陳曉明

【摘 要】 心理健康教學(xué)信息資源涉及面廣、信息量大，現(xiàn)有的部分教學(xué)信息資源整合平臺(tái)軟硬件配置相對(duì)簡(jiǎn)單，造成教學(xué)信息查詢耗時(shí)費(fèi)力。本文設(shè)計(jì)了一種基于HDFS技術(shù)的心理健康教學(xué)信息資源整合平臺(tái)，由處理器、采集器和存儲(chǔ)器構(gòu)建硬件部分框架，基于非線性映射算法和離線混沌系統(tǒng)映射算法進(jìn)行平臺(tái)軟件部分設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)信息資源的采集、篩選與整合。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，基于HDFS技術(shù)的心理健康教學(xué)信息資源整合平臺(tái)性能優(yōu)異，較之同類平臺(tái)具有更高的運(yùn)行效率。

【關(guān)鍵詞】 HDFS;心理健康信息;資源整合平臺(tái)

【中圖分類號(hào)】 TP311.52 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】 2096-4102（2021）01-0057-03

教學(xué)實(shí)踐信息資源對(duì)于高校的教學(xué)工作具有十分重要的意義，其集中和共享的程度直接影響高校學(xué)科教學(xué)水平的提升。在信息化技術(shù)高速發(fā)展的當(dāng)前時(shí)期，充分利用信息化技術(shù)手段進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐信息資源整合能夠明顯提升高校的學(xué)科教學(xué)質(zhì)量。但是，現(xiàn)有的信息整合平臺(tái)大多存在信息實(shí)效性低、執(zhí)行查詢慢的問(wèn)題。本文提出并設(shè)計(jì)了一種基于HDFS（Hadoop分布式文件系統(tǒng)）技術(shù)的心理健康教學(xué)信息資源整合平臺(tái)，目的是為了解決現(xiàn)有平臺(tái)的技術(shù)缺陷，提升教學(xué)信息整合效率。

一、平臺(tái)硬件部分設(shè)計(jì)

由于高校思政教學(xué)涉及的內(nèi)容繁多，所以平臺(tái)在硬件結(jié)構(gòu)上必須能夠?qū)崿F(xiàn)新建、維護(hù)與管理的同時(shí)進(jìn)行。本平臺(tái)中基于HDFS搭建整體框架，以此來(lái)整合心理健康信息的全部資源?；贖DFS的平臺(tái)硬件架構(gòu)如圖1所示。

本平臺(tái)的整體業(yè)務(wù)進(jìn)行流程為：移動(dòng)客戶端向系統(tǒng)發(fā)送訪問(wèn)申請(qǐng)，處理器基于HDFS的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)完成用戶所需信息的讀取和處理。主要硬件的選取與設(shè)計(jì)圍繞系統(tǒng)功能進(jìn)行。

（一）采集器

系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，若采集的信號(hào)有所差異，則采集器內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)差，由此會(huì)產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)阻抗，由此可見(jiàn)采集器的阻抗輸入能力與運(yùn)放極集成能力兩項(xiàng)指標(biāo)十分重要。本平臺(tái)選取集成TYSA226芯片的采集器，用以應(yīng)對(duì)大量信息的采集工作。該采集器結(jié)構(gòu)及其元件工作流程如圖2所示。

CAN總線通信是采集器的技術(shù)核心，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，每個(gè)采集器都通過(guò)兩根CAN總線與其他元件進(jìn)行連接，系統(tǒng)在MCU內(nèi)部單獨(dú)設(shè)置了CAN控制器，若CAN與其他元件的通道中的一條發(fā)生故障，則另外一條會(huì)立即啟動(dòng)，因此通信不會(huì)中止，正常運(yùn)行中的系統(tǒng)只有一條通道運(yùn)行即可?？偩€通信收發(fā)元件每發(fā)生一次故障，計(jì)數(shù)值會(huì)逐漸累積，一旦計(jì)數(shù)值升高到上限，系統(tǒng)會(huì)立即關(guān)閉該通道，CAN控制器脫離通信，處理器發(fā)現(xiàn)CAN控制器脫離時(shí)，會(huì)立即啟動(dòng)其備份通道，同時(shí)中止信號(hào)發(fā)送。雙通道通信的設(shè)計(jì)在物理結(jié)構(gòu)上保證了兩條總線和通道都發(fā)生故障時(shí)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（二）處理器

本平臺(tái)選取當(dāng)前運(yùn)行性能最好的ARM10處理器，此型號(hào)處理器在通信方面表現(xiàn)十分優(yōu)異。由于引入了FGPA技術(shù)，該處理器能夠進(jìn)行并行信號(hào)的處理，相較于其他處理器在通信方面具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)。本平臺(tái)選取的ARM10處理器集成了多個(gè)寄存器，在流水線的結(jié)構(gòu)形式下能夠同時(shí)處理多條線路的數(shù)據(jù)，以此大幅提高了運(yùn)算效率，同時(shí)明顯降低了芯片的資源占用率。

本平臺(tái)處理器運(yùn)行頻率峰值可達(dá)650MHz，處理性能極強(qiáng)。當(dāng)存儲(chǔ)在寄存器中的數(shù)據(jù)發(fā)送出去之后，寄存器存儲(chǔ)空間變大，若有兩路以上的數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)入處理器，處理器就會(huì)按照蝶算程序進(jìn)行處理，處理后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在寄存器內(nèi)，等待進(jìn)入下一個(gè)處理程序，在此“乒乓結(jié)構(gòu)”的處理模式下，待處理數(shù)據(jù)會(huì)持續(xù)不斷地發(fā)送過(guò)來(lái)，運(yùn)算的效率就會(huì)相應(yīng)的大為提高。本平臺(tái)所選取的處理器在新式RAM系統(tǒng)的基礎(chǔ)上具備多項(xiàng)開(kāi)放式功能，與多種其他系統(tǒng)互相兼容，為未來(lái)開(kāi)放式RAM的研發(fā)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（三）存儲(chǔ)器

本文所設(shè)計(jì)的信息資源整合平臺(tái)通過(guò)三種存儲(chǔ)器來(lái)進(jìn)行通信過(guò)程中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：虛擬存儲(chǔ)器、高速存儲(chǔ)器和主存儲(chǔ)器，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

設(shè)計(jì)三種存儲(chǔ)器并行的結(jié)構(gòu)主要目的是提高系統(tǒng)的緩存速度。當(dāng)系統(tǒng)緩存中沒(méi)有數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)延長(zhǎng)對(duì)存儲(chǔ)器的訪問(wèn)時(shí)間，此時(shí)緩存主動(dòng)訪問(wèn)相對(duì)存儲(chǔ)能力較強(qiáng)的主存儲(chǔ)器;若主存儲(chǔ)器中仍不存在其所需要的數(shù)據(jù)，則會(huì)分批量搜索虛擬存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)，在這種數(shù)據(jù)讀取模式下，存儲(chǔ)器的空間需求問(wèn)題得以解決。相較于傳統(tǒng)處理器的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)具有性能更好、性價(jià)比更高的優(yōu)勢(shì)。

二、平臺(tái)軟件部分設(shè)計(jì)

高校心理健康教學(xué)信息資源的整合過(guò)程，包括教學(xué)實(shí)踐信息的采集、篩選、整合，以此來(lái)保證信息資源的完整性和實(shí)用性。通過(guò)系統(tǒng)的軟件能夠?qū)崿F(xiàn)信息整合的三個(gè)環(huán)節(jié)。

（一）高校心理健康信息采集

本平臺(tái)對(duì)心理健康信息的采集通過(guò)在粗糙集基礎(chǔ)上總結(jié)的信息提取法來(lái)實(shí)現(xiàn)，其進(jìn)行信息提取的基本思路是：程序中制定一個(gè)非線性映射規(guī)則，通過(guò)該規(guī)則將系統(tǒng)所接收的所有向量映射到指定的高維空間。對(duì)于本平臺(tái)，信息的提取過(guò)程為：

{m，n}為教學(xué)信息的設(shè)定集合，在這里，m∈R，n∈{0，∞}，通過(guò)非線性映射規(guī)則將{m，n}映射至對(duì)應(yīng)的高維空間，此空間的最優(yōu)數(shù)據(jù)由下式計(jì)算：

在粗糙集規(guī)則中，A能夠按需進(jìn)行調(diào)整，因此，隨A取值的變化，與之對(duì)應(yīng)信息的泛化能力也發(fā)生變化。

在信息采集的過(guò)程中，粗糙集基于波段型網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都存在差異的特性進(jìn)行數(shù)據(jù)分類優(yōu)化處理。

（二）心理健康信息的篩選與整合

信息篩選的目的是選取有效的數(shù)據(jù)來(lái)創(chuàng)建信息資源庫(kù)，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)資源的有效整合，具體篩選過(guò)程為：

如果用B來(lái)代表Logistic（離散混沌系統(tǒng)）的映射規(guī)則，那么

其中，ρ為隨機(jī)的混沌數(shù)據(jù)，Q為目標(biāo)信息數(shù)據(jù)的集合，Q（n）為混沌數(shù)據(jù)參數(shù)的反應(yīng)速度，mi為混沌信號(hào)（本系統(tǒng)中mi取最大周期運(yùn)行時(shí)的混沌信號(hào)值），β為隨機(jī)變量。

若β從一個(gè)固定的范圍內(nèi)選取，那么篩選完成后所得的信息集合為：

其中，P（π）為偽隨機(jī)序列，為混沌序列各數(shù)據(jù)點(diǎn)的平均值，φ和θ分別為目標(biāo)函數(shù)和量化函數(shù)。

在以上算法的基礎(chǔ)上完成本平臺(tái)軟件部分的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)對(duì)教學(xué)實(shí)踐信息的收集、篩選與整合，平臺(tái)功能的實(shí)現(xiàn)流程如圖4所示。

三、系統(tǒng)應(yīng)用對(duì)比

在平臺(tái)框架搭建完成之后，進(jìn)行平臺(tái)功能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，通過(guò)與其他同類平臺(tái)的性能對(duì)比來(lái)驗(yàn)證本平臺(tái)的功能完整性與先進(jìn)性。

（一）參數(shù)設(shè)置

按照表1的內(nèi)容進(jìn)行本次實(shí)驗(yàn)的參數(shù)設(shè)置。

（二）對(duì)比結(jié)果與分析

選取某高校的一組教學(xué)信息為整合目標(biāo)，選取文獻(xiàn)[4]～[6]同類平臺(tái)作為實(shí)驗(yàn)的參照平臺(tái)，與本平臺(tái)的運(yùn)行情況及教學(xué)實(shí)踐信息資源整合結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

由圖5可見(jiàn)，隨著用戶查詢信息量的遞增，參照平臺(tái)所消耗的時(shí)間以高斜率形式增長(zhǎng)，而本平臺(tái)的運(yùn)行時(shí)間遠(yuǎn)低于參照平臺(tái)且變化很小，說(shuō)明本平臺(tái)的信息整合效率比參照系統(tǒng)高出很多。

四、結(jié)論

為了解決現(xiàn)有信息整合平臺(tái)存在的信息實(shí)效性低、執(zhí)行查詢慢的問(wèn)題，本文提出并設(shè)計(jì)了基于HDFS技術(shù)的心理健康教學(xué)信息資源整合平臺(tái)，通過(guò)處理器、采集器和存儲(chǔ)器構(gòu)建了硬件部分框架，基于非線性映射算法和離線混沌系統(tǒng)映射算法進(jìn)行平臺(tái)軟件部分的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)信息資源的采集、篩選與整合。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，基于HDFS技術(shù)的心理健康教學(xué)信息資源整合性能更好、效率更高，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

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