一種嵌入式Web技術的在線測試研究

劉惠

（中國石油大學（華東）圖書館 山東 青島266580）

一種嵌入式Web技術的在線測試研究

劉惠

（中國石油大學（華東）圖書館 山東 青島266580）

針對在線測試系統考題生成的保密性問題，本研究設計了一種嵌入式Web技術的在線測試系統，首先根據TCP/IP協議并結合SPI技術，將所有考生電腦答題轉換后的信息通過相應的UDP端口發送到中控電腦（CCS）中，然后結合ESP8266芯片將接收到的信息發送到中央指揮中心（CCC）的微處理器LPC2138中，最終實現對考試系統進行綜合管理。該在線測試系統運用隨機抽題和控制考生電腦IP的方式，有效防止了作弊行為。并通過使用HTML技術解決了考題信息的安全性問題。通過對微處理器ARM性能測試，結果表明：考題設置為80題，在1 000名考生規模時，該嵌入式Web技術的系統隨機出題響應時間僅為9.7 ms。

嵌入式系統；WEB技術；TCP/IP協議；UDP端口；在線測試

隨著技術的發展，基于紙質的考試逐漸被替換為基于計算機的在線測試模式，并且該技術已得到進一步的發展[1]。傳統的紙質考試方式包括幾個缺點[2]：等待結果，資源消耗，監考的人力投入和批改答卷過程中發生錯誤等。而在最近幾年，各種基于計算機系統的在線考試系統被開發與利用。其中，基于Web的在線測試是大眾教育考試體系的一個有效的解決方案[3]。在線考試系統是專為大學和中學考試測試，甚至為了銀行和政府的招聘而設計[4]。該系統利用各種開源軟件框架，易于考試機構的程序開發與考題信息錄入[5]。然而基于計算機的考試制度仍然受到很多的技術限制，例如一些考試系統不能夠自動注銷考生答題的分配時間以及缺乏對每個考生試卷問題生成的隨機性[6]。因此，本研究采用嵌入式Web技術改進原有在線測試系統，并對在線測試的考題信息保密性深入探討。

1 嵌入式web技術

1.1 設計問題

整體嵌入式Web服務器包括5個部分[7]，其中包括HTTP引擎、API模塊、虛擬文件系統，配置和安全模塊。嵌入式Web服務器架構如圖1所示。

圖1 嵌入式Web服務器的體系結構

從圖1可見，應用模式支持兩種API風格[8]：CGI和SSI。在線測試的考題保密性是通過檢測服務器上安全領域來實現。在配置模塊，管理員可以設置從任何標準Web瀏覽器和嵌入式Web服務器的相匹配[9]。虛擬文件系統提供了一組有限的內置考題信息到ROM只讀文件。Web文檔支持任何格式考題信息的呈現后，HTTP引擎就開始一個新的線程請求。每當考生點擊選項確定一個新的連接時，HTTP引擎通常作為一個單獨運行進程支持多個考生同時使用?？忌娔X的嵌入式Web瀏覽器如圖2所示。

圖2 嵌入式Web瀏覽器的體系結構

從圖2可見，嵌入式Web瀏覽器主要包括微處理器LPC2138，它是接口與網絡連接的模塊，考題數據通過中控電腦服務器 （CCS）最終發送給考試電腦。微處理器ARM LPC2138將考試服務器輸入到數字輸出。傳送數據的整個過程是通過使用IEEE 802.11標準的TCP IP協議完成的?？荚囉嬎銠C接收，并以報文的形式發送數據。要訪問物理限制的數據，中控電腦必須使用相同的IP地址，如果IP地址是正確的，那么局域網連接建立和服務器/客戶端開始發送或ARM7 LPC2138的IP地址接收數據包。

1.2 軟件實施

采用嵌入式C為基本語言上進行系統運行[10]。在Keil 4版本中，創建數據傳輸、網絡和監測控制3個基本模塊。同時，SPI和ESP8266接收任務協調模塊之間的考題信息數據的轉換與開發，具體的功能如下：

1）SPI接收任務：對于考題信息被發送到的傳輸模塊的情況下，根據TCP/IP協議存儲到SPI發送數據信息緩沖[11]，在SPI端口被到達的數據添加到IP和UDP消息頭，其與SPI接口的考生電腦設置為從屬模式，即啟用SPI接口。最后，轉換后的信息通過相應的UDP端口發送到中控電腦。

2）ESP8266接收任務：用于接收來自網絡模塊中的考試服務器信息系統[12]。首先，中控電腦（CCS）對考生電腦的IP地址和子網掩碼進行設置，然后打開適當的UDP端口以監視是否有在UDP端口的數據[13]。若已達到UDP端口則作為UDP包中的信息，根據TCP/IP協議進行分析，然后將其存儲到SPI接收緩沖器。最后，分析數據通過SPI接口驅動被發送至SPI串行設備[14]。

2 考試系統設計

2.1 中央指揮中心（CCC）

在線測試的主要部分用于整個操作過程中的管理和控制進行檢查。其中，考試服務器（RES）提升了系統的可靠性；中控電腦服務器（CCS）通過Internet連接中央指揮中心（CCC）。中央指揮中心的功能如下：

1）系統信息管理：每個終端有一個IP地址和MAC地址，這些信息都存儲在一個表中用于插入領域，包括智能考試中心代碼、考試中心名稱、終端號、IP地址和MAC地址，開始考試即發送時間與指令：考試詳細時間、登錄時間、注銷時間、連續監測時間、登錄/注銷狀態、考題分配的序號、考題發送時間、接收到應答時間和考試開始時間。由于整個考試相關的信息存儲在CCS中，因此，IP地址無須事先通知CCC對其進行改變[15]。

2）準備和考試日程管理：中央指揮中心（CCC）維護中控電腦服務器（CCS）的詳細信息，每臺計算機中心擁有各考生的信息，如該中心已分配的考試日期，屆。因此，它需要準備檢查時間表和候選的信息管理?？忌膫€人信息，考試信息，如考試地點，日期和考試的時間管理與有效維護管理。那么考生的個人信息的拷貝上傳到了中控電腦服務器（CCS）認證所需的服務器。

3）管理考試題庫：保持整個EES考試題庫的心臟。

4）試卷生成：在線測試系統建議使用相同的考題集與不同的順序。根據座椅布局規劃設定次數（SET1，SET2，SET3和SET4）分配給每個考生。

5）安全問題設置：中央指揮中心（CCC）啟動對問題與CCC設置請求。根據要求，考題集被加密并發送至該設置，并設置答題以此檢查命令服務器。

6）評估答案：對于這些考題的答案是在中控電腦服務器以及在中央服務器完成評估?？荚嚪掌魃蟼骺忌鸢概c登記號碼，并設置數量和中心代號為評估中央命令中心。評估后考生的標記在中央指揮中心和地區服務器更新。

2.2 在線測試流程

在線測試之前的檢查處理和考試流程，如圖3所示。

圖3 在線測試檢查與考試流程

3 系統測試與實現

3.1 安全性和EES可靠性

安全性是檢測在線測試系統中一個最重要的因素，它需要保證考題信息數據發送在數據庫中的安全性和可靠性。采取以下措施來實現測試：

1）數據系統的安全：該系統授權不同中控電腦（CCS）的不同考生使用對應中央指揮中心（CCC）內的系統的認證和授權，考生的個人考題信息被限制到授權的功能，所以考題數據在系統中的安全性可以得到保證。

2）數據傳輸的安全：數據傳輸是在TCP/IP協議基礎上，通過TCP協議能夠確保數據的完整性和可靠性。為了防止在線測試考題數據包和應答包被窺視和改變，需要對所有的數據包進行加密，利用3DES和一個時間標簽加到每一個考題數據包中，以限制允許的考試時間內使用的考題數據包。

3）數據使用的安全：為了防止考生的作弊行為，每個考題測試包中加入一個時間標簽。測試包不能被解密以外，即使用戶有足夠的時間，但由于高強度的加密策略和完善的授權策略，數據的安全性在任何節點和轉移的過程得到安全保證。在答題工具欄中，每個考生電腦顯示的考題信息都與顯示順序不同。此時考生登錄的時間與其個人信息連同考生電腦，可選擇改變PC的IP地址。

3.2 微處理器ARM性能

選取80個考題作為考題數據庫，并采用隨機出題的方式進行考試。同時，分別選取200、400、600、800和1 000名考生的在線測試作為中央指揮中心（CCC）的微處理器ARM[16-17]出題系統響應的實驗樣本，系統的響應時間如圖4所示。

圖4 出題響應時間

由圖4可知，中央指揮中心（CCC）的微處理器ARM LPC2138出題系統響應時間隨著考生人數的變化呈現近似線性增長趨勢，并且當考生為1 000人時，通過微處理器對80 000題的題庫信息隨機出題響應時間僅為9.7 ms。這是因為中央指揮中心（CCC）僅對每個考場的中控電腦（CCS）直接進行考生答題信息管理，增加了CCS在考生答題信息轉換后的預處理功能。

3.3 系統實現

從上述1 000名考生中抽取7名考生的在線測試信息，利用中控電腦（CCS）對其進行考試監控，并在中央控制中心（CCC）對這7名考生的最終考試進行綜合管理，分別如表1、表2所示。

4 結 論

本研究提出了一種嵌入式Web技術的無紙化在線考試系統設計。提出了在不同的考點利用中控電腦（CCS）對考生答題信息進行收集，通過在中央指揮中心（CCC）內部署高效微處理器，實現對考試系統進行綜合管理同時通過隨機抽題和中控電腦控制考生電腦IP的方式，解決了考題信息的安全性問題和在線考試作弊行為。該系統實際了在線測試環境中的科學化管理。因此，該設計方案是一個基于嵌入式Web架構下的高效、強大和安全的在線測試系統。本研究未來的工作是增加額外的安全性功能，例如指紋識別或面部識別登錄模塊。

表1 考試監控系統

表2 考試結果

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[2]申田靜，陳俊.國內在線考試系統研究綜述[J].中國教育技術裝備，2015（14）:19-22.

[3]張靜.基于Web技術下在線考試系統的構建與實現[J].電子測試，2013（5）:202-203.

[4]楊露.MIS系統設計與開發實驗綜述——以在線考試系統為例[J].電腦開發與應用，2015（3）:51-53.

[5]劉洪江.在線考試系統的數據庫設計與實現[J].電腦知識與技術，2012，8（3）:508-511.

[6]周思軼.在線考試系統中的組卷方法的研究[J].科技信息，2014（2）:278-278.

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[8]黃小冬，陳薇.教育教學數據Open API設計與實現[J].軟件導刊，2015（5）:115-118.

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Online testing based on embedded Web technology

LIU Hui
（Library，China University of Petroleum，Qingdao 266580，China）

Online Testing System exam generated confidentiality issues，this study design an embedded Web technology，online testing system，the first based on TCP/IP protocol in conjunction with SPI technology，the information on all the candidates to answer computer after conversion through the corresponding the UDP port sent to the central computer（CCS），and then combined with ESP8266 chip transmits the received information to a central command center（CCC）microprocessor LPC2138，the ultimate realization of the examination system for integrated management.The online testing system using random question and control computer IP candidates way to effectively prevent cheating.And by using HTML technology to solve the security problems exam information.Through the ARM microprocessor performance test results showed that:80 questions to the title in 1 000 when the scale of the candidates，the embedded Web technology systems random topic and response time is only 9.7 ms.

embedded systems；WEB technology；TCP/IP protocol；UDP port；online test

TN919.3

：A

：1674－6236（2017）05-0138-04

2016-05-24稿件編號：201605214

國家自然科學基金項目（60974039）

劉 惠（1972—），女，四川大竹人，碩士，副研究館員。研究方向：計算機、信息檢索教學、情報分析。