思科网迅在线教学系统设计与实施

合肥工业大学硕士学位论文思科-网迅在线教学系统设计与实施姓名:王顺申请学位级别:硕士专业:工商管理指导教师:刘林思科一网迅在线教学系统设计与实施摘要随着IT技术发展和互联网应用的普及,在线会议与在线教学全面展开。本论文主要讲述的是目前全球市场占有率第一的思科一网迅在线教学系统的设计与实现方式。C/S和B/S是目前信息系统设计较常见的两种平台,论文指出了各自的特点,并分析了各自的优点和缺点。确定了基于WEB的MVC模式为系统的设计模式,根据系统的技术实现,论述了J2EE技术和中间件技术,并基于UML技术对系统需求,系统功能和系统架构进行了建模分析。MVC设计模式分离了数据的控制层和表现层,在实现多层Web应用系统中具有明显的优势。Struts是一个基于J2EE平台,实现MVC设计模式的成熟框架,它全面减轻构建多层Web应用的负担,提供可复用的软件架构。在软件工程和软件设计模式的思想指导下,论文论述了基于Struts框架的在线教学系统的系统设计与实现过程,主要包括系统体系结构设计、系统功能设计、数据库设计,系统界面设计,系统实现和软件测试。为保证在线教学系统的顺利进行,系统引入了全面项目管理的理念,包括项目计划、进度控制、质量管理、文档管理等。论文最后对系统实现进行了总结,并对系统的发展进行了展望。关键词:在线教学;上机实验室:J2EE平台;Struts;MVC模式洗纹身机/ 插图清单J 2E E体系架构7上机实验室子系统流程分析图l 4Struts实现的M V C框架一14上机实验室子系统类图15上机实验室子系统用例图16上机实验室子系统顺序图一17上机实验室子系统活动图18在线教学系统主要功能模块一20界面设计:查看实验室机器预订情况27上机实验室子系统业务逻辑层功能实现28用JProfi l er进行性能测试-30用JMeter进行压力与回归测试 (31III1l 23456l 2345-.233333344444图图图图图图/ 特别声明本学位论文是在我的导师指导下独立完成的。在研究生学习期间,我的导师要求我坚决抵制学术不端行为。在此,我郑重声明,本论文无任何学术不端行为,如果被发现有任何学术不端行为,一切责任完全由本人承担。43学位论文作者签名:2川炙签字日期:叫年,易月f日洗纹身机/ 致谢本论文是在合肥工业大学管理学院刘林副教授直接指导下完成的,在论文的选题及其写作思路上刘林副教授多次给予指导,多次修改论文提纲。当论文的初稿完成之后,刘老师从繁忙的工作中抽出时间,认真仔细地阅读了全部初稿,提出很多宝贵的修改意见。本人的论文工作能得到刘林副教授的指导倍感荣幸,刘老师严谨的治学作风、极高的学术造诣、热情诚恳的待人态度无不给我留下深刻的印象,对我今后的工作产生极大的影响,值此论文完成之际,特向刘林副教授表示衷心的感谢和诚挚的敬意。此外,在论文的书写过程中,得到了思科网迅软件公司合肥分公司很多同事的大力帮助,在此一并致谢。在论文将要发评之际,对我的导师、同学、同事和家人给予的帮助和关心再次表示衷心的感谢13作者:砂I灸刎年胁月f1日洗纹身机/ 行外部输出显示。(4采用WebLogic应用服务器及Eclipse开发工具,以Java语言作为基本开发语言进行系统开发。(5采用Struts框架技术。1.3论文的结构安排本文的章节按如下方式组织第一章为绪论,介绍了课题的研究背景及采用的主要技术。第二章阐述J2EE技术的发展以及其体系结构,从传统的二层体系结构到J2EE体系结构,基于WEB的分布式组件技术的简介和比较,基于RUP的系统开发。第三章基于UML的可视化建模系统分析,系统需求获取系统流程分析,系统分析与建模。第四章阐述在线教学系统的设计与实现。系统研发的原则、系统设计、用户界面(UI设计、系统开发平台及工具选择、系统实现与系统测试。第五章主要阐述在线教学系统项目管理,包括项目范围及变更管理、项目工作计划的编制与进度控制、项目质量管理、系统的跟踪与维护管理、系统的文档管理、系统实施的风险管理和对系统评价。最后,对全文工作进行了总结,并且对进一步研究提出展望。2洗纹身机/ 2.1.3早期的基于Web的应用体系结构Web的引入改变了一切。因为二层和传统的三层体系结构都不支持Web应用的开发,因此早期的Web应用程序开发人员不得不想出一些新的途径。他们使用各种Web服务器插件扩充,利用存储在企业数据库中的信息,动态地构造HTML文档。同样,这种Web服务器的扩充也从提交的HTML表单中,将信息加入到企业数据库中。这种扩充的典型例子就是CGI(Common Gateway Interface脚本。虽然CGI脚本和类似的机制允许企业应用开发者构建简单的Web应用,但是CGI方式并不适用于更复杂的企业应用,原因如下:(1CGI脚本不提供内部业务流程或者一个业务实体的结构完善的方案。(2CGI脚本难以开发、维护和管理。高层次的应用开发工具没有为CGI脚本的开发提供良好的支持。(3CGI脚本将业务过程的实现和呈现逻辑的实现缠绕在一起。当更改任何部分的实施,就有可能改变其它的部分。(4CGI脚本不利于业务规则完整性的维护。企业业务规则的实现被分散到多个CGI脚本程序中,它们被部署到企业中的几个w曲服务器上,因此,企业维护其业务规则的完整性是困难的【3】。2.1.4J2EE应用体系结构J2EE是一个体系结构,它以Java程序设计语言为基础。企业能够使用J2EE体系结构进行应用的开发和部署,从而有效地替代二层和三层模型。对于互联网应用的发展,我们可以有效地取代基于CGI的方法。同时,J2EE也提供了对于二层和三层应用的支持。在J2EE中,容器是一个重要的概念。容器是一种运行在服务器上的软件实体,用于管理特定类型的组件。它为开发入员开发J2EE组件提供了执行环境。通过这些容器,J2EE体系结构就能在开发和部署之间提供无关性,并在不同类型的中间层服务器上提供可移植性,容器还负责管理部署在其中的组件的生命周期。J2EE平台2种常用容器分别是EJB容器和web容器。(1EJB容器提供适用于各个企业的企业Bean。企业Bean是实现业务过程和实体的组件开发、部署以及运行时管理的环境。(2w曲容器提供适合于Servlet和JSP(Java Server Page开发、部署以及运行时管理的环境。这些Servlet和JSP称为Web应用的可部署单元,在Web中实现了一个企业应用的呈现逻辑pJ。4洗纹身机/ 模型、CORBA(公共对象请求代理结构和J2EE/EJB。它们都实现了组件对象逻辑分层和位置分布的透明性,以及相关服务,给系统开发人员提供了诸多方便41。2.2.3微软的组件对象模型COM,DCOM标准DCOM是微软公司提出的一种分布式组件对象模型(DistributedComponent Object Model技术。DCOM起源于动态数据交换(DDE技术,通过剪切、粘贴实现两个应用程序之间共享数据的动态交换,对象连接与嵌入(OLE就是从DDE引伸而来的。为了适应网络环境,DCOM主要的任务是在COM的基础上,实现远程调用,并采取一些策略,以适应和优化网络环境。DCOM建立在标准的分布式计算环境(DCERPC引擎之上,拥有DCE提供的通用服务集,如远程过程调用(Remote Procedure Calls,RPC、命名、线程管理,以及安全性等。DCOM对DCE RPC进行面向对象的扩展,故又称对象RPC(ORPC。DCOM运行于网络的最高层,相当于ISO/OSI中的应用层,它具有协议无关性,可以使用TCP/IP,UDP和IPX/SPX,以及NetBIOS等底层面向连接或无连接协议。2.2.4公共对象请求代理结构CORBA概述CORBA(Common0bj ect Request Broker Architecture是对象管理组织(OMG为解决分布式计算环境(Distributed Environment中硬件和软件系统的互连而提出的一种解决方案。在CORBA体系中,组件既可以是客户,也可以是服务器。从本质上来说,如果该组件包含为其它对象提供服务的CORBA对象,该组件就是服务器组件。OMG定义了为CORBA规范提供作用域和上下文的更高级规范OMA(Object Management Architecture,OMA在ORB构架之上,还定义了很多为高级别的企业服务定义的标准接口,如命名服务、交易服务对象、关系服务等等,程序开发成员最普遍的访问层次是与ORB进行交互,对于这些服务只要由产品提供直接应用即可。因此使用符合CORBA规范的产品开发分布式应用,基本不用考虑底层的发布编程问题,可以将精力集中在上层应用上。因此CORBA被越来越多的设计人员所青睐,并有越来越多的大公司在其软件和应用服务器中提供对CORBA的支持。2.2.5Sun公司J2EE分布式应用架构及其优越性(1J2EE的多层分布式体系结构J2EE多层分布式应用模型将应用逻辑根据功能划分成组件,这些组件包括应用客户组件(Application Client Components,Enterprise Java Beans组件、Servlet及Java Server Page(JSP页面组件、Applets等等,可以在同一个服务器或不同的服务器上安装这些不同的组件。一个应用组件被安装的地方取决于该应6洗纹身机/ 图31上机实验室子系统流程分析图3.5系统分析与建模3.5.1在线教学系统分析(1系统分析架构基于需求分析的确定,并且根据计算机软件的发展,我们考虑到系统对灵活性、可靠性和开放性的需要,以及满足网络跨平台开发的需要,从系统结构上采用J2EE标准的4层结构。(2系统设计模式和框架的选用鉴于采用B/S结构,为了提高系统可维护性和组件的复用性,提高软件开发效率,决定采用基于J2EE的成熟框架和Struts结构的MVC设计模式。MVC是一种设计模式,Struts是一种框架(FrameWork,它是基于MVC的Web应用框架,在Struts框架中,模型由实现业务逻辑Java Bean或EJB组成,控制器由ActionServlet和Action来实现,视图由一系列JSP文件组成】。如图32显示了Struts实现的MVC框架。乒册l鼬一删|图32Struts实现的MVC框架14洗纹身机/ 排队等假使用图34上机实验室子系统用例图实验室管理员(LabAdmin主要是对上机实验室的管理:包括创建、修改、删除实验室,创建、修改、删除计算机,把计算机放在相应的实验室中便于管理,以及能有效的管理每个实验室的计算机使用情况。具有安排会议权限的用户(Host User,主要对会议进行处理,能安排Insession的上机实验室课程,On demand上机实验室课程,能连接与断开远程计算机,并能邀请人使用远程计算机等。普通用户(Normal User,对于受邀请的人普通用户,可以通过邀请时收到有密钥有限的使用远程计算机、查看远程计算机的相关信息、断开计算机的连接或目前没有空闲的计算机而处于等待队列。通过用例建模,每个角色主要做的工作就非常的清晰,便于模块功能的划分,以及后面系统功能的设计与实现。(3上机实验室予系统顺序建模图35通过顺序建模,能清楚的知道:当某(几台远程计算机突然断电或其他原因掉线后,然后如何自动重新连接到会中,供会内人使用,这也是远程计算机比较强的功能之一。16洗纹身机/ (4上机实验室子系统活动建模图36通过活动建模展示:当某(几台远程计算机突然断电或其他原因掉线后,然后如何自动重新连接到会中,供会内人使用。图36上机实验室子系统活动图18洗纹身机/ 图4-1在线教学系统主要功能模块现对本系统的各个功能模块简单介绍如下(1会议子系统思科一网迅在线教学系统中以会议为中心的系统,会议主持人(Host,可以根据需求安排各种类型的会议、邀请相关人员加会,在相应的时间中把会开起来,受邀请的人加入到会中,进行形式多样的教学、研讨等。(a安排会议会议主持人根据教学的特点,安排各种类型的会议(可以是单次的会议,也可以是按工作日、按每周几、按每月的第几天或每月的第几个星期几等安排循环的会议,也可以安排一些不规则日期的会议。(b邀请加会人会议主持人邀请相关人加入到本次或系列的会议中。如果会议的类型是要求注册的,那么所有参会的人,都需要注册并得到批准后才能加会。(c启动会议会议主持人在相应的时间内把会议启动起来。(d受邀人加会接受邀请的人通过各种途径(包括从web网页、通过Yahoo集成、通过Outlook集成、通过智能手机等加入到在线的会议中。(2考试子系统考试子系统用于对学生的在线测试,有完善的试卷库管理,可以安排学生课前或课后考试,也可以是在某段时间内的考试,试题可以自动评分也支持教师对部分特殊题型的手动评分,学生可以查询自己的考试成绩和考试题目的明细信息。(a试卷库管理考试系统对所有的试题提供试卷库管理功能,教师在创建试卷时,可以设置存放在公用的试卷库中,也可以放在私有的试卷库中。学生的考试试卷可以从试卷库中生成。20洗纹身机/ (a会议报表用于对会议开始与结束时间、加会人信息等相关内容的跟踪。(b考试报表用于对参加考试学生信息、考试成绩、教师评分等相关内容的跟踪。(c录制课程报表用于对播放与下载录制课程信息等相关内容的跟踪。(d上机实验室报表用于对上机实验室预定与使用情况等相关内容的跟踪。鉴于网上在线教学系统的复杂性,我们主要选定上机实验子系统进行阐述。根据需求分析,我们可以把上机实验室子系统功能细分为如下几个模块,包括实验室管理、远程计算机管理、会内使用远程计算机(In session HOL、即时使用远程计算机(On-demand HOL。表4-1上机实验室子系统主要功能实验室管理远程计算机管理In session HOL0n.demand HOL用户级别管理安装远程计算机预定会内HOL预订即时HOL创建实验室修改远程计算机验证有效性验证有效性修改实验室移动远程计算机删邀请人参加邀请绑定人删除实验室除远程计算机预分配计算机4.2.2系统体系结构设计依据系统的需求分析及系统设计的先进性和可扩展性原则,结合J2EE技术的特点,拟定了如下的体系结构,即四层体系结构:表示层、控制层、业务层和数据层。我们采用的J2EE四层结构与组件技术的WEB应用系统来进行系统构架,系统的每个模块都是严格遵循四层这样一个架构模式的。表示层由浏览器支持,用户在客户端启动一个浏览器,通过网络连接到JSP/Servlet产生动态Html信息的WEB服务器,再由控制层将用户要求的服务传达给业务逻辑层(Java Bean层来进行相关的分析处理,最后通过查询数据层的数据库,得到解答用户问题的信息,再经过逐层转化,处理,返回给用户Web页面格式信息,也就是用户在客户端得到需求的信息。4.2.3数据库设计数据库就是存储在一个或多个文件中的一个永久性的、自描述的数据仓库。数据库的设计在一个系统开发中是至关重要的,它的设计好坏直接影响整个系统的性能。数据共享与交换平台的核心是数据库,安全问题来自两个方面,一是物理安全即数据库遭到外力物理损坏;二是逻辑安全即包括对数据保密性的保护,也包括保证数据库内部逻辑一致,即通过良好的设计和管理,保证数据库的完洗纹身机/ (bWbxRaHost:主要用来存放计算机信患表43WbxRaHost表设计字段名类型及宽度能否能为空是否主键字段说明SITEID NUMBER(10,0否否站点编号CoMPUID NUMBER(10,0否是计算机编号oWN ERUID NUMBER(10,O否否创建人编号CoMPUNAME VARCHAR2(200否否远程计算机名PASSWoRD VARCHAR2(100是否连接密码STATUS NUMBER(3,O是否计算机状态注:计算机状态(STATUS:88:等待批准:O:不可用;1:可以使用;2:正被连接中;3:暂时阻止连接(cWbxRaHostLab:主要用来存放实验室与计算机关联关系表表4-4WbxRaHostLab表设计字段名类型及宽度能否能为空是否主键字段说明SlTE【D NUMBER(10,0否否站点编号COMPUTERID NUMBER(10,0否否计算机编号LABlD NUMBER(10,O否否实验室编号(dWbxLabSchedule:存放实验室计算机被预订的情况表45WbxLabSchdule表设计字段名类型及宽度能否能为空是否主键字段说明SCHID NUMBER(10,0否是预订计算机编号SITEID NUMBER(I O,0否否站点编号CONF【D NUMBER(10,O是否会议编号LABID NUMBER(10,O是否实验窒编号HOSTNUMBER NUMBER(1O,O是否预订计算机数STARTTIME DATE是否会议开始时间REFNUMl NUMB ER(3,0是否区分预定类型注:区分预定类型(REFNUMl:0:In session HOL;1:On demand HOL(eWbxSessionExt-安排使用实验室中的远程计算机表4-6WbxSessionExt表设计字段名类型及宽度能否能为空是否主键字段说明SITEID NUMBER(10,0否否站点编号HOLSESSIONID NUMBER(10,0否是实验室会编号CONFID NUMBER(10,0是否会议编号CONFNAME VARCHAR2(512是否会议名称STARTTIME DATE是否会议开始时间ENDTiME DATE是否会议结束时间LABID NUMBER(10,O是否实验室编号COMPUNUMS NUMBER(10,O是否使用计算机数24洗纹身机/ (3统一管理(a统一权限管理统一身份与权限管理的功能包括统一认证和统一权限两个方面。统一认证能实现一次登录(SSO、密码同步、支持多种认证与加密协议、支持证书的安全存储等功能。(b统一用户管理系统统一用户管理系统(User Services,为区域网上实验室平台各应用系统提供统一的、高可靠性和安全的用户管理服务,它集中存放以前分散在各应用系统的用户信息和组织机构信息,并按照管理流程,实现信息在各系统之间的流转和同步,并为各系统提供人员创建、调动、注销和密码同步等功能。(4系统安全防护系统安全防范和保护是主要安全措施之一,它的主要任务是保证信息系统资源不被非法访问。(a防火墙系统通过防火墙实现物理隔离,有效抵抗来自外部网络的非法访问。对来自外部网络的用户实施安全访问控制策略,提供可用性和可靠性服务。(b防病毒系统网络防病毒主要对网络内所有计算机系统做防病毒保障,保证网络数据的完整性和保密性。(c入侵防御系统入侵检测机制能够对网络系统各主要运营环节进行实时入侵检测,以便能够及时发现或识别攻击者的企图或系统资源被误用、滥用、盗用的行为。当实时入侵检测系统发现异常时,网络系统及时做出适当的响应,通知网络管理员、通知被害主机【13】【141。4.2.5用户界面(UI设计(1用户界面设计原则一个良好的用户界面(UI设计对一个系统的成功是至关重要的。一个使用起来困难的界面,会造成用户直接拒绝使用该系统,而不管系统的功能如何。因此,用户界面的设计是系统成功完成的重要组成部分。用户界面是Web应用和用户交互的窗口。用户界面可以向用户输出信息,也可以接收用户的输入信息。根据用例,可以制定出用户界面,包括用户界面的功能、与用户交互的信息,以及用户界面之间的切换信息。洗纹身机/ 4.3系统实现4.3.1系统开发平台与工具的选择在系统开发过程中,为了编写和调试程序,需要建立一个开发环境。个稳定和使用方便的工作平台,可以大大的提高工作效率。为统一标准,我们采用的是JDKl.4.2,WebLogic8.1服务器,Eclipse3.5和Struts2.0。(1采用J2EE平台为体现系统设计的开放性和标准化原则,我们采用是的J2EE开发平台。(2选用WebLogie服务器BEA WebLogic Server具有开发和部署关键任务电子商务Web应用系统所需的多种特色和优势,包括:领先的标准、无限的可扩展性、快速开发、部署更趋灵活等。这也是系统采用WebLogic服务器的最主要原因【16】。(3使用Eclipse开发工具根据系统开发的可扩展性原则,我们决定采用Eclipse作为软件开发的工具。因为Eclipse是一种可扩展的开放源代码IDE。同时Eclipse允许在同一IDE中集成来自不同供应商的工具,并实现了工具之间的互操作性,从而显著改变了项目工作流程,使开发者可以专注在实际的嵌入式目标上【15】【171。(4采用Struts框架Struts是MVC的一种实现,它将Servlet和JSP标记(属于J2EE规范用作实现的一部分【l引。4.3.2系统的业务逻辑层功能实现远程计算机管理的主要功能是创建计算机,修改计算机,删除计算机,连接计算机,断开计算机等,图4-3显示了业务逻辑层的主要功能实现。r辔c蚋.webex.webal甲.tra慵拼印ter.删肌啪.坛.c.omptJter囱耋Import declarations白oHyComputerMgrlmpl1,41(mcu.kkv:-tn。Jogger:WbxLogcjerho4myCompuerMgr:MyComputerlVlgrZmpl卜眷。MyComputerlgrlmpl(o e3getlnstanceOA addMyComputerApp(10ngJ long,5tringb-9addHyComputer(10ng,long,String】,RaHostconnectin口Mycomputer(10ngJ IongJ Iong卜9A connectlVtyComputeroongJ longJ longJ StringJ StrIngJ StringJ intp“odelMyComputerApp(IongJ longJ longJ strincj卜A disconnectingMyComputer(IongJ Iong一一disconnectHyComputer(10ng,longJ Stringk。oeditMyComputer(10ng,long,RaHost”oeditMyComputerWithoutApp(IongJ longJ AaHost卜一getMyComputeroongJ longJ IongJ Iongj String卜A IogirlyComputer(10ngJ long,String,StringJ String.殳r1口卜A getRAMeeting(10ngJ longA remoteAccessMyComputer(Iong,long,IongJ longJ StringJ StringJ Sting一A unregisterHyComputor(IongJ Iong,longJ5tring图43上机实验室子系统业务逻辑层功能实现28洗纹身机/ 是多发区。常见现象如CPU在不断增长,Memory常常溢出,系统性能逐渐下降甚至死机等等。这些问题在实际的产品线更容易暴露出来,缺陷导致的后果也是很严重。产生这些问题的原因大多数是数据库连接没有释放,基于JMX,JMS的操作连接没有释放,创建过多的对象等等。在这方面的测试,JProfiler是一个很好的测试丁具,它通过实时的监控对系统CPU,memory,thread,来很好的监控JVM的运行和性能状况。图4-4显示了用Jprofiler进行性能测试的界面图44用Jprofil er进行性能测试443用JMeter进行压力与回归测试JMeter是个开源的压力测试工具,可以模拟多用户对软件做压力测试,它可以测试静态和动态资源程序的性能,例如静态文件Servlets,FTP服务,Java对象,Perl/CGI脚本,数据库等等。对于写web服务的脚本,囚为大多数web服务的过程比较复杂,般采用Badboy先录制”,然后以JMeter脚本格式导出,即可使用。同时可以通过设置线程数,响应断言,查看结果树和图形结果,使得要测试的对象与效果