系统架构设计（通用12篇）
系统架构设计 篇1
一、与构架有关的几个基本概念
1、模块
模块(Module)是一组完成指定功能的语句,包括:输入、输出、逻辑处理功能、内部信息、运行环境(与功能对应但不是一对一关系)。
2、组件
组件(Component)是系统中相当重要的、几乎是独立的可替换部分,它在明确定义的构架环境中实现确切的功能。
3、模式
模式(Pattern):指经过验证,至少适用于一种实用环境(更多时候是好几种环境)的解决方案模板(用于结构和行为。在UML中:模式由参数化的协作来表示,但UML不直接对模式的其他方面(如使用结果列表、使用示例等,它们可由文本来表示)进行建模。存在各种范围和抽象程度的模式,例如,构架模式、分析模式、设计模式和代码模式或实施模式。模式将可以帮助我们抓住重点。构架也是存在模式的。比如,对于系统结构设计,我们使用层模式;对于分布式系统,我们使用代理模式(通过使用代理来替代实际的对象,使程序能够控制对该对象的访问);对于交互系统,我们使用MVC(M模型(对象)/V视图(输出管理)/C控制器(输入处理))模式。模式是针对特定问题的解,因此,我们也可以针对需求的特点采用相应的模式来设计构架。
4、构架模式
构架模式(Architectural pattern):表示软件系统的基本结构组织方案。它提供了一组预定义的子系统、指定它们的职责,并且包括用于组织其间关系的规则和指导。
5、层
层(Layer):对模型中同一抽象层次上的包进行分组的一种特定方式。通过分层,从逻辑上将子系统划分成许多集合,而层间关系的形成要遵循一定的规则。通过分层,可以限制子系统间的依赖关系,使系统以更松散的方式耦合,从而更易于维护。(层是对构架的横向划分,分区是对构架的纵向划分)。
6、系统分层方法
(1)常用三层服务:用户层、业务逻辑层、数据层;
(2)多层结构的技术组成模型:表现层、中间层、数据层;
(3)网络系统常用三层结构:核心层、汇聚层和接入层;
(4)RUP典型分层方法:应用层、专业业务层、中间件层、系统软件层;
(5)基于Java的B/S模式系统结构:浏览器端、服务器端、请求接收层、请求处理层;
(6)某六层结构:功能层(用户界面)、模块层、组装层(软件总线)、服务层(数据处理)、数据层、核心层。
7、构架
构架(Architecture),愿意为建筑学设计和建筑物建造的艺术与科学):在RUP中的定义:软件系统的构架(在某一给定点)是指系统重要构件的组织或结构,这些重要构件通过接口与不断减小的构件与接口所组成的构件进行交互;《软件构架实践》中的定义:某个软件或者计算系统的软件构架即组成该系统的一个或者多个结构,他们组成软件的各个部分,形成这些组件的外部可见属性及相互间的联系;IEEE 1471-2000中的定为:the fundamental organization of a system emboided in its components,their relationships to each other,and to the enviroment and the principles guiding its design and evolution,构架是系统在其所处环境中的最高层次的概念。软件系统的构架是通过接口交互的重要构件(在特定时间点)的组织或结构,这些构件又由一些更小的构件和接口组成。(“构架”可以作为名词,也可作为动词,作为动词的“构架”相当于“构架设计”)。
8、构架的描述方式
“4+1”视图(用例视图、设计视图、实现视图、过程视图、配置视图)是一个被广为使用的构架描述的模型;RUP过程的构架描述模板在“4+1”视图的基础上增加了可选的数据视图(从永久性数据存储方面来对系统进行说明);HP公司的软件描述模板也是基于“4+1”视图。
9、结构
软件构架是多种结构的体现,结构是系统构架从不同角度观察所产生的视图。就像建筑物的结构会随着观察动机和出发点的不同而有多种含义一样,软件构架也表现为多种结构。常见的软件结构有:模块结构、逻辑或概念结构、进程或协调结构、物理结构、使用结构、调用结构、数据流、控制流、类结构等等。
二、构架设计应考虑的因素概览
模块构架设计可以从程序的运行时结构和源代码的组织结构方面考虑。
1、程序的运行时结构方面的考虑
(1)需求的符合性:正确性、完整性;功能性需求、非功能性需求;
(2)总体性能(内存管理、数据库组织和内容、非数据库信息、任务并行性、网络多人操作、关键算法、与网络、硬件和其他系统接口对性能的影响);
(3)运行可管理性:便于控制系统运行、监视系统状态、错误处理;模块间通信的简单性;与可维护性不同;
(4)与其他系统接口兼容性;
(5)与网络、硬件接口兼容性及性能;
(6)系统安全性;
(7)系统可靠性;
(8)业务流程的可调整性;
(9)业务信息的可调整性;
(10)使用方便性;
(11)构架样式的一致性。
注:运行时负载均衡可以从系统性能、系统可靠性方面考虑。
2、源代码的组织结构方面的考虑
(1)开发可管理性:便于人员分工(模块独立性、开发工作的负载均衡、进度安排优化、预防人员流动对开发的影响)、利于配置管理、大小的合理性与适度复杂性;
(2)可维护性:与运行可管理性不同;
(3)可扩充性:系统方案的升级、扩容、扩充性能;
(4)可移植性:不同客户端、应用服务器、数据库管理系统;
(5)需求的符合性(源代码的组织结构方面的考虑)。
三、程序的运行时结构方面的考虑
1、需求的符合性
正确性、完整性;功能性需求、非功能性需求软件项目最主要的目标是满足客户需求。在进行构架设计的时候,大家考虑更多的是使用哪个运行平台、编成语言、开发环境、数据库管理系统等问题,对于和客户需求相关的问题考虑不足、不够系统。如果无论怎么好的构架都无法满足客户明确的某个功能性需求或非功能性需求,就应该与客户协调在项目范围和需求规格说明书中删除这一需求。否则,架构设计应以满足客户所有明确需求为最基本目标,尽量满足其隐含的需求。(客户的非功能性需求可能包括接口、系统安全性、可靠性、移植性、扩展性等等,在其他小节中细述)。
一般来说,功能需求决定业务构架、非功能需求决定技术构架,变化案例决定构架的范围。需求方面的知识告诉我们,功能需求定义了软件能够做些什么。我们需要根据业务上的需求来设计业务构架,以使得未来的软件能够满足客户的需要。非功能需求定义了一些性能、效率上的一些约束、规则。而我们的技术构架要能够满足这些约束和规则。变化案例是对未来可能发生的变化的一个估计,结合功能需求和非功能需求,我们就可以确定一个需求的范围,进而确定一个构架的范围。
这里讲一个前几年因客户某些需求错误造成构架设计问题而引起系统性能和可靠性问题的小小的例子:此系统的需求本身是比较简单的,就是将某城市的某业务的全部历史档案卡片扫描存储起来,以便可以按照姓名进行查询。需求阶段客户说卡片大约有20万张,需求调研者出于对客户的信任没有对数据的总量进行查证。由于是中小型数据量,并且今后数据不会增加,经过计算20万张卡片总体容量之后,决定使用一种可以单机使用也可以联网的中小型数据库管理系统。等到系统完成开始录入数据时,才发现数据至少有60万,这样使用那种中小型数据库管理系统不但会造成系统性能的问题,而且其可靠性是非常脆弱的,不得不对系统进行重新设计。从这个小小的教训可以看出,需求阶段不仅对客户的功能需求要调查清楚,对于一些隐含非功能需求的一些数据也应当调查清楚,并作为构架设计的依据。
对于功能需求的正确性,在构架设计文档中可能不好验证(需要人工、费力)。对于功能需求完整性,就应当使用需求功能与对应模块对照表来跟踪追溯。对于非功能需求正确性和完整性,可以使用需求非功能与对应设计策略对照表来跟踪追溯评估。
“软件设计工作只有基于用户需求,立足于可行的技术才有可能成功。”
2、总体性能
性能其实也是客户需求的一部分,当然可能是明确的,也有很多是隐含的,这里把它单独列出来在说明一次。性能是设计方案的重要标准,性能应考虑的不是单台客户端的性能,而是应该考虑系统总的综合性能;
性能设计应从以下几个方面考虑:内存管理、数据库组织和内容、非数据库信息、任务并行性、网络多人操作、关键算法、与网络、硬件和其他系统接口对性能的影响;
几点提示:算法优化及负载均衡是性能优化的方向。经常要调用的模块要特别注意优化。占用内存较多的变量在不用时要及时清理掉。需要下载的网页主题文件过大时应当分解为若干部分,让用户先把主要部分显示出来。
3、运行可管理性
系统的构架设计应当为了使系统可以预测系统故障,防患于未然。现在的系统正逐步向复杂化、大型化发展,单靠一个人或几个人来管理已显得力不从心,况且对于某些突发事件的响应,人的反应明显不够。因此通过合理的系统构架规划系统运行资源,便于控制系统运行、监视系统状态、进行有效的错误处理;为了实现上述目标,模块间通信应当尽可能简单,同时建立合理详尽的系统运行日志,系统通过自动审计运行日志,了解系统运行状态、进行有效的错误处理;(运行可管理性与可维护性不同)。
4、系统安全性
随着计算机应用的不断深入和扩大,涉及的部门和信息也越来越多,其中有大量保密信息在网络上传输,所以对系统安全性的考虑已经成为系统设计的关键,需要从各个方面和角度加以考虑,来保证数据资料的绝对安全。
5、系统可靠性
系统的可靠性是现代信息系统应具有的重要特征,由于人们日常的工作对系统依赖程度越来越多,因此系统的必须可靠。系统构架设计可考虑系统的冗余度,尽可能地避免单点故障。系统可靠性是系统在给定的时间间隔及给定的环境条件下,按设计要求,成功地运行程序的概率。成功地运行不仅要保证系统能正确地运行,满足功能需求,还要求当系统出现意外故障时能够尽快恢复正常运行,数据不受破坏。
6、业务流程的可调整性
应当考虑客户业务流程可能出现的变化,所以在系统构架设计时要尽量排除业务流程的制约,即把流程中的各项业务结点工作作为独立的对象,设计成独立的模块或组件,充分考虑他们与其他各种业务对象模块或组件的接口,在流程之间通过业务对象模块的相互调用实现各种业务,这样,在业务流程发生有限的变化时(每个业务模块本身的业务逻辑没有变的情况下),就能够比较方便地修改系统程序模块或组件间的调用关系而实现新的需求。如果这种调用关系被设计成存储在配置库的数据字典里,则连程序代码都不用修改,只需修改数据字典里的模块或组件调用规则即可。
7、业务信息的可调整性
应当考虑客户业务信息可能出现的变化,所以在系统构架设计时必须尽可能减少因为业务信息的调整对于代码模块的影响范围。
8、使用方便性
使用方便性是不须提及的必然的需求,而使用方便性与系统构架是密切相关的。Win CE(1.0)的失败和后来改进版本的成功就说明了这个问题。Win CE(1.0)有太多层次的视窗和菜单,而用户则更喜欢简单的界面和快捷的操作。失败了应当及时纠正,但最好不要等到失败了再来纠正,这样会浪费巨大的财力物力,所以在系统构架阶段最好能将需要考虑的因素都考虑到。当然使用方便性必须与系统安全性协调平衡统一,使用方便性也必须与业务流程的可调整性和业务信息的可调整性协调平衡统一。“满足用户的需求,便于用户使用,同时又使得操作流程尽可能简单。这就是设计之本。”
9、构架样式的一致性
软件系统的构架样式有些类似于建筑样式(如中国式、哥特式、希腊复古式)。软件构架样式可分为数据流构架样式、调用返回构架样式、独立组件构架样式、以数据为中心的构架样式和虚拟机构架样式,每一种样式还可以分为若干子样式。构架样式的一致性并不是要求一个软件系统只能采用一种样式,就像建筑样式可以是中西结合的,软件系统也可以有异质构架样式(分为局部异质、层次异质、并行异质),即多种样式的综合,但这样的综合应该考虑其某些方面的一致性和协调性。每一种样式都有其使用的时机,应当根据系统最强调的质量属性来选择。
四、源代码的组织结构方面的考虑
1、开发可管理性
便于人员分工(模块独立性、开发工作的负载均衡、进度安排优化、预防人员流动对开发的影响:一个好的构架同时应有助于减少项目组的压力和紧张,提高软件开发效率)、利于配置管理、大小的合理性、适度复杂性;
(1)便于人员分工-模块独立性、层次性
模块独立性、层次性是为了保证项目开发成员工作之间的相对独立性,模块联结方式应该是纵向而不是横向,模块之间应该是树状结构而不是网状结构或交叉结构,这样就可以把开发人员之间的通信、模块开发制约关系减到最少。同时模块独立性也比较利于配置管理工作的进行。现在有越来越多的的软件开发是在异地进行,一个开发组的成员可能在不同城市甚至在不同国家,因此便于异地开发的人员分工与配置管理的源代码组织结构是非常必要的。
(2)便于人员分工-开发工作的负载均衡
不仅仅是开发出来的软件系统需要负载均衡,在开发过程中开发小组各成员之间工作任务的负载均衡也是非重要的。所谓工作任务的负载均衡就是通过合理的任务划分按照开发人员特点进行分配任务,尽量让项目组中的每个人每段时间都有用武之地。这就需要在构架设计时应当充分考虑项目组手头的人力资源,在实现客户需求的基础上实现开发工作的负载均衡,以提高整体开发效率。
(3)便于人员分工-进度安排优化
进度安排优化的前提是模块独立性并搞清楚模块开发的先后制约关系。利用工作分解结构对所有程序编码工作进行分解,得到每一项工作的输入、输出、所需资源、持续时间、前期应完成的工作、完成后可以进行的工作。然后预估各模块需要时间,分析各模块的并行与串行(顺序制约),绘制出网络图,找出影响整体进度的关键模块,算出关键路径,最后对网络图进行调整,以使进度安排最优化。
有个家喻户晓的智力题叫烤肉片策略:约翰逊家户外有一个可以同时烤两块肉片的烤肉架,烤每块肉片的每一面需要10分钟,现要烤三块肉片给饥肠辘辘、急不可待的一家三口。问题是怎样才能在最短的时间内烤完三片肉。一般的做法花20分钟先烤完前两片,再花20分钟烤完第三片。有一种更好的方法可以节省10分钟,大家想想。
(4)便于人员分工-预防员工人员流动对开发的影响
人员流动在软件行业是司空见惯的事情,已经是一个常见的风险。作为对这一风险的有效的防范对策之一,可以在构架设计中考虑到并预防员工人员流动对开发的影响。主要的思路还是在模块的独立性上(追求高内聚低耦合),组件化是目前流行的趋势。
(5)利于配置管理(独立性、层次性)
利于配置管理与利于人员分工有一定的联系。除了逻辑上的模块组件要利于人员分工外,物理上的源代码层次结构、目录结构、各模块所处源代码文件的部署也应当利于人员分工和配置管理。(尽管现在配置管理工具有较强大的功能,但一个清楚的源码分割和模块分割是非常有好处的)。
(6)大小的合理性与适度复杂性
大小的合理性与适度复杂性可以使开发工作的负载均衡,便于进度的安排,也可以使系统在运行时减少不必要的内存资源浪费。对于代码的可阅读性和系统的可维护性也有一定的好处。另外,过大的模块常常是系统分解不充分,而过小的模块有可能降低模块的独立性,造成系统接口的复杂。
2、可维护性
便于在系统出现故障时及时方便地找到产生故障的原因和源代码位置,并能方便地进行局部修改、切割;(可维护性与运行可管理性不同)
3、可扩充性
统在建成后会有一段很长的运行周期,在该周期内,应用在不断增加,应用的层次在不断升级,因此采用的构架设计等方案因充分考虑升级、扩容、扩充的可行性和便利。
4、可移植性
不同客户端、应用服务器、数据库管理系统:如果潜在的客户使用的客户端可能使用不同的操作系统或浏览器,其可移植性必须考虑客户端程序的可移植性,或尽量不使业务逻辑放在客户端;数据处理的业务逻辑放在数据库管理系统中会有较好的性能,但如果客户群中不能确定使用的是同一种数据库管理系统,则业务逻辑就不能数据库管理系统中
达到可移植性一定要注重标准化和开放性:只有广泛采用遵循国际标准,开发出开放性强的产品,才可以保证各种类型的系统的充分互联,从而使产品更具有市场竞争力,也为未来的系统移植和升级扩展提供了基础。
5、需求的符合性
从源代码的组织结构看需求的符合型主要考虑针对用户需求可能的变化的软件代码及构架的最小冗余(同时又要使得系统具有一定的可扩展性)。
五、写系统构架设计文档应考虑的问题
构架工作应该在需求开发完成约80%的时候开始进行,不必等到需求开发全部完成,需要项目经理以具体的判断来评估此时是否足以开始构建软件构架。
给出一致的轮廓:系统概述。一个系统构架需要现有概括的描述,开发人员才能从上千个细节甚至数十个模块或对象类中建立一致的轮廓。
构架的目标应该能够清楚说明系统概念,构架应尽可能简化,最好的构架文件应该简单、简短,清晰而不杂乱,解决方案自然。
构架应单先定义上层的主要子系统,应该描述各子系统的任务,并提供每个子系统中各模块或对象类的的初步列表。
构架应该描述不同子系统间相互通信的方式,而一个良好的构架应该将子系统间的通信关系降到最低。
成功构架的一个重要特色,在于标明最可能变更的领域,应当列出程序中最可能变更的部分,说明构架的其他部分如何应变。
复用分析、外购:缩短软件开发周期、降低成本的有效方案未必是自行开发软件,可以对现有软件进行复用或进行外购。应考虑其对构架的影响。
除了系统组织的问题,构架应重点考虑对于细节全面影响的设计决策,深入这些决策领域:外部软件接口(兼容性、通信方式、传递数据结构)、用户接口(用户接口和系统层次划分)、数据库组织和内容、非数据库信息、关键算法、内存管理(配置策略)、并行性、安全性、可移植性、网络多人操作、错误处理。
要保证需求的可追踪性,即保证每个需求功能都有相应模块去实现。
构架不能只依据静态的系统目标来设计,也应当考虑动态的开发过程,如人力资源的情况,进度要求的情况,开发环境的满足情况。构架必须支持阶段性规划,应该能够提供阶段性规划中如何开发与完成的方式。不应该依赖无法独立运行的子系统构架。将系统各部分的、依赖关系找出来,形成一套开发计划。
六、总结
系统构架设计和千差万别的具体的开发平台密切相关,因此在此无法给出通用的解决方案,主要是为了说明哪些因素是需要考虑的。对于每个因素的设计策略和本文未提到的因素需要软件构架设计师在具体开发实践中灵活把握。不同因素之间有时是矛盾的,构架设计时需要根据具体情况进行平衡。
摘要：本文从程序的运行时结构和源代码的组织结构两个方面探讨了系统构架设计应考虑的各种因素,列举了系统构架设计文档应考虑的一些问题。
关键词：构架,设计,考虑
参考文献
[1]冀振燕编著,UML系统分析设计和应用案例[M].人民邮电出版社,2004.
[2]杨远红编著,通信网络安全技术[M].机械工业出版社,2006.01.
[3][美]Katharine Whitehead编著,王海鹏译,基于组件开发[M].人民邮电出版社,2003.9.
[4][美]里克特编著,李建忠译,Microsoft.NET框架程序设计[M].清华大学出版社.2003.11.
系统架构设计 篇2
1、负责公司现有软件产品的架构优化设计;
2、负责新软件产品的架构设计;
3、核心技术难点的攻关;
4、独立完成软件功能模块设计、模块任务划分;
5、完成项目中各个阶段核心文档的书写(软件需求、概要设计、详细设计等)。
任职要求：
1. 计算机或相关专业本科及以上学历;
2. 8年以上软件开发经验;3年以上软件系统架构设计经验;
3. 有扎实的java编程基础;
4. 具备很强的软件架构设计能力和软件编程能力;
5. 具备良好的沟通能力，具备良好团队合作精神，具备较强的抗压能力;
系统架构设计 篇3
关键词：技工院校；学生工作管理系统；架构设计
我国正处于现代化转型时期，网络通讯技术和计算机技术被广泛应用于各个领域，在此时代背景下，充分借助现代化网络信息及计算机技术构建数字化校园，是各大院校发展的必然趋势。
一、构建技工院校学生工作管理系统的功能性
从整体院校管理工作来看，为了保证技工院校管理工作能够高效、高速、高质的开展，并在此过程中谨遵“与时俱进、求实创新、以人为本”的工作原则，就必须要以科学发展观为指导思想，充分应用现代化计算机技术，构建学生工作管理系统，为学生提供更高效更完善的服务。由此可见，在技工院校中构建学生工作管理系统有着关键性作用，具体来讲可以从以下几个方面分析：
1.构建技工院校的学生工作管理系统能够满足学生信息的管理要求
在管理学生日常事务过程中运用工作管理系统，能够全面、系统的存储学生的学费信息、个人信息、家庭信息，就个人信息方面学生可以根据其自身情况进行更改，校方管理员则可以对学生所修改信息的时间段进行设置，学生对自己信息的修改需要控制在信息管理员所设置的时间范围内，而在学费信息方面，信息管理员需要根据所查询学生的姓名、学年、年级、专业、院系、学号等各项信息组合查询的方式搜索学生相关信息。
2.构建技工院校的学生工作管理系统能够满足学校数据统计分析的管理要求
在技工院校中，数据统计分析管理主要分为两个方面，一方面是数据查询一方面是统计分析，在此过程中数据查询功能能够满足思想教育模块中的入党申请、入党培训、入党积极分子、预备党员等相关数据的存储和查询。而统计分析功能则主要是针对技工院校思想教育开展过程中的一系列信息，进行深入的分析并根据分析结果科学制定报表，递交上级领导，使其能够全面了解和掌握学院开展思想教育所取得的成果。
二、针对技工院校中学生工作管理整体流程展开分析
针对我国某地职工院校展开考察，了解到常规技工院校三年学制中等学级学生的管理工作流程主要分为五个步骤，具体如下：
1.针对新生报名所进行的管理工作
由于技工院校的教育具有职业性特点，决定了其一般采用自主招生的方式开展招生活动，并且在招生录取过程中存在不同程度的变动性，针对此情况职工院校应当对各专业新生报名情况进行详细、全面、实时的统计，一旦出现报名情况与原计划不相符时，学校应当及时根据统计所反映的情况调整下学期招生计划及教学安排等一系列工作。
2.针对新生报到所进行的管理工作
针对新生报到环节，通常需要学校多方部门合作办公，新入校学生一般对学校情况较为陌生，因此需要对其报到流程进行明确、详细的引导。就学校信息管理工作而言，新生报到环节是采集学生信息、掌握学生各方面情况的关键环节，应当全面、清晰的记录好学生的相关信息，为后期管理工作建立良好基础。
3.针对学生在校学习阶段所进行的管理工作
通常情况下，技工院校学生在校学习的时间为两学年。在此过程中，对于学生进行的管理工作主要分为五个方面：①学生学籍管理；②技能鉴定管理；③操行评定管理；④教学评议管理；⑤学生成绩管理。
4.针对学生顶岗实习期间所进行的管理工作
当技工院校学生升至三年级时，需要参与企业的顶岗实习，在此阶段学生要走出校园真正踏入企业进行更职业化的培训和学习。在此过程中，学校会安排相关班主任对学生在企业中具体学习情况进行跟踪，以便校方等够及时、全面的了解和掌握学生表现，倘若学生未能在第二学期中通过相关考试并获得相应技能证书，则在学生顶岗实习期间将其召回继续参加考试。
5.针对学生毕业期间所进行的管理工作
当学生结束三年学习之后，并且在获得相关职业证书和获得认证前提下，学校将上上级部门报批毕业学生情况，在经过上级部门审核之后统一制作并颁发相关毕业证书。
三、技工院校学生工作管理系统的功能分析及架构设计
技工院校学生工作管路系统主要是结合技工院校教育特点而构建的网络办公系统。通过上述对技工院校管理工作流程的介绍和分析，可将技工院校中学生工作管理系统分为十一个，分别是：系统管理子系统、招生注册管理子系统、顶岗实习管理子系统、学生评议管理子系统、学籍管理子系统、领导办公子系统、技能鉴定管理子系统、操行评定管理子系统、毕业管理子系统、成绩管理子系统、基本信息管理子系统，且每个系统具有其相应功能，以下就技工院校中常用系统功能进行分析。
1.技工院校基本信息管理子系统
该管理系统主要作用于学校班级、教师、专业等信息的维护和管理，其功能主要包括增加班级、教师、专业等信息，以及对班级、教师、专业信息进行修正和查询。
2.技工院校招生注册管理子系统
该管理系统主要作用于新生报名情况的管理和维护，其功能主要包括新生预报名情况、报名情况查询、学生预分班情况、新生报到注册情况、注册查询、入校费用收取情况等一系列情况的管理和查询。
3.学生成绩管理子系统
该管理系统主要作用于学生成绩的维护和管理，其功能主要包括成绩的授权和录入、学生考试成绩的录入、学生补考成绩的录入、学生成绩自主查询、学生成绩的统计和分析、补考情况查询、补考名单的导出和下载、查询学生成绩报表。
结束语
现阶段，全国各大高校相继构建了学生工作管理系统，有效提高了学校在处理学生信息过程中的工作效率以及工作质量，不仅为学生提供了便捷的服务也在很大程度上降低了相关管理人员的工作量，在学校整体信息管理工作中发挥了重要作用。
参考文献：
[1]杨雨帆.技工院校学生工作管理系统架构设计研究[J].职业，2013，（17）：43-44.
[2]苏茂芳.高职院校学生工作管理平台的设计与实现[D].湖南大学，2013.
[3]周明锋.技工院校学生就业管理系统的设计与实现[D].山东大学，2009.
车载GPS系统软件架构设计 篇4
关键词：通讯,时钟,时序,容错能力
1 前言
汽车制造商在设计初期, 就开始考虑增加车载GPS导航的配置, 并逐渐成为车上的基本装备。GPS导航产品的稳定性和可靠性, 决定车辆品味及质量的关键要素。
2 导航系统参数
本文中的机型在设计的状态如下:主机与导航地图采用分离式, 地图为SD卡存储, EBOOT时钟频率32MHz, TFT显示屏, 显示屏主控芯片 (GDC) 采用Mstar776。
3 导航系统设计常见问题及注意事项
GPS导航系统, 与空间、地面控制部分进行数据交换, GPS车载设备需要对数据进行大量运算, 故系统涉及范围广, 更需要性能稳定、运行可靠, 下面就设计开发过程中经常遇到的问题, 进行详细阐述:
3.1 导航停止响应, 复位后进入黑屏状态;
但主机能切换到其他界面, AM, FM, DVD, 蓝牙等其它功能正常;若多次出现, 需对系统匹配方面进行检查;检查导航系统与SD卡通信状态, 即考虑SD卡数据交换、时钟通讯频率的情况:
地图SD卡通讯频率上限为25MHz, 数据显示, EBOOT CLK时钟频率超出SD卡通讯频率, 这样会引起SD卡初始化不能完成, 系统内核无法加载, 表现为主机黑屏, 不能进入导航工作状态;可优化EBOOT CLK时钟频率, 使之与地图SD卡的通讯频率保持一致。
3.2 手写输入或设置目的地时, 存在较小概率导航不响应触摸屏操作, 导致导航无法工作, 但主机能够切换到其他界面, AM, FM, DVD, 蓝牙等其它功能正常。
检查软件容错处理能力, 主机MCU与导航系统通讯异常, 导航软件无法接受MCU发出的触摸屏坐标信息, 查看导航系统接收MCU串口协议消息中是否有错误信息, 导致导航运行错误。
检查步骤如下:
(1) 检测导航系统停止响应状态时MCU与导航之间的串口通信, 包括触摸指令和相关交互协议, 是否存在MCU有指令发出, 导航没有回应的现象。
(2) 检测从MCU发过来的数据, 人为在串口通讯的收发段间歇短路加入干扰。检查导航系统是否存在停止响应概率加大, 干扰或者错误数据容易引起导航系统运行不正常的现象。
(3) 上述无异常时, 分析通讯异常处理部分程序, 是否存在发生数据异常后的数据指针未按设计要求进行加一操作 (及调的下一帧数据, 而是继续判断有错误的帧的数据, 形成死循环) , 通讯线程死锁。正确的通讯协议帧是由“帧头+长度+数据+校验和”组成的, 当外加干扰, 或其它数据异常发生时有可能发生数据错位, 此时数据指针应该丢弃错误的数据, 再寻找正确的帧头。
我们可以通过修改导航系统的串口容错机制, 确保数据异常时能够自动从错误状态恢复, 不引起线程死锁。
3.3 USB状态关机 (POWER OFF) , ACC断电后再上电, 开机后TFT屏正常显示USB的UI界面和歌曲信息, 0.5秒后UI界面变为LO-GO (USB歌曲信息维持正常) , 随后USB的UI界面立刻恢复正常。
软件架构流程中的显示logo背景的部分程序存在冗余现象。最终优化后的软件程序如下图所示:
4 总结
系统架构设计师教程：文件管理 篇5
http://
系统架构设计师教程：文件管理
操作系统的主要功能是进行处理机与进程管理、存储管理、设备管理、文件管理和作业管理，本节讨论操作系统是如何完成这些功能的。文件管理
操作系统对计算机的管理包括两个方面：硬件资源和软件资源。硬件资源的管理包括CPU的管理、存储器的管理、设备管理等，主要解决硬件资源的有效和合理利用问题。
软件资源包括各种系统程序、各种应用程序、各种用户程序，也包括大量的文档材料、库函数等。每一种软件资源本身都是具有一定逻辑意义的、相关信息的集合，在操作系统中它们以文件形式存储。
计算机系统的重要作用之一是能快速处理大量信息，因此数据的组织、存取和保护成为一个极重要的内容。文件系统是操作系统中组织、存取和保护数据的一个重要部分。
文件管理的功能包括：建立、修改、删除文件；按文件名访问文件；决定文件信息的存放位置、存放形式及存取权限；管理文件间的联系以及提供对文件的共享、保护和保密等。允许多个用户协同工作又不引起混乱。文件的共享是指一个文件可以让多个用户共同使用，它可以减少用户的重复性劳动，节省文件的存储空间，减少输入/输出文件的次数等。文件的保护主要是为防止由于误操作而对文件造成的破坏。文件的保密是为了防止未经授权的用户对文件进行访问。
文件的保护、保密实际上是用户对文件的存取权限控制问题。一般为文件的存取设置两级控制：第1级是访问者的识别，即规定哪些人可以访问；第2级是存取权限的识别，即有权参与访问者可对文件执行何种操作。
1.文件的逻辑结构
文件的结构是指文件的组织形式，从用户观点所看到的文件组织形式，称为文件的逻
系统架构设计师
http://
辑结构。
文件的逻辑组织是为了方便用户使用。一般文件的逻辑结构可以分为两种：无结构的字符流文件和有结构的记录文件。记录文件由记录组成，即文件内的信息划分成多个记录，以记录为单位组织和使用信息。
记录文件有顺序文件、索引顺序文件、索引文件和直接文件。
（1）顺序文件。大多数文件是顺序文件。顺序文件的记录定长，记录中的数据项的类型长度与次序固定，一般还有一个可以惟一标识记录的数据项，称为键（key），记录是按键值的约定次序组织的。顺序文件常用于批处理应用，对于查询或更新某个记录的处理性能不太好。
（2）索引顺序文件。索引顺序文件是基于键的约定次序组织的，而且维护键的索引和溢出区域。键的索引也可以是多级索引。索引顺序文件既适用于交互方式应用，也适用于批处理方式应用。
（3）索引文件。索引文件是基于记录的一个键数据项组织的。许多应用需按照别的数据项访问文件，为此，常采用索引文件方法，即对主文件中的记录按需要的数据项（一个或几个）建索引，索引文件本身是顺序文件组织。
（4）直接文件。直接文件又称哈希（Hash）文件。记录以它们在直接访问存储设备上的物理地址直接（随机地）访问。直接文件常用于需要高速访问文件而且每次访问一条记录的应用中。2.文件的物理结构
文件的物理结构是指文件在存储设备上的存放方法。文件的物理结构侧重于提高存储器的利用效率和降低存取时间。文件的存储设备通常划分为大小相同的物理块，物理块是分配和传输信息的基本单位。文件的物理结构涉及文件存储设备的组块策略和文件分配策略，系统架构设计师
http://
决定文件信息在存储设备上的存储位置。常用的文件分配策略有：
（1）顺序分配（连续分配）。这是最简单的分配方法。在文件建立时预先分配一组连续的物理块，然后，按照逻辑文件中的信息（或记录）顺序，依次把信息（或记录）按顺序存储到物理块中。这样，只需知道文件在文件存储设备上的起始位置和文件长度，就能进行存取，这种分配方法适合于顺序存取，在连续存取相邻信息时，存取速度快。其缺点是在文件建立时必须指定文件的信息长度，以后不能动态增长，一般不宜用于需要经常修改的文件。
（2）链接分配（串联分配）。这是按单个物理块逐个进行的。每个物理块中（一般是最后一个单元）设有一个指针，指向其后续连接的下一个物理块的地址，这样，所有的物理块都被链接起来，形成一个链接队列。在建立链接文件时，不需指定文件的长度，在文件的说明信息中，只需指出该文件的第一个物理块块号，而且链接文件的文件长度可以动态地增长。只调整物理块间的指针就可以插入或删除一个信息块。
链接分配的优点是可以解决存储器的碎片问题，提高存储空间利用率。由于链接文件只能按照队列中的链接指针顺序序查找，因此，搜索效率低，一般只适用于顺序访问，不适用于随机存取。
（3）索引分配。这是另一种对文件存储不连续分配的方法。采用索引分配方法的系统，为每一个文件建立一张索引表，索引表中每一表项指出文件信息所在的逻辑块号和与之对应的物理块号。
索引分配既可以满足文件动态增长的要求，又可以方便而迅速地实现随机存取。对一些大的文件，当索引表的大小超过一个物理块时，会发生索引表的分配问题。一般采用多级（间接索引）技术，这时在由索引表指出的物理块中存放的不是文件存放处而是存放文件信息的物理块地址。这样，如果一个物理块能存储n个地址，则一级间接索引将使可寻址的文件长度变成n2块，对于更大的文件可以采用二级甚至三级间接索引（例如，Unix操作
系统架构设计师
http://
系统采用三级索引结构，如图1-12所示）。
图1-12索引结构图
索引文件的优点是既适用于顺序存取，又适用于随机存取。缺点是索引表增加了存储空间的开销。另外，在存取文件时需要访问两次磁盘，一次是访问索引表，另一次是根据索引表提供的物理块号访问文件信息。为了提高效率，一种改进的方法是，在对某个文件进行操作之前，预先把索引表调入内存。这样，文件的存取就能直接从在内存的索引表中确定相应的物理块号，从而只需要访问一次磁盘。
3.文件存储设备管理
文件存储设备管理，就是操作系统要有效地进行存储空间的管理。由于文件存储设备是分成许多大小相同的物理块，并以块为单位交换信息，因此，文件存储设备的管理实质上是对空闲块的组织和管理问题。它包括空闲块的组织，空闲块的分配与空闲块的回收等问题。有3种不同的空闲块管理方法，它们分别是索引法、链接法和位示图法。
（1）索引法。索引法把空闲块作为文件并采用索引技术。为了有效，索引对应于一个或由几个空闲块构成的空闲区。这样，磁盘上每一个空闲块区都对应于索引表中一个条目，系统架构设计师
http://
这个方法能有效地支持每一种文件分配方法。
在系统中为某个文件分配空闲块时，首先扫描索引空闲文件目录项，如找到合适的空闲区项，则分配给申请者，并把该项从索引空闲文件中去掉。如果一个空闲区不能满足申请者的要求，则把另一项分配给申请者。如果一个空闲区所含块数超过申请者的要求，则为申请者分配所要的物理块后，再修改该表项。当一个文件被删除释放物理块时，系统则把被释放的块号以及第一块块号置入索引空闲文件的新表项中。
希赛教育专家提示：在内存管理中所用到的有关空闲区的分配和回收算法，只要稍加修改就可以用于索引法。
（2）链接法。链接法使用链表把空闲块组织在一起，当申请者需要空闲块时，分配程序从链首开始摘取所需的空闲块。反之，管理程序把回收的空闲块逐个地挂入队尾，这个方法适用于每一种文件分配方法。空闲块的链接方法可以按释放的先后顺序链接，也可以是按空闲块区（连续/1个空闲块）的大小顺序链接。后者有利于获得连续的空闲块的请求，但在分配请求和回收空闲块时系统开销多一点。
（3）位示图法。该方法是在外存上建立一张位示图（Bitmap），记录文件存储器的使用情况。每一位仅对应文件存储器上的一个物理块，取值0和1分别表示空闲和占用。文件存储器上的物理块依次编号为：0、1、2、…假如系统中字长为32位，有4096个物理块，那么在位示图中的第1个字对应文件存储器上的0、1、2…31号物理块；第2个字对应文件存储器上的32、33、34、…、63号物理块；第128字对应文件存储器上的4064、4065、…、4095号物理块。这样位示图的大小为32字。
位示图是利用二进制的一位来表示磁盘中一个盘块的使用情况，如图1-13所示。当其值为“0”时，表示对应的盘块空闲；为“1”时表示已分配。由所有盘块对应的位构成一个集合，称为位示图。位示图也可描述为一个二维数组map:Varmap:array[1…m,1…n]ofbit;
系统架构设计师
http://
图1-13位示图
4.树型目录结构
在计算机的文件系统中，一般采用树型目录结构。在树型目录结构中，树的根结点为根目录，数据文件作为树叶，其他所有目录均作为树的结点。
根目录隐含于一个硬盘的一个分区中，根目录在最顶层。它包含的子目录是一级子目录。每一个一级子目录又可以包含若干二级子目录，…，这样的组织结构就叫做目录树。
当前盘和当前目录是系统默认的操作对象。如果用户没有指明操作对象，系统就将用户命令指向当前盘和当前目录。
路径是指从根目录或者当前目录开始到访问对象（目录或者文件），在目录树中路经过的所有目录的序列。例如“c:doslmousemouse”就是Windows系统中的一条路径。在树型目录结构中，从根目录到任何数据文件之间，只有一条惟一的通路，从树根开始，把全部目录文件名与数据文件名，依次用“/”（UNIX/Linux系统）或“"（Windows系统）连接起来，构成该数据文件的路径名，且每个数据文件的路径名是惟一的。这样，可以解决文件重名问题。
从树根开始的路径为绝对路径，如果文件系统有很多级时，使用不是很方便，所以引入相对路径，即是从当前目录开始，再逐级通过中间的目录文件，最后到达所要访问的数据文件。
系统架构设计师
http://
绝对路径给出文件或目录位置的完全的描述，通常由层次结构的顶端开始（根目录），通常第一个字符是”/“（UNIX/Linux系统）或者是盘符（Windows系统）。相对路径通常由目录结构中的当前的位置开始，一般都比绝对路径要短。
父目录是指当前路径的上一层目录。每个目录下都有代表当前目录的”.“文件和代表当前目录父目录的”“文件，相对路径名一般就是从”"开始的。
系统架构设计 篇6
[关键词]网络在线考试；详细设计；架构
详细设计中的一个主要任务就是架构设计。根据需求阶段的规划，进行网络在线考试系统的架构设计时，选择了三层架构。由于使用三层架构进行系统开发的基础是要搭建系统框架。本文将从三层架构的介绍入手，通过完成基于三层架构的“在线考试系统”框架的搭建，让读者掌握三层架构的搭建过程。该过程重点在于表示层、逻辑层、会话层的构建及用户创建各层之间依赖关系的模型层的实施。难点在于实施模型层过程中的各个实体类的创建。
1.三层架构模式的介绍
在早期开发应用程序时大多数是基于Windows模式设计，在这种环境中一般程序设计人员设计考试系统时主要是采用C/S架构完成。程序一般时运行在一个局域网内，采用两层架构的设计思路就可以完成要求。而对于这种模式的考试系统对于学生使用地域上产生了很大的影响，必须要组织学生在同时同地完成考试。为此，提出基于Web模式设计考试系统是可以解决这些问题的。对于采用Web模式开发的考试系统之前有使用ASP、PHP、JSP等工具完成的，当然这些开发工具各有各自的优点和缺点，本文主要讨论的是开发的架构，对于具体采用的语言不作分析和研究。
无论程序设计人员采用何种开发工具，目前在对于网络编程中使用的架构是客户端、业务处理端以及数据存储端的三层架构。使用这种严格的三层架构来对应用软件进行开发时将极大的提高了程序模块化设计，提高了应用软件运行的效率。当然采用这中架构设计的软件在今后的扩展和维护上也带来了很大的好处。
从应用软件开发技术角度上说，三层架构的“三层”是指用户界面表示层（UI）、业务逻辑层（BLL）和数据访问层（DAL）。
（1）用户使用的界面一般称为客户端或表示层
客户端是用户直接与应用软件建立关系的窗口，用户对软件需要完成的基本操作以及实现数据的输入输出等都是通过客户端完成的。
（2）业务处理端又称为逻辑层
对应用软件的业务处理都通过逻辑层完成的，业务的处理效率以及执行的优劣情况都是通过业务层来实现，因此逻辑层将承担非常重要的任务。程序设计人员开发开发时需要投入大量的精力在对程序的业务处理端。对于不同的开发语言在业务端的建立有不同的方法，可以通过创建类库、Web Service等形式完成对业务处理代码的封装。对于复杂的业务处理可以建立业务应用程序，加入中间件技术等完成。
（3）数据访问层
数据对于应用软件是必不可少的，所有的应用软件都会采用数据库作为系统中实现交互处理的数据存储。数据访问主要是为用户提供数据交互的平台，程序员可以通过在数据库中创建各种数据操作对象完成相关操作，比如创建存储过程、视图、角色等。
2.网络在线考试系统设计
在线考试系统的架构：先创建解决方案（取名Online），在解决方案下创建4个项目：第1个项目是用户界面表示层（取名OnlineWeb）；第2个项目是业务逻辑层（取名OlineBll）；第3个项目是数据访问层（取名ONlineDal）；除了这3个项目之外，还有一个模型成（取名OnlineModels）。下文将逐个给出各个层次中的每个程序的设计考虑。
本程序对考试系统的分析主要分为3个功能部分：用户登录、考生考试和交卷部分。各部分分别调用多个模块。
（1）验证模块
一般应用程序都有验证模块，通过验证模块可以防止非法用户对管理系统的使用。验证模块的设计不仅是用户使用系统的通道，更是对系统数据保护的重要措施。在验证模式的实现时可以加入防止SQL注入、SSL加密等技术以提高其安全性。
（2）时间控制模块
对于考试系统，需要模拟传统的考生时间规定。在考试系统中能够自动完成时间的设定以及对时间的控制等功能。考生只能在规定的时间内作答，当考试时间达到设定的值将能够对考生进行提醒和锁定考试。
（3）生成试卷模块
考试系统中一个重要的模块就是生成考试试卷，对于考试试卷的生成原则是需要根据设定的难易程度完成自动组卷。生成试卷的形式可以是传统的考试试卷形式，也可以是带答题卡的试卷形式。
3.总结
系统任务是根据需求分析阶段产生的规格说明书导出系统的实现方案。在本任务中基于概要设计说明书来实施目标系统的设计过程。本文简述了网络在线考试系统架构设计时采用三层架构，将整个业务划分为：用户界面表示层（UI）、业务逻辑层（BLL）和数据访问层（DAL）。目的是为了在系统开发过程中实现系统各个模块的“高内聚，低耦合”。
参考文献
[1]张仁龙，李晓华.计算机基础课程考试系统的设计[J].北京农学院学报，2007（S1）
[2]李美满.基于COM技术的通用考试系统的设计与实现[J].计算机工程与应用，2007（01）
[3]闫薇，尹心平.VBA技术在计算机基础考试系统设计中的应用[J].齐齐哈尔大学学报，2006（03）
[4]付细楚，邹北骥.基于组件的考试系统的研究与实现[J].计算机工程，2005（24）
[5]叶青，徐春凤.数据库原理无纸考试系统的设计与实现[J].长春理工大学学报，2005（02）
系统架构设计 篇7
我国产某支线飞机除国内使用外, 目前销售到非洲、美洲、东南亚等多个国家, 国际化销售的现状是:用户分布远、机队规模小、用户技术力量薄弱, 很难在这种现状下建立起用户满意的现场售后服务体系, 急需寻求新的售后服务解决途径。因此, 先进的机载维护、远程维护支持与健康管理系统, 以及网络化服务等技术, 是该系列飞机提高售后服务能力的有效方法。同时, 支线飞机具有航程短, 起降频繁, 过站时间短等特点, 大型远程飞机中使用的健康管理系统架构不能完全适用于支线飞机, 所以需要建立一种适用于支线飞机的健康管理系统架构。
1 健康管理系统国内外应用情况
20世纪90年代初期, 基于模型的诊断技术也在不断的发展和完善。被称为测试性之父的Ralph A.De Paul.Jr.于1965年提出了基于逻辑模型的故障诊断概念, 并于70年代用于计算机、军事和便携式计算机等。80年代, 基于逻辑模型的诊断技术逐步发展完善, 研发出了便携式基于模型的排故, 统和卓越的电子设备维护和排故原型机, 并将基于模型的诊断技术应用到战斗毁伤修复。80年代中后期, 发展出了WSTA (武器系统测试性分析) 和IDSS (综合诊断支持系统) , 并实现了与测试程序集的接口。至此, 设计人员利用IDSS WSTA, 通过建立实际系统的在线实时故障诊断模型, 能够实现真正的测试性设计, 并能实现各种级别的测试性分析, 包括:底层和区域BIT评估;系统级、子系统级、武器可更换组件 (或航线可更换组件) 级的全部测试性验证;通过板卡级测试性设计, 能够准确而有效地实现器件级的故障检测和隔离。
到了21世纪, 基于模型的诊断技术得到了进一步的发展, 首先是建模技术从单一的基于诊断的模型拓展为考虑系统测试、功能和故障模式相互关系的HDM (混合诊断模型) 。利用HDM, 可以在设计早期完成诊断能力评估、分级故障模式影响分析、诊断性能预测和实际诊断时间估计等任务。
经过几十年的发展, 国外在民机维护支持与健康管理系统研究方面取得了长足的进步。例如波音公司的PMA (便携式维修辅助软件) 、空客公司的AIRMAN@及Honeywell的维护和AMOSS (操作支持系统) , 在远程客户维护支持方面, 波音公司提供了myboeingfleet网站, 空客公司提供了AIRMAN 2000。
这些国外先进民机维护支持与健康管理系统均是从独立设备或部件故障诊断逐步扩展到全机系统的故障诊断, 从机上和地面独立诊断逐步发展到空地一体化实时故障诊断与维护支持。
在我们国内, 由于国内民机维护支持与健康管理研究方面基础较差, 起步较晚, 目前国产飞机仍然停留在只提供机载维护诊断系统, 但在健康管理系统以及远程客户维护支持领域, 还几乎是空白。因此, 设计出一种适合国产飞机特点的健康管理系统对提高我国民机售后服务水平和飞机的竞争力有着重大意义。
2 典型的健康管理系统架构分析
按照国外民机维护支持与健康管理系统的一般架构, 民用飞机健康管理系统应由机载子系统、空地数据链和地面子系统三部分组成。
机载子系统是使用各机载设备的BIT信息和存储的故障模型进行故障诊断的机载设备系统。在机载子系统中, 根据飞机状态信息将故障模型分类, 当各机载分系统的故障信息准确时, 可以采用基于系统故障模型的诊断方法, 提高诊断的实时性;当各机载分系统的故障信息不准确, 或者是由更多原因引起的关联故障, 在机上无法及时判明故障原因时, 需要将故障信息传回到地面子系统进行故障判断。
空地数据链是指通过飞机的数据链系统进行飞行状态和故障数据的传输。机载子系统利用飞机的空地数据链将诊断后的故障数据或未判明原因的原始故障信息发送给地面子系统。同时, 机载子系统还需要通过空地数据链将飞机的飞行状态信息传送到地面子系统。
地面子系统通过强大的计算和存储能力实时查询飞机电子维护手册和更详尽的故障模式库, 并根据飞机历史故障数据库, 采用混合智能故障诊断技术和专家诊断系统, 对故障原因进行定位。地面子系统也可以通过一段时间的飞机飞行状态信息进行故障预测。
3 支线飞机的健康管理系统架构设计
支线飞机的航程通常为1到2个小时, 当使用数据链进行故障信息的时实传递时, 只能节省航空公司1到2个小时的维修时间。而数据链通信的价格昂贵, 增加了航空公司的使用成本和购机成本。另一方面, 因为支线飞机每个航段的飞行时间短, 所以其风险暴露时间也短, 通过对飞机的签派安全性和可靠性进行设计, 保证支线飞机任何一个设备单独发生故障时应能继续签派1个或几个航班。这样就可以在飞机过站停留时, 通过无线网络将飞机的故障信息和飞机飞行状态信息发送给地面子系统。地面子系统将故障分析结果和处理措施发送到飞机下一个航站点处的维护人员, 进行故障恢复。
根据目前中国民航的适航规章, 民用运输类飞机需要安装无线快取记录器。健康管理系统可以与无线快取记录器使用相同的无线网络将数据发送给机场的地面系统, 无需增加额外的设备进行数据传输。
因此, 支线飞机的健康管理系统应由机载子系统、无线网络系统和地面子系统三部分组成。
4 结论
激烈的民机市场竞争, 对飞机制造商在保障飞行安全、降低维护成本、提高飞机可用性等方面提出了新的挑战, 传统的故障诊断和维护方法, 已不能适应现代民用飞机的发展需求。飞机健康管理技术是一项新技术, 是飞机故障诊断体系的发展方向, 对提高飞机安全性能、提高维修保障效率、降低寿命周期费用将起到重要作用。
系统架构设计 篇8
“数字高速公路系统”是采用数字化以及信息可视化的手段实现对高速公路的集成式管理,科学地整合高速公路的所有资源和信息,增强对海量数据的查询、统计、分析的能力,以最大限度地利用现有资源、共享信息,提高高速公路的管理水平。
1 “数字高速公路系统”的主要技术支持
1.1 高速公路管理技术
“数字高速公路系统”面向高速公路管理,因此,本系统的开发必然要密切联系高速公路管理技术,依托高速公路管理的内容与需求,设计系统的操作界面及其功能,以实现高速公路管理的数字化、可视化。
1.2 GIS技术
GIS技术是本系统的关键技术之一。高速公路电子地图的制作、图文的互查互访、海量数据的查询、统计、分析等许多系统的重要功能都要依托GIS技术来实现。并且,随着3DGIS、时态GIS的发展,GIS技术将越来越多地应用到公路交通领域,为提高公路管理水平发挥越来越重要的作用。
1.3 数据库管理技术
高速公路数据量巨大,不但有种类繁多的静态数据,如路产信息、管理人员信息等,还有不断更新和增加的大量动态数据,如交通信息、沿路气象信息等。要管理好这些海量数据,实现数据库的网络并发操作,提高数据查询、统计、分析的效率和能力,就必须要有便捷、高效、可靠的数据库管理技术。
1.4 多媒体技术
高速公路空间跨度大,设施种类多,并且有些设施或构造物在高速公路建成以后,成为不可见的隐蔽工程,增大今后管理的不确定因素和难度。
因此,可利用多媒体技术为一些重要的隐蔽设施配置辅助性的图像,甚至为某些重要的工艺保留多媒体资料,在需要时可以调用。比如,可以给桥梁配置外观图片,以及三维构造图像,包括构件形状、钢筋布置等,有助于增强管理人员对该桥的感性认识;对于交通的实时监控、事故处理等,则更需要图像和多媒体技术的支持。
1.5 网络技术
高速公路管理是由多个部门、跨地域合作完成的工作。因此,必须有网络技术的支持,才能够实现各部门间的数据传输、对数据库的并发操作、信息共享等。如图像和多媒体的网络传输、机电设施的远程控制等都需要网络技术的支持。
2 “数字高速公路系统”的架构与功能设计
2.1 系统总体框架
本系统由8个子系统组成,如图1。每个子系统的不同功能由相应的高速公路管理职能部门或系统用户操作。
2.2 系统功能设计原则
(1)实用性原则。
系统的功能应满足各个高速公路管理职能部门的各项工作和业务的需求,协助管理人员准确、高效地完成各项管理任务,操作简便、直观,界面友好。
(2)先进性原则。
借鉴“数字地球”、“数字城市”等数字化课题的研究成果,运用当前成熟、先进的软件和技术实现系统的功能,并且,系统应当易于平滑升级,以保持系统功能的先进性。
(3)兼容与发展原则。
系统应具有较强的兼容性和可扩充性。一方面,系统要兼顾当前现有的各种高速公路管理系统,例如路面管理系统、路产管理系统、收费系统等,提供可以与之相连接的数据接口,或者能够与之集成;另一方面,系统的功能应当随着计算机软硬件技术、高速公路管理技术的发展而得到逐步完善,使系统的功能越来越适应高速公路现代化管理的需求。
(4)可靠性原则。
系统各项功能稳定可靠,有较强的抵御外界干扰的能力及受外界干扰时的恢复能力,还要有优良的安全保密性能、容错及纠错性能、抗病毒性能等。
2.3 各子系统功能设计
2.3.1 用户管理子系统的功能
高速公路管理是一个综合的行业,涉及多个部门,多种技术,参与管理的人员也多种多样。因此,本系统也必然有多种类型的用户,例如,用户管理员、路产管理员、收费员、养护管理员、交通管理员等。不同类型的用户将赋予不同的权限,分别掌管系统的相应功能。
用户管理子系统就是要实现对众多类型用户的管理,包括用户的申请与删除,用户资料的管理,用户权限使用的监督与维护等。
2.3.2 路产管理子系统的功能
高速公路沿线拥有为数众多的各类设施,如路基路面、边沟边坡、护栏、情报板、照明设施等。这些设施分布的空间跨度大、种类繁多、权属关系复杂,并且,同类功能的设施由于投入使用的时间或生产厂家不同等原因,导致状态不一,其维护和管理的难度较大。
路产管理子系统以GIS技术为平台,建立高速公路电子地图,用形象的图标表示各种路产设施,依据坐标将其在地图上准确定位。用户可以在一定范围内放大、缩小、漫游高速公路电子地图,达到身临其境的效果。还可以查看每个图标所代表的路产设施的信息,实现图文互查。对于机电设施,如路灯、可变情报板、排气扇、摄像机等,还可以应用远程控制技术,使其所处状态(开或关,显示的内容等)在电子地图中对应的图标中直观地显示出来,并且可以直接通过图标实现对相应的机电设施进行操作,如切断、打开电源,修改可变情报板的内容,转动摄像机方向等。
此外,路产管理子系统还具有数据扩充、编辑、数据导入导出的功能。例如,当有新的高速公路并入系统管理时,本子系统可以按照一定的数据格式导入新高速公路的数据,自动准确地添加到电子地图中,或由人工编辑新高速公路的电子地图;已有高速公路路产设施如有增删或变动时,本子系统也能够对电子地图做相应的修改,与实际保持一致。
2.3.3 养护管理子系统的功能
本子系统收集所有路产设施的病害数据和维修记录,以及路产设施的质量、技术状态等信息。例如,路面病害可以采用图像叠加的方式,在准确的位置直观地反映出来;路产设施的图标会根据其不同的状态等级(优、良、中、差等)以不同的颜色显示,让人一目了然;对于正处于维修阶段的路段或设施,也在地图中有直观的显示,并且可以查询相关信息。
2.3.4 交通管理子系统的功能
高速公路交通管理既有行政管理的性质,又有技术管理的性质,据此,本子系统将交通管理分成两部分:即带有行政管理性质的路政管理系统和带有技术管理性质的交通监控与管理系统以及一些技术辅助系统。
(1)路政管理系统
路政管理系统收集有关破坏路产、侵犯路权的信息,并在地图上醒目地标志出来;记录交通违规、交通事故的详细信息,以备日后进行统计分析;为路政复议案件及相关诉讼活动提供各种表格、资料、凭证等,并在网上公示路政执法信息,为规范路政执法程序、正确使用执法文书、准确运用法律法规、推行政务公开提供技术支持。
(2)交通监控与管理系统
交通监控与管理系统借助车辆检测装置、气象检测装置、视频检测装置、测速雷达、信号灯、可变情报板等设备,收集交通信息和传达交通指令,并借助交通管理辅助系统进行交通事故处理、超限运输通行证审批等业务。
(3)交通管理辅助系统
①视频识别系统
视频识别是对固定的公路视频录像中的车流进行车辆车型判别、车速测定、事故判断、车流量累计计算的技术。可以在收费站车道上安装摄像机,再应用视频识别系统,协助收费员判别车型、统计车流量等,提高收费工作的准确性和监督能力。
②紧急救援系统
如果高速公路发生交通事故,紧急救援系统会自动报警,并且根据报警电话的位置,自动在电子地图的相应位置上显示。如需要医疗人员的救护,系统还可以就近选择同样安装有救援系统的医疗机构,发出救援警报,并为救护车辆选择最近的通行路径。而安装了GPS设备的救护车辆都将在电子地图上实时地显示具体的位置和行驶状态,并且可以随时通过系统传递信息。救援的指挥人员可以在室内通过紧急救援系统了解事故现场的情况,指挥救援行动,以最短的时间完成救援,疏散事故现场的车流和人群,尽快恢复交通。
③超限运输管理系统
超限运输管理系统根据超限运输申请人提供的车货运载资料,验证该车是否满足通行路径中每一座桥梁的通行条件,将不满足通行条件的桥梁列出,并说明原因,以采取相应的补救措施;如果全部满足通行条件,则形成超限运输通行证,并保留相应的申请和审批资料。
2.3.5 收费管理子系统的功能
收费管理子系统结合视频监控、视频识别、车辆检测等设备,详尽地记录与收费相关的信息,尽量减少人工输入和操作,对漏收、错收、逃费等现象进行自动判别、抓拍、记录、报警,提高收费效率和准确度。
本子系统还能够按车型、收费站、收费车道、收费时间等条件统计收费情况,以各种统计图的可视化形式将结果展现出来。
2.3.6 查询评价子系统的功能
设计各种查询条件,实现图文的互查互访,提高信息查询、统计、分析的效率。例如,可以给出路段坐标条件(或多个条件结合),查询符合该条件的某一种路产设施、病害或交通事故记录等,以图或表的形式显示查询结果,并在电子地图上准确定位。
在查询功能的基础上,根据相关指标的计算公式和评价模型,对路面、边坡、机电设施、路段交通等项目的技术和质量状况进行评价,为高速公路养护和交通管理决策提供依据。
2.3.7 专家库子系统的功能
高速公路管理工作中,有许多类似的情况,其处理方法、经验可以互相借鉴。例如,养护工作中对同种病害的处治、同性质路政案件或交通事故的处理等。专家库子系统能够根据系统数据库中相应工作的记录、历史资料、处理经验,对类似情况提出一套经验性的处理措施和方法。例如,对于路面开裂的处治,提出所需设备和材料、预算工程量、处治步骤、验收标准等建议,使高速公路管理工作更加科学化、规范化。并且,随着经验的积累和改进,专家库子系统的智能化水平也随着提高。
2.3.8 办公管理子系统的功能
办公管理子系统协助完成高速公路管理日常办公的各项工作和业务,以及生成各种报表等,实现对公文、档案、财务、人员等信息的自动化、无纸化、网络化的高效管理。
3 结 语
“数字地球”、“数字城市”、“数字高速公路”等概念的提出是信息数字化时代的必然产物。“数字高速公路系统”适应信息数字化时代的发展要求,符合高速公路管理“集中、统一、高效、特管”的原则,必将极大地提高高速公路管理的技术水平,并最终将以“网络骨架”的形式成为“数字地球”、“数字城市”的重要组成部分。
参考文献
[1]黄卫.高速公路数据库应用技术[M].北京:科学出版社,2002:59.
系统架构设计 篇9
无线资源管理是空中接口的上层模块, 是众多算法和协议的总称。它负责整个移动通信系统空中接口资源的规划和调度, 以确保系统的覆盖、容量和QoS。在WiMAX系统中, 无线资源管理算法在标准中并没有定义, 它由设备厂家自行确定, 而WiMAX网络工作组在给出RRM功能需求和功能分解的同时只给出了2种RRM通用参考模型, 这2种参考模型简单的给出了其逻辑实体间的关系, 并未解决逻辑实体是如何由功能模块实现的问题。此外现实网络中快速接入、无缝切换和互联互通等需求要求RRM架构设计必须从顶层设计出发。
本文遵循统一通用的架构设计原则, 采用自顶向下的设计方法, 逐步细化到模块的实现, 最终设计出可行的RRM架构, 从而达到优化网络性能的目的, 使其能有效实现和评估。
1WiMAX无线资源管理概述
文献[1]给出了WiMAX支持漫游的网络架构模型, 其中ASN作为WiMAX系统的接入网, 主要包括基站、基站控制器和接入网关等功能实体, 包含了无线资源管理和移动管理等功能。3G无线资源管理机制主要集中在无线网络控制器 (RNC) 中, 但在WiMAX系统中, 无线资源管理主要集中在基站端, 其功能实体可以分解为无线资源代理 (RRA) 和无线资源控制 (RRC) 2个逻辑实体。其中RRA驻留基站, 维护收集到的无线资源信息并与RRC通信, 而RRC可以驻留在基站、接入网关, 还可以作为独立的服务器。根据RRC不同的驻留位置, 网络对无线资源的管理便产生了分布式控制、集中式控制和协同混合控制之分。
对于WiMAX系统来讲, 其无线资源管理算法至少包括:接入控制、负载控制、切换控制、功率控制、基于OFDM的资源分配和对业务流的分组调度等[2,3]。一般网络架构中无线资源管理各功能模块所处位置, 如图1所示。无线资源管理各分解功能分散处于网络功能实体中, 因为考虑到目前系统之间的无缝切换、协同工作, 在一般网络架构中引入了RRM服务器, 并把它作为可选功能实体, 当RRC作为单独的RRM服务器时, 其和基站协同控制网络资源的使用, 并和其他系统RRM服务器交互控制资源的使用, 使控制面终结于RRM服务器, 基于网络功能实体的通用RRM架构见后文阐述。
此外, WiMAX网络工作组提出:RRM架构要有通用性, 即在某些时刻可协助其他对无线资源有影响的功能单元工作, 如移动性管理、QoS管理和业务流控制等, 在图1中, 用不同字体表示出了这些功能, 以示和RRM功能区别开。虽然无线资源管理各分解功能零散处于不同的网络功能实体, 但它是一个不可分的整体, 其分解功能模块之间有着千丝万缕的关系。当区分不同用户、不同业务流接入优先级以及快速接入而又不增加网络负荷时, 当满负荷运转同时又有新用户接入时, 如何尽量保证现有业务流QoS性能?本文将基于RRC驻留在基站和作为单独的服务器两种情况设计通用的RRM架构。设计中各分解功能协调控制达到了增大网络覆盖范围, 提高网络容量和资源利用率, 保证业务流QoS性能的目的[4]。
2基于网络功能实体的通用RRM架构设计
2.1RRC驻留基站时的通用RRM架构
RRM的基本功能是通过RRC控制层分配所需的如频谱、时间和天线等资源, 通过测量交换以及控制这些与无线资源相关的信息解决网络中频谱等资源稀缺的矛盾。因此, RRM架构中, 无线资源测量及代理模块是收集本基站和相邻基站、用户无线资源信息的关键模块, 通过其和RRC中的接入控制、负载控制、切换控制模块交换信令流程以实现无线资源管理功能。RRC中, 接入控制模块在RRM中占有相当重要的位置, 其需要协同负载控制模块和切换控制模块一起对新的接入业务进行检验和判断, 同时从无线资源测量和代理模块中获知最新的资源信息, 从而对新接入业务流进行动态资源分配或者拒绝其接入。当网络负载容量影响新接入业务流QoS 性能时, 负载控制被触发, 其通过依次触发小区内、小区间以及基站间切换控制机制均衡不同小区、不同基站的负载容量。在新的业务流被接纳后, 其通过动态资源分配与信道映射模块获得传输资源并经过分组调度模块控制其传输时间、优先级等参数。以上诸模块协调有序的共同作用使网络性能得到提升。
此外, 如图2所示, RRC驻留基站, 其与不同基站RRC通过标准接口R8进行通信, 而RRC和RRA通过内部接口进行通信, 此外基站和网关间交互接入控制、负载控制和移动管理信息时通过标准接口R6进行通信。从而达到了WiMAX NWG提出的架构通用性目标。此种架构适用于集中式和分布式网络控制。
2.2RRC单独作为服务器时的RRM架构
当RRC作为一个独立的服务器位于ASN内时, 一个RRC可以与一个RRA或者多个RRA关联, 如图3所示, BS、RRM服务器以及GW间都通过标准接口R6 进行通信, 不同RRM服务器通过标准接口R4 进行通信。在此架构中, 基站和RRM服务器协同交互无线资源信息, RRM服务器集中控制资源的使用, 如果一个RRC和多个RRA关联, 由于系统中负载的动态变化, 其干扰引起现有业务流QoS性能的下降以及对新接入业务流的影响触发切换控制, 此时, 切换控制模块选择切换小区和基站使系统快速恢复到稳定状态;此外系统通过预留资源可以快速的接入优先级高的用户业务流, 当资源紧缺时, 接入控制模块协同负载控制和切换控制模块采用首先均衡负载, 其次适当降低低优先级用户业务流QoS性能的办法保证高优先级用户的接入。这些控制流程都是在不同RRM服务器之间通过R6 接口传递, 不会影响BS和BS以及BS和GW之间用户数据的传输。此架构适用于协同混合网络控制, 在mesh组网时通过配置服务器减少基站负荷。由于控制面终止于RRM服务器, BS和GW只交互用户面信息, 因而系统增加了网络容量, 保证了QoS性能。
2.3通用RRM架构在协议上的映射
上文基于网络功能实体给出了2种通用RRM架构, 从图3和图4可以看出RRM整个清晰的轮廓, 但是RRM功能算法和策略必须要通过现有协议框架来实现, 虽然2种架构有诸多不同, 但是映射到协议框架中则差别不大, 只需根据实际需要稍微改动就行。其中RRC控制层通过测量物理链路层的跨层状态信息和资源信息, 结合控制模块算法共同实现无线资源管理。此外MAC层业务流的分组调度可以结合HARQ和物理层的AMC更好地提高QoS性能[5]。
3结束语
宽带无线通信资源管理通用架构的设计是近几年来研究的热点, 尤其是WiMAX系统从发布IEEE802.16d 和IEEE802.16e标准以来, 其网络工作组一直致力于研究其通用的RRM架构, 先后给出了功能需求、功能分解和通用参考模型。本文在此基础上基于网络功能实体给出了RRM通用架构设计, 首先此种架构基于通用参考模型, 有利于实现和评估, 其次设计中采用自顶向下的设计方法, 对阐述RRM功能和清晰的了解RRM在整个网络的作用起到高屋建瓴的作用, 此外设计中阐述了其功能模块算法之间的关系, 为后续功能算法的实现打下了基础。
摘要：从WiMAX网络架构的引入, 介绍了无线资源管理 (RRM) 各功能模块在网络架构中所处位置。参考WiMAX网络工作组给出的2种RRM参考模型, 采用自顶向下的设计方法给出了基于网络功能实体的通用RRM架构设计。此通用架构能清晰的表述RRM各功能, 能有效实现和评估。
关键词：WiMAX,接入业务网络,RRM架构,接入控制
参考文献
[1]彭木根, 王文博.Wi MAX系统架构以及无线资源管理机制[J].数据通信, 2005 (5) :17-21.
[2]董晓鲁, 党梅梅, 沈嘉, 等.Wi MAX技术、标准与应用[M].北京:人民邮电出版社, 2007.
[3]PERIYALS.Robert Matyas Future Mobile Broadband Wireless Networks:a Radio Resource Management Perspective[J].Wireless Communications And Mobile Computing, 2003 (3) :803-816.
民用飞机刹车系统架构设计的考虑 篇10
电传操纵系统的优点是结构简单,体积重量小,易于安装和维护,操纵灵敏度高,无滞后现象以及便于和机上其他系统交联,大多数现役民用飞机都采用电传操纵-液压作动的刹车系统。该文分别阐述了正常刹车系统与停留/应急刹车系统的设计方式,希望能为国内民机刹车控制系统设计上提供技术支持。
1 系统原理分析
某型民机的正常刹车为数字式电传刹车系统,具有人工刹车功能、自动刹车功能、止转刹车功能、差动刹车功能、防滑保护、接地保护、轮间保护、BIT功能以及与其他系统通讯功能,正常刹车系统由脚蹬位移传感器、自动刹车选择开关、切断阀、刹车控制阀、转换阀、液压保险、压力传感器、机轮速度传感器、刹车控制组件BCU等组成。刹车系统原理如图1所示。
由图1可知,某型民用飞机脚蹬正常刹车由驾驶员操纵刹车脚蹬实现,在正/副驾驶的脚蹬下,均安装有刹车脚蹬位移传感器。刹车时,安装在刹车脚蹬下的脚蹬位移传感器输出与脚蹬位移成正比的电信号给刹车控制组件BCU,BCU首先打开切断阀,接通液压油路,然后控制刹车控制阀输出刹车压力给刹车装置,同时机轮速度传感器将机轮的转速信号送给BCU,BCU通过对比运算,控制输出到刹车控制阀的电流信号大小,从而调节刹车压力。通过刹车控制组件的调节使作用于刹车装置的刹车压力与跑道摩擦系数水平相匹配,从而达到较高的刹车效率。
停机/应急刹车系统是人工操纵推拉手柄、钢索传动、液压作动的系统。飞行员操作手柄,手柄通过钢索传动打开停机/应急刹车阀,接通液压油路,转向阀在液压油压力作用下接通停机/应急刹车管路与刹车压力输出管路,最后将刹车压力输出给刹车装置。
2 机型特点分析
采用左/右刹车脚蹬不联动设计,优势在于防止刹车脚蹬卡阻带来的影响,劣势在于左右座驾驶员无法相互感知对方的刹车作动,当驾驶员刹车动作错误时,另一名驾驶员无法及时纠正对方的动作。当左右驾驶员同时操作刹车脚蹬时,同侧(例如左座左脚蹬与右座左脚蹬)脚蹬信号送给BCU后进行处理,取刹车脚蹬行程大者执行刹车。由于左右驾驶员的操作力以及物理惯性力不一样,可能存在一只脚踩深,一只脚踩浅的情况,导致飞机可能出现差动刹车的情况。当脚蹬正常刹车和应急刹车手柄同时使用时,正常刹车管路中的切断阀、刹车控制阀将打开,应急刹车管路中的停机/应急刹车阀也将打开,转向阀的阀芯在两路液压刹车油路的压力作用下,最后选择输出脚蹬正常刹车压力和手柄应急刹车压力中的大者。此时,飞行员无法直观判断正常刹车系统工作还是应急刹车系统工作。在上述情况下,刹车控制盒BCU会自动抑制刹车压力反馈功能,系统故障检测能力将受影响。对于该类的刹车设计,可以通过飞行员飞行手册中明确规范其相关操作,防止出现上述描述的现象发生。
3 运营风险评估
为准确评估脚蹬正常刹车和应急刹车手柄同时使用的风险,下面分4种情况进行分析。
(1)地面停机:在地面停机情况下,无安全风险。
(2)地面低速滑行:地面低速滑行(空速35 kn及以下)时,无安全风险。
(3)地面高速滑行:地面高速滑行(空速35 kn以上)时,由于脚蹬正常刹车和应急刹车手柄同时使用,机轮刹车可能处于无防滞保护的状态,有刹车压力过高导致机轮爆胎的风险。
(4)着陆前:正常刹车有接地保护功能,即着陆前即使踩刹车脚蹬,正常刹车也不会输出刹车压力;而应急刹车没有该项功能,若在着陆前拉停留应急刹车手柄建立刹车压力,此时会出现warning级的着陆构型告警信息“CONFIG PARK BRAKE”,飞机将带无防滑的刹车着陆,机轮可能会抱死接地,容易发生爆胎情况。
4 现役主流机型相关设计情况
4.1 A320飞机
A320刹车控制系统采用正常-备份刹车架构,详见刹车原理图2。正常刹车系统由绿液压系统供压,备份刹车系统和停留刹车系统由黄液压系统或刹车蓄压器供压。使用停留刹车,需将停留刹车手柄放到“ON”位,停留刹车选择活门就会打开,压力输出到机轮,将飞机机轮刹死[2]。
4.2 B737系列飞机
B737飞机刹车控制系统采用正常-备份刹车架构。正常刹车系统由B液压系统或刹车蓄压器供压,备份刹车系统由A液压系统供压。当B液压系统压力低或失效时,A液压系统将自动向备份刹车系统供压。B737施加停留刹车时,需将脚蹬踩到满行程后,再拉起停留刹车手柄,通过系统内部的棘爪机构将脚蹬连杆保持在刹车位,并关闭停留刹车关断活门,堵住回油油路[3]。
4.3 ERJ190-100飞机
ERJ190-100刹车系统采用内-外系统架构,停留/应急刹车系统采用钢索传动的机械形式,当拉起停留应急刹车手柄后,刹车指示灯亮,见图3。
4.4 总结
现役主流机型刹车系统架构设计见表1。
由上述可知,现役主流干线民用飞机的刹车系统都采用正常刹车与备份刹车的架构,支线民用飞机的刹车系统大多采用内-外刹车与停留/应急刹车的架构。
5 结语
通过该文分析,目前现役支线民用飞机刹车系统的设计大多采用内-外刹车与停留/应急刹车的架构,这样的设计成本低、维修和架构简便等优势,符合支线客机设计的需求,但也存在人为因素考虑不周,在飞行体验上略差,需要在手册加限制来弥补人为差错,后续设计机型时可多考虑从设计初期明确相关需求,较多地考虑客户的使用需求以及驾驶舱人机工效的需求。
参考文献
[1]刘永军,薛东青,姜逸民.某民用飞机应急刹车系统权衡研究[J].科技资讯,2010(32):61-62.
[2]杨宗卫.浅析A320系列飞机刹车系统工作原理[J].价值工程,2014(30):87-88.
系统架构设计 篇11
关键词：城域网；网络阅卷；分析与设计
中图分类号：TP393 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2014）06-0071-03
近年来，随着宽带网络校校通的持续建设与不断发展，教育城域网作为一个地区教育网络的中枢和骨干，承担着越来越重要的教育教学和教育管理的核心应用。在做好网络运维管理与安全保障的同时，如何主动适应新形势，充分发挥城域网络专网专线的优势，整合分散的资源，将信息化与教育管理核心业务融合，扬州教育人开动脑筋，创辟工作路径，创革工作方法，创新工作机制，将原来分散各县区的采用局域网方式的网络阅卷充分整合，构筑起千人在线、实时监控、安全迅捷的网络阅卷大平台，在省域实现了首次真正意义上的大市范围的中考网络阅卷。
一、基于城域网架构的网络阅卷的SWOT分析
在2012年确定采取基于城域网架构的中考网络阅卷方式前，我们开展了可行性分析，主要采用SWOT分析方法。
1.优势
一是城域网阅卷的基础设施相对完备。扬州市教育城域网始建于2003年，采取了“胖中心、瘦终端、高带宽”的建设理念和MPLS _VPN建设模式，随着业务承载量的发展，不断调整优化，形成了较为成熟的、完备的网络。与此同时，扬州教育城域网和运营商建立了良好的互信关系和沟通协调机制。
二是城域网阅卷的实际价值前景光明。通过利用城域网网络资源开展教育质量检测和中考网络阅卷，可以真正构建起统一评分标准、统一阅卷进度、统一阅卷尺度、统一成绩发布等四个“统一”的评价系统，确保中考的公正性、公信力、公平度，让考生安心、家长舒心、社会放心。
2.劣势
城域网阅卷没有先例可供参考，利用城域网架构开展阅卷这种方式在全市乃至全省都是首试，之前没有成功的范本和案例作为参考，一切都需要从零起步，从头研究，从速推进，从严落实。同时，城域网阅卷存在安全薄弱环节，一旦出现单点故障，所有的阅卷活动必须中止，其返工的工作量巨大，不能保证按时完成阅卷任务和发布成绩，将直接导致家长的焦虑情绪和社会的信任危机，严重影响教育声誉和政府形象。
3.机遇
往年中考已经采用局域网阅卷方式，积累了一定的经验。往年在各个县（市、区）已有利用局域网开展阅卷的成功基础，只不过地理位置各自分散、网络结构相对隔离，但随着网络技术的不断发展，软硬件的高速更新，安全管理的不断强化，完全有可能移植到城域网上来。另外，在初期调研考试和质量检测中，城域网方式已经开始试水。相关软件系统已经进行过三次大规模阅卷的模拟测试和实战演练，经推算完全能够为中考阅卷服务。项目上线可以也必将为全市4万多名考生提供公正、公信、公平的保障平台。
4.挑战
中考关联着千家万户，反映着教育质量，连接着教育民生。城域网阅卷是一项复杂的系统工程，需要各个方面的统一配合，协同作战，过程中存在着的任何风险和安全隐患必须得以有效控制和彻底排除。经测算，阅卷教师的阅卷终端到阅卷服务器，其间共有12个关节点，任何一个节点上出问题都会带来重大影响。特别是流量的控制、安全的控制、并发的控制，网络阅卷只能成功不许失败。
综上分析，基于城域网架构的网络阅卷系统的设计既是一种尝试，也是一项创新；既要看到前途的光明，也要看到道路的曲折；既不能盲目乐观，认为无外乎是将局域网转换为城域网，而不周密思考精心计划，也不能“难”字当头，畏首畏尾，而不大胆尝试放手去做。应该牢牢抓住网络安全这个核心，突破网络并发这个瓶颈，充分发挥优势，迅速弥补弱势，通过技术与管理双管齐下，安全与性能双轮驱动、阅卷点与中心端双向配合，抓住机遇，趁势而上。
二、基于城域网架构的网络阅卷的系统设计
城域网架构的网络阅卷和传统方式的最大区别就在于网络安全，网络安全同样也要依靠设计。网络安全领域的一句名言就是“三分技术、七分管理”，充分说明了安全也要依靠管理和技术方面的设计。
1.管理方面的三项设计
（1）设计拓扑结构，体现过程管理
网络设计的逻辑起点在其拓扑结构。设计中，我们在中心端、服务器前增加专门安全设备（VPN），审计设备及安全和性能监控平台（见图1）。安全设备的作用在于保证阅卷下载内容和上传数据的完整性、一致性和保密性，重在事前预防；审计设备可以详尽记录访问行踪，便于事后追查；安全和性能监控平台随时反馈流量，捕捉现场数据，做到事中监测。在此拓扑优化设计中还要考虑多个运营商的备份链路，以强化保障。
（2）设计技术选型，实施分级管理
系统设计中技术选型的原则是安全第一，性能优先，速度保障，同时考虑高可用性、健壮性和冗余性。为此，我们将该系统的设计定位为“一个中心、三级管理”。“一个中心”即在城域网网络中围绕最核心的阅卷服务器，做好阅卷服务中心的安全配套、建设与管理，“三级管理”即第一级做好城域网与运营商之间的链路传输和安全管理，第二级做好运营商与阅卷点学校的链路管理，第三级做好学校内部的链路传输和安全管理。确定最优技术选型之后，就要对方案的各个环节开展联调，实施压力测试，如图2、图3所示。
（3）设计安全制度，落实责任保障
安全离不开安全制度的制定和设计。中考网络阅卷期间，执行最严格的管理制度，人员进入机房前必须刷卡通过门禁系统，进入机房后全程视频监控，离开机房须将工作内容登记，全程具有可追溯性，确保数据万无一失。网络阅卷是一项系统工作，必须依靠各个部门和相关人员的密切配合和协调。技术上，召开协调会，明确设备提供商、链路运营商的各自责任。业务上，召开联席会，从试卷入库扫描直到最后生成数据，明确几方职责，确保业务岗位没有空缺，管理空间没有死角，安全链条没有松动。
2.技术方面的三项设计
（1）访问控制技术
针对阅卷点制作ACL列表，做好安全系列设备的访问控制限制，实施双人管理密码的策略。阅卷点的共享访问由教师机控制，具体操作为，通过右键点击“网上领居”，打开计算机的“网络连接”对话框，右键点击“外网链接”属性，点击“高级”选项，如图4所示。在“高级”选项中，钩选“Internet连接共享”选项下的两个对话框，如图5所示。
点击“确定”按钮，完成“本地链接”共享设置，完成后对话框如图6所示。
（2）安全检测技术
在网络阅卷过程中，时刻不能放松对各项设备的及时检测和监控。在交换机中开放镜像端口，采用协议分析软件或嗅探器（如sniffer、wireshark等），采用网络流量监控软件（如prtg、mrtg等）。当然最基本的方法也是最管用的，打开任务管理器，就可以发现CPU、内存、网络吞吐、进程、线程的运行和使用情况，如图7所示。
（3）安全备份技术
任何设备和应用都会“生老病死”，有其生命周期，要求保持其“基业长青”，就要考虑好冗余备份和灾难恢复问题。我们采取的策略是实时备份和定期阶段备份相结合、热备份与冷备份相结合、系统备份和数据备份相结合的方式，不但考虑设备备份，也考虑链路备份、人员备份等等。确保网络阅卷的系统不因设备宕机而损坏，网络阅卷的数据不因停电而消失，网络阅卷的业务不因链路中断而受影响，切实做到随机应变、有备无患。
三、结束语
囿于篇幅和安全因素，本文并未就基于城域网的网络阅卷系统的技术细节完全展开，谈的仅仅是整体架构分析与设计，在系统分析层面和技术框架上做了比较粗浅的阐释，所述的内容不涉及考务安排，和阅卷具体采用的软件也无任何关联。实际上，笔者深知，在这一框架下还有许多值得深究和改进的地方，如利用虚拟化的技术，实现服务器的集群和资源分配；采用专业灾备系统，实现在线备份与迁移；采用云框架云资源云服务的理念，建设阅卷云，把中考阅卷这一重要资源放大，把紧缺的安全技术充分发挥，实现学校学业质量检测的常态化等等。可以预见，随着大数据和云技术的深入研究和实作推进，基于城域网架构的网络阅卷必将拥有更光明的应用前景。
电视工艺系统的全媒体云架构设计 篇12
首先看一下全媒体的未来趋势和挑战。近几年来,移动终端和PC的发展已经超过了电视的发展,未来全媒体的系统设计中必须要考虑到多终端融合的问题。电视台除了开展传统的直播和广播业务以外,还开展了很多新的业务,如网络电视台、手机电视,IPTV等等。在面对全媒体的时候.在技术层面必须要考虑多种音视频格式和传输协议的支持;从内容层面,除了制作电视剧、电影以及综艺节目以外,还要考虑到互动、社交、微博、微信等自媒体相关的业务。
接下来看现有电视工艺系统的架构。大多数电视台在数字化、网络化方面已经做得很好了,对直播电视的支撑已经非常成熟。同时,在面对全媒体挑战的时候,很多电视台在不同时候.分别建设了各种新媒体系统,如网络广播电视台、IPTV和手机电视等。但是,由于这些系统大多数是一边建设一边摸索,所以在现有电视台全台网和新媒体系统之间的连通性和统一协调性方面还存在很多问题。大部分网络电视台还是采用收录电视台播出的直播节目作为主要内容来源。这种情况很难满足未来全媒体发展的要求。
最近几年,云计算的蓬勃发展大大改变了IT系统建设的方式,也为建设面向全媒体的电视工艺系统提供了新的选择和机遇。未来,云计算技术在电视台一定会扮演非常重要和关键的角色,电视台的媒体业务从生产、消费、传输都将基于云平台实现。事实上,电视台业务中.面向移动终端互联网业务的系统,很多已经是基于互联网和云平台实现了;传输方式大部分也是基于互联网的;只有电视内容的前期生产制作尚未基于互联网和云平台实现,未来节目生产制作也会搬到云上。当然.全面云化是一个远景设想,实际建设中不可能一蹴而就。电视台在建设全媒体云的过程中,会有多种不同的形式:
●电视台的私有云:O主要指的是电视台自主建设的采用了虚拟化和云计算技术的系统;
●电视台的专有云:其特点是租用公有云的机房和设备,采用云计算技术进行管理,资产不属于电视台所有,但资源的使用权专属电视台所有;
●公有云:主要指阿里云、亚马逊等公司提供的公共计算资源服务,
电视台制播业务所需的硬件资源会逐渐转移到私有云,专有云或者公有云,这个过程的快慢取决于两方面因素:一方面是电视台制播系统的IT化、IP化和软件化的进程,目前各个广电厂商已经在这方面做了大量的工作;另一方面是IT技术的发展,主要是网络带宽和计算能力的增强。因为电视视频制播业务面临的是高码率、高存储、高计算能力的需求,对于云计算技术本身也是一个挑战。图1是电视台云的架构设计,电视工艺系统在云化过程中,会采用其中的一种、两种或者三种形式。
一般把云计算服务分为三层,基础设施层(IaaS)、平台层(PaaS)和软件应用层(SaaS)。全媒体的基础设施层虽然会存在私有云、专有云和公有云等各种形式,但中间的PaaS平台层应该同构,即采用完全相同的技术和标准。这样可以屏蔽下层基础设施层的各种资源的变化,实现对IaaS层资源灵活调配和弹性扩展;对上层的软件应用层提供统一的接口,保证无论基础设施怎么改变,应用软件都不需要重新开发。这一点对于保持电视台业务的长期稳定发展非常必要。在底层的IaaS层,电视台的专有云和公有云也应该保持同构.这样可以与公有云系统保持实时更新和同步。
下面以两个例子来说明如何采用全媒体云实现电视台的业务。首先看新闻制播业务。现有新闻制播的基本流程是:记者出去拍摄视频素材;台内自建采集系统,从互联网上抓取一些内容;以上内容送到台里的新闻制播系统中进行生产,得到的成品节目在电视频道播出;网络电视台会把播出的节目收录下来拆条,最后通过互联网在网站和移动终端上发布。这种模式造成了一个现象:首先发布新的新闻事件的往往是像网易这样的对新闻比较敏感的互联网企业,随后跟进的是其他互联网企业,接下来才是电视台进行报道,而网络电视台往往落在最后。这个现象其实是不符合全媒体生产要求的。采用全媒体云平台进行新闻制播的流程是:内容汇聚建在云平台上,无时无刻地从互联网抓取各种各样的新闻内容:同时自己采编的节目可以第一时间上传到全媒体云平台,基于云平台完成内容的编辑、转码等各种处理;处理以后的新闻视频可以直接在云平台上发布,通过智能CDN系统进行内容分发,也可以送到自建的新媒体系统,使得互联网终端可以及时看到新闻内容;在云上做的内容也可以送回台内,供全媒体新闻演播室和新闻制播系统使用。采用全媒体云平台方式有如下几个优点:首先,内容汇聚本身建立在云平台,就在互联网上,靠近互联网也就能快速获取最新的消息;其次,外出采访的内容,尤其是异地采访得到的内容可以及时通过云平台传到台内或者放在云平台上:第三,内容发布本身依托互联网,可以在互联网上进行快速发布;最后,从互联网抓取的很多内容并不是台内的资产,这一类的资源非常适合放在云平台上使用,希望保留时就保留,不希望保留就可以及时释放,从而充分发挥云计算平台的弹性计算的优势。其流程如图2所示。
另一个例子是全媒体云平台在综艺节目制作方面的应用。现在很多综艺节目都在外地拍摄录制(如《花样年华》),拍完以后可以先把低码率素材上传到全媒体云平台上.进行在线的云编辑,云转码,然后直接在互联网上做前期的发布。但发布的内容不是最终成片,而是发布各种花絮和节目宣传片,进行各种基于互联网的宣传推广和预热。同时,上传到云平台的素材可以做快速的视频编辑,生成EDL表,从而快速启动节目的制作。当高码率的素材在适当时候送回到台里以后,采用传统的后期制作系统,结合EDL表进行合成,可以提高节目编辑的效率。很多现有的综艺节目采用的是季播模式.根据收视情况,有的播出一年两年以后就不播了。传统模式为了制作节目需要准备很多的资源和系统,如果采用云技术,就可以在需要的时候及时申请资源,不要的时候也可以把资源释放掉。这种阶段性的资源占用非常适合采用云平台。其流程如图3所示。
在全媒体云平台的实现方面,新奥特云视与阿里云和华通云数据三方合作,共同打造了OnAir云平台。阿里云是目前中国最大的云计算基础设施提供商,而华通云数据则专注于CDN分发网络建设,二者共同构成OnAir平台的IaaS层。而新奥特云视则专注于PaaS层和SaaS层服务的提供,具体可以分为六部分:
●数字工厂:针对音视频做的各种处理,如转码、快编、技审等;
●内容服务:主要是提供内容的聚合、云存储,内容丰富以后可以提供交易支撑服务;
●运营支撑:该平台是可运营的,系统提供计费、产品管理和用户管理等服务;
●内容物流:底层的数据分发能力,会以直播视频服务、VDN分发和内容加速服务的方式提供给用户;
●应用服务:平台支持移动终端和PC的发布,除了标准应用以外,也可以为用户提供个性化的应用,开发各种各样的APP;
●数据服务:平台把收集的终端用户的行为信息和音视频内容结合起来进行数据挖掘,提供数据服务。
除了以上六大类服务,针对广电管理部门的监管要求,平台提供内容监管接口,可以随时对内容进行审查。
云计算平台的技术架构方面,底层由阿里云提供以飞天OS为核心的基础设施的管理及系统安全、网络病毒库升级、数据库管理等公共计算服务;华通提供CDN接口。云视提供中间层资源管理接口,可以快速申请和开通虚拟机等计算或存储资源。上层提供面向音视频处理和广电业务的各种服务,如内容汇聚和数字工厂等。