基于高速數(shù)據(jù)存儲的大數(shù)據(jù)實驗室構(gòu)建方法研究

荊宜青, 郭清溥, 劉 洋

(河南財經(jīng)政法大學(xué) 現(xiàn)代教育技術(shù)中心, 河南 鄭州 450046)

實驗教學(xué)是深入理解理論知識、形成知識體系的重要手段,同時也是提升綜合實踐能力、培養(yǎng)創(chuàng)新意識的有效途徑。在大數(shù)據(jù)時代背景下,如何將實驗教學(xué)與科研和產(chǎn)業(yè)發(fā)展前沿相結(jié)合,培養(yǎng)出具有實踐創(chuàng)新能力的人才,尤其是大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展緊缺人才,是近年來各大高等院校研究的方向[1-2]。構(gòu)建大數(shù)據(jù)實驗室,可以有效推動信息教育向時代前沿發(fā)展,對實現(xiàn)教育事業(yè)的科學(xué)發(fā)展、培育新型人才具有深遠的現(xiàn)實意義[3]。結(jié)合所在高校省級實驗教學(xué)示范中心建設(shè)規(guī)劃及大數(shù)據(jù)課程開設(shè)要求,構(gòu)建具有區(qū)域?qū)I(yè)特色的大數(shù)據(jù)實驗室,對于促進相關(guān)院系跨學(xué)科融合創(chuàng)新、提升學(xué)校專業(yè)發(fā)展水平等方面具有重要意義。

1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀及建設(shè)條件分析

1.1 國內(nèi)大數(shù)據(jù)實驗室建設(shè)現(xiàn)狀

依據(jù)國家“十三五”規(guī)劃綱要,大數(shù)據(jù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。京津冀、國家中部、東南部等大數(shù)據(jù)綜合試驗區(qū)及大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展聚集區(qū)已陸續(xù)啟動相關(guān)建設(shè)。大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)人才的需求巨大。高校和企業(yè)之間亟待架起一個培養(yǎng)大數(shù)據(jù)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才的平臺。國內(nèi)各高校的大數(shù)據(jù)實驗室、數(shù)據(jù)中心、大數(shù)據(jù)研究所在迅速發(fā)展。上海交通大學(xué)于2014年和2015年先后成立了“大數(shù)據(jù)與傳播創(chuàng)新實驗室”和“大數(shù)據(jù)工程技術(shù)研究中心”,將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于社交媒體、智能電網(wǎng)、遙感通信等領(lǐng)域；2017年12月,武漢大學(xué)與世紀高通共同組建了“時空大數(shù)據(jù)聯(lián)合實驗室”,通過整合和挖掘城市大數(shù)據(jù)資源,構(gòu)建城市數(shù)據(jù)畫像理論框架和分面模型,從而實現(xiàn)城市數(shù)據(jù)畫像的可視化展示；2018年1月北京航空航天大學(xué)與杭州安恒信息技術(shù)有限公司在杭州成立“北航-安恒信息大數(shù)據(jù)與人工智能安全實驗室”,協(xié)同創(chuàng)新培養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)安全前沿技術(shù)人才。此外,北京交通大學(xué)、廈門大學(xué)等高校的大數(shù)據(jù)綜合實驗平臺也在圍繞企業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)需求而加快相關(guān)建設(shè)。

1.2 大數(shù)據(jù)實驗室建設(shè)條件分析

近年來,國內(nèi)各高等院校陸續(xù)建設(shè)新校區(qū)或開展新一輪的校園信息化建設(shè)。校園網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心都納入高校數(shù)字化校園、智慧校園等建設(shè)項目當中[4]。為運用新一代校園網(wǎng)互聯(lián)技術(shù)和云存儲技術(shù)構(gòu)建大數(shù)據(jù)實驗室提供了堅實的硬件基礎(chǔ)[5]。政府及企業(yè)在大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新融合的投資,為大數(shù)據(jù)實驗室、數(shù)據(jù)中心的建設(shè)提供了強大的資金支持。以河南財經(jīng)政法大學(xué)為例,從建設(shè)基礎(chǔ)和功能需求方面分析高等院校大數(shù)據(jù)實驗室建設(shè)的基礎(chǔ)條件。

1.2.1 校園網(wǎng)環(huán)境基礎(chǔ)

歷經(jīng)多年發(fā)展,學(xué)校的校園網(wǎng)已建成三校區(qū)互聯(lián)的基于安全策略的10萬兆主干校園網(wǎng)絡(luò)[6]。具有教育網(wǎng)、聯(lián)通和移動共計14.2Gbt/s帶寬出口?，F(xiàn)已建成總面積約1 300余m2的網(wǎng)絡(luò)標準化機房。

1.2.2 校園黨政決策科學(xué)化需求

目前,學(xué)校的數(shù)字化校園建設(shè)已完成了信息門戶系統(tǒng)、協(xié)同辦公系統(tǒng)、共享數(shù)據(jù)中心等主體項目的建設(shè)。大部分應(yīng)用系統(tǒng)已上線投入使用。學(xué)校還制定了統(tǒng)一的信息系統(tǒng)標準規(guī)范。同時,高校黨政協(xié)同辦公及聯(lián)席會議對于各項議題的討論和決定,需要更為科學(xué)合理的數(shù)字材料支撐。

1.2.3 數(shù)據(jù)倉庫的原始積累

學(xué)校基于校園網(wǎng)及一卡通技術(shù)的綜合校情分析系統(tǒng)上線已滿2年。依據(jù)師生在學(xué)習(xí)和生活中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)種類及行為情況,進行了分類匯總和簡單的前期數(shù)據(jù)整理,積累了較為豐富的數(shù)據(jù)資源。綜合校情分析系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 綜合校情分析系統(tǒng)構(gòu)架圖

1.2.4 師資、科研基礎(chǔ)及課程建設(shè)需求

基于學(xué)校在地方財經(jīng)類院校中的專業(yè)地位及學(xué)科優(yōu)勢,部分院系開設(shè)了涉及大數(shù)據(jù)技術(shù)的相關(guān)課程。配備了具有大數(shù)據(jù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)研究經(jīng)歷的師資團隊。在積累了一定程度的中小型數(shù)據(jù)中心建設(shè)和管理經(jīng)驗之后,成立了“云計算與大數(shù)據(jù)研究所”。保證了大數(shù)據(jù)實驗室建成后實訓(xùn)課程的設(shè)計水平與教學(xué)質(zhì)量。為大數(shù)據(jù)相關(guān)專業(yè)的實訓(xùn)課程設(shè)計、慕課制作、重點賽事培訓(xùn)及創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)等提供了良好的師資條件。

1.2.5 專項建設(shè)的資金投入

依據(jù)河南省政府印發(fā)的《關(guān)于加快推進國家大數(shù)據(jù)綜合試驗區(qū)建設(shè)的若干意見》文件精神,以及東區(qū)大學(xué)城龍子湖智慧島吸引大數(shù)據(jù)龍頭企業(yè)的入駐情況,在配備省政府2017年教學(xué)建設(shè)投資專項及學(xué)校年度建設(shè)專項資金的基礎(chǔ)上,學(xué)校于2017年8月啟動了大數(shù)據(jù)實驗室的建設(shè),一期建設(shè)資金約500萬元。著力打造具有區(qū)域經(jīng)濟特色的大數(shù)據(jù)綜合實驗室,為相關(guān)學(xué)科建設(shè)及課題研究提供硬件支撐。

2 大數(shù)據(jù)實驗室建設(shè)方案和績效目標考核辦法

為了服務(wù)大數(shù)據(jù)相關(guān)課程和實驗教學(xué)體系,深化教學(xué)改革[7],孵化大數(shù)據(jù)相關(guān)的學(xué)生誠信創(chuàng)業(yè)團隊,本文提出了構(gòu)建基于高速數(shù)據(jù)存儲的大數(shù)據(jù)實驗室的設(shè)計方案和績效目標的考核方法。旨在提升專業(yè)實訓(xùn)室的管理效率,加速高校實驗設(shè)備管理的自動化進程,提高安全管理和環(huán)境管理的智能化程度[8-9]。建設(shè)一個全面高效的實驗環(huán)境,為廣大師生提供更專業(yè)、更智能、更人性化的輔助服務(wù)[10]。

2.1 大數(shù)據(jù)實驗室建設(shè)方案

2.1.1 實驗室基礎(chǔ)環(huán)境

按照國家出臺的大數(shù)據(jù)中心標準建設(shè),將建成200 m2的大數(shù)據(jù)實驗教學(xué)中心(實驗室)。配備施耐德智能配電系統(tǒng)和新風系統(tǒng)。通過尚為 SW-EMS-2600實現(xiàn)機房環(huán)境的實時監(jiān)測、管理和預(yù)警[11-12]。

2.1.2 大數(shù)據(jù)實驗平臺

運用西普教育提供的在線實驗云平臺西普Simple-MOOE V1.0和西普Simple-MOOE-PSA大數(shù)據(jù)科研開發(fā)模塊,實驗室一期建設(shè)項目計劃搭建具有130個客戶端的大數(shù)據(jù)實驗平臺和虛擬實驗交互平臺[13]。應(yīng)用教學(xué)信息管理系統(tǒng)、學(xué)習(xí)社區(qū)互動系統(tǒng)、綜合能力分析系統(tǒng)和虛擬實驗開發(fā)系統(tǒng),實現(xiàn)課程資源管理、專業(yè)基礎(chǔ)實訓(xùn)、行業(yè)案例分析及大數(shù)據(jù)科研開發(fā)等相關(guān)功能。

2.1.3 服務(wù)器集群系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)安全

使用浪潮NF5280M4服務(wù)器、H3C S6800-54QF和E552-X交換機,搭建1組具有30個節(jié)點的大數(shù)據(jù)服務(wù)器集群系統(tǒng)。配備網(wǎng)神 NSG5000-TG10P-Q防火墻。為大數(shù)據(jù)實驗平臺提供高效的數(shù)據(jù)交換和網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)[14]。

2.1.4 高速數(shù)據(jù)存儲設(shè)備

應(yīng)用宏杉MS7010-AF構(gòu)建最終存儲容量為1PB的全閃存存儲,提供高性能的存儲空間,可以極大降低存儲訪問延時,縮短數(shù)據(jù)查詢檢索時間。通過測試樣本數(shù)據(jù)可知,在60名工作人員同時上機,每人涉及7 000萬條數(shù)據(jù)查詢檢索的應(yīng)用實例中,單表查詢時間從小時級縮短至分鐘級,并且能夠長時間保持穩(wěn)定的運行狀態(tài)。

2.2 實驗室建設(shè)項目績效目標及考核辦法

項目績效作為項目管理的概念,是指項目功能指標實現(xiàn)的情況。績效評價作為促進教育信息化及高校重點實驗室項目建設(shè)的考核標準,目前相關(guān)研究多從“管理”的角度進行,且大多是對項目的建設(shè)水平和結(jié)果給予鑒定式的評價。甚至有些重點實驗室的建設(shè)績效考核僅以簡單的“打分”形式來確定項目的建設(shè)實效,缺乏對項目本身潛在的產(chǎn)出價值和效益指標的有效衡量和深度挖掘。下面從專項資金執(zhí)行期限內(nèi)擬實現(xiàn)的目標,包括：產(chǎn)出指標、效益指標、服務(wù)對象滿意指標等方面,確定大數(shù)據(jù)實驗室建設(shè)項目實現(xiàn)的功能和價值，如表1所示。

表1 大數(shù)據(jù)實驗室建設(shè)項目績效目標

從項目的產(chǎn)出指標來看,新增課程數(shù)量及研究成果數(shù)量對于虛擬機的性能和實驗室的總存儲容量有著正向的依附關(guān)系。實驗室服務(wù)時間及故障間隔時間與采用設(shè)備的通用技術(shù)指標及實際案例所得數(shù)據(jù)相近。從效益指標來看,以當前實驗人員每年申報科研項目經(jīng)費為基準。在大數(shù)據(jù)實驗室投入使用后,隨著研究內(nèi)容的擴展以及研究深度的加大,單人可申報項目的經(jīng)費預(yù)計將以20%的比例遞增。而節(jié)能環(huán)保方面,依照大數(shù)據(jù)實驗室綜合功能的設(shè)計功耗,與現(xiàn)有承擔類似數(shù)量實訓(xùn)課程的實驗室總功耗相比,將降低10%左右。從服務(wù)對象滿意度指標來看,大數(shù)據(jù)實驗室服務(wù)對象主要為在校教師和學(xué)生。實驗室的管理及環(huán)境設(shè)計方案中,引入了基于手機定位服務(wù)的實驗室管理系統(tǒng)及工業(yè)級的環(huán)境監(jiān)測、新風系統(tǒng)等功能模塊。能夠為使用實驗室的師生提供更為人性化的定制服務(wù),有利于提高使用者的滿意度。

通過上述績效目標的設(shè)定,在大數(shù)據(jù)實驗室建設(shè)初期即可對一定的指標進行持續(xù)的考核,也可進行項目評分統(tǒng)計。在滿足一定指標數(shù)量的前提下,達到85分以上可以認定建設(shè)項目等級為優(yōu)秀, 85～70分之間為良好,70～60分之間為合格,60分以下為不合格。不合格的項目將不再具有驗收和支付的資格。這樣的考核與管理辦法有利于提升高校建設(shè)項目經(jīng)費的利用率和實效性。

該項目的績效目標及考核方法結(jié)合了高校實驗室驗收流程、實驗室智能管理及教學(xué)科研量化標準的實際需求,在同類高校實驗室建設(shè)項目的指標要求和績效分析上具有一定的參考意義[15]。

3 結(jié)語

本文提出在數(shù)字化校園建設(shè)的基礎(chǔ)上,構(gòu)建基于高速數(shù)據(jù)存儲的大數(shù)據(jù)實驗室建設(shè)方案,整合與優(yōu)化現(xiàn)有教學(xué)資源,提升實驗設(shè)備的管理效率和實訓(xùn)課程的綜合教學(xué)水平。制定具有較為普遍適用性的項目績效考核目標,實現(xiàn)了提升效益,節(jié)能降耗。在推動高校實驗室建設(shè)與發(fā)展的同時,增強學(xué)校的辦學(xué)特色和區(qū)域影響力,在“大數(shù)據(jù)+”支撐下,培養(yǎng)符合社會需要的大數(shù)據(jù)相關(guān)專業(yè)人才。