业务流程BP(Business Process)接收请求消息,然后按照顺序或者并行的方式执行一套预定义好的行为。业务操作BO(Business Operation),接收BP消息,映射到指定的外部应用。同时把请求消息对象的属性转换成外部应用可用的格式,并通过输出适配器调用该外部应用[6]。
(2)数据接口层
输入和输出适配器(支持SQL/FTP/TCP/HTTP/SOAP等),集成各异构系统到业务流程中,并监控各个子系统的执行情况和运行状态[9]。接入服务以适配器集成接入各医疗业务系统(HIS/EMR/LIS/PACS等),被集成系统之间的信息交互载体为XML,通过消息机制建立XML的交换通道。
(3)数据存储层
包括元数据存储库和消息仓库,用于存储各业务流程的消息定义和转换等。
(4)Caché数据库
美国Intersystems公司采用面向对象方式成功设计的后关系数型据库Caché,本质是基于关系数据库技术,融合网络技术和面向对象应用开发的高性能数据库管理系统。美国三大实验室及70%医疗行业信息系统均采用Caché[6,7]。Caché包含事务处理和Client/Server应用,优势在于集成多种数据库访问方式,包括多维数组、SQL和对象数据库。查询数据效率增强,同时存储空间占有率减小。
Caché所有数据都保存在多维数组存机制擎Global中,Global是一个树状结构,可存储带有许多下标的数据,且不限制数据类型。Global表示形式:^名称(下标1,下标2,…)=值。如表1所示为查找表PA_ADM的表结构,即各种Global的索引类型、名称和具体内容。其中,data类型是用于保存数据,遍历树结构就是访问data;index类型是用于存放查找下一个节点的索引。Global以树状的形式保存,每一个节点直接与磁盘和内存中的数据块相对应,访问速度极快[6]。
Ensemble提供业务、事件、业务规则日志、消息跟踪监控等功能,实现开发期的有效调试及运行期间的故障诊断分析。利用集成平台故障可追溯机制,可快速定位导致异常的环节[9]。集成平台的权限还包括数据来源的定义、调度控制等方面,对外提供统一数据访问方法,形成各应用系统统一的数据视图。
2 接口关键技术Web Service
Web Service由一系列的标准和协议组成,具有跨平台、简单和集成能力强等特点[11,12]。鉴于XML在网络环境中的跨平台技术,且易于处理结构化文档信息[6,9,10],Ensemble内置的Caché创建Web服务时,采用XML作为描述结构化资料和应用组件的标准语言,并自动生成WSDL,用于描述、规范命令和服务[11],实现可互操作的分布式应用程序。
3 在医德医风满意度回访的接口实现
3.1 接口需求
目前国内大多数医院医德医风满意度调查主要通过软件系统对就诊病人开展。包括电话咨询,病房发放调查单,网站调查以及自助机等方式,调查内容较单一,且信息之间无法有效共享,存在信息孤岛现象。随着医疗信息化改革从面向医院内部管理向整体医疗全面发展,对医德医风满意度调查工作提出内容更广泛、信息化程度更高要求[13]。
顺应医疗信息化发展要求,广西医科大学第一附属医院针对满意度调查模块另辟蹊径,采用信息化手段,结合通信、网站等渠道对出院患者的全方位调查,提供康复、术后治疗指导等,了解病人出院后的治疗和恢复情况,观察医院对病人诊断、治疗的有效性。通过社会监督和患者参与,提高患者就诊满意度,积极防止或减少医德考评失真。如何安全有效获取病人全面、准确的就诊信息,协助工作人员更好开展院外回访工作,涉及到异构系统间数据的共享,信息的安全等问题。借助医院Ensemble集成平台,及院内稳定运行的医院HIS系统、全结构化电子病历等医疗信息化发展的优势,与医德医风系统实现接口数据的有效传输。
3.2 开发环境
操作系统:window server 2008;
Web服务器:IIS(Internet Information Server)6.0;
集成平台:Ensemble(集成开发平台,内置Caché数据库)。
3.3 接口消息定义
广西医科大第一附属医院在医院数据库设计时主要采用医生开立的医嘱来设计数据库。病人首次就诊,系统生成唯一登记号(PAPMI_NO),该病人每次就诊均生成一个就诊号(PAADM_Row ID),子项是医生开出的多个医嘱号(OEORD_Row ID)。根据医院信息系统数据库表结构来定义接口消息的结构,定义接口消息时要求相关系统的消息结构设计遵循:
1.消息的返回值Result Code有两种取值:0代表成功;-1代表错误。
2.消息类型FLAG有三种取值:插入;更新;删除。
3.XML消息中的字段名标签命名,釆用单词首字母大写方式,如:NAME字段的标签形如〈Name〉小明〈/Name〉,而PAP-MI_NO字段的标签形如<PAPMI_NO>0001111000</PAPMI_NO>。
4.平台返回值形式:平台把此消息发给病人服务系统,则返回值形如:<Response><Ge Adm First Page Dict ListReturn><Result Code>0</Result Code><Result Content>成功</ResultContent><Dict><PAPMI_NO>0001111000</PAPMI_NO>…</Dict></Ge Adm First Page Dict ListReturn></Response>。
5.涉及的参数说明。以住院病人诊断信息字典参数为例。
交易输入:<Request><PAADM_Row ID>4186096
</PAADM_Row ID></Request>。
表2和表3是病人诊断信息的输入参数说明。
交易输出:<Response><Ge Adm Diag Dict ListReturn><Result Code>0</Result Code><Result Content>成功</ResultContent><Document ID>086239</Document ID><Dict Lists><Diagnose><Diagnose Desc>急性淋巴细胞性白血病,L2型</Diagnose Desc><Curative Effect>治愈</Curative Effect></Diagnose>…</Dict Lists></Ge Adm Diag Dict ListReturn></Response>
3.4 消息交换触发原理
如图2所示,医德医风系统向Ensemble发送请求消息:实参和方法。平台依据HIS系统回访病人标准(住院病人达到出院标准,医生下达出院医嘱,护士对病人做出院处理;或主管医生提交病人电子病历),调取Caché脚本数据处理程序,返回XML消息串给医德医风系统。系统接受XML消息,把病人的基本信息放入接口中间库等候队列(包括病人基本信息,出院诊断、手术情况、出院医嘱等)。
3.5 满意度调查接口的具体实现
BS提供的方法接口,即webservice接口,说明如表4所示。平台通过添加命名空间和类名直接调用webservice接口。
图3显示BP的消息路径,协调八个业务操作,属于Ensemble内部调用。<call>调用下一个BO,使用的是哪种方法。<sync>是消息同步,此步骤运行完成,才可以进行下一步。
访问Ensemble之外的方法或者应用程序,属于内部调用。业务操作在Ensemble中封装为BO,部分代码如下所示。调用可以重用,减少工作量。
Get Adm First Page Dict Info接口方法返回信息如图4所示。
3.6 集成平台的界面视图数据追踪
集成平台的消息管理和跟踪视图如图5和图6所示。
3.7 请求方获取所需数据
医德医风系统主要完成以下工作:
(1)与Ensemble服务器端建立连接,发送查询请求。通过Skettle开源数据抽取工具与集成平台接口建立连接。依据双方协定的接口输入,制定查询请求,通过建立的连接把查询请求发送到接口端。
(2)接收接口端返回的XML数据,提取所需的数据,进行相应处理。
医德医风系统获取病案首页、电子病历等信息,数据解析、过滤等操作,得出满意度回访界面数据如图7所示。
4 结语
异构资源 篇7
Femtocell,又称增强型基站[1]、家庭式基站[2]、或是femtocell接入点(FAP)[3],是通过一些蜂窝技术(3G,LTE),用来增强当前网络的覆盖半径和容量。部署femtocell面临着一些急需解决的挑战和问题,尤其是FAPs将会使用和宏基站相同的认证频段,因此干扰控制将会成为一个很大的问题。
在异构网络中,干扰控制主要集中在功率分配/控制和子载波资源分配上面。文献[4]和文献[5]针对宏基站和家庭式基站组成的网络,给出了基于功率控制的干扰减少算法。文献[6]提出正交化的带宽分配理念。在文献[7]中,利用下行严重干扰的指示减少femtocell对宏基站破坏性的干扰。文献[8]则是基于认知无线电场景提出了新型可扩展算法,提供动态接入频段,从而达到跨层网络中的频谱共享问题。
将主要考虑OFDMA系统下,宏基站和家庭式基站组成的异构网络中的上行资源分配。首先,提出跨层干扰控制方法,其原理为阻止一些家庭式基站用户(FUs)使用相邻宏基站用户(Mus)已经使用的频谱资源。其次,用公式将资源分配问题数学化表述,并将其分解成为功率分配和频谱资源分配。在功率分配中,采用3GPP LTE上行中引入的标准部分功率控制。而在频谱资源分配中,采用新提出的算法灵活使用频谱调度,以保证UE QoS的同时,最大化整个系统的吞吐量。
1 干扰分析及跨层干扰控制
1.1 干扰分析
OFDMA中macrocell/ femtocell组成的双层网络上行干扰模型如图1所示。Rc 和 Rf 分别表示为macrocell和femtocell的半径。当macrocell和femtocell使用相同的频谱资源时,将会产生跨层干扰。上行系统中,femtocell UE发送功率远远小于macrocell UE的功率,这样减少了所有femtocell到其最近宏基站间的干扰。然而,FUEs却可能遭受附近Mus所带来的比较严重的干扰。图1中,MU1会给FAP1中的FUs带来性能上的下降。
1.2 跨层干扰控制
为解决上述双层网络跨层干扰问题,下面将提出跨层干扰控制方案。此处使用RSRP对MUs进行分类。当MU接收到一个femtocell的RSRP Pr功率大于设定阈值Py.,则将此干扰用户对于该家庭式基站为“femto干扰用户”。分配给此MU的频谱资源将不能再分配给服务于该femtocell下的FUs。
从另一角度来看,也即定义MU对某一家庭式基站所带来不能忍受干扰的最小距离dmin。则任一MU在最小距离dmin以内则定义为“femto干扰用户”,反之,当MU落在最小距离dmin之外,则定义为“非干扰用户”。
一般情况下,对于第n个FAP来说,很有可能不止一个MU落在最小距离dmin 范围内。由于频谱资源的单元为资源块(RB),系统全部的RB数为M,定义此类MUs的集合为U
对于第n个FAP,可以使用的频谱资源Mn可以用如下的公式表示为:
2 资源分配策略
在第2部分中,使用跨层干扰控制方法避免了严重的干扰,由此将双层网络中的资源分配分离。
2.1 问题阐述
考虑OFDMA系统中,macro-femto组成的双层网络下的上行资源分配。其一个服务半径为C的中心宏基站B0。其宏基站将会和N个家庭式基站共享M个子载波信道。由此,在服务基站下n,用户k在子载波m上的SINR可以表述为:
其中:
在整个场景下,所有UE的数目表示为K,定义表示为用户k到基站n的路径损耗χ
其中,Γ=-ln(5BER)/1.5表示为要求BER下的比特错误率。进一步,定义RB分配矩阵为
每个用户需要满足的最小数据速率为R
2.2 功率分配
宏基站中,可以直接使用部分功率控制算法。如在文献[10]中所述。定义第k 个MU的发射功率如下:
式中,P0是UE特殊的参数,
2.3 频谱资源分配
由于每个UE的功率可以通过上述功率分配算法获得。从而,可以获得上个发送时间间隔(TTI)内每个RB上的SINR。为避免小区内干扰,不同用户将不能使用相同的资源,由此造成任何一种贪婪算法都不能获得最优解。此类非线性最优化问题可以通过采用integer programming(IP)来得以解决。由此,本文给出一个启发代表性的频谱资源分配算法,用以解决满足目标速率下最大化吞吐量问题。资源分配算法的流程可以用算法1描述如下:
算法1:启发性资源分配算法
在一个TTI中,基站n
① 初始化:对于每个用户k∈Un,设定
② 通过检查所有UE-RB对(k,m),找到适合的满足
按照以下步骤对
判断:当(
当(Un或Mn为空)break;反之跳回步骤②。
③ 若仍不为空,则轮询查找用户对应最佳信道,将剩余的RBs分配给用户,也即查找到k,使得满足k=argmaxkR
3 仿真模型及结果
为了验证文中所给的算法的增益,将建立系统平台。将频谱资源随机分配算法作为参考算法。为了体现跨层干扰控制策略的性能,也将去掉双层网络中资源分割部分后的算法作为另外一个参考算法。仿真参数如表1所示。
所提算法相比较随机分配能获得更高的MU吞吐量,如图2所示,既然其能协调Mus,选择最合适的子载波并能降低双层网络中严重的跨层干扰。除此之外,所提算法相比较没有资源分割的参考算法来说,也能获得较好的性能。其原因是由于没有了资源分割过程,位于离FAP比较近的一些MUs将会上行通信中将会承受较大的跨层干扰。当使用资源分割后,MU 可以选择更加合适的资源,由此MU的整体吞吐量得以增强。
在MU数目增加时,FU的平均吞吐量如图3所示。从图中可以看出,相比较2种参考算法,所提的策略能够使得FU吞吐量到更高。此外,可以清楚地看到若没有跨层干扰控制流程,家庭式基站的FUs相比较使用了资源分割算法所获得的增益将非常有限。
在不满足的UE比率来说,提出的算法也能得到最好的性能如图4所示。此比率是用来反映不满足目标速率的UEs的百分比。
4 结束语
提出了使用跨层干扰控制和资源分配结合的新型策略,用以缓解OFDMA系统中,宏基站和家庭式基站组成的异构网络下的干扰。其中,跨层干扰控制策略选出会对家庭式基站造成潜在干扰的MUs,并阻止家庭式基站使用被这些MUs占用的RB资源。其次,提出一个有效的功率和频谱资源分配策略去使用有限的资源。最后,仿真结构表明新型分布式算法可以很好地解决双层网络中的资源分配问题。相比较传统算法,能获得明显性能增益,而且在接入用户较多时,仍能满足目标需求。
摘要：分析了OFDMA上行系统中,由宏基站(macrocell)和家庭式基站(femtocell)组成的双层网络,并提出了高效的资源分配算法。为避免严重的跨层干扰导致双层网络中的资源分配不协调,提出了一个跨层干扰控制算法。在基于干扰控制算法的结果上,提出包括功率分配和频谱分配的资源分配算法,以满足UE的目标速率,并获得较好的吞吐量性能。通过仿真,结果显示所提的资源分配算法相比较传统的算法,尤其在UE QoS保证和吞吐量性能的体现上,能获得明显的性能增益。
关键词：宏基站,家庭式基站,OFDMA,跨层干扰控制,资源分配
参考文献
[1] 3GPP LTE Release 8 [S].
[2] CHANDRASEKHAR V,ANDREWS J,GATHERER A.Femtocell Networks:a Survey[J].IEEE Commun.Mag.,2008,46(9):59-67.
[3] YEH S,TALWAR S,LEE S,et al.WiMAX femtocells:a Perspective on Network Architecture[J].Capacity,and Coverage.IEEE Commun.Mag.,2008,46(10):58-65.
[4] LI Xiang-fang,QIAN Li-jun,KATARIA D.Downlink Power Control in Co-channel Macrocell Femtocell Overlay[R].CISS 2009,Dresden,Germany,June 2009:383-388.
[5] CHANDRASEKHAR V,ANDREWS J G,MUHAREMOVIC T,et al.Power Control in Two-tier Femtocell Networks[R],2009.
[6]LEE J Y,BAE S J,KWON Y M,et al.Interference Analy-sis for Femtocell Deployment in OFDMA Systems Based on Fractional Frequency Reuse[J].IEEE Commun.Letter,2011,15(4),2011:425-427.
[7]BHARUCHA Z,HAAS H,AUER G,et al.Femto-cell Re-source Partitioning[R].GLOBECOM Workshops,IEEE 2009,Honolulu,HI,November2009:1-6.
[8]DA COSTA G W O,CATTONI A F,KOVACS I Z,et al.A Scalable Spectrum-sharing Mechanism for Local Area Net-work Deployment[J].IEEE Trans.Vehicular Technolo-gy,2010,59(4):1630-1645.
[9]GOLDSMITH A J,CHUA Soon-ghee.Variable-rate Varia-ble-power MQAM for Fading Channels[J].IEEE Trans.Commun.,1997,45(10):1218-1230.
[10]CASTELLANOS C U,VILLA D L,ROSA P C,et al.Perfor-mace of Uplink Fractional Power Control in UTRAN LTE[R].VTC Spring2008,IEEE,May2008:2517-2521.
异构资源 篇8
电信世界正经历一些根本的变革以适应日益增加和变换的用户需求。通过无线方式随时随地接入任何通信网络, 并享受统一的服务已成为用户越来越迫切的需求。现有的无线通信系统包括GSM、UMTS、CDMA2000、TD-SCDMA、WiMAX、WLAN、PHS、数字图像广播 (DVB) 、卫星通信、卫星定位和各种短距离通信。由于设计目标和应用范围的差异, 这些设备将广泛、长期地存在于我们的生活中。
然而, 不同无线网络的体系结构、无线技术内在的独特性与无线通信提供服务方式的统一性、开放性之间形成了巨大的反差。用户要求能够自由地享受独立于终端和网络制式的开放式服务, 不同无线网络之间的差异性和不兼容性却制约了这一需求。两者的矛盾客观上加速了异构网络之间的融合。因此, 多种独立的无线接入系统将组成一个以IP 技术为核心、无缝连接、支持多媒体业务的异构网络, 其目标是根据用户的要求, 在可以接受的性价比条件下, 以协同的方式为用户提供具有创新性、差异性和泛在性的优质服务。这意味着网络运营商在不同时间和空间的特定条件下, 能够使用不同的无线接入技术为用户提供适当的服务。具有重配置能力的终端 (重配置终端) 根据用户偏好、网络上下文以及业务要求选择接入合适的网络。在上述需求的激励下, 网络自主重配置技术应运而生, 其主要目的是完成重配置系统的自动优化, 支持多标准的终端设备和不同网络间的联合资源管理, 最终目标是实现异构网络的协同工作和互联互通。
网络重配置的自主决策过程可以概括为感知、分析、决策、执行, 到再感知、再分析、再决策、再执行的闭环迭代控制过程。其中, 通过感知过程完成信息的收集和整理;执行过程在重配置系统中表现为功能和资源的重分配。异构资源的最优化利用是重配置技术的关键目标之一。因此, 需要设计相关的优化算法理论和关键机制, 使自主重配置网络能够通过对外部环境的感知和分析, 灵活调整自身内部结构完成对环境变化的优化适应。可重配置系统中的资源管理机制分为三种:动态网络规划与管理、联合无线资源管理、灵活的频谱管理, 它们构成了可重配置系统中资源优化框架的三大基本模块, 下面分别对它们进行介绍。
1 动态网络规划与管理
可重配置网络随时间、空间的变化呈现不同特征, 网络规划与网络管理的界限已经变得模糊, 规划需要考虑管理的需求, 管理阶段也包含了规划的内容。动态网络规划与管理 (DNPM) 正是基于此而提出的。DNPM是一个重配置网络的规划和管理框架, 它在考虑上下文信息、策略信息的前提下, 处理无线接入技术和收发器频谱分配、用户需求QoS水平和无线接入技术需求分配策略信息。DNPM主要负责一些网络侧设备的重配置管理, 并包含“规划”和“管理”两个阶段的任务。在初始规划阶段, DNPM定义无线制式的可用性和组合方式, 完成有关无线接口可行性、基站位置、天线模式、子网耦合结构、联合无线资源管理策略等方面的分析和选择;在管理阶段, DNPM能够对网络元素间的功能再分配, 自动调整相关网络设备的参数配置 (如改变天线倾角) , 进行无线接入技术的自动选择和频谱的优化配置, 以适应业务环境的变化。
动态网络规划是重配置研究中的重点和难点问题。认知无线电技术有助于构造网络规划中自适应的传播环境预测模型, 这对于自发的、自我调整的网络规划过程极为重要。动态规划的输出是网络的新配置方案, 一般通过设计效用函数, 并使用多目标优化算法实现。传统的分解式规划算法 (如拉格朗日松弛算法) 无法满足重配置网络规划的要求。目前看来, 启发式搜索算法 (如贪婪算法、遗传算法、禁忌搜索算法、模拟退火算法等) 是一种更高效的算法, 它可以通过建立整数规划模型, 并根据运营商的策略设计代价函数, 求解备选方案集合, 最终达到Pareto最优。
2 联合无线资源管理
随着技术的发展, 多种异构无线接入技术的共存将成为未来无线通信环境的一个重要特征。重叠的网络覆盖、多样的业务需求以及互补的技术特性使得异构无线接入技术之间的协同和资源共享成为必须。鉴于此, 研究人员提出了多种联合无线资源管理的方法, 旨在获得更好的系统性能、频谱效率和用户体验。端到端重配置技术的出现, 为终端和相关的网元设备提供了动态选择、配置无线接入技术及工作频率的能力, 使无线资源的联合管理变得更加灵活。
考虑到业务需求在空间和时间上的动态变化及其不规则性, 同时运营多种无线接入技术的网络运营商将很难为其大量的基站和接入点进行最佳的联合无线资源管理配置。为实现网络对资源的自主管理, 减少规划和维护的成本, 需要网络具有根据实际运行情况不断修正其控制策略的自主学习能力。在未来异构网络环境中, 移动终端将会面对不同的无线接入网, 这些网络覆盖不同的区域, 支持不同等级的用户移动性, 具有不同的技术参数 (带宽、时延、抖动等) , 提供不同的业务能力, 执行不同的通信与控制协议, 甚至具有不同的网络结构 (蜂窝、自组织、层次化等) , 并很可能属于不同的所有者 (运营商、企业专网、个人网络等) 。在此多重网络覆盖下, 必须引入负载控制和负载均衡的概念, 确保系统保持稳定。一般来说, 如果系统规划得当、接纳控制和分组调度工作正常, 过载是可以消除的。然而, 由于网络监控不及时、业务的时间性或地域性突发等因素, 过载和负载分布不均是经常发生的。这种情况下, 需要负载控制功能将系统迅速并可控地返回到无线网络规划定义的目标状态。在包含了各种异构无线接入技术 (RAT) 的可重配置系统中, 除了需要控制各RAT内部的负载, 还需要通过联合负载控制来协调RAT之间的资源和负载分布, 以获得总体性能的提升。
联合无线资源管理 (JRRM) 主要负责在网络规划和频谱资源相对固定的情况下, 完成可重配置系统中无线资源 (包括接入权限、时隙、码字、载波、带宽、功率等) 的动态管理 (分配、释放) 。JRRM是用来实现在异构条件下通信流量的最优化, 侧重点在于接纳控制和不同接入技术之间的垂直切换。要实现网络对资源的自主管理, 需要在无线资源管理过程中引入自主控制, 通过环境感知和自主学习能力的扩展实现无线资源管理策略的自部署。理论研究方面, 可以引入人工神经网络、模糊控制、增强学习、博弈论等分析工具, 解决可重配置的异构网络间分布式联合资源优化问题。目前, 已有不少适用于异构无线环境中LTE (长期演进) 系统进行自主联合会话接纳控制和带宽分配的算法, 总体来说分为三大类, 基于模糊神经技术的JRRM算法、基于多归属的JRRM算法和基于负载均衡的JRRM算法;主要思想都是在阻塞率和频谱效用之间获得一个较好的折衷, 以提高网络性能和终端用户体验。
3 感知无线电与先进的频谱管理
先进的频谱管理 (ASM) 实现的功能是根据业务量的变化, 利用感知无线电和网元重配置能力, 在运营商之间或者异构无线接入技术之间动态、灵活地进行频谱资源的重新分配。频谱资源不仅十分稀缺, 而且利用极不充分, ASM的主要目的恰是使频谱分配达到最优化, 包括异构条件下实现保护带宽分配的最佳化。考虑到不同无线接入技术的业务特性在时间变化上的差异性, 频谱资源的二次分配和再利用对于提高频谱效率以及运营商收益都显得非常有意义。
ASM以感知无线电技术 (CR) 和重配置技术为基础。CR能够实现环境感知和空闲频谱侦测的功能, 可重配置的网络元素则为宽频带的基带、射频处理和频谱转换提供了必要的硬件基础。目前ASM的研究集中于两种设计思想, 其一是基于频谱池的共享机制, 其二是基于频谱交易的拍卖机制。
频谱共享方法的目标是让那些需要频谱的用户能够从资源富余的用户那里租借频谱。这种方法的主要难点就是检测未被使用频谱的频段, 并找到该频段的前一个使用者进行协商。为了解决这个问题, J.Mitola提出了感知无线电的概念, 定义了一种感知的循环过程来实现无线电与外部世界的交互:软件无线电需要时刻观察周围环境, 根据自身需求制定资源使用计划, 做出决策并执行这些决定。另一种频谱共享的方法是动态频谱接入 (DSA) , 主要分为连续DSA机制和分片DSA机制。连续DSA机制能够为不同接入技术灵活分配可变宽度的频段, 只要相邻频段的资源未被使用就能被邻近频段的拥有者所使用。连续DSA方式提高了频谱利用率, 但是不够灵活。分片DSA机制不再局限于相邻频段的共享, 而在更细粒度上分配频谱资源, 同一种接入技术能够占用不连续的若干频段, 灵活性更高, 但是这种方式实现复杂, 频率干扰的问题也不容易解决。
频谱交易或拍卖机制主要是从商业模式和市场实现角度提出的, 这方面的相关研究主要采用经济学中的理论和方法。J.Mitola分析了市场、信令与感知无线电的关系以及由此引起的用户和运营商之间的关系变化。后来的学者提出了一系列基于博弈模型和微观经济学理论的动态频谱分配方法。也有研究人员在可重配置研究的基础上拓展了运营商间频谱共享的理念。
4 结束语
异构网络的融合是未来网络发展的必然趋势, 但多种不同异构网络从体系架构到底层接入技术的不同为异构网络的融合带来了很大的困难。端到端重配置在网络的异构融合方面是最具潜质的技术之一。未来研究的主要方向是:以异构资源的最优化使用和用户对业务的最优化体验为目标, 综合可编程、可配置、可抽象的硬件环境以及模块化的软件设计思想, 利用认知理论, 研究网络和终端自认知、自管理、自配置和自学习的能力, 最终实现现有的无线网络环境到未来的具有认知能力的重配置异构无线网络的渐进演化。
摘要：可重配置的异构网络是无线领域研究的一个热点问题。通过有效的资源管理, 重配置技术可以实现对异构环境的灵活适应和对异构无线资源的有效利用。作为一种适变能力很强的技术, 重配置可以使异构无线系统从目前的隔离状态走向互通与协同, 真正实现网络融合。本文描述了异构网络重配置技术的产生背景和基本概念, 对重配置研究中的一系列资源管理关键技术, 包括动态网络规划与管理、联合无线资源管理和先进频谱管理, 进行了系统的总结。
关键词：异构无线网络,端到端重配置,动态网络规划与管理,联合无线资源管理,先进频谱管理,认知理论
参考文献
[1]CHEN Jie, ZHAO Zhenzhen, QU Di, et al.A policy-basedapproach for reconfiguration management and enforcement inautonomic communication systems[J].wireless PersonalCommunications, 2008, 45 (2) :145-161.
[2]CHEN Jie, ZHANG Ping.Inter-operator spectrum sharingscheme for reconfigurable system[J].The Journal of ChinaUniversities of Posts and Telecommunications, 2007, 14 (3) :56-62.
[3]ZENG Xian, MA Tao, LIN Yuewei, et al.Genetic algorithmfor autonomic joint radio resource management in end-to-endreconfigurable systems[J].The Journal of China Universitiesof Posts and Telecommunications, 2008, 15 (1) :11-17.
[4]LIN Yuewei, LE V, XUE Yuan, et al.An autonomic joint ra-dio resource management algorithm in end-to-end reconfigu-rable system[J].High Technology Letters, 2008, 45 (3) :238-244.
[5]FENG Zhiyong, LE V, ZHANG Ping.A seamless verticalhandover scheme for end-to-end reconfigurability systems[C]//IEEE Vehicular Technology Conference, 2008:2152-2156.
[6]罗强.端到端重配置技术研究[J].电信科学, 2006, 22 (12) :40-45.
[7]XUE Yuan, LIN Yuewei, FENG Zhiyong, et al.Autonomicjoint session scheduling strategies for heterogeneous wirelessnetworks[C]//IEEE Wireless Communications and Networ-king Conference, 2008:2045-2050.
[8]张永靖, 冯志勇, 张平.基于Q学习的自主联合无线资源管理算法[J].电子与信息学报, 2008, 30 (3) :676-680.
同课异构，不同精彩 篇9
关键词 历史教育 同课异构 新课程改革
有一个《谋杀小天使》的故事，大画家詹姆斯·惠斯勒年轻时曾被西点军校录取。那是19世纪50年代，军校的教授为这个固执的“差等生”伤透了脑筋。 有位工程学教授让同学们设计一座桥。惠斯勒的设计图上是绿草如茵的河岸，一座充满浪漫色彩的小石桥，还有两个儿童在桥上垂钓。教授命令惠斯勒重画，给他的批示是：“把那两个孩子给我从桥上撵走，这是军事桥梁！” 几天后，惠斯勒交回作业。这次，钓鱼的孩子被从桥上转移到了岸边。教授气急败坏地批示道：“我叫你把这两个孩子去掉，把他们从图上彻底删除！否则你的成绩将是不及格。”当天下午，修改过的图纸就出现在教授的办公桌上。教授一看，图中果然不见了小孩的踪影，心里正高兴，突然发现河岸边多了两个小坟头，墓碑上刻着：“永悼被独裁者谋杀的小天使——吉姆和埃娃。”
世界少了一个军事家，却多了一个画家。教育究竟是什么？中学历史教育又应该是什么？多少节课后反思时我都在想我的历史课堂究竟要带给孩子们什么呢？
有这么两节课，是对《第一次工业革命》的同课异构。第一节课以教材和三则故事（《吃了兴奋剂的棉纺织业》、《改变世界的学徒工》、《交通运输的大跃进》）为基础，学生进行自主阅读、自主学习，从而实现三维目标。教师将情感态度与价值观确定为使学生认识到1%的天赋加99%的努力就是成功，“科学技术是第一生产力”。在教学过程中，教师力图通过大量的文字信息让学生从具体历史事实中抽象出工业革命发展的基本史实和历史影响，但始终给人以老师在呈现给学生一桌饕餮大餐，一桌热量和卡路里都被严格计算过的大餐。菜虽精致，能确定教师花费了大量的心血，但难以想象这是学生们真正想要的吗。第二节课基于发现教学“1+X”问题群的研究要求，以核心问题“科技是第一生产力”为本，延伸出子问题分别围绕“工业革命的开始——珍妮纺纱机的发明”、“工业革命的发展——瓦特改良蒸汽机，并且运用到各行各业中，推动工业的发展”、“轮船和火车的发明”“工业革命的影响——科技发展促进了生活改善、社会发展”展开。在学生通过录音、图片、史料充分进行挖掘分析、自主探究、合作学习的基础上，最后形成“生活因科技而改变”的探究话题。整节课娓娓道来，孩子的发言权和参与权得到了尊重，最重要的是学生体验历史，“神入”历史一定程度上不仅停留在知识的层面，还在于精神的沉淀。不满足于灌输一致性，允许百花齐放。不拘泥于知识、教材，而看重孩子们的好奇心、主动性，以及精神想像的直率。当孩子真正地参与了课堂，融入了现实，一切才变得有意义。
教育本应启人蔽、致良知、创造人格而非制造模型，可是在现实世界中又怎样呢？
教育是一个向心的过程：它只创造模型而不是人格；换句话说，它只灌输一致性，而这恰是文明的大敌。只有一个天性健康的人才能汲取其精华，抛弃其糟粕；只有很少一部分孩子能够在步入中年之前从这种毁灭性的实用教育中恢复过来，然而这时已经太晚了。教育磨平了他们身上一些可贵的棱角，并耗尽了他们个性的源泉。教育毁坏了他们见解的独创性，毁坏了他们的好奇心、主动性，以及精神想像的直率。他们不会用自己的眼睛看，不会用自己的脑子思考。他们的冲动、他们的谈话——他们的梦想。我敢说都被标准化了；就算没有这样，十年的学校教育也已经尽其所能地达到了这个目标了。教育是应试教育控制下的应声虫工厂。
陶行知先生曾说过 “教育是教人化平凡，真教育是心心相印的活动，唯独从心里发出来，才能打动心灵深处。” 真正以学生为主人的，为学生好学而设计的教育才是真正的教育。人具有发展的无限可能性，教育应充分的发挥人的潜能；人具有学习的天性，教育的功能在于顺应人的天性；人具有发展的需要；人渴望实现自己的价值；尊重、信任、依靠学生，是教育成功的秘诀。“一切为了学生，高度尊重学生，全面依靠学生。”教师在整个教学过程中只是一个引导者，是为了学生的学而服务的，新课改下初中历史课堂强调了学生是学习的主体，要求学生要有自觉、主动、积极参与学习过程，需要学生有更多的情感体验、主观认识、独立思考和判断的能力。如何发挥教师的主导作用，启发诱导学生的学习主动性和积极性，把蕴藏在学生身上的巨大学习潜能开发出来，尊重和接受学生的差异，就成了教师在课堂上面临的新的巨大的挑战。初中的历史课，尤其初三的历史课不好上，在推行百分制折合一定比例分数、实际上作为高中录取主要依据的今天，历史学业水平考试又难以跻身升学“主科”行列之中，初中历史教师之难，初中历史学科之弱，可想而知！就在这样的环境下，很多历史教师艰难地坚守着自己的精神家园，默默地捍卫着历史教学工作者的尊严，坚持着当年的价值追求。多少个不眠之夜，我在想突破功利的桎梏，只有靠得那万万个执著的你、我、他。
参考文献：
[1]（英）诺曼·道格拉斯《再见，西方文化》（M）.郭洪涛，丁才云，陈涛，译.北京：中国人民大学出版社，2008：29-30.
异构资源 篇10
一、“课”的可建构性
“同课异构”的基本前提是同一的“课”是可以进行不同的建构的。这里的“课”主要是指教材中所呈现的教学内容。可见, “同课异构”是建立在可建构性教材观基础之上的。
教材观是对教材的价值、作用、评价标准和处置方式的基本看法, 不同的教材观对教师的教学行为会产生不同的影响。
长期以来, “圣经式”的教材观是教师的主流教材观。在诸多教师看来, 教材中所规定的教学内容是“法定的”, 是不容置疑的“真理”, 它规定着教师“教什么”, 教师只是在“怎么教”上有些许自由, 如在教学中可以穿插一些启发、讨论、作业等, 如果遇到师生的见解与教材的观点、定论不一致时, 应以教材上的解释为“标准答案”。这种教材观的消极作用已经被学者们详细地揭示出来:“首先, 它割裂了课程与丰富的社会现实之间的联系;其次, 封闭的、缺少弹性的教材观使教师个人的力量与专家设定的教育内容之间无法建立起某种建设性联系;再次, 它限制了学校的课堂生活空间和学生的学习活动空间;还有, 它容易导致学生对教材乃至所有书本的盲目崇拜, 扼杀其自主精神和创新能力;最后, 它限制了教师的创造性及其教学的个性化, 使教师无法在教学中找到其生命的价值和职业的乐趣。”[1]“圣经式”教材观统摄下的教师被形容成宣读“圣旨”的“钦差”, 只能是“照本宣科”, 至多是“戴着镣铐跳舞”, 要对这样的“课”进行“异构”实为奢谈。
“材料式”教材观为“同课”提供了“异构”的空间。“材料式”教材观认为, 教材只是在课程标准指导下编制的“教学材料”, 这些教学材料可以作为课程的重要资源, 但不具有“控制”教学的力能。“材料式”教材观主要的理论基础是“范例教学”理论和“建构主义”知识观。20世纪中后期欧洲兴起了“范例教学”, 瓦根舍因和克拉夫基被认为是范例教学的主要代表, 根据他们的观点, 所谓“范例”就是“隐含着本质因素、根本因素、基础因素的典型事例”。“范例”的特征在于“基本性”“基础性”和“范例性”。“基本性”强调教学应教给学生基本的知识, 亦即基本概念、基本要素、基本知识结构;“基础性”强调教学内容应适应学生的基本经验、生活实际和智力发展水平;“范例性”强调设计一种教学结构, 使教学内容之间联系结构化, 使学生透过“范例”掌握科学知识和方法, 使“范例”成为沟通学生主观世界与教材客观世界的桥梁。“范例”只具有典型性而不具有全面性, 所以克拉夫基强调指出:“范例教学”不能像一道准备好的菜那样向学生呈现准备好的知识, 必须“发展地”进行教学。[2]要“发展地”进行教学, 就需要教师的建构。“建构主义”知识观是20世纪80年代以来, 国际教育界在反思行为主义与认知信息加工理论的前提下形成的一种观点, 尽管建构主义思潮有不同的版本, 但其共同强调知识的建构性、复杂性, 认为知识是人们主动建构而非被动接受的;知识是对个人经验的合理化与意义化;知识的建构过程需要与他人不断交流与沟通。可见, 基于上述理论的“课”是可以建构的。
新课改要求将“课”的可建构性付诸行动。《基础教育课程改革纲要 (试行) 》中指出:“教材改革应有利于引导学生利用已有的知识与经验, 主动探索知识的发生与发展, 同时也应有利于教师创造性地进行教学。”首先, “一纲多本”撼动了教材的“法定”地位, 使“以本为本”的惯习失去了原有的市场;其次, “教师应成为课程的二度开发者”“用教材而不教教材”等倡议赋予教师对“课”建构的权利。在“教材只是一艘知识之‘舟’, 是一座能力之‘桥’, 是一个心灵洗礼之‘池’”[3]的背景下, 教师“驾舟”“搭桥”“注池”的主要表现就是对“课”的积极建构。
二、教师的教学个性
“同课异构”的主体是教师, 每位教师作为本体性存在都有他自己的独特性;作为职业共同体中的教师, 也会把教师的共同要素融入自己的行为之中, 通过自我独特的和唯一的方式反映出来, 表现出其差异性。“同课”由“异体”建构, 定将表现出异样。
社会学家米德曾说过, 一个人就是一种个性。人的个性是指个体在一定的社会关系系统中形成的生理特征、心理特征和社会特征以独特的方式有机结合而使个体具有的社会独特性, 从而表现出与众不同性, 就如同“世上没有完全相同的两片树叶”一样。教师的个性在其职业行为——教学中的体现就形成了教师的“教学个性”或“课的个性”。文学界有一句格言是“文如其人”, 在教学领域, 我们有理据说“课如其人”, 每一位教师的课都会显示出其个性色彩。反观教学实践中那些丰富多彩、各有千秋的教师的教学, 无一不是“教师自身的性格特点、气质类型、教育经验、审美修养等一系列因素的综合体现, 是心意贯通使然。它就如同烙在教师身上的印记一样表明了教师独一无二的‘我在’, 它使我们得以在茫茫人海中识别出‘这一个教师’或‘那一个教师’, 也使教师自身不至于消失在‘雷同’或‘复制’的烟雾中”[4]。教师的教学个性作为教师“自我”在教学中的显示, 主要体现在两个方面:“其一, 是教材的个性, 根源于教师对教学内容深层次的领悟;其二, 是教师的个性, 根源于教师的立场、观点、方法, 以及他的情趣、气质、性格。两者融为一体并不断升华, 即构成教师的价值观念、认知结构、思维方式, 形成课的个性。”[5]而这种对教材的不同建构和教师不同教学风格的显现正是“同课异构”的应有之义。
教师的教学个性又是个性化教育和教师专业化发展的重要追求。教学是人为的更是为人的, 本真的教学应该是有个性的, 理想的教学应该是追求个性的。当今, 个性化教育已经成为教育的主旋律, 而“个性化教育不是要培养个性, 而是采取个性化、特色化的手段, 保护原本就有的独特生命, 促进个性生命更好地朝着个性化的方向发展”[6]。个性需要个性来培养, 教学中师生之间个性发展休戚相关, 教师的教学个性发挥到什么程度, 对学生的个性成长具有不可替代的作用, 如果教师的教学没有了个性, 学生的个性发展也就没了依托, 因为, “教师的范例, 对青年人的心灵, 是任何东西都不可能代替的最有用的阳光”[7]。“而一个毫无特色的教师, 他培养的学生也不会有任何特色”[8]。另外, 教师的教学个性化不仅是教师专业成熟或成功的标志, 而且还是教师体验职业幸福的源泉。要做“教育家”不做“教书匠”是教师专业发展的理想, 而“教育家”与“教书匠”的显著区别就在于前者有自己独特的教育思想和自己鲜明的教学风格, “教学风格乃是教师个人的心、性在教学中的投影, 是教师的个性心理、教学特长在教学活动中的综合表现, 是教师个人对学科的独特感悟、体验之后, 采用独特方式进行教学活动的特有概括, 也是教师的文化视野、精神风貌、人格魅力、人生境界在教学中的反映”[9]。作为一名教师如果“没有风格, 你可以获得一时的成果, 获得掌声、热闹、锣鼓、花冠、众人陶醉的欢呼, 可是你得不到真正的胜利、真正的荣誉、真正的桂冠”。事实不止一次地给我们提供了证明, 不少教师靠模仿、反复打磨可以获得一节课的成功, 但不能获得“真正的胜利”, 原因就在于他们的教学没有自己的个性, 没有自己的思想, 没有形成自己的教学风格。对此, 全国著名特级教师王崧舟老师曾深有体会地讲, 课有三种境界:第一境界, 人在课中, 课在人中;第二境界, 人如其课, 课如其人;最高境界, 人即是课, 课即是人。不仅如此, 教学个性化是教师个体生命实践与教学过程的统一, 在个性化的教学活动中教师的人生观、价值观、主体情趣和人生追求得到充分的实现, 从而使教师真正感受、体验和享受到自己作为教学主体的幸福。
三、课堂的生态性
课堂是“课”运作的主要空间。运用生态学原理和方法对课堂进行研究, 已经形成这样的基本共识:课堂是一个特殊的生态系统, 是由生态主体的教师、学生和客体的教学环境所构成, 三者之间会随时发生各种各样的联系, 使课堂形成一个有机的生态整体。生态主体的独特性以及生态要素的整体性、协同性和共生性, 势必使课堂呈现动态的、开放的态势, 因此, “同课”置于其中也会呈现出“异彩”。
作为一个独特的生态系统, 整体性是课堂的本质特征。整体性是指, 课堂是按照教学规律组织起来的整体活动形态, 是教师、学生和教学环境诸方面整体关联、交互影响的有机整体。具体表现在以下几个方面。首先, 课堂生态主体的教师与学生之间通过彼此的交互作用, 形成相互影响、相互适应的有机整体。一方面, 教师通过自己的知、情、意、行等方面作用和影响学生;另一方面, 学生也以相应的方式作用和影响教师。这就要求教师要按照学生的身心发展特点、学习能力与水平、学习态度与情感, 对教学内容进行取舍与组织, 对教学方式、方法进行选择与使用。也就是说, 面对千差万别的教育对象, 教师必须学会“因材施教”。其次, 课堂生态主体与课堂生态环境之间也是交互作用的有机整体。课堂生态环境丰富多彩, 大致可以分为物质环境、组织制度环境和文化心理环境。物质环境包括课堂的自然因素、时空因素和教学设施等;组织制度环境包括班级规模、班级组织结构以及规章制度等;文化心理环境包括课堂文化、班级舆论、师生心理、师生关系等。所有这些都会以直接或潜移默化的方式影响作为生态主体的教师和学生的教学行为。如, 在课堂的物质环境中, 教室的大小、亮度、温度、湿度和通风等自然因素, 对教学活动会产生不可忽视的影响, 在宽敞明亮、颜色柔和、温度适中、通风顺畅的教室环境中进行课堂教学活动, 课堂生态主体就会心情舒畅, 精神饱满, 反之, 则容易疲劳, 情绪低落。对于课堂的时空因素, 相关研究已经表明, 科学、合理地设计教学时间的密度、节奏是营造良好课堂心理气氛的有效途径之一, 也是提高课堂教学质量的依据之一。课堂空间的组织形式、空间密度, 或者说班级规模和座位编排方式不仅影响着整个课堂教学的组织形式, 还会对学生的学习态度、学习成绩以及课堂交往产生直接或间接的影响。如, 在“秧田式”的座位编排方式里, 师生之间的信息沟通以教师向学生进行单向沟通为主, 沟通的范围局限在学生个体和教师之间, 而学生个体或群体之间, 几乎没有信息的交流和沟通。所以“秧田式”的座位编排适用于以教师讲授为主的班级授课, 而研究表明经常坐着前排中间的学生学习的积极性及效率要好于其他位置。如果要采取当下倡导的“研究性学习”“合作学习”等学习方式, “马蹄组合型”“模块组合型”的座位编排方式会产生与之相适应的沟通方式和沟通范围, 有利于教学的实施。课堂教学设施设备, 如以黑板、粉笔为主的传统教学设施和以计算机网络系统为主要形式的多媒体教学设备, 则对教学内容的呈现方式、教师的教学方式和学生的学习方式以及教学效率产生直接的影响。
课堂教学作为一个生态系统除具有上述整体性的特征外, 还具有协变性和共生性的特点。协变性是指课堂生态的各要素之间相互作用、相互影响, 一方的变化会导致其他各方发生协同变化。如课堂教学是师生情感交流的过程, 一方情绪的变化会引发另一方的情绪反应, 从而做出相应的调整;课堂环境的变化也会引发师生交往方式及交往行为的变化。共生性则是指课堂生态各要素共处于一个特定的空间范围内, 一方的存在状态以另一方的存在状态为条件和依托。如师生之间是一种共生互补的生态关系, 学生发展的程度与教师活动价值的实现程度是正相关的, 学生综合能力的提高意味着教师价值的提升, 教师课堂活动价值的实现部分地依赖于学生的发展, 离开了学生的发展, 教师的生命活动就失去其应有的价值, 这就是我们耳熟能详的“教学相长”。
“让课堂焕发生命活力”是当今课堂改革的理想追求。有生命活力的课堂不是教师主宰的课堂, 而是师生交往、互动的课堂;不是按统一的标准对学生进行严格规训的课堂, 而是引导学生自主发展的课堂;不是“照本宣科”向学生传授知识的课堂, 而是师生探究和建构知识的课堂;不是教师教学行为模式化运作的课堂, 而是教师教学智慧充分展现的课堂。能够焕发生命活力的课堂就是生态的课堂, 它融通了人与人、人与环境的相互依存, 充满着生命的灵气, 满足学生的和谐发展、自由成长, 是师生实现人生价值自由创造、生命力高扬的课堂。
综上可见, “同课异构”是合理的, 它建立在科学的教材观、教师观和课堂教学观的基础之上;“同课异构”又是合情的, 它顺应了当今教育教学改革的理想追求, 对于改变教条化、模式化、静态化、单一化的课堂痼疾, 促进教师专业发展具有重要的现实意义。因此, 作为一种便于操作、行之有效的教研方式, “同课”是可以“异构”的, 而且是应该“异构”的。
本文系山东省教育科学“十一五”规划项目“信息技术与课程整合背景下, 教师教学行为研究” (项目编号2008G G131) 研究成果之一
参考文献
[1]郭晓明.从“圣经”到“材料”——论教师教材观的转变[J].高等师范教育研究, 2001, (11) .
[2]顾明远, 孟繁华.国际教育新理念[M].海口:海南出版社, 2003:275-276.
[3]苏军.“教”教材与用教材“教”[J].上海教育, 2003, (7B) .
[4]叶澜, 等.教师角色与教师发展新探[M].北京:教育科学出版社, 2001:160.
[5]吕渭源.教学模式.教学个性.教学艺术[J].中国教育学刊, 2000, (2) .
[6]冯建军.论个性化教育的理念[J].教育科学.2004, (4) .
[7]郑文斌.乌申斯基教育文选[M].北京:人民教育出版社, 1991:197-198.
[8]苏霍姆林斯基.和青年校长的谈话[C].上海:上海教育出版社, 1990:93.
【异构资源】推荐阅读：
素材资源、环境资源06-12
森林资源与林业资源06-11
人力资源资源开发论文08-25
国家教育资源网教学资源下载12-02
上海人力资源经验：企业人力资源管理08-02
人力资源管理人力资源开发与管理概论06-15
市国土资源局矿产资源管理工作总结10-20
新非人力资源经理的人力资源管理答案06-26
资源控制07-16
站点资源07-19