基于均衡任务调度的网络工程实训管理系统优化设计
王海燕++丁雨
摘 要： 各高校中现存在网络工程实训管理系统资金投入大、系统结构复杂并且实训与理论教学平衡力不强的问题，导致系统产生了较多的错误编码，并且对实训项目的增益程度不强。为了解决该问题，以低成本为前提，对基于均衡任务调度的网络工程实训管理系统进行优化设计。所设计的系统通过分析网络工程实训效果影响因素，以实训项目为任务节点，构建均衡任务调度模型，对网络工程的实训流程进行优化。并使用B/S模式设计系统功能模块，实现系统对网络工程的实训项目内容的合理调整。实验结果表明，与各高校现存的系统相比，所设计的优化系统拥有误码率低、实训项目增益率高的特点。
关键词： 均衡任务调度； 网络工程； 实训管理系统； 优化设计
中图分类号： TN711?34； TP311.52 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）12?0179?04
Abstract： The network engineering training management systems existing in universities need large amount of funding， have complex system structures and weak balance force between practical training and theory teaching， which is possible of making the systems produce more incorrect codes. In addition， the systems can not result in strong gain for training projects. Therefore， on the premise of low cost， an optimization design is conducted for the network engineering practice training management system based on equilibrium task scheduling. The system takes practical training as the task node to build a balanced task scheduling model and optimize the training process of network engineering on the basis of analyzing the influence factors on network engineering practice training effect. B/S pattern is adopted to design the system function module to achieve the system′s reasonable adjustment for the content of the network engineering training project. The experimental results show that， compared with the system existing in each university， the designed optimization system has the characteristics of low bit error rate and high training project gain rate.
Keywords： balanced task scheduling； network engineering； training management system； optimization design
0 引 言
网络工程作为一门社会人才缺口很大的学科，其实训对学生和用人单位来说是至关重要的。为此，各高校中的实训室已成为培养网络工程人才的重要场所，网络工程實训管理系统由此产生[1]。目前，各高校中的网络工程实训管理系统已无法满足使用需求，通常表现在资金投入大、系统结构复杂、实训与理论教学平衡力不强等方面，导致系统产生了较多的错误编码，并且对实训项目的增益程度不强[2]。
文献[3]为北京大学设计了一款网络工程实训管理系统，这一系统使用流程图和列表的形式对学生进行实训，并拥有经验交流版块，属于中级实训管理系统，各项性能较为平庸。文献[4]中描述的是哈尔滨工业大学网络工程专业所使用的实训管理系统，其等级为初级，主要通过文字方式为学生布置实训任务，着重进行实训室的硬件管理，因此系统的误码率非常低，但并不具有较高的实训项目增益率。北方航空大学使用的网络工程实训管理系统于文献[5]中进行了具体优化设计，优化后的系统开启了论坛和反馈模块，并深度结合了原系统的文本实训任务布置模块和实时通知模块，对实训项目的增益程度属各高校中的上乘。文献[6]使用实时通知、文本和流程图相结合的实训方式，为武汉大学的网络工程专业设计出一种误码率低、实训项目增益率高的实训管理系统，但其开发价格过于昂贵，无法在普通高校推广。
通过对各高校的网络工程实训管理系统进行分析，以低成本为前提，使用均衡任务调度方法对网络工程实训管理系统进行优化。实验结果证明，与各高校现存的系统相比，所设计的优化系统拥有误码率低、实训项目增益率高的特点。
1 网络工程实训
网络工程实训的目的是对探索型的信息化人才进行培养，以满足我国对高素质网络工程技术人员的需求。网络工程实训应侧重于实际应用，以提高学生对网络工程工作的应变能力。这就需要学生在充分掌握基本知识的前提下，循序渐进地去克服工作中的各种阻碍，这也是在网络工程实训管理系统设计过程中应进行重点考虑的问题[7]。在网络工程实训管理系统的应用中，往往会出现一些消极因素影响学生的实训效果，本文对这些因素进行了整理和分析，并绘制成因果图，如图1所示。
从图1可看出，影响网络工程实训管理系统实训效果的因素可概括为学生自身因素和高校教育体系因素两方面。如果能对网络工程的实训流程管理项目进行合理调度，便能够有效调动学生的学习积极性，这样也可间接改善高校教育体系的弊端[8]。
由此可以总结出对网络工程实训管理系统的初步设计思路：系统将使用均衡任务调度方法对网络工程的实训流程进行合理优化，以改善学生消极情绪，减少系统崩溃率；再通过设计系统的各功能模块对实训项目内容进行调整，增强学生对网络工程基础知识的熟悉程度，进而调节高校与企业之间的关系。
2 网络工程实训管理系统优化设计
2.1 基于均衡任务调度的系统优化设计
均衡任务调度是一种使用资源均衡分配进行决策的方法，在使用基于均衡任务调度的网络工程实训管理系统对网络工程实训流程进行优化的过程中，均衡任务调度能够使实训流程更加合理并且智能化程度更高。
将一个网络工程实训流程中学生的实训项目看成若干个任务节点，使用均衡任务调度对这些节点进行对比、排序，组成一个均衡任务调度模型，模型工作流程如图2所示。
由图2可知，所设计的基于均衡任务调度的网络工程实训管理系统将在均衡任务调度模型中进行实训项目分配，系统现将初始网络工程实训流程设为0，如果该流程中的实训项目没有完全覆盖学生已掌握的网络工程基础知识，则需要在模型中加入新的任务节点，并同时替换掉流程0。均衡任务调度模型中最重要的一项工作就是如何保证新任务节点中的实训项目不会导致学生产生消极情绪，这是能够获取网络工程实训流程最佳优化结果的直接条件，也是提高系统实训项目增益率的基础保障[9]。
如果设系统中共有个实训项目和个可进行正常调度工作的任务节点，由于每个实训项目与学生所在网络节点的通信距离不相等，因此系统的通信延时不能被抵消。将通信延时对系统调度工作的影响比重设为，默认情况下，各高校也可根据实训室网络状况对进行调节。此外，实训室以及系统线路会存在负载，其比重可用表示。使用均衡任务调度方式对延时比重和线路比重进行平衡，二者的平衡比例分别用和表示，那么，网络工程實训工作调度均衡度可表示为：
2.2 系统功能模块设计
本文采用B/S模式对基于均衡任务调度的网络工程实训管理系统进行设计。B/S模式指Browser/Server，即浏览器/服务器模式，这种模式的实现成本极低，并且稳定性非常好，能够为均衡任务调度提供良好的硬、软件支持平台，并有效简化系统各功能模块对实训项目内容调整工作的难度[10]。系统功能模块结构如图3所示。
从图3可看出，所设计的基于均衡任务调度的网络工程实训管理系统将浏览器端设置成网络工程实训工作的数据终端，并使用超文本传输协议作为通信模块的响应基础，使实训学生自身状态数据（通常指学生对网络工程基础知识的掌握情况以及学生的情绪）能够从浏览器端精准传输到服务器端。
服务器端拥有四个功能模块，其中，关系型数据库的灵活性很高，可对实训学生自身状态数据进行编译，编译后的数据更易被妥善处理，处理工作将交由用户服务模块进行实现。用户服务模块负责对实训学生自身状态进行深度挖掘，根据挖掘结果便能够对网络工程的实训项目内容进行合理调整。
权限管理模块为关系型数据库和用户服务模块提供用户权限保护，无实训项目修改权限的用户不能查看服务器端的处理流程，只能通过数据存储模块查看修改后的实训项目列表。
3 实验测试
现通过实验对本文系统的误码率和实训项目增益率进行测试，使用的测试方法包括白盒测试和黑盒测试。实验对照组包括哈尔滨工业大学和武汉大学正在使用的网络工程实训管理系统，分别将二者设置为对照组1，2。白盒测试是一种依照系统工作流程进行开发，可对系统内部功能进行验证的方法，在本文实验中用于测试系统的误码率；黑盒测试则是用来检测系统内部功能所能达到的预期结果，故将其应用于对系统实训项目增益率的测试中。实验结果如图4、图5所示。
对比图4、图5可看出，本文系统在误码率和实训项目增益率的性能表现上均具有较为明显的优势。
为了得出更有说服力的实验数据，将图4、图5中三个系统的实验数据去掉一个极大值和极小值，求取剩余数据的平均值并汇总于表1。由表1可得知，本文系统的误码率平均值分别低于其他两个系统1.81倍和4.58倍，而实训项目增益率平均值则高于其他两个系统1.55倍和3.08倍，证明本文系统拥有误码率低、实训项目增益率高的特点。
表1 实验数据汇总对比表 %
4 结 论
本文以低成本为前提，使用均衡任务调度方法对网络工程实训管理系统进行优化，并对均衡任务调度模型和低成本结构的B/S模式系统功能模块进行了重点设计，有效避免了消极因素对网络工程实训的影响。实验结果证明，与各高校正在使用的系统相比，所设计的系统拥有误码率低、实训项目增益率高的特点。
参考文献
[1] 葛君伟，葛兵，方义秋.云环境下一种基于负载均衡的任务调度策略[J].电视技术，2015，39（19）：43?46.
[2] 傅务谨.基于“三型”人才培养目标的“网络系统工程”实训模式[J].湖北文理学院学报，2014，35（2）：20?22.
[3] 刘迎迎.智能化网络多媒体心电图模拟教学系统在诊断学心电图实训教学中的应用[J].卫生职业教育，2014，32（4）：115?116.
[4] 李圣普，王小辉，吕海莲.基于.NET三层架构的网络实训教学平台设计[J].电子设计工程，2014，22（17）：99?102.
[5] 蒋本立，张小平.大数据网络的均衡调度平台设计与改进[J].现代电子技术，2016，39（6）：62?65.
[6] 刘新建，郭红艳.基于ZigBee和RFID技术的实训设备监控系统[J].福建电脑，2014，30（1）：156?158.
[7] 孙凌宇，冷明，朱平，等.云计算环境下基于禁忌搜索的负载均衡任务调度优化算法[J].小型微型计算机系统，2015，36（9）：1948?1952.
[8] 郑健，冯亚娟，郭伟.基于贝叶斯网络的大学生考研动机影响因素[J].西安工程大学学报，2015，29（6）：780?784.
[9] 王凤萍，李毅，柳小妮，等.草坪管理专业“网络虚拟教学实训基地”的设计[J].草业科学，2015，32（2）：294?298.
[10] 马小雨.防火墙和IDS联动技术在网络安全管理中的有效应用[J].现代电子技术，2016，39（2）：42?44.
摘 要： 各高校中现存在网络工程实训管理系统资金投入大、系统结构复杂并且实训与理论教学平衡力不强的问题，导致系统产生了较多的错误编码，并且对实训项目的增益程度不强。为了解决该问题，以低成本为前提，对基于均衡任务调度的网络工程实训管理系统进行优化设计。所设计的系统通过分析网络工程实训效果影响因素，以实训项目为任务节点，构建均衡任务调度模型，对网络工程的实训流程进行优化。并使用B/S模式设计系统功能模块，实现系统对网络工程的实训项目内容的合理调整。实验结果表明，与各高校现存的系统相比，所设计的优化系统拥有误码率低、实训项目增益率高的特点。
关键词： 均衡任务调度； 网络工程； 实训管理系统； 优化设计
中图分类号： TN711?34； TP311.52 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）12?0179?04
Abstract： The network engineering training management systems existing in universities need large amount of funding， have complex system structures and weak balance force between practical training and theory teaching， which is possible of making the systems produce more incorrect codes. In addition， the systems can not result in strong gain for training projects. Therefore， on the premise of low cost， an optimization design is conducted for the network engineering practice training management system based on equilibrium task scheduling. The system takes practical training as the task node to build a balanced task scheduling model and optimize the training process of network engineering on the basis of analyzing the influence factors on network engineering practice training effect. B/S pattern is adopted to design the system function module to achieve the system′s reasonable adjustment for the content of the network engineering training project. The experimental results show that， compared with the system existing in each university， the designed optimization system has the characteristics of low bit error rate and high training project gain rate.
Keywords： balanced task scheduling； network engineering； training management system； optimization design
0 引 言
网络工程作为一门社会人才缺口很大的学科，其实训对学生和用人单位来说是至关重要的。为此，各高校中的实训室已成为培养网络工程人才的重要场所，网络工程實训管理系统由此产生[1]。目前，各高校中的网络工程实训管理系统已无法满足使用需求，通常表现在资金投入大、系统结构复杂、实训与理论教学平衡力不强等方面，导致系统产生了较多的错误编码，并且对实训项目的增益程度不强[2]。
文献[3]为北京大学设计了一款网络工程实训管理系统，这一系统使用流程图和列表的形式对学生进行实训，并拥有经验交流版块，属于中级实训管理系统，各项性能较为平庸。文献[4]中描述的是哈尔滨工业大学网络工程专业所使用的实训管理系统，其等级为初级，主要通过文字方式为学生布置实训任务，着重进行实训室的硬件管理，因此系统的误码率非常低，但并不具有较高的实训项目增益率。北方航空大学使用的网络工程实训管理系统于文献[5]中进行了具体优化设计，优化后的系统开启了论坛和反馈模块，并深度结合了原系统的文本实训任务布置模块和实时通知模块，对实训项目的增益程度属各高校中的上乘。文献[6]使用实时通知、文本和流程图相结合的实训方式，为武汉大学的网络工程专业设计出一种误码率低、实训项目增益率高的实训管理系统，但其开发价格过于昂贵，无法在普通高校推广。
通过对各高校的网络工程实训管理系统进行分析，以低成本为前提，使用均衡任务调度方法对网络工程实训管理系统进行优化。实验结果证明，与各高校现存的系统相比，所设计的优化系统拥有误码率低、实训项目增益率高的特点。
1 网络工程实训
网络工程实训的目的是对探索型的信息化人才进行培养，以满足我国对高素质网络工程技术人员的需求。网络工程实训应侧重于实际应用，以提高学生对网络工程工作的应变能力。这就需要学生在充分掌握基本知识的前提下，循序渐进地去克服工作中的各种阻碍，这也是在网络工程实训管理系统设计过程中应进行重点考虑的问题[7]。在网络工程实训管理系统的应用中，往往会出现一些消极因素影响学生的实训效果，本文对这些因素进行了整理和分析，并绘制成因果图，如图1所示。
从图1可看出，影响网络工程实训管理系统实训效果的因素可概括为学生自身因素和高校教育体系因素两方面。如果能对网络工程的实训流程管理项目进行合理调度，便能够有效调动学生的学习积极性，这样也可间接改善高校教育体系的弊端[8]。
由此可以总结出对网络工程实训管理系统的初步设计思路：系统将使用均衡任务调度方法对网络工程的实训流程进行合理优化，以改善学生消极情绪，减少系统崩溃率；再通过设计系统的各功能模块对实训项目内容进行调整，增强学生对网络工程基础知识的熟悉程度，进而调节高校与企业之间的关系。
2 网络工程实训管理系统优化设计
2.1 基于均衡任务调度的系统优化设计
均衡任务调度是一种使用资源均衡分配进行决策的方法，在使用基于均衡任务调度的网络工程实训管理系统对网络工程实训流程进行优化的过程中，均衡任务调度能够使实训流程更加合理并且智能化程度更高。
将一个网络工程实训流程中学生的实训项目看成若干个任务节点，使用均衡任务调度对这些节点进行对比、排序，组成一个均衡任务调度模型，模型工作流程如图2所示。
由图2可知，所设计的基于均衡任务调度的网络工程实训管理系统将在均衡任务调度模型中进行实训项目分配，系统现将初始网络工程实训流程设为0，如果该流程中的实训项目没有完全覆盖学生已掌握的网络工程基础知识，则需要在模型中加入新的任务节点，并同时替换掉流程0。均衡任务调度模型中最重要的一项工作就是如何保证新任务节点中的实训项目不会导致学生产生消极情绪，这是能够获取网络工程实训流程最佳优化结果的直接条件，也是提高系统实训项目增益率的基础保障[9]。
如果设系统中共有个实训项目和个可进行正常调度工作的任务节点，由于每个实训项目与学生所在网络节点的通信距离不相等，因此系统的通信延时不能被抵消。将通信延时对系统调度工作的影响比重设为，默认情况下，各高校也可根据实训室网络状况对进行调节。此外，实训室以及系统线路会存在负载，其比重可用表示。使用均衡任务调度方式对延时比重和线路比重进行平衡，二者的平衡比例分别用和表示，那么，网络工程實训工作调度均衡度可表示为：
2.2 系统功能模块设计
本文采用B/S模式对基于均衡任务调度的网络工程实训管理系统进行设计。B/S模式指Browser/Server，即浏览器/服务器模式，这种模式的实现成本极低，并且稳定性非常好，能够为均衡任务调度提供良好的硬、软件支持平台，并有效简化系统各功能模块对实训项目内容调整工作的难度[10]。系统功能模块结构如图3所示。
从图3可看出，所设计的基于均衡任务调度的网络工程实训管理系统将浏览器端设置成网络工程实训工作的数据终端，并使用超文本传输协议作为通信模块的响应基础，使实训学生自身状态数据（通常指学生对网络工程基础知识的掌握情况以及学生的情绪）能够从浏览器端精准传输到服务器端。
服务器端拥有四个功能模块，其中，关系型数据库的灵活性很高，可对实训学生自身状态数据进行编译，编译后的数据更易被妥善处理，处理工作将交由用户服务模块进行实现。用户服务模块负责对实训学生自身状态进行深度挖掘，根据挖掘结果便能够对网络工程的实训项目内容进行合理调整。
权限管理模块为关系型数据库和用户服务模块提供用户权限保护，无实训项目修改权限的用户不能查看服务器端的处理流程，只能通过数据存储模块查看修改后的实训项目列表。
3 实验测试
现通过实验对本文系统的误码率和实训项目增益率进行测试，使用的测试方法包括白盒测试和黑盒测试。实验对照组包括哈尔滨工业大学和武汉大学正在使用的网络工程实训管理系统，分别将二者设置为对照组1，2。白盒测试是一种依照系统工作流程进行开发，可对系统内部功能进行验证的方法，在本文实验中用于测试系统的误码率；黑盒测试则是用来检测系统内部功能所能达到的预期结果，故将其应用于对系统实训项目增益率的测试中。实验结果如图4、图5所示。
对比图4、图5可看出，本文系统在误码率和实训项目增益率的性能表现上均具有较为明显的优势。
为了得出更有说服力的实验数据，将图4、图5中三个系统的实验数据去掉一个极大值和极小值，求取剩余数据的平均值并汇总于表1。由表1可得知，本文系统的误码率平均值分别低于其他两个系统1.81倍和4.58倍，而实训项目增益率平均值则高于其他两个系统1.55倍和3.08倍，证明本文系统拥有误码率低、实训项目增益率高的特点。
表1 实验数据汇总对比表 %
4 结 论
本文以低成本为前提，使用均衡任务调度方法对网络工程实训管理系统进行优化，并对均衡任务调度模型和低成本结构的B/S模式系统功能模块进行了重点设计，有效避免了消极因素对网络工程实训的影响。实验结果证明，与各高校正在使用的系统相比，所设计的系统拥有误码率低、实训项目增益率高的特点。
参考文献
[1] 葛君伟，葛兵，方义秋.云环境下一种基于负载均衡的任务调度策略[J].电视技术，2015，39（19）：43?46.
[2] 傅务谨.基于“三型”人才培养目标的“网络系统工程”实训模式[J].湖北文理学院学报，2014，35（2）：20?22.
[3] 刘迎迎.智能化网络多媒体心电图模拟教学系统在诊断学心电图实训教学中的应用[J].卫生职业教育，2014，32（4）：115?116.
[4] 李圣普，王小辉，吕海莲.基于.NET三层架构的网络实训教学平台设计[J].电子设计工程，2014，22（17）：99?102.
[5] 蒋本立，张小平.大数据网络的均衡调度平台设计与改进[J].现代电子技术，2016，39（6）：62?65.
[6] 刘新建，郭红艳.基于ZigBee和RFID技术的实训设备监控系统[J].福建电脑，2014，30（1）：156?158.
[7] 孙凌宇，冷明，朱平，等.云计算环境下基于禁忌搜索的负载均衡任务调度优化算法[J].小型微型计算机系统，2015，36（9）：1948?1952.
[8] 郑健，冯亚娟，郭伟.基于贝叶斯网络的大学生考研动机影响因素[J].西安工程大学学报，2015，29（6）：780?784.
[9] 王凤萍，李毅，柳小妮，等.草坪管理专业“网络虚拟教学实训基地”的设计[J].草业科学，2015，32（2）：294?298.
[10] 马小雨.防火墙和IDS联动技术在网络安全管理中的有效应用[J].现代电子技术，2016，39（2）：42?44.
