SOA架構的網上閱卷云平臺的設計與實現

許 鵬

傳統的考試閱卷評分多采用手工方式完成，需要耗費大量的人力、物力，效率低下且缺乏公正性，也不便于數據的統計分析.針對傳統閱卷評分方式存在的問題，各學校紛紛引入網上閱卷評分系統，對整個考試閱卷評分流程進行計算機管理.系統可以實現客觀題自動評分，主觀題閱卷方式靈活，閱卷地點、時間靈活，提高了工作效率，節約了成本，減輕了教師的負擔.網上閱卷屏蔽了考生信息，可有效避免印象分、人情分出現，確保閱卷結果客觀公正［1］.系統引入分級監控、多評誤差監控機制可有效降低人為差錯.系統還保存了考生答卷圖像、評卷批注、考生成績等信息，教師可以隨時調閱信息進行講解，學生也可通過系統的數據分析了解自己對學科知識點的掌握情況，據此找出自己的薄弱環節，進行針對性的補缺補差.

由于學校的信息化基礎設施建設情況、技術人員儲備存在差異，傳統架構模式的閱卷評分系統已無法滿足現實需求，一方面需要軟硬件投入，缺少系統開發維護人員，另一方面系統是信息孤島，無法對各校信息資源進行整合.本文在分析SOA架構相關技術的基礎上，提出了一種SOA架構的網上閱卷云平臺，并對系統的開發流程進行深入研究.

1 SOA架構的云平臺關鍵技術

1.1 面向服務的體系架構（SOA）

SOA（Service-oriented Architecture）是一種架構，而不是方法學，它將網絡上的資源看成是Service，本質上是一種分布式計算技術，與Corba/DCOM很類似，SOA更注重的是Service的獨立性和松耦合性，不依賴其它Service的上下文和狀態，而Corba/DCOM是緊耦合的，依賴性很強［2］.因此，SOA可以保持軟件的隨需而動.SOA的核心是采用Web Service/XML/SOAP等技術，使得Service與底層的硬件、操作系統和開發語言無關，可以對異構系統在數據層、業務邏輯層進行集成.

1.2 云計算

云計算是一種分布式計算［3］，服務提供者將復雜的應用程序分解成若干個服務，部署在各服務器上，服務器接受到用戶的服務請求后，通過查找與分析之后，再將處理結果回傳給使用者.凡是通過互聯網所提供的應用服務，使用者不需要了解服務器置放于何處或是內部如何運作，都被稱為云服務，有下列幾種服務.

（1）基礎設施即服務：硬件資源和計算能力以應用服務形式提供給用戶.

（2）軟件即服務：是通過Internet提供軟件的一種服務模式，用戶可以根據自己實際的需求，通過互聯網向廠商訂購所需的應用軟件服務.

（3）平臺即服務：提供開發人員、IT管理者或使用者在無須購買任何硬件和軟件的情況下，可通過平臺去創建、設計、測試和部署應用和服務.

（4）數據庫即服務：數據庫即服務比起一般只提供儲存空間的服務多了數據庫的運算能力，各種不同格式或不同來源的數據，只要通過網絡即可進行存取.

1.3 SOA架構的閱卷評分云平臺

結合云計算與SOA的優點，設計基于SOA架構的閱卷云平臺分層架構，系統整體上采用SOA架構模式，對于各層可采用云計算技術給予支撐.如圖1所示.

圖1 SOA架構的閱卷云平臺

基礎設施層：在云環境下，基礎設施即服務，按需提供給客戶計算能力與存儲能力，該層包含計算、存儲資源、數據庫、網絡、操作系統、負載均衡器，以及其他資源等［4］.

數據層：基礎數據庫包含科目知識點、班級、年級、學校、主管單位的基礎數據、消息通知、基礎權限認證；評卷數據庫包含考卷配置庫（題目、題塊模板、試題知識點、答案規則、給分點、考生、試卷、考生參考科目、評卷員）、考卷任務庫、題塊切圖實例、評卷任務、試卷掃描庫；評卷結果數據庫包含考試統計庫、成績庫、歸檔庫.

應用支撐層：事務處理組件、數據庫引擎組件、統計組件、定時服務組件、監控組件、緩存組件、消息組件；基礎數據服務、消息通知服務（短信、Email、站內信）、權限認證服務（資源授權、數據授權、用戶認證）、調度服務、Web Service、Spring MVC框架等.

業務功能層：子系統分析、系統分析（運維平臺、閱卷評卷平臺、掃描上報服務）、統計分析（評卷公眾平臺）.

客戶層：主要通過瀏覽器與云平臺進行交互.

2 系統需求分析

2.1 功能性需求

利用各種需求分析方法和工具（包括構建系統原型、用戶訪談、領域專家參加的座談會等）獲取用戶需求，確定系統的主要功能模塊如圖2所示.

圖2 網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生家長、班主任，功能是查看學生、班級、學校的考試成績，以及與成績相關的數據分析統計信息.

試卷掃描服務：掃描基礎管理功能，包括掃描啟動管理、掃描登錄，提供待處理掃描任務功能，另外還提供掃描進度管理功能.

閱卷評卷服務：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控、評卷進度明細、發起考試模塊、評卷模塊、考試模塊、成績模塊.

評卷運維服務：面向的用戶是系統運維人員，主要功能有基礎信息管理、系統管理、用戶信息管理評卷計劃服務，主要用于后臺定時執行的計劃任務.短信提醒服務、任務生成、統計數據生成、監控數據生成、數據備份及遷移.

評卷web服務：主要功能是試卷掃描上報服務、試卷配置信息讀取服務、基礎數據服務、消息通知服務、權限認證服務、調度服務等.

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

報表管理服務：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、知識點分等，查詢、打印、導出成績報表等.

數據分析服務：按照用戶需求，對歷史數據和在線數據進行多維分析，為考生的學習、家長的輔導、教師的教學、領導的決策提供重要支撐.

考試管理服務：主要對整個考試流程進行規范化管理.

2.2 性能需求

系統性能需求體現在以下幾個方面：①具有開放的數據接口，可與其他系統集成.②數據庫支持分布式部署.③系統具有較高的響應性能與并發訪問性能.④系統具有可擴展性和容錯性.

3 系統設計

在需求分析的基礎上，本文利用UML建模語言中的用例圖確定系統的用戶、功能模型和系統的邊界，通過業務流程圖設計明確系統內各用戶的業務關系，作業順序，便于對業務流程進行優化處理，方便用戶溝通，為系統分析提供依據［5］.

3.1 系統用例設計

通過用例設計，確定系統的主要角色包含：學生、家長、小組長、題組長、評卷員、掃描員、教育局信息管理員、學校信息管理員、運維人員.利用系統功能與角色的關系得到系統主要用例圖，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，可以確定系統的主要功能模塊以及系統的邊界，明確系統的開發范圍.

3.2 系統業務流程設計

系統流程在對系統用例圖分析的基礎上，可以得到系統的主要業務流程.本系統總體的業務流程設計原則是定義統一的流程模板，各業務流程在標準流程模板基礎上進行補充與裁減.包含核心流程、支撐流程與異常流程.核心業務流程考試閱卷評分流程如圖5所示.

該業務流程的主要步驟是由教育局管理員發起考試，選擇評卷科目，指定科目組長，科目組長選擇參加考試的學校并上報參加考試的考生信息（參考學生信息可按規定格式導入到系統中），科目組長對學校上報的考生進行審核，審核完成后要求參考學校管理員上報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，題塊組長確定標準卷，評卷員進行正式評卷，最后發布成績.

圖5 掃描評卷流程圖

3.3 數據庫設計

規范化的數據庫設計可以有效規避系統風險，通過需求分析找出系統的實體以及屬性，設計E-R圖，然后映射出數據庫表.本系統主要包含以下數據庫表：FAQ、考試任務、考試學校、考試成績、考試科目、考試、知識點、知識點目錄、角色、評卷人員、評卷任務、評卷得分、試卷題、通用分類碼、題塊切圖實例、題塊模板、試卷題知識點、行政區域、考生、系統參數、給分點、答題卡實例、班級、年級等.按照關系規范化理論對數據表進行設計，設置主關鍵字保證實體的完整性，設置外部關鍵字保證參照完整性，

通過約束機制保證域完整性.另外通過視圖、存儲器、觸發器、事務處理機制等提高數據庫的運行效率和數據庫的安全.由于系統還要對考試成績的歷史數據和實時數據進行分析，需要構建數據倉庫，在此基礎上構建數據事實表和維度表.總分事實表、科目分數事實表與維度表關系如圖6、圖7所示.

圖6 總分事實表與維度表關系分析

圖7 科目分數事實表維度分析

4 系統的實現與部署

網上閱卷評分系統開發平臺采用Java開發平臺，利用Java EE、SpringMVC、Hibernate、REST-ful、Tomcat等關鍵技術組件進行開發，系統的可移植性高，便于后期維護和擴展［6］.系統開發的主要功能模塊包含：考試管理服務、圖像管理服務、評卷服務、數據歸檔服務、評卷運維服務、評卷管理服務、緩存服務、掃描端服務、消息發送服務、業務監控服務、數據分析服務、報表服務、公共接口服務、客戶管理服務等.

圖8 網絡閱卷評分云平臺的部署

網上閱卷評分系統采用靈活的SOA構架進行部署，如圖8所示，圖中的各個服務都可以進行分散、聚合或者遷移到不同的服務器上運行，服務之間可相互通信和交換數據，具有高可用、負載均衡、彈性配置、零停機升級/切換等特點.客戶端與服務之間的通信采用域名進行通信，通過域名解析服務連接到相應的服務，與傳統的通過IP地址直接與服務器通信的方式對比，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，設置云前置服務器目的是優化系統性能，支撐評卷業務中產生的海量數據，減少數據中心的業務壓力.該服務器的性能可動態調整配置，在評卷業務進行時加大服務器配置，在沒有評卷業務時，將數據歸檔到數據中心，然后降低配置或直接關閉該服務器.前置服務器每次完成評卷后，自動將數據發送到數據中心進行歸檔，然后初始化前置服務器的數據庫，為下次評卷做好準備.可在互聯網上部署多個前置服務器，服務器數量根據考試的規模和客戶分布的地區而定.

云數據中心服務器部署了系統各種業務的服務，下文介紹幾種關鍵的業務服務.

（1）安全網關服務.以代理網關的模式統一管理整個系統的權限，簡化權限的分配和控制過程，更好地支持云計算環境下的安全管理.各個前置服務器在受理用戶請求時，都需要將請求轉發到安全網關服務進行審核，審核通過才能進行下一步操作.

（2）考試管理服務.提供發起考試、參加考試學校設置、參加考試考生設置、試卷管理等考試相關業務的服務.

（3）評卷服務.提供題目配置、評卷活動管理、評卷任務管理、評卷抽查、評卷科目/題目選擇、下載/上傳離線評卷數據、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、自動回收等評卷相關的服務.評卷管理服務是考試管理系統的核心服務之一.

（4）成績管理服務.提供成績錄入、導入、導出、查詢、檢查、審核、發布、分析、計算、合成、歸檔等相關的服務.

由于租用的互聯網云存儲、云服務器普遍存在安全性和可持續使用的問題，云安全需要考慮的問題比較多，因此在系統設計部署時必須建立容災機制，養成良好的備份習慣，防范于未然.IDC災備服務器通常只用作備份，不承載業務，旨在系統發生災難時減少損失和故障恢復時間，服務器可配置較大的存儲和較低的性能以節約成本.當云計算出現故障時，可臨時將服務遷移到災備服務器上，保障客戶正常使用系統［7］.

5 總結

隨著云計算、大數據技術的快速發展，新信息技術革命已促進傳統的考試閱卷評分業務模式的革新，SOA架構的網上閱卷評分云平臺由于管理和部署更靈活，可以將學校的教務管理人員、教師、學生等從傳統的繁雜的考試閱卷評分業務中解脫出來，他們只需要專注自己的業務就行了，依據閱卷評分的業務流程，各用戶角色只要各司其職，完成各自分配的任務，就能高質量地完成此項工作.