SOA架構(gòu)的網(wǎng)上閱卷云平臺的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

許 鵬

傳統(tǒng)的考試閱卷評分多采用手工方式完成，需要耗費(fèi)大量的人力、物力，效率低下且缺乏公正性，也不便于數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析.針對傳統(tǒng)閱卷評分方式存在的問題，各學(xué)校紛紛引入網(wǎng)上閱卷評分系統(tǒng)，對整個(gè)考試閱卷評分流程進(jìn)行計(jì)算機(jī)管理.系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)客觀題自動(dòng)評分，主觀題閱卷方式靈活，閱卷地點(diǎn)、時(shí)間靈活，提高了工作效率，節(jié)約了成本，減輕了教師的負(fù)擔(dān).網(wǎng)上閱卷屏蔽了考生信息，可有效避免印象分、人情分出現(xiàn)，確保閱卷結(jié)果客觀公正［1］.系統(tǒng)引入分級監(jiān)控、多評誤差監(jiān)控機(jī)制可有效降低人為差錯(cuò).系統(tǒng)還保存了考生答卷圖像、評卷批注、考生成績等信息，教師可以隨時(shí)調(diào)閱信息進(jìn)行講解，學(xué)生也可通過系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析了解自己對學(xué)科知識點(diǎn)的掌握情況，據(jù)此找出自己的薄弱環(huán)節(jié)，進(jìn)行針對性的補(bǔ)缺補(bǔ)差.

由于學(xué)校的信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)情況、技術(shù)人員儲備存在差異，傳統(tǒng)架構(gòu)模式的閱卷評分系統(tǒng)已無法滿足現(xiàn)實(shí)需求，一方面需要軟硬件投入，缺少系統(tǒng)開發(fā)維護(hù)人員，另一方面系統(tǒng)是信息孤島，無法對各校信息資源進(jìn)行整合.本文在分析SOA架構(gòu)相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了一種SOA架構(gòu)的網(wǎng)上閱卷云平臺，并對系統(tǒng)的開發(fā)流程進(jìn)行深入研究.

1 SOA架構(gòu)的云平臺關(guān)鍵技術(shù)

1.1 面向服務(wù)的體系架構(gòu)（SOA）

SOA（Service-oriented Architecture）是一種架構(gòu)，而不是方法學(xué)，它將網(wǎng)絡(luò)上的資源看成是Service，本質(zhì)上是一種分布式計(jì)算技術(shù)，與Corba/DCOM很類似，SOA更注重的是Service的獨(dú)立性和松耦合性，不依賴其它Service的上下文和狀態(tài)，而Corba/DCOM是緊耦合的，依賴性很強(qiáng)［2］.因此，SOA可以保持軟件的隨需而動(dòng).SOA的核心是采用Web Service/XML/SOAP等技術(shù)，使得Service與底層的硬件、操作系統(tǒng)和開發(fā)語言無關(guān)，可以對異構(gòu)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層進(jìn)行集成.

1.2 云計(jì)算

云計(jì)算是一種分布式計(jì)算［3］，服務(wù)提供者將復(fù)雜的應(yīng)用程序分解成若干個(gè)服務(wù)，部署在各服務(wù)器上，服務(wù)器接受到用戶的服務(wù)請求后，通過查找與分析之后，再將處理結(jié)果回傳給使用者.凡是通過互聯(lián)網(wǎng)所提供的應(yīng)用服務(wù)，使用者不需要了解服務(wù)器置放于何處或是內(nèi)部如何運(yùn)作，都被稱為云服務(wù)，有下列幾種服務(wù).

（1）基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)：硬件資源和計(jì)算能力以應(yīng)用服務(wù)形式提供給用戶.

（2）軟件即服務(wù)：是通過Internet提供軟件的一種服務(wù)模式，用戶可以根據(jù)自己實(shí)際的需求，通過互聯(lián)網(wǎng)向廠商訂購所需的應(yīng)用軟件服務(wù).

（3）平臺即服務(wù)：提供開發(fā)人員、IT管理者或使用者在無須購買任何硬件和軟件的情況下，可通過平臺去創(chuàng)建、設(shè)計(jì)、測試和部署應(yīng)用和服務(wù).

（4）數(shù)據(jù)庫即服務(wù)：數(shù)據(jù)庫即服務(wù)比起一般只提供儲存空間的服務(wù)多了數(shù)據(jù)庫的運(yùn)算能力，各種不同格式或不同來源的數(shù)據(jù)，只要通過網(wǎng)絡(luò)即可進(jìn)行存取.

1.3 SOA架構(gòu)的閱卷評分云平臺

結(jié)合云計(jì)算與SOA的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)基于SOA架構(gòu)的閱卷云平臺分層架構(gòu)，系統(tǒng)整體上采用SOA架構(gòu)模式，對于各層可采用云計(jì)算技術(shù)給予支撐.如圖1所示.

圖1 SOA架構(gòu)的閱卷云平臺

基礎(chǔ)設(shè)施層：在云環(huán)境下，基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)，按需提供給客戶計(jì)算能力與存儲能力，該層包含計(jì)算、存儲資源、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、負(fù)載均衡器，以及其他資源等［4］.

數(shù)據(jù)層：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫包含科目知識點(diǎn)、班級、年級、學(xué)校、主管單位的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、消息通知、基礎(chǔ)權(quán)限認(rèn)證；評卷數(shù)據(jù)庫包含考卷配置庫（題目、題塊模板、試題知識點(diǎn)、答案規(guī)則、給分點(diǎn)、考生、試卷、考生參考科目、評卷員）、考卷任務(wù)庫、題塊切圖實(shí)例、評卷任務(wù)、試卷掃描庫；評卷結(jié)果數(shù)據(jù)庫包含考試統(tǒng)計(jì)庫、成績庫、歸檔庫.

應(yīng)用支撐層：事務(wù)處理組件、數(shù)據(jù)庫引擎組件、統(tǒng)計(jì)組件、定時(shí)服務(wù)組件、監(jiān)控組件、緩存組件、消息組件；基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)、消息通知服務(wù)（短信、Email、站內(nèi)信）、權(quán)限認(rèn)證服務(wù)（資源授權(quán)、數(shù)據(jù)授權(quán)、用戶認(rèn)證）、調(diào)度服務(wù)、Web Service、Spring MVC框架等.

業(yè)務(wù)功能層：子系統(tǒng)分析、系統(tǒng)分析（運(yùn)維平臺、閱卷評卷平臺、掃描上報(bào)服務(wù)）、統(tǒng)計(jì)分析（評卷公眾平臺）.

客戶層：主要通過瀏覽器與云平臺進(jìn)行交互.

2 系統(tǒng)需求分析

2.1 功能性需求

利用各種需求分析方法和工具（包括構(gòu)建系統(tǒng)原型、用戶訪談、領(lǐng)域?qū)＜覅⒓拥淖剷龋┇@取用戶需求，確定系統(tǒng)的主要功能模塊如圖2所示.

圖2 網(wǎng)上閱卷云平臺功能模塊

評卷公眾平臺：平臺面向的用戶是學(xué)生家長、班主任，功能是查看學(xué)生、班級、學(xué)校的考試成績，以及與成績相關(guān)的數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)信息.

試卷掃描服務(wù)：掃描基礎(chǔ)管理功能，包括掃描啟動(dòng)管理、掃描登錄，提供待處理掃描任務(wù)功能，另外還提供掃描進(jìn)度管理功能.

閱卷評卷服務(wù)：面向的用戶是教育局、評卷員、評卷組長，功能模塊包含評卷監(jiān)控、評卷進(jìn)度明細(xì)、發(fā)起考試模塊、評卷模塊、考試模塊、成績模塊.

評卷運(yùn)維服務(wù)：面向的用戶是系統(tǒng)運(yùn)維人員，主要功能有基礎(chǔ)信息管理、系統(tǒng)管理、用戶信息管理評卷計(jì)劃服務(wù)，主要用于后臺定時(shí)執(zhí)行的計(jì)劃任務(wù).短信提醒服務(wù)、任務(wù)生成、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)生成、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)生成、數(shù)據(jù)備份及遷移.

評卷web服務(wù)：主要功能是試卷掃描上報(bào)服務(wù)、試卷配置信息讀取服務(wù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)、消息通知服務(wù)、權(quán)限認(rèn)證服務(wù)、調(diào)度服務(wù)等.

報(bào)表管理服務(wù)：主要功能是自定義與考試相關(guān)的各種成績報(bào)表格式，并按用戶需求打印輸出.

報(bào)表管理服務(wù)：生成各種成績，包括科目單科分、主觀分、客觀分、總分、大題分、小題分、知識點(diǎn)分等，查詢、打印、導(dǎo)出成績報(bào)表等.

數(shù)據(jù)分析服務(wù)：按照用戶需求，對歷史數(shù)據(jù)和在線數(shù)據(jù)進(jìn)行多維分析，為考生的學(xué)習(xí)、家長的輔導(dǎo)、教師的教學(xué)、領(lǐng)導(dǎo)的決策提供重要支撐.

考試管理服務(wù)：主要對整個(gè)考試流程進(jìn)行規(guī)范化管理.

2.2 性能需求

系統(tǒng)性能需求體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①具有開放的數(shù)據(jù)接口，可與其他系統(tǒng)集成.②數(shù)據(jù)庫支持分布式部署.③系統(tǒng)具有較高的響應(yīng)性能與并發(fā)訪問性能.④系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性和容錯(cuò)性.

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在需求分析的基礎(chǔ)上，本文利用UML建模語言中的用例圖確定系統(tǒng)的用戶、功能模型和系統(tǒng)的邊界，通過業(yè)務(wù)流程圖設(shè)計(jì)明確系統(tǒng)內(nèi)各用戶的業(yè)務(wù)關(guān)系，作業(yè)順序，便于對業(yè)務(wù)流程進(jìn)行優(yōu)化處理，方便用戶溝通，為系統(tǒng)分析提供依據(jù)［5］.

3.1 系統(tǒng)用例設(shè)計(jì)

通過用例設(shè)計(jì)，確定系統(tǒng)的主要角色包含：學(xué)生、家長、小組長、題組長、評卷員、掃描員、教育局信息管理員、學(xué)校信息管理員、運(yùn)維人員.利用系統(tǒng)功能與角色的關(guān)系得到系統(tǒng)主要用例圖，限于篇幅，這里僅給出信息管理與考評員的用例圖，見圖3、圖4.

圖3 信息管理員用例圖

圖4 考試考評員用例圖

通過對用例圖的分析，可以確定系統(tǒng)的主要功能模塊以及系統(tǒng)的邊界，明確系統(tǒng)的開發(fā)范圍.

3.2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)

系統(tǒng)流程在對系統(tǒng)用例圖分析的基礎(chǔ)上，可以得到系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)流程.本系統(tǒng)總體的業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)原則是定義統(tǒng)一的流程模板，各業(yè)務(wù)流程在標(biāo)準(zhǔn)流程模板基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)充與裁減.包含核心流程、支撐流程與異常流程.核心業(yè)務(wù)流程考試閱卷評分流程如圖5所示.

該業(yè)務(wù)流程的主要步驟是由教育局管理員發(fā)起考試，選擇評卷科目，指定科目組長，科目組長選擇參加考試的學(xué)校并上報(bào)參加考試的考生信息（參考學(xué)生信息可按規(guī)定格式導(dǎo)入到系統(tǒng)中），科目組長對學(xué)校上報(bào)的考生進(jìn)行審核，審核完成后要求參考學(xué)校管理員上報(bào)評卷老師信息并籌建評卷組，科目考試完成后由掃描員掃描答題卡上傳系統(tǒng)，題塊組長確定標(biāo)準(zhǔn)卷，評卷員進(jìn)行正式評卷，最后發(fā)布成績.

圖5 掃描評卷流程圖

3.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

規(guī)范化的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)可以有效規(guī)避系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，通過需求分析找出系統(tǒng)的實(shí)體以及屬性，設(shè)計(jì)E-R圖，然后映射出數(shù)據(jù)庫表.本系統(tǒng)主要包含以下數(shù)據(jù)庫表：FAQ、考試任務(wù)、考試學(xué)校、考試成績、考試科目、考試、知識點(diǎn)、知識點(diǎn)目錄、角色、評卷人員、評卷任務(wù)、評卷得分、試卷題、通用分類碼、題塊切圖實(shí)例、題塊模板、試卷題知識點(diǎn)、行政區(qū)域、考生、系統(tǒng)參數(shù)、給分點(diǎn)、答題卡實(shí)例、班級、年級等.按照關(guān)系規(guī)范化理論對數(shù)據(jù)表進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)置主關(guān)鍵字保證實(shí)體的完整性，設(shè)置外部關(guān)鍵字保證參照完整性，

通過約束機(jī)制保證域完整性.另外通過視圖、存儲器、觸發(fā)器、事務(wù)處理機(jī)制等提高數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行效率和數(shù)據(jù)庫的安全.由于系統(tǒng)還要對考試成績的歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，需要構(gòu)建數(shù)據(jù)倉庫，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建數(shù)據(jù)事實(shí)表和維度表.總分事實(shí)表、科目分?jǐn)?shù)事實(shí)表與維度表關(guān)系如圖6、圖7所示.

圖6 總分事實(shí)表與維度表關(guān)系分析

圖7 科目分?jǐn)?shù)事實(shí)表維度分析

4 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與部署

網(wǎng)上閱卷評分系統(tǒng)開發(fā)平臺采用Java開發(fā)平臺，利用Java EE、SpringMVC、Hibernate、REST-ful、Tomcat等關(guān)鍵技術(shù)組件進(jìn)行開發(fā)，系統(tǒng)的可移植性高，便于后期維護(hù)和擴(kuò)展［6］.系統(tǒng)開發(fā)的主要功能模塊包含：考試管理服務(wù)、圖像管理服務(wù)、評卷服務(wù)、數(shù)據(jù)歸檔服務(wù)、評卷運(yùn)維服務(wù)、評卷管理服務(wù)、緩存服務(wù)、掃描端服務(wù)、消息發(fā)送服務(wù)、業(yè)務(wù)監(jiān)控服務(wù)、數(shù)據(jù)分析服務(wù)、報(bào)表服務(wù)、公共接口服務(wù)、客戶管理服務(wù)等.

圖8 網(wǎng)絡(luò)閱卷評分云平臺的部署

網(wǎng)上閱卷評分系統(tǒng)采用靈活的SOA構(gòu)架進(jìn)行部署，如圖8所示，圖中的各個(gè)服務(wù)都可以進(jìn)行分散、聚合或者遷移到不同的服務(wù)器上運(yùn)行，服務(wù)之間可相互通信和交換數(shù)據(jù)，具有高可用、負(fù)載均衡、彈性配置、零停機(jī)升級/切換等特點(diǎn).客戶端與服務(wù)之間的通信采用域名進(jìn)行通信，通過域名解析服務(wù)連接到相應(yīng)的服務(wù)，與傳統(tǒng)的通過IP地址直接與服務(wù)器通信的方式對比，具有更高的靈活性.

其中，云存儲用于保存每次考試所掃描的圖像和掃描后切割的圖像，設(shè)置云前置服務(wù)器目的是優(yōu)化系統(tǒng)性能，支撐評卷業(yè)務(wù)中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)壓力.該服務(wù)器的性能可動(dòng)態(tài)調(diào)整配置，在評卷業(yè)務(wù)進(jìn)行時(shí)加大服務(wù)器配置，在沒有評卷業(yè)務(wù)時(shí)，將數(shù)據(jù)歸檔到數(shù)據(jù)中心，然后降低配置或直接關(guān)閉該服務(wù)器.前置服務(wù)器每次完成評卷后，自動(dòng)將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)中心進(jìn)行歸檔，然后初始化前置服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫，為下次評卷做好準(zhǔn)備.可在互聯(lián)網(wǎng)上部署多個(gè)前置服務(wù)器，服務(wù)器數(shù)量根據(jù)考試的規(guī)模和客戶分布的地區(qū)而定.

云數(shù)據(jù)中心服務(wù)器部署了系統(tǒng)各種業(yè)務(wù)的服務(wù)，下文介紹幾種關(guān)鍵的業(yè)務(wù)服務(wù).

（1）安全網(wǎng)關(guān)服務(wù).以代理網(wǎng)關(guān)的模式統(tǒng)一管理整個(gè)系統(tǒng)的權(quán)限，簡化權(quán)限的分配和控制過程，更好地支持云計(jì)算環(huán)境下的安全管理.各個(gè)前置服務(wù)器在受理用戶請求時(shí)，都需要將請求轉(zhuǎn)發(fā)到安全網(wǎng)關(guān)服務(wù)進(jìn)行審核，審核通過才能進(jìn)行下一步操作.

（2）考試管理服務(wù).提供發(fā)起考試、參加考試學(xué)校設(shè)置、參加考試考生設(shè)置、試卷管理等考試相關(guān)業(yè)務(wù)的服務(wù).

（3）評卷服務(wù).提供題目配置、評卷活動(dòng)管理、評卷任務(wù)管理、評卷抽查、評卷科目/題目選擇、下載/上傳離線評卷數(shù)據(jù)、評問題卷、評卷痕跡記錄、仲裁評卷、評卷教師指定、開啟評卷、生成評卷、自動(dòng)回收等評卷相關(guān)的服務(wù).評卷管理服務(wù)是考試管理系統(tǒng)的核心服務(wù)之一.

（4）成績管理服務(wù).提供成績錄入、導(dǎo)入、導(dǎo)出、查詢、檢查、審核、發(fā)布、分析、計(jì)算、合成、歸檔等相關(guān)的服務(wù).

由于租用的互聯(lián)網(wǎng)云存儲、云服務(wù)器普遍存在安全性和可持續(xù)使用的問題，云安全需要考慮的問題比較多，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)部署時(shí)必須建立容災(zāi)機(jī)制，養(yǎng)成良好的備份習(xí)慣，防范于未然.IDC災(zāi)備服務(wù)器通常只用作備份，不承載業(yè)務(wù)，旨在系統(tǒng)發(fā)生災(zāi)難時(shí)減少損失和故障恢復(fù)時(shí)間，服務(wù)器可配置較大的存儲和較低的性能以節(jié)約成本.當(dāng)云計(jì)算出現(xiàn)故障時(shí)，可臨時(shí)將服務(wù)遷移到災(zāi)備服務(wù)器上，保障客戶正常使用系統(tǒng)［7］.

5 總結(jié)

隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)的快速發(fā)展，新信息技術(shù)革命已促進(jìn)傳統(tǒng)的考試閱卷評分業(yè)務(wù)模式的革新，SOA架構(gòu)的網(wǎng)上閱卷評分云平臺由于管理和部署更靈活，可以將學(xué)校的教務(wù)管理人員、教師、學(xué)生等從傳統(tǒng)的繁雜的考試閱卷評分業(yè)務(wù)中解脫出來，他們只需要專注自己的業(yè)務(wù)就行了，依據(jù)閱卷評分的業(yè)務(wù)流程，各用戶角色只要各司其職，完成各自分配的任務(wù)，就能高質(zhì)量地完成此項(xiàng)工作.