基于云計(jì)算技術(shù)的運(yùn)動(dòng)信息自動(dòng)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)①

陳 剛

(安徽商貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息與人工智能學(xué)院,安徽 蕪湖 241000)

0 引 言

通過計(jì)算機(jī)對(duì)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目信息進(jìn)行管理,實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目信息的高速、準(zhǔn)確處理,使得運(yùn)動(dòng)管理體系更為智能化、現(xiàn)代化,同時(shí),簡(jiǎn)化了管理員對(duì)運(yùn)動(dòng)信息管理的繁瑣流程,有效提升了對(duì)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的管理水平。但目前對(duì)于信息系統(tǒng)的應(yīng)用仍舊較為傳統(tǒng),具體體現(xiàn)在手動(dòng)錄入運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目信息、人工安排運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館場(chǎng)次和訓(xùn)練人手等,工作量十分龐大,極大程度上限制了運(yùn)動(dòng)信息管理的工作效率。有學(xué)者研究了相關(guān)運(yùn)動(dòng)管理系統(tǒng)。如文獻(xiàn)[1]提出了體育運(yùn)動(dòng)教學(xué)管理系統(tǒng),注重師生管理、課程安排等,但在項(xiàng)目、場(chǎng)次安排等方面未深入研究。文獻(xiàn)[2]提出將互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)應(yīng)用到高校體育信息管理中,增強(qiáng)對(duì)高校體育信息的數(shù)字化管理能力,但主要從高校課程介紹方面和師生信息錄入方面做出研究,應(yīng)用性具有一定的局限性。

在上述研究的基礎(chǔ)上,提出了應(yīng)用云計(jì)算技術(shù),構(gòu)建運(yùn)動(dòng)信息自動(dòng)管理系統(tǒng),增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)信息管理效率,降低管理工作量,為運(yùn)動(dòng)管理提供高效的輔助功能。

1 運(yùn)動(dòng)信息自動(dòng)管理系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

以提升運(yùn)動(dòng)信息自動(dòng)管理系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性與安全性和易維護(hù)性為目的[3],采用B/S架構(gòu),構(gòu)建運(yùn)動(dòng)信息自動(dòng)管理系統(tǒng)架構(gòu)。該系統(tǒng)開發(fā)過程劃分為多個(gè)模塊,劃分用戶界面設(shè)計(jì)、系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器[4],令三者之間相互獨(dú)立,由此在變動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)某一部分時(shí)對(duì)其他部分不產(chǎn)生影響。運(yùn)動(dòng)信息自動(dòng)管理系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)主要包括表示層、控制層、業(yè)務(wù)層、持久層和數(shù)據(jù)層。

(1) 表現(xiàn)層的主要功能是顯示系統(tǒng)內(nèi)容,通過筆記本、臺(tái)式機(jī)、智能手機(jī)將信息管理信息呈現(xiàn)給相應(yīng)的系統(tǒng)普通用戶,通過管理員客戶端將運(yùn)營信息呈現(xiàn)給系統(tǒng)管理員,為管理員高效管理系統(tǒng)提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

(2) 控制層內(nèi)主要通過Action Servlet控制器響應(yīng)客戶端,完成用戶認(rèn)證、數(shù)據(jù)交換,并關(guān)聯(lián)云端服務(wù)中心實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集合、統(tǒng)計(jì)與分析等公布功能。通過遺傳算法構(gòu)建運(yùn)動(dòng)安排方案數(shù)學(xué)模型并求解該模型,獲取滿足不同運(yùn)動(dòng)條件下的最優(yōu)運(yùn)動(dòng)安排方案。

(3) 服務(wù)層并以Net Framework為開發(fā)平臺(tái),響應(yīng)用戶網(wǎng)絡(luò)查詢HTTP請(qǐng)求,該層可為控制層提供業(yè)務(wù)功能,支撐控制層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

(4) 數(shù)據(jù)層內(nèi)包括整體系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等基礎(chǔ)應(yīng)用服務(wù),如服務(wù)器備份與數(shù)據(jù)加密等,這些數(shù)據(jù)都是運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)。

圖1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

1.2 Action Servlet控制器設(shè)計(jì)

控制層主要針對(duì)數(shù)據(jù)庫中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行控制操作,實(shí)現(xiàn)用戶認(rèn)證、數(shù)據(jù)交換并關(guān)聯(lián)云端服務(wù)中心實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集合、統(tǒng)計(jì)與分析等功能?？刂茖拥暮诵臑锳ction Servlet控制器,該控制器采用ZQD021控制芯片,圖2所示為ZQD021控制芯片整體結(jié)構(gòu)圖。

控制芯片內(nèi)部包含POCSAG協(xié)議解碼器、MUC CORE、靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、字節(jié)閃存以及多功能外圍邏輯等。ZQD021控制芯片的主要特征為其高集成性與內(nèi)嵌大容量快閃存儲(chǔ)器。高集成性能夠降低成本,簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu),而快閃存儲(chǔ)器能夠有效提升控制芯片的靈活性與適應(yīng)性。依照綜合ASIC設(shè)計(jì)流程完成控制芯片設(shè)計(jì),通過EDA工具與硬件描述語言,考慮可測(cè)性完成前端設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與測(cè)試間的有機(jī)結(jié)合。

圖2 控制芯片結(jié)構(gòu)

控制層主要針對(duì)數(shù)據(jù)庫內(nèi)運(yùn)動(dòng)的各類數(shù)據(jù)實(shí)施操作,對(duì)系統(tǒng)的持久性提出更高要求?；诖讼到y(tǒng)設(shè)計(jì)過程中采用第三方開源工具完成數(shù)據(jù)操作與管理,便于系統(tǒng)代碼調(diào)用,并且能夠完成系統(tǒng)維護(hù)功能。一般條件下,控制層內(nèi)涉及的用戶等信息均存儲(chǔ)于system目錄內(nèi),通過軟件管理并控制各類信息,并在控制層內(nèi)完成對(duì)數(shù)據(jù)管理與控制工作的創(chuàng)建,詳細(xì)過程如圖3所示。用戶在輸入用戶名以及正確密碼成功登錄系統(tǒng)后,能夠訪問相關(guān)業(yè)務(wù)模塊,通過相關(guān)軟件獲取所需的運(yùn)動(dòng)信息,并將相關(guān)運(yùn)動(dòng)信息存儲(chǔ)在相關(guān)目錄內(nèi),生成獨(dú)立對(duì)象,并存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)層內(nèi)。同時(shí),用戶在獲取相應(yīng)角色后進(jìn)行用戶管理操作時(shí),需截取運(yùn)動(dòng)信息管理相關(guān)類目?jī)?nèi)容,同時(shí)配置文化設(shè)置,實(shí)現(xiàn)查看清單,得到運(yùn)動(dòng)相關(guān)信息的目的。通過上述過程能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)層內(nèi)不同運(yùn)動(dòng)信息自動(dòng)管理數(shù)據(jù)的訪問,完成運(yùn)動(dòng)信息自動(dòng)管理的目的。

圖3 控制器控制流程

在數(shù)據(jù)分析過程中關(guān)聯(lián)到云端服務(wù)中心,利用云計(jì)算技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘。云計(jì)算技術(shù)是借助于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心,利用云端應(yīng)用快速、便捷地進(jìn)行云端計(jì)算,通過云平臺(tái)與本地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行交互,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。利用云計(jì)算技術(shù),需要將云端節(jié)點(diǎn)與Action Servlet控制器的無線網(wǎng)絡(luò)端口相關(guān)聯(lián)。構(gòu)建的云平臺(tái)與控制器交互模式如圖4所示。

云計(jì)算平臺(tái)實(shí)現(xiàn)交互的關(guān)鍵是分布式數(shù)據(jù)服務(wù)總線。總線作為數(shù)據(jù)交換的樞紐,終端之間的數(shù)據(jù)相互交換,從而達(dá)到了數(shù)據(jù)的共享,總線集成了所有數(shù)據(jù),從而對(duì)下層的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理,這樣的信息交換方式為各接口之間的通信起到了很好的作用。

圖4 云平臺(tái)與控制器交互模型圖

1.3 運(yùn)動(dòng)信息管理模塊

在云端平臺(tái)進(jìn)行計(jì)算時(shí),考慮運(yùn)動(dòng)信息管理是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的多重限制與組合優(yōu)化問題,其復(fù)雜性可通過時(shí)間、地點(diǎn)以及活動(dòng)等不同因素的限制與各因素間的相互制約呈現(xiàn)。在構(gòu)建青少年運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目安排的數(shù)據(jù)模型時(shí),通常選擇遺傳算法。運(yùn)動(dòng)安排屬于NP完全問題,為實(shí)現(xiàn)科學(xué)的青少運(yùn)動(dòng)安排,需設(shè)置不同限制條件。

1.3.1 硬限制條件

硬限制條件所描述的是為實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目管理所必須滿足的條件:

(1)相同時(shí)間條件下,一個(gè)青少年只能進(jìn)行一個(gè)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目,以Req1表示該限制條件,則:

(1)

式(1)中,X和Ni分別表示運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人滿意度和第i個(gè)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目,Tj和Dm分別表示時(shí)間周期和第m支隊(duì)伍。在Tj時(shí)間周期內(nèi)隊(duì)伍Dm進(jìn)行運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目Ni時(shí),值為1;相反值為0。

(2)一個(gè)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)隊(duì)伍數(shù)符合在運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地限制,以Req2表示該限制條件,則:

(2)

式(2)中,表示第j個(gè)時(shí)間段進(jìn)行第i個(gè)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的隊(duì)伍數(shù)量。

(3)同一支青少年隊(duì)伍,不同運(yùn)動(dòng)只能參與一次,以Req3表示該限制條件,則:

(3)

式(3)中,青少年隊(duì)伍Dm進(jìn)行運(yùn)動(dòng)Ni時(shí),值為1;相反值為0。

1.3.2 軟限制條件

適應(yīng)度函數(shù)值受軟限制條件的影響:

(1)運(yùn)動(dòng)教練人數(shù)盡量少,以Req4表示該限制條件,則:

(4)

式(4)中,si表示某青少年隊(duì)伍完成第i個(gè)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目所需的教練員數(shù)量。

(2)各青少年隊(duì)伍在固定時(shí)間內(nèi)的活動(dòng)時(shí)間需維持在90min～210min內(nèi),以Req5表示該限制條件,則:

從此以后，他們二人便經(jīng)常私下里約會(huì)。二人每每見面，彼此生怕傷了和氣，相互說著甜蜜的話語，發(fā)著海誓山盟。雙方情投意合，感情如膠似漆。

Req5:90≤ZTi≤210

(5)

式(5)中,ZTi表示第i支青少年隊(duì)伍參加運(yùn)動(dòng)的時(shí)間總值。

在云計(jì)算框架下,基于上述約束條件,采用遺傳算法構(gòu)建運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目信息管理數(shù)學(xué)模型,通過求解數(shù)學(xué)模型得到滿足不同限制條件下的最優(yōu)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目信息綜合管理結(jié)果。

2 系統(tǒng)性能的測(cè)試

為測(cè)試本基于云計(jì)算技術(shù)的運(yùn)動(dòng)信息自動(dòng)管理系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)動(dòng)運(yùn)營過程中的應(yīng)用性能,以某體育館為應(yīng)用對(duì)象。

2.1 運(yùn)動(dòng)信息顯示界面

圖5所示為該文系統(tǒng)顯示的運(yùn)動(dòng)報(bào)名情況。圖5(a)和圖5(b)所示分別為臺(tái)式機(jī)端和智能手機(jī)端所顯示的運(yùn)動(dòng)報(bào)名表。圖5(a)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)報(bào)名表清晰地呈現(xiàn)應(yīng)用對(duì)象內(nèi)各類運(yùn)動(dòng)的報(bào)名情況,且界面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔,操作過程簡(jiǎn)單,利于數(shù)據(jù)的查詢與顯示。在運(yùn)動(dòng)員選擇參與某項(xiàng)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目后,在系統(tǒng)報(bào)名表的選擇矩陣內(nèi)僅該運(yùn)動(dòng)員對(duì)應(yīng)的行能夠響應(yīng)鼠標(biāo)操作。在管理員(或領(lǐng)隊(duì)、教練等)使用此功能時(shí),系統(tǒng)報(bào)名表的選擇矩陣內(nèi)全部單元格均能夠響應(yīng)鼠標(biāo)操作。同時(shí)該文系統(tǒng)針對(duì)不同表現(xiàn)終端,能夠通過不同的合理方式呈現(xiàn)運(yùn)動(dòng)信息,也說明了該文系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。

2.2 系統(tǒng)功能測(cè)試

為保障系統(tǒng)的有效運(yùn)行,需設(shè)計(jì)完善的系統(tǒng)功能測(cè)試用例,以此檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中各項(xiàng)功能的可靠性,發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)過程中的缺陷,提升系統(tǒng)應(yīng)用性能。針對(duì)該文系統(tǒng)的應(yīng)用,設(shè)計(jì)以下功能測(cè)試項(xiàng)目:

(1)登錄測(cè)試,該測(cè)試主要針對(duì)系統(tǒng)登錄功能進(jìn)行測(cè)試,輸入正確的用戶名與密碼,預(yù)計(jì)結(jié)果為成功登錄系統(tǒng);

(2)登錄測(cè)試,該測(cè)試主要針對(duì)系統(tǒng)登錄功能進(jìn)行測(cè)試,輸入錯(cuò)誤的用戶名或密碼,預(yù)計(jì)結(jié)果為顯示用戶名不存在或密碼錯(cuò)誤;

(3)管理員權(quán)限管理測(cè)試,該測(cè)試主要針對(duì)系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)的增加與編輯等功能進(jìn)行測(cè)試,管理員在用戶端執(zhí)行相應(yīng)功能操作,預(yù)計(jì)結(jié)果為成功完成運(yùn)動(dòng)相關(guān)數(shù)據(jù)的增加與編輯;

(5)運(yùn)動(dòng)成績(jī)管理測(cè)試,該測(cè)試主要針對(duì)系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)員固定時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)成績(jī)統(tǒng)計(jì)與分析功能進(jìn)行測(cè)試,選擇某運(yùn)動(dòng)員,顯示其固定時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)成績(jī),并進(jìn)行趨勢(shì)分析,預(yù)計(jì)結(jié)果為系統(tǒng)成功顯示目標(biāo)運(yùn)動(dòng)成績(jī),并準(zhǔn)確分析其成績(jī)波動(dòng)情況,并給予針對(duì)性建議;

(6)財(cái)務(wù)信息管理,該測(cè)試主要針對(duì)系統(tǒng)的財(cái)務(wù)信息管理功能進(jìn)行測(cè)試,針對(duì)某項(xiàng)運(yùn)動(dòng),顯示其報(bào)名人數(shù)、已繳費(fèi)人數(shù)、繳費(fèi)金額等,預(yù)計(jì)結(jié)果為系統(tǒng)準(zhǔn)確顯示不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的相關(guān)費(fèi)用繳納情況;

(7)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目管理測(cè)試,該測(cè)試主要針對(duì)應(yīng)用對(duì)象內(nèi)不同類型運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目參與人數(shù)、上課時(shí)間與場(chǎng)地、教練信息等進(jìn)行測(cè)試,預(yù)計(jì)結(jié)果為系統(tǒng)準(zhǔn)確顯示不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的相關(guān)信息,且能夠準(zhǔn)確提示場(chǎng)地沖突與教練員時(shí)間沖突等信息。

針對(duì)以上七項(xiàng)測(cè)試內(nèi)容,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試,對(duì)比系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果與預(yù)計(jì)結(jié)果,所得結(jié)果如圖6所示。分析圖6得到,系統(tǒng)針對(duì)以上七項(xiàng)功能測(cè)試所得結(jié)果與預(yù)計(jì)結(jié)果均一致,由此說明系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)滿足預(yù)計(jì)設(shè)計(jì)目的,能夠保障系統(tǒng)有效運(yùn)行。

(a)臺(tái)式機(jī)端

(b)智能手機(jī)端

2.3 系統(tǒng)性能測(cè)試

系統(tǒng)性能測(cè)試的主要內(nèi)容可分別為三部分,分別為:

(1)系統(tǒng)同時(shí)可承載用戶數(shù)量;

(2)用戶輸入數(shù)據(jù)后,數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)軟件程序與數(shù)據(jù)庫間的相關(guān)操作后在界面中呈現(xiàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果所需的時(shí)間;

(3)系統(tǒng)每秒中可完成的登錄數(shù)量。對(duì)各項(xiàng)性能進(jìn)行Load Runner測(cè)試,并通過軟件模擬法呈現(xiàn)測(cè)試結(jié)果,所得結(jié)果如圖7所示。分析圖7得到,在系統(tǒng)并發(fā)人數(shù)逐漸提升的條件下,登錄響應(yīng)時(shí)間也呈現(xiàn)逐步上升的趨勢(shì),在并發(fā)人數(shù)達(dá)到120人的條件下,登錄響應(yīng)時(shí)間約在700ms左右。在并發(fā)人數(shù)逐漸提升的條件下,系統(tǒng)每秒處理的登錄數(shù)量基本保持不變。由此說明系統(tǒng)具有較好的應(yīng)用性能,在系統(tǒng)負(fù)荷較高的條件下(并發(fā)人數(shù)較多),并未出現(xiàn)死機(jī)等現(xiàn)象,能夠滿足運(yùn)動(dòng)信息管理的實(shí)際應(yīng)用需求。

圖6 系統(tǒng)功能測(cè)試結(jié)果

圖7 系統(tǒng)性能測(cè)試結(jié)果

3 結(jié) 語

設(shè)計(jì)基于云計(jì)算技術(shù)的運(yùn)動(dòng)信息自動(dòng)管理系統(tǒng),通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該文系統(tǒng)的可應(yīng)用性。但系統(tǒng)在測(cè)試過程中也發(fā)現(xiàn)部分不足之處,需要進(jìn)一步優(yōu)化,具體表現(xiàn)在系統(tǒng)基于云計(jì)算設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的整體框架,但沒有深度分析框架內(nèi)各層次間的相關(guān)性;系統(tǒng)數(shù)據(jù)的隱私性與安全性能,因此在后續(xù)過程中將針對(duì)這些不足之處繼續(xù)優(yōu)化系統(tǒng),提升系統(tǒng)的應(yīng)用性能。