摘要：随着信息技术的快速发展,高校持续深入推进信息化建设。在这一过程中,“一网通办”为高校的管理效能和服务质量提升提供了强大支撑。本文提出了“云网数端”一体化架构设计,深入阐述了该方案的架构分层逻辑和技术要点,可为高校的数字化转型提供一定的参考与借鉴。

　　关键词：一网通办；高校信息化；“云网数端”一体化；架构设计

　　0引言

　　数字化时代,高校如何提高管理水平与服务水平成为一个新的课题。教育部等六部门发布的《关于推进教育新型基础设施建设构建高质量教育支撑体系的指导意见》中明确提到,“构建一体化智慧服务平台”“实现一网通办”是高校信息化的重要方向。传统信息化系统存在三大问题：一是由于系统分散,存在数据孤岛的情况,数据互通较为困难；二是服务流程复杂繁多,用户使用感受较差；三是技术架构落后,无法支持未来更多新技术的应用,难以为高校提供更好的支持[1]。“一网通办”通过构建一体化服务平台的方式,使学校实现业务在线化、数据贯通化、服务集约化,从而实现“数据多跑路、师生少跑腿”[2-5]。

　　1“云网数端”一体化架构设计

　　1.1总体架构

　　“云网数端”一体化架构是为打破系统间壁垒,整合全域资源,建设具有整体性、协调性的“云平台层—网络层—数据层—终端层”四层一体的技术体系,为“一网通办”打造全链路技术底座,让“资源集约化,服务一体化,管理智能化”真正落地。系统架构图如图1所示。

　　1.2云平台层

　　云平台层是架构的底层,它提供最下层的服务支撑和计算能力。云平台提供计算服务,并按照需要进行弹性调度,包括基础设施即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）、软件即服务（SaaS）三种服务模式。IaaS利用KVM、VMware等虚拟化技术提供虚拟机、Ceph分布式存储、SDN虚拟网络等功能；使用动态资源调度算法根据业务高峰来自动扩容算力,在业务高峰过后自动释放资源以提高资源利用率。IaaS将硬件资源转化为可按需分配的服务,显著降低了IT基础设施的管理复杂度。PaaS集成中间件、分布式数据库、低代码开发平台,为应用提供合适的开发环境。SaaS封装面向师生的标准化应用,在服务目录上统一进行管理,不需要师生安装应用端软件,师生可使用浏览器或者客户端直接访问,支持多终端同时进行提交操作。

　　1.3网络层

　　网络层实现数据的传输和防护,并搭建出“高速、可靠、安全”的校园网基础平台。升级网络基础设施,采用“万兆骨干+千兆到桌面”架构,核心交换机配置40Gbps端口、接入层PoE供电；无线网络采用802.11ax技术实现全网覆盖,保证移动办公连续性,实现使用过程中不中断的效果。搭建安全防护体系,采用边界防火墙、入侵防御系统和数据脱敏网关等设备进行防护。当重要数据要通过的时候,可通过SSL VPN加密通道加字段级脱敏来进行安全防护,通过安全态势感知平台进行在线监控,监测是否存在SQL注入等可疑流量,在发生此类情况时,在小于10秒内及时给出预警及告警。智能运维管理借助NetFlow技术分析流量的特点,用负载均衡器把并发请求分发到多台服务器上,运用网络自动化配置工具进行大批量设备部署,故障定界定位的准确率明显上升。自动化运维可以将高校网络故障诊断及修复时间从原来的4个小时左右降低为现在的半小时左右。

　　1.4数据层

　　数据层作为“一网通办”的重要组成,从“采集—存储—治理—分析”的全链路开展数据资产管理。数据采集与整合通过使用ETL工具,与各个业务系统做连接,利用CDC获取最新增量变化后将数据回流到相应数据库；建立MDM主数据管理系统,对关键性基础信息要素统一数据标准,消除数据不同源造成的数据歧义问题。数据存储与治理结合“关系型数据库+非关系型数据库+数据仓库”混合存储结构,把成绩等结构化数据放到关系型数据库MySQL中存储,将论文附件等非结构化数据放到非关系型数据库MongoDB中存储,将历史数据归档到数据仓库,利用数据质量管理平台周期性地对上传的数据进行校验,保证了上传数据正确率。数据分析与服务利用Spark及Flink实时计算引擎,搭建基于多维分析的教学质量分析模型、学生画像模型、服务效能分析模型,具体如下。

　　（1）教学质量管理,包括课程评教、评学评分与出勤率的相关性分析；

　　（2）学生画像,包括通过消费行为和图书馆借阅数据对学生学业风险进行预测；

　　（3）服务效能分析,包括各业务办理时长统计分析以及服务效能分析。

　　1.5终端层

　　终端层对于用户来讲就是端口,通过“统一认证+统一门户+多终端适配”,提升服务的可获得性。统一身份认证基于OAuth 2.0协议建立身份认证中心,使用“账号密码+短信验证码+指纹/人脸生物识别”多因子组合实现身份认证,并构建了统一认证中心,实现了一次认证、多点访问功能。统一服务门户利用Single-SPA这种微前端的方式将各个业务应用融合进来,并实现一些个性化的门户,同时,利用智能搜索为师生提供所需的服务。实现多终端适配,为iOS/Android开发原生App并集成NFC(校卡绑定)及相片(证件拍片上传)功能；在教学楼和图书馆投放部署带有触摸屏、身份证读卡器的自助终端机,学生可以自助打印成绩单、自助缴费,人工窗口压力大幅降低[6]。

　　2关键技术实现

　　2.1云计算技术

　　云计算技术是“云网数端”架构的底层支撑,通过虚拟化与云存储技术,实现高校IT资源的高效调度与弹性扩展,具体技术实现如下。

　　2.1.1虚拟化技术

　　使用基于Linux内核的KVM作为虚拟化引擎,把一台物理服务器上的CPU、内存、存储等硬件资源抽象成虚拟资源池,实现多台VM同时运行,KVM内嵌于Linux内核中,可以满足高校核心业务的需求。基于OpenStack开源云管理平台开展虚拟机全生命周期管理。Nova组件用于实现VM的创建、启动、迁移,Cinder提供块存储服务,支持VM动态挂载磁盘,Neutron实现虚拟网络,完成VM之间的逻辑隔离。可通过OpenStack自动触发服务器扩容,新增多台虚拟机进行承载,考试结束后自动释放服务器资源,大幅提高服务器资源利用率。

　　2.1.2云存储技术

　　运用Ceph分布式存储系统的CRUSH算法,实现数据在不同存储节点间的均衡分布。采用3副本容错机制,任何1个节点出现故障都可以进行恢复。使用纠删码技术可以达到相同可靠性的效果,但是3副本容错机制可以节省大约40%的成本。

　　2.2大数据技术

　　大数据技术可以实现高校业务数据全链路处理,为“一网通办”提供数据驱动的决策与服务能力,具体实现如下。

　　2.2.1实时数据处理

　　基于Apache Flink构建的实时计算引擎,使用“事件驱动”的方式处理无界数据流,使用Flink CDC对接业务系统的数据库,监听binlog日志,获取到数据变更,经过Flink SQL清洗、转换、关联,写入业务系统的Redis缓存,实现信息动态更新。引入Kafka作为消息中间件,缓存峰值流量,Flink能够有效防止计算节点过载；Flink使用Checkpoint保证出故障时从中间状态继续运行,并且Exactly-Once语义保证了结果的准确性,大幅提高了系统的可用性。

　　2.2.2离线数据分析

　　采用Hive作为数据仓库,基于HDFS存储历史数据,通过HiveQL实现批处理分析,如年度报告生成。Hive将分散数据按不同维度聚合,计算平均办事时长、按时办结率等,再通过Spark SQL优化复杂查询执行效率。

　　2.2.3数据可视化

　　部署Apache Superset等可视化应用,支持多数据源接入可视化平台,在为管理层设计的“一网通办”运营看板中,应用折线图、热力图、漏斗图等展示数据,以供决策参考；针对不同的部门制作不同的专题看板,可以实现下钻查询、数据导出、定时推送等功能,满足不同场景需求。

　　2.3人工智能技术

　　人工智能技术提升了“一网通办”的智能化水平,实现了服务精准化与自动化,具体实现如下。

　　2.3.1智能客服

　　采用BERT模型构建意图识别系统,其模型训练过程如下。

　　（1）收集5万条师生咨询语料,如“怎么补办学生证”“选课截止时间是什么时候”等,并人工标注为20类意图,如“证件补办”“时间查询”等,得到5万条输入和输出；

　　（2）使用已经训练好的BERT模型进行文本特征提取,并微调优化分类层；

　　（3）将第2步得到的数据送入经过前序训练的网络结构中,以Adam作为优化器,经过十轮训练后得到二分类识别系统。

　　智能客服支持文本与语音交互,流程如下。首先,利用Elasticsearch实现文本的交互,采用科大讯飞ASR引擎将语音输入转换成文字；其次,用机器人的意图识别模型得到要回复的内容；最后,调用TTS引擎把回答的内容转化为语音输出给用户。常见问题均可通过智能客服自动解答,人工客服只需要解答较为复杂的咨询即可,人工客服的工作量大幅减少。

　　2.3.2图像识别应用

　　人工智能技术可用于发票OCR识别。使用EAST算法识别出发票的文本区,CRNN模型识别字符,对模糊、倾斜发票进行图像预处理,以提高识别准确率。将识别的结果自动填入报销表单,避免人工录入错误。

　　“云网数端”一体化架构通过“云计算”把事前应用打包进系统或者数字中枢当中,利用“网络层”作为载体,对接“数据层”,再利用“终端层”给服务做提质工作,破解了高校“一网通办”的技术难题。随着技术的不断更新换代,高校应做到“技术赋能服务,服务支撑育人”,实现“一网通办”向“一网通智”的升华,服务于学校教育数字化转型。

参考文献

　　[1]翟红兵,李博,郝良文.5G环境下智慧校园一网通办服务平台的建设与研究—以辽宁铁道职业技术学院校企联合建设为例[J].电子世界,2021(11):95-97.

　　[2]张凯.复旦大学一网通办深化高校数字化转型[J].中国教育网络,2022(8):56-58.

　　[3]丁际文,付秀霞,李冰阳.高校“一网通办”平台建设研究[J].中国信息化,2024(11):64-65.

　　[4]许晓光.上海市高校服务管理模式创新研究[D].兰州:西北师范大学,2023.

　　[5]周晓芸.基于“一网通办”模式下高校档案馆在线查档服务探析[J].办公自动化,2020,25(18):53-54.

　　[6]徐琦.基于微信平台的高校“一网通办”移动门户建设研究[J].中国信息化,2024(2):77-79.