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)信息資源整合平臺軟硬件配置相對簡單，造成教學(xué)信息查詢耗時費力。本文設(shè)計了一種基于HDFS技術(shù)的心理健康教學(xué)信息資源整合平臺，由處理器、采集器和存儲器構(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)行平臺軟件部分設(shè)計，實現(xiàn)了對信息資源的采集、篩選與整合。經(jīng)過實驗證明，基于HDFS技術(shù)的心理健康教學(xué)信息資源整合平臺性能優(yōu)異，較之同類平臺具有更高的運行效率。

【關(guān)鍵詞】 HDFS;心理健康信息;資源整合平臺

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

教學(xué)實踐信息資源對于高校的教學(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)前時期，充分利用信息化技術(shù)手段進(jìn)行教學(xué)實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)有的信息整合平臺大多存在信息實效性低、執(zhí)行查詢慢的問題。本文提出并設(shè)計了一種基于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，目的是為了解決現(xiàn)有平臺的技術(shù)缺陷，提升教學(xué)信息整合效率。

一、平臺硬件部分設(shè)計

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

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

（一）采集器

系統(tǒng)運行的過程中，若采集的信號有所差異，則采集器內(nèi)部會出現(xiàn)電勢差，由此會產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)阻抗，由此可見采集器的阻抗輸入能力與運放極集成能力兩項指標(biāo)十分重要。本平臺選取集成TYSA226芯片的采集器，用以應(yīng)對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)定運行，每個采集器都通過兩根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，則另外一條會立即啟動，因此通信不會中止，正常運行中的系統(tǒng)只有一條通道運行即可?？偩€通信收發(fā)元件每發(fā)生一次故障，計數(shù)值會逐漸累積，一旦計數(shù)值升高到上限，系統(tǒng)會立即關(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，會立即啟動其備份通道，同時中止信號發(fā)送。雙通道通信的設(shè)計在物理結(jié)構(gòu)上保證了兩條總線和通道都發(fā)生故障時系統(tǒng)的正常運行。

（二）處理器

本平臺選取當(dāng)前運行性能最好的ARM10處理器，此型號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。本平臺選取的ARM10處理器集成了多個寄存器，在流水線的結(jié)構(gòu)形式下能夠同時處理多條線路的數(shù)據(jù)，以此大幅提高了運算效率，同時明顯降低了芯片的資源占用率。

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

（三）存儲器

本文所設(shè)計的信息資源整合平臺通過三種存儲器來進(jìn)行通信過程中的數(shù)據(jù)存儲：虛擬存儲器、高速存儲器和主存儲器，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

設(shè)計三種存儲器并行的結(jié)構(gòu)主要目的是提高系統(tǒng)的緩存速度。當(dāng)系統(tǒng)緩存中沒有數(shù)據(jù)時，會延長對存儲器的訪問時間，此時緩存主動訪問相對存儲能力較強的主存儲器;若主存儲器中仍不存在其所需要的數(shù)據(jù)，則會分批量搜索虛擬存儲器中的數(shù)據(jù)，在這種數(shù)據(jù)讀取模式下，存儲器的空間需求問題得以解決。相較于傳統(tǒng)處理器的存儲器結(jié)構(gòu)，本系統(tǒng)所設(shè)計的結(jié)構(gòu)具有性能更好、性價比更高的優(yōu)勢。

二、平臺軟件部分設(shè)計

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

（一）高校心理健康信息采集

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

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

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，與之對應(yīng)信息的泛化能力也發(fā)生變化。

在信息采集的過程中，粗糙集基于波段型網(wǎng)絡(luò)的每個節(jié)點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)來創(chuàng)建信息資源庫，以實現(xiàn)最優(yōu)資源的有效整合，具體篩選過程為：

如果用B來代表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（本系統(tǒng)中mi取最大周期運行時的混沌信號值），β為隨機(jī)變量。

若β從一個固定的范圍內(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)上完成本平臺軟件部分的設(shè)計，實現(xiàn)平臺對教學(xué)實踐信息的收集、篩選與整合，平臺功能的實現(xiàn)流程如圖4所示。

三、系統(tǒng)應(yīng)用對比

在平臺框架搭建完成之后，進(jìn)行平臺功能驗證實驗，通過與其他同類平臺的性能對比來驗證本平臺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)行本次實驗的參數(shù)設(shè)置。

（二）對比結(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]同類平臺作為實驗的參照平臺，與本平臺的運行情況及教學(xué)實踐信息資源整合結(jié)果進(jìn)行對比。實驗結(jié)果如圖5所示。

由圖5可見，隨著用戶查詢信息量的遞增，參照平臺所消耗的時間以高斜率形式增長，而本平臺的運行時間遠(yuǎn)低于參照平臺且變化很小，說明本平臺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)有信息整合平臺存在的信息實效性低、執(zhí)行查詢慢的問題，本文提出并設(shè)計了基于HDFS技術(shù)的心理健康教學(xué)信息資源整合平臺，通過處理器、采集器和存儲器構(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)行平臺軟件部分的設(shè)計，實現(xiàn)了對信息資源的采集、篩選與整合。經(jīng)過實驗證明，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，具有很強的實用性。

【參考文獻(xiàn)】

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