在線教學平臺技術分析及發展建議

在2020年新冠肺炎疫情防控期間，為保障“停課不停學”的順利開展，教育部與各家網絡科技平臺相繼推出了服務于大中小學生的網絡課程學習平臺。報告指出，“停課不停學”以來，國內在線直播教學學習平臺表現相對穩定，得到了多數學校的認可和應用，如國家中小學網絡云平臺、騰訊課堂、釘釘、Welink、中國大學MOOC直播平臺、ZOOM、學而思、網易有道、超星直播客戶端、超星學習通同步課堂、優課聯盟、優學院、高校邦平臺、好大學在線、Cctalk、UMU、智慧樹等。通過調研分析不難發現，不管是在產品功能還是服務方面，各個平臺并未真正地拉開差距。每家都有自己獨特的服務方向，不同的只是服務方式上的大同小異。

報告顯示，在線教學平臺的功能要求目標包括可直播、可交互、不卡頓、低延遲、不掉線、無宕機等。其業務架構整體來說包含3層，第一層是數據源，其中包含接結構化數據庫、緩存數據REDIS、混存數據等;第二層為功能模塊組合，包含常規的課程任務、考試任務、權限服務、考點服務等;第三層是數據分析檢索平臺和網校管理平臺，以及Web和APP的展示平臺。

據報告分析，在線教學平臺提供基礎內容的技術前提保障主要呈現出三個特征：一是呈現知識的客戶端包括PC、手機、Pad等;二是教師和學生的通信網絡需要保障2M以上的帶寬，服務商需要1T以上;三是服務器多依賴于第三方的云服務平臺來提供，如百度云、阿里云、騰訊云、華為云等。報告對百度智能云、阿里云、騰訊云、華為云四種云視頻會議系統進行了對比分析得出，四種視頻會議軟件均能夠支持同時參與會議人數在300人的會議，其中騰訊會議、釘釘、華為WeLink目前對于30人以內的視頻會議均能夠免費使用，足以滿足大多數日常會議，均推出專業版滿足企業客戶的需求，專業版同時參會人數支持到300人以上，均不限時長、不限次數。

在大規模在線教學開展初期，“平臺崩潰”的消息不斷在網上傳出。報告對在線教學平臺的崩潰原因進行了分析，主要包括以下幾種。

一是因適配崩潰——在主播推流端。如今移動端手機直播占據著網絡視頻直播的主要地位，主流的手機系統無非就是iOS與安卓。相對而言，iOS的機型較少，在進行直播App制作時比較容易適配，而安卓手機廠商眾多，手機型號眾多，需要進行大量的機型適配、版本適配等。如果適配工作做不好，直播系統的運行就會崩潰。

二是高并發、突發性流量增長崩潰。在內容分發網絡（CDN）中，用戶可以就近獲取所需內容，解決網絡擁塞、延遲較高的問題。但是遇到突發性流量增長，分發網絡難以扛過流量高峰，對于用戶出現的卡頓、延時、花屏等問題，內容分發網絡負載超標，難以均衡，不能保證用戶訪問速度和系統穩定性。

三是終端播放適配崩潰。觀看直播的用戶端是最終環節，推流過程中所有問題會集中在這里“爆發”。而播放器作為直播系統直面用戶的關鍵一環，直播App制作人員需要做多種分辨率的適配方案，只有在用戶直播觀看分辨率和直播流暢度之間找到合適的平衡點，才能給用戶帶來最佳的直播觀看體驗。用戶激增狀況下，系統難以滿足在用戶直播觀看市場分辨率和直播流暢度之間找到合適的平衡點。

四是盲目擴容導致應用服務阻塞。對于接入層、應用層、資源層沒有系統地擴容。遇到用戶激增，造成資源層的服務響應時間過長，也會造成應用層對外的請求響應失敗，重試請求會繼續涌入，當數個應用服務因過量請求阻塞后，外部請求會落入其余應用服務上，于是就引起“雪崩”效應，所有服務就都會崩潰。

五是限流降級流于形式，致使服務器壓力過大。限流降級本身是兩個不同的技術點，但是限流就是有損服務，有損服務又必須有良好的降級方案去應對。限流從接入層到資源層都需要面對，降級更是需要在系統架構設計之初就需要考慮。在服務器量級不變的情況下，此次的用戶激增單純從限流降級的層面去處理根本不足以解決問題，直接導致服務器壓力過大崩潰。

報告結尾對在線教學平臺建設和發展提出了如下總結和建議。一是基礎平臺搭建需要過硬的平臺服務商。沒有過硬的基礎平臺體系，想獲得穩定的產品基本是空中樓閣。穩定的基礎平臺是需要時間積淀、不斷趟坑才能獲得的。二是滿足高并發的架構必然帶來極高的研發成本以及運營成本。高并發不是架構方案的模仿以及想當然的擴容，它需要架構與業務的深度結合、認真的壓測準備以及團隊的整體意識提升。三是全棧式一體化解決方案是剛需。教育主管機構和學校應當盡可能選擇門檻較低、集成度高、覆蓋IaaS、PaaS到SaaS的全棧式一體化解決方案，以公共云的方式進行搭建，降低人員技術需求、降低安裝部署難度、提高系統驗收上線速度。四是彈性收縮的云端避免資源浪費。云上的彈性擴展不僅僅是應對峰值那么簡單，傳統的虛擬化技術存在大量“峰值后浪費”，造成對資源的嚴重浪費，隨著云原生技術的普及，容器成為彈性擴容的新選擇，結合DevOps體系，既能夠彈性擴展，又能夠彈性收縮。此外，云上正在興起的Serverless，面對流量突增和突降，可以在保障應用可用性的同時，降低波谷引起的閑置計算資源。五是多人互動教學、學生交流式學習等多種形態，未來可能還會有更多的新形態出現，這意味著在線教育的技術需求堆棧是極其復雜而且未知的，可能從支持萬人在線、多種交互到自動翻譯等不一而足，在線教育企業需要云上快速迭代的創新解決方案。

（徐靖程摘編）