序論：好文章的創(chuàng)作是一個不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]十篇網(wǎng)絡的可用性范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

一、背景

隨著互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，網(wǎng)絡的靈活性和敏捷性要求更高，現(xiàn)有的傳統(tǒng)分布式IP網(wǎng)絡的局限性日益突顯，主要表現(xiàn)為：

1.網(wǎng)絡剛性。網(wǎng)絡設備大量由單一功能的專用設備構成，造成網(wǎng)絡復雜、無法協(xié)同、缺乏靈活性等弊端。

2.網(wǎng)元封閉。硬件和軟件一體化的封閉結構，導致設備擴展性差、價格昂貴、不同廠家的網(wǎng)元互通困難。

3.業(yè)務僵硬。不同廠家的網(wǎng)元設備功能單一封閉，新業(yè)務開發(fā)周期長、成本高，難以滿足快速靈活提供業(yè)務的要求。

4.運營復雜。大量廠家的各類專用設備以及相關的協(xié)議眾多，網(wǎng)絡規(guī)劃復雜，整合難度高，運營復雜，造成運營成本居高不下。

多年來積累的問題已經(jīng)使得今天的IP網(wǎng)絡患有“動脈硬化癥”，網(wǎng)絡架構重構迫在眉睫。2006年，SDN概念于是應運而生。

SDN（Software Defined Network）即軟件定義網(wǎng)絡，是一種開放靈活和可持續(xù)演進的新型網(wǎng)絡架構，采用軟件化、虛擬化的“分離”方法，將現(xiàn)有傳統(tǒng)的分布式網(wǎng)絡架構進行重構，讓網(wǎng)絡中的控制面和數(shù)據(jù)轉發(fā)面進行分離，由傳統(tǒng)分布控制向集中控制的網(wǎng)絡轉變。

關于SDN網(wǎng)絡架構，不同的組織有不同的定義，當前較為主流的是開放網(wǎng)絡基金會ONF（Open Networking Foundation）對SDN分層架構的定義，如圖1所示。

該分層架構模型得到了產業(yè)界的廣泛認可和推廣使用。

SDN的核心是“S”即軟件，也就是網(wǎng)絡不再是“硬”的，固化封閉的，難以擴展的，而是可以通過軟件程序實現(xiàn)靈活的新I務開發(fā)和部署，網(wǎng)絡資源可以靈活調度，使得網(wǎng)絡作為一個管道變得更加智能和彈性可用，較好地解決運營商現(xiàn)有網(wǎng)絡運營的痛點，因此，SDN概念一經(jīng)提出，就受到了運營商的青睞和積極響應。2014年以來，隨著SDN技術的逐步成熟，國內運營商開始進行局部試點商用。

二、傳統(tǒng)分布式IP網(wǎng)絡和SDN網(wǎng)絡架構分析

SDN是對運營商現(xiàn)有網(wǎng)絡架構進行重構，重構后的網(wǎng)絡是否能夠穩(wěn)定運行，是否出了故障能及時恢復，是否能達到或接近傳統(tǒng)分布式IP網(wǎng)絡的可靠性可用性要求，是運營商關注的重點之一。

2.1可靠性、可用性

網(wǎng)絡的可靠性使用網(wǎng)絡運行階段平均業(yè)務失效故障間隔時間來描述，用無故障運行時間來衡量。網(wǎng)絡的可用性使用網(wǎng)絡穩(wěn)定不出現(xiàn)故障的時間與總的時間的百分比來表示。

從通俗的角度來理解，可靠性高是指網(wǎng)絡持續(xù)一段較長時間（如一年或兩年）運行穩(wěn)定，不出現(xiàn)業(yè)務失效的故障；可用性高是指網(wǎng)絡穩(wěn)定運行不易出現(xiàn)故障，并且一旦出現(xiàn)故障能夠快速恢復。

要提升網(wǎng)絡的可靠性和可用性，通常采用冗錯技術來實現(xiàn)，也就是在網(wǎng)絡設計中增加冗余資源，避免單點故障造成業(yè)務失效。

2.2傳統(tǒng)分布式IP網(wǎng)絡基本架構分析

傳統(tǒng)分布式IP網(wǎng)絡的基本架構如圖2所示，分為管理平面、控制平面和數(shù)據(jù)平面。管理平面為網(wǎng)管系統(tǒng)，負責網(wǎng)絡監(jiān)控和業(yè)務配置，當業(yè)務配置下發(fā)后即使脫網(wǎng)也不影響網(wǎng)絡的正常運轉。控制平面和數(shù)據(jù)平面由路由器等設備組成，路由器負責按路由表轉發(fā)數(shù)據(jù)包，采用IGP和BGP兩種核心分布式動態(tài)路由協(xié)議，當網(wǎng)管把業(yè)務配置上傳到路由器后，如果網(wǎng)絡狀態(tài)發(fā)生變化，控制平面即路由器會在網(wǎng)絡中自動擴散這些變化，各自根據(jù)新的狀態(tài)自動重新計算路由，全網(wǎng)采用冗余路由技術和路由快速收斂技術，當故障發(fā)生時能夠在秒級時間內使受到影響的業(yè)務得以恢復，網(wǎng)絡具有故障快速自愈能力。

2.3 SDN網(wǎng)絡基本架構分析

SDN網(wǎng)絡的基本架構如下圖3所示，分為應用層、控制層、基礎設施層。應用層由各類商業(yè)應用軟件程序組成，通過北向接口向控制器提交各種網(wǎng)絡應用；控制層由SDN控制器組成，它是整個網(wǎng)絡的控制中心和指揮中心，是整個網(wǎng)絡的“大腦”，擁有全局網(wǎng)絡視圖，負責實時采集全網(wǎng)設備狀態(tài)、網(wǎng)絡拓撲和各鏈路流量，生成流表并通過南向接口下發(fā)給網(wǎng)絡設備，同時根據(jù)網(wǎng)絡狀態(tài)變化或應用層提交的功能更改重新生成流表并下發(fā)；基礎設施層由網(wǎng)絡設備和線路組成，一方面負責接收控制器下發(fā)的流表并按之進行數(shù)據(jù)包轉發(fā)，另一方面負責將網(wǎng)絡資源信息和狀態(tài)上報給SDN控制器，是執(zhí)行單元，本身不做決策。

從SDN網(wǎng)絡的架構來看，SDN控制器作為網(wǎng)絡的“大腦”是關鍵部位，成為單點故障引發(fā)全網(wǎng)故障的風險點。

2.4兩種架構的可靠性可用性比較

從傳統(tǒng)分布式IP網(wǎng)絡和SDN網(wǎng)絡的基本架構來看，傳統(tǒng)分布式IP網(wǎng)絡的控制功能是分布式的，任何一個單點故障發(fā)生時網(wǎng)絡具有快速自愈能力，而SDN網(wǎng)絡的控制功能全部集中在SDN控制器，有單點故障引發(fā)所有業(yè)務失效風險，因此，傳統(tǒng)分布式IP網(wǎng)絡的可靠性和可用性較高，但是，SDN具有簡化網(wǎng)絡、快速業(yè)務開發(fā)和部署、低成本等核心價值，值得研究對策，讓SDN網(wǎng)絡可用。

三、提升SDN網(wǎng)絡可靠性可用性的策略

可靠性和可用性是基于網(wǎng)絡故障來考慮的，如果能夠識別出各層可能發(fā)生的故障及對網(wǎng)絡的影響程度，拿出應對策略，避免網(wǎng)絡因單點故障而癱瘓。

從SDN網(wǎng)絡架構來看，各層可能出現(xiàn)的故障如下：

應用層

設備方面：服務器故障、應用程序故障、服務器所在機房出現(xiàn)斷電等故障。

鏈路方面：服務器與SDN控制器的通信鏈路故障。

安全方面：非法侵入等。

控制層

設備方面：服務器故障、SDN控制器軟件故障、服務器所在機樓出現(xiàn)坍塌等故障。

鏈路方面：SDN控制器和網(wǎng)絡設備之間的鏈路故障。

安全方面：非法接入或受DDOS攻擊等。

基礎設施層

設備方面：網(wǎng)絡設備故障。

鏈路方面：網(wǎng)絡設備之間的鏈路故障。

安全方面：非法侵入等。

針對以上各層可能出現(xiàn)的故障，以及各層在網(wǎng)絡中的重要程度，權衡成本投入以及可接受的可靠性、可用性等因素采取以下的應對策略：

3.1應用層的應對策略

應用層的設備方面故障對網(wǎng)絡的運行影響并不大，當應用需求通過北向接口提交給控制器，由控制器生成相關的業(yè)務邏輯變成相關流表下發(fā)給網(wǎng)絡設備執(zhí)行，此后，應用程序的服務器即使出現(xiàn)脫網(wǎng)等故障也暫時不會影響網(wǎng)絡的運行。因此，用層的服務器、應用程序采用冷備份冗余設計，考慮到機房安全問題，在異地機樓部署冷備份系統(tǒng)。當主用系統(tǒng)出現(xiàn)異常時切換到冷備份系統(tǒng)上運行。

防范鏈路方面的故障，可采用一條主鏈路和一條備用鏈路。由于與應用程序通信的外部設備是可知的，因此，防范安全方面造成的故障，采取對連接的設備進行白名單設置并進行嚴格的身份認證。

3.2控制層的應對策略

SDN控制器是網(wǎng)絡的控制中心和指揮中心，一旦SDN控制器無法提供服務，假設基礎設施層的網(wǎng)絡沒有發(fā)生變化，網(wǎng)絡設備仍按原有的流表進行轉發(fā)，不影響網(wǎng)絡運行，但是此時基礎設施層的網(wǎng)絡拓撲如果發(fā)生變化，沒有SDN控制器重新計算路由生成新的轉發(fā)流表，對網(wǎng)絡的運行就會造成重大影響。因此，控制層健壯性設計非常關鍵。

防范設備方面的故障，采取SDN控制器異地機樓的熱備份設計顯得尤為重要，承載SDN控制器軟件的服務器采用云化虛擬機集群，這些虛擬機獨占物理設備不與其他用戶分享，軟件采用分布式部署，主用控制器和備份控制器同時運行，都在處理業(yè)務，是負載均擔關系，因此具有超強的自愈能力來應對單臺或多臺服務器故障，冗余保護措施在故障情況下自動生效，對外服務不中斷，故障服務器修復后重新上線，系統(tǒng)自動平衡工作負載。

控制器和網(wǎng)絡設備之間的通信鏈路如果中斷導致控制器無法控制網(wǎng)絡，會造成重大影響，為了防范鏈路故障的影響，應采用控制器通過多條鏈路連接到網(wǎng)絡設備，采取帶外專門的鏈路通道，輔以帶內控制通道作為冗余鏈路，使得任何一條鏈路故障，都不影響控制器與網(wǎng)絡設備的通信。

為防范非法接入或受DDOS攻擊，應采取在SDN控制器和網(wǎng)絡邊界處部署防火墻、入侵檢測設備以及流量清洗系統(tǒng)。通過防火墻和入侵檢測設備進行訪問控制、病毒木馬防治、非法入侵檢測、安全漏洞掃描等，采取只對特定的IP地址提供服務并按需開放端口原則，阻斷非法IP接入或攻擊；通過清洗系統(tǒng)對進出控制器的流量進行分析，一旦發(fā)現(xiàn)非法攻擊流量，立即引導非法流量到清洗部件。

3.3基礎設施層的應對策略

基礎設施層的網(wǎng)絡設備或鏈路故障，會造成部分業(yè)務中斷，故障發(fā)生后，SDN控制器會根據(jù)網(wǎng)絡變化情況，重新進行路由計算并生成新的流表下發(fā)給在線運行的網(wǎng)絡設備，實現(xiàn)網(wǎng)絡收斂。在設計網(wǎng)絡節(jié)點時采用傳統(tǒng)的設備冗余、鏈路冗余技術，部署IP FRR快速重路由，一旦節(jié)點故障發(fā)生，網(wǎng)絡設備在沒有控制器控制下也能自動完成路徑切換。適當加大資源冗余度，以輕載為主，鏈路帶寬利用率控制在50%以下。防范非法侵入網(wǎng)絡設備產生的故障，采取管理控制網(wǎng)絡與公網(wǎng)隔離，對遠程登錄進行嚴格設置和身份認證。

四、SDN可靠性可用性策略在實際網(wǎng)絡部署中的應用

中國電信廣西公司從2014年以來，積極推進SDN網(wǎng)絡的試點工作，在實際SDN試點網(wǎng)絡部署中綜合考慮以上可靠性可用性策略，采用如圖4的方式部署：

應用層和控制層的軟件使用云資源池分配的虛擬機來承載，同時在異地機樓云資源池上部署備用系統(tǒng)。應用層和控制層的虛擬機各自獨占一個VLAN與云資源池中的其它網(wǎng)絡進行隔離。這些虛擬機獨占物理設備不與其他用戶分享。SDN控制器采用熱備份部署。

SDN控制器與網(wǎng)絡設備的通信鏈路，采用帶外管理控制網(wǎng)絡和帶內控制通道相結合的方式。

基礎設施層采用設備、鏈路冗余配置。

在控制層部署防火墻、入侵檢測設備和流量清洗系統(tǒng)，保障SDN控制器的安全。

通過在SDN試點網(wǎng)絡進行了專線業(yè)務開通、業(yè)務流量優(yōu)化、新業(yè)務開發(fā)和部署、模擬攻擊、設備主備倒換等一系列實驗，各項業(yè)務功能達到了預期效果，網(wǎng)絡可靠性可用性也達到商用的要求。

五、結束語

SDN網(wǎng)絡架構具有傳統(tǒng)網(wǎng)絡無可比擬的優(yōu)勢，雖然SDN網(wǎng)絡的可靠性可用性相對于傳統(tǒng)分布式IP網(wǎng)絡而言，還有一些差距，但是可以通過以上的策略來提升SDN網(wǎng)絡的可靠性可用性，從而使SDN網(wǎng)絡達到可商用的目的。

參 考 文 獻

[1]閆長江，吳東君，熊怡 .SDN原理解析―轉控分離的SDN架構[M].北京：人民郵電出版社，2016

篇（2）

中圖分類號：TP274文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2012)01-0022-02

該文基于某單位運行使用的特種設備監(jiān)管系統(tǒng)、產品質量管理系統(tǒng)、遠程視頻會議系統(tǒng)、舉報投訴系統(tǒng)和機房遠程管理系統(tǒng)的基礎上，就系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的高可用性問題進行深入分析。為了實現(xiàn)7×24小時不間斷服務的目標，我們認為可以采用VRRP協(xié)議、OSPF協(xié)議等實現(xiàn)路由冗余，采用STP協(xié)議，以及Link-aggregation協(xié)議則可實現(xiàn)鏈路冗余。這些技術的運用可以確保數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡的高效與穩(wěn)定。

1網(wǎng)絡協(xié)議技術的應用

隨著互聯(lián)網(wǎng)與局域網(wǎng)技術的不斷普及與發(fā)展，恢復性以及冗余性問題已經(jīng)成為了局域網(wǎng)領域中的關鍵問題之一。為了解決好這些問題，IETE制定了虛擬路由協(xié)議，簡稱VRRP。VRRP協(xié)議是一種容錯性協(xié)議，改協(xié)議應用于靜態(tài)配置缺省網(wǎng)關上的第三次交換機以及路由器上。對于依賴廣域網(wǎng)接入的靜態(tài)配置缺省網(wǎng)關而言，這種接入方式以及訪問方式無法滿足其他局域網(wǎng)的終端系統(tǒng)要求，而VRRP協(xié)議的缺省性容錯能力，則能夠有效地提升網(wǎng)絡信息的交換速度，因此其被廣泛地運用于大型的網(wǎng)絡之中，從而保證第三層交換的冗余備份[2]。

開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議，簡稱OSPF協(xié)議是一種基于SPF算法的路由協(xié)議，同時也是一種典型的鏈路狀態(tài)路由協(xié)議。路由域是一種自治系統(tǒng)，其主要的功能是根據(jù)相應的路由政策以及路由協(xié)議進行網(wǎng)絡信息的交換以及處理。在這個系統(tǒng)中，所有的OSPF路由器所承擔的自制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫都是相同的，同時在該數(shù)據(jù)庫存儲著該路由域中所需要的鏈接狀態(tài)信息。OSPF路由器會根據(jù)數(shù)據(jù)庫內存儲的信息計算出其所需要的路由表信息。其作為一種鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議，其能夠以鏈路狀態(tài)的方式將廣播數(shù)據(jù)包傳遞到所有的路由器上，并且這些信息也會被路由器所保存。一旦某個節(jié)點發(fā)生故障，則其他路由器內的信息則會被調用出來，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡的重建。

后者是將部分或是全部的路由表傳遞給與其相鄰的路由器。OPSF的運用增強了網(wǎng)絡的可擴展性以及穩(wěn)定性，但是我們在研究的過程中也發(fā)現(xiàn)其存在一定的問題。例如數(shù)據(jù)庫的溢出問題，MTU協(xié)商問題，以及度量的刻畫問題。但是，不可否認的是OPSF的確是一種功能強大的動態(tài)路由協(xié)議技術。

生成樹協(xié)議，簡稱為STP，其被廣泛運用于環(huán)路網(wǎng)絡之中。STP的功能是建立起一個無環(huán)路的樹型網(wǎng)絡，這種網(wǎng)絡結構與環(huán)路網(wǎng)絡結構最大的區(qū)別是其不會產生報文的無限增值以及無限循環(huán)。STP的基本原理是將特殊的協(xié)議的報文，在不同的交換機之間傳遞，從而確定網(wǎng)絡的拓撲結構。這種特殊的協(xié)議報文在IEEE802.ID中又被稱為是配置消息。這種配置消息中存在著能夠卻表交換機實現(xiàn)生成樹計算所需要的信息，樹型計算也就是樹型網(wǎng)絡的基本運算方式，可以避免網(wǎng)絡中出現(xiàn)大面積的廣播風暴，以及報文的死循環(huán)，從而造成網(wǎng)絡的癱瘓，同時網(wǎng)絡鏈路能夠根據(jù)網(wǎng)絡環(huán)境的變化而變化，以避免自動連接的失敗。

因此STP協(xié)議的運用，能夠增加網(wǎng)絡的自我恢復彈性，增強網(wǎng)絡的穩(wěn)定性以及功能性。

2數(shù)據(jù)中心與高可用性網(wǎng)絡的實現(xiàn)

基于上述介紹的集中冗余技術，數(shù)據(jù)中心基本可以實現(xiàn)網(wǎng)絡的高可用性以及穩(wěn)定性，同時消除或是部分消除了單點故障對于網(wǎng)絡的影響。以下我們將說明這幾種技術在具體操作中的情況[3-4]：

2.1 VRRP技術鏈路備份功能的運用

VRRP協(xié)議可以將系統(tǒng)中的兩臺核心交換機組組成為一臺虛擬路由器，這樣的路由器又被稱為VRRP組路由器，這種虛擬路由器共有虛擬缺省網(wǎng)關地址。這種虛擬路由器具有一定的互斥性，對外它們表現(xiàn)為一個IP地址，或是MAC地址，但是內部它們是獨立的。因此VRRP協(xié)議會將其中的一臺作為主控路由，而另一臺作為備份路由。主控路由主要負責ARP協(xié)議，并且負責轉發(fā)IP數(shù)據(jù)包。備份路由器的作用是當主控路由器發(fā)生故障時，備份路由器將在延時數(shù)秒后將成為主路由。由于VRRP的廣播間隔為一秒，因此延時可以減少廣播兩，從而減少網(wǎng)絡的負擔，有利于網(wǎng)絡功能的迅速恢復。但是，延長的時間不能過度，必須根據(jù)網(wǎng)絡的實際情況。

2.2 OSPF鏈路冗余以及負載分擔功能的運用

OSPF的主要功能是動態(tài)生成路由器的內核路由表，路由表通過計算能夠確定網(wǎng)絡的目標地址、鏈路代價、鏈路類型等。完整的OSPF計算的主要分為五個步驟：

1）保存當前路由表。如果當前路由表出現(xiàn)無效情況時，路由表必須重新建立。

2）域內路由的計算。主要是通過Dijkstra算法在路由器網(wǎng)絡中建立起最短路徑樹。

3）域內路由的計算。一般而言，只需要檢測主干域的Summary-LSA，從而確定路由器所連接的域的數(shù)量。

4）檢測Summar-LSA：檢測Summar-LAS的目的是查看一個或是多個傳輸域的邊界或是域邊界的路由器，以確定是否存在著比之前更為適合的路徑及其數(shù)量。

5）自動系統(tǒng)外部路由的計算。OSPF生成路由表，SA計算目的在AS外的路由，查看AS-Extenal。但是，OSPF所生成的路由表，并不用于路由器中的內核路由表，因此仍舊需要通過路由增強功能以及完成與內核路由表的交換，才能夠實現(xiàn)多種路由協(xié)議的工作。

2.3 STP協(xié)議功能的運用

1）STP協(xié)議能夠建起了一個動態(tài)的拓撲網(wǎng)絡結構，在這個結構中STP根據(jù)LAV的設備要求以及鏈接狀況分配其所需要的鏈接信息。數(shù)據(jù)庫會根據(jù)指定的橋接器及其端口發(fā)出指令，非指定端口則會被過濾，因而不會影響到數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性。非指定端口只能接受BPDU數(shù)據(jù)，除此之外的信息將無法被接受。STP建立的動態(tài)拓撲網(wǎng)絡能夠將每個橋接器進行路由標識，由于橋接器與端口是對應，也就意味著每個端口也可以被標識，因而STP能夠計算出橋接器與端口之間的最小路徑值，從而確定端口與橋接器的配置。橋接器啟動后，便可以向與其相連的網(wǎng)段發(fā)送BPDU數(shù)據(jù)。在接收到到相應的數(shù)據(jù)之后，該網(wǎng)段便能夠時間數(shù)據(jù)交換。BPDU數(shù)據(jù)中包含了橋接器的信息以及與其他橋接器交換所得的信息。

STP的基本功能如下：首先，STP算法可以通過比較不同橋接器的標識，從而確定根橋接。并且計算橋接端口，從而確定根橋接的路徑值。根橋接的路徑值一般是整個網(wǎng)絡中，所有橋接器路徑值中最低的。一般而言，每個網(wǎng)絡中都會設有一個根橋接器，而根橋接器都會相應設有一個根端口，BPDU數(shù)據(jù)則會通過指定端口傳輸，從而確保了穩(wěn)定性與準確性以及高速性。如果存在兩個或是兩個以上的端口，STP將自動比較其中那個端口的與所在的橋接器更為匹配。

2）STP的配置以及拓撲信息的。上述算法主要通過BPDU在不同橋接器的交換來實現(xiàn)。BPDU數(shù)據(jù)發(fā)送的方式比較特殊，由于每一個橋接器都將其自身默認為根根橋接器，因此，BPDU的數(shù)據(jù)也被視為是根數(shù)據(jù)，并且會定時向所有的LAN拓撲信息。橋接器接受信息后，會自動與其自身的配置信息比較，然后保存更為高級的拓撲信息。

3）重新配置STP。如果網(wǎng)絡的拓撲結構被確定了下來，那么橋接器的將監(jiān)聽到根橋接所處處的BPDU包。如果橋接器沒有收到相應的數(shù)據(jù)，那么該橋接器便會自動發(fā)送SNMP的trap數(shù)據(jù)，因為其會自動認為已經(jīng)失去了與根橋接的聯(lián)系。各個橋接器在接到了BPDU信息后，會從其緩存內查詢元拓撲結構的狀態(tài)信息，如果發(fā)現(xiàn)改信息的確不存在或是已經(jīng)被更改，則會重新配置STP的狀態(tài)，重新建立起拓撲結構。

3結束語

通過各種網(wǎng)絡協(xié)議建立起數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡管理，能夠有效地保障與提升網(wǎng)絡的可用性，在今后的工作中，我們將進一步探索這方面的技術，從而確保網(wǎng)絡的安全性以及穩(wěn)定性。

參考文獻：

[1]張軍峰.企業(yè)虛擬化數(shù)據(jù)中心平臺搭建及高可用性研究[J].中國科技信息,2010(13).

篇（3）

中圖分類號：0245 文獻標識碼：A

1 網(wǎng)絡應用軟件

網(wǎng)絡應用軟件分為靜態(tài)網(wǎng)絡軟件，簡單交互的網(wǎng)絡軟件以及復雜的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三類。靜態(tài)網(wǎng)絡軟件只是為了同公眾共享和信息，不與用戶發(fā)生信息交流和互動。第二類軟件可以使訪問者同網(wǎng)站擁有者進行交流，利用表單等來收集訪問者對提供的產品和服務的反饋信息。復雜的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以處理復雜的商業(yè)交易活動，是實現(xiàn)電子商務的基礎。應用軟件是建立在靜態(tài)或者動態(tài)的個人網(wǎng)頁基礎上，可以方便地對應用軟件的權限進行劃分，根據(jù)需要設置訪問者的訪問權限。

應用軟件的功能開發(fā)很容易根據(jù)開發(fā)者的意圖進行分解，一般網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫應用軟件由Web服務器、功能服務器以及數(shù)據(jù)庫服務器三個部分組成。在Web服務器上用戶端通過browser向Web 服務器提出查詢請求，Web服務器根據(jù)需要再向數(shù)據(jù)庫服務器發(fā)出數(shù)據(jù)請求；在功能服務器上完成響應的業(yè)務處理或復雜計算任務；數(shù)據(jù)庫服務器利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）對數(shù)據(jù)進行操作。

2 目前網(wǎng)絡應用軟件中常見的幾個安全問題

產生網(wǎng)絡安全問題的軟件層次，可以分成幾類：

操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡協(xié)議本身的缺陷所導致的安全問題；通信過程所導致的安全問題;應用軟件層所導致的安全問題。隨著網(wǎng)絡應用環(huán)境越來越復雜。

2.1 互聯(lián)網(wǎng)應用的復雜性

HTTP協(xié)議和HTML語言最初主要用于靜態(tài)網(wǎng)頁，隨著Web應用的發(fā)展，動態(tài)網(wǎng)頁在互聯(lián)網(wǎng)中成為了主流，服務器端和客戶端程序功能被擴充，特別是在電子商務應用中，要求通信雙方能夠互相識別,相應地引進了許多新的技術。

2.2 網(wǎng)絡應用軟件層的典型攻擊

如果服務器端使用了客戶輸入來構建操作數(shù)據(jù)庫的SQL語句，而又沒有對客戶端的輸入進行合法性驗證，惡意用戶可能提交一段數(shù)據(jù)庫查詢代碼，根據(jù)程序返回的結果，獲得某些他想得知的數(shù)據(jù)，甚至破壞數(shù)據(jù)庫的內容，即發(fā)生了SQL注入( SQL Inject ion)。SQL注入可以從正常的80端口訪問，而且表面看起來跟一般的Web頁面訪問沒什么區(qū)別，所以很多的防火墻都不會對SQL注入發(fā)出警報。

跨站點腳本( XSS，Cross Site Scripting)

相當多的網(wǎng)站必須以外來的輸入構建動態(tài)網(wǎng)頁，比如BBS、以網(wǎng)頁形式呈現(xiàn)的新聞組、拍賣網(wǎng)站等,攻擊者可以在BBS 上一條消息，在發(fā)送給受害者的電子郵件中嵌入HTML 文本，并且其中嵌入惡意的客戶端腳本代碼。

跨站點追蹤( XST，Cross Site Tracing)

前面提到，跨站點腳本攻擊常常利用站點“返回請求信息”這個特性，跨站點追蹤可以看成是這種情況的衍生物，它利用了HTTP 協(xié)議族中的TRACE 命令。T RACE 要求服務器回送客戶端通過HTTP 請求發(fā)送到服務器的信息，通常用來調試和連接狀況分析。所以應當在服務器投入運行以后，及時關閉T RACE 響應。

會話疊置(Session Riding)

正常情況下服務器與客戶瀏覽器之間會話時，Session ID 在每次客戶瀏覽器向服務器發(fā)出請求時，自動隨之送到服務器。攻擊者利用跨站點腳本能夠竊取保存在cookie中的Session ID，并取代原來的用戶與服務器會話，把合法用戶被拒絕在會話之外，這種攻擊稱為會話劫持( Session Hijacking）。

3 網(wǎng)絡應用軟件可靠性的設計方法

3.1 系統(tǒng)高可用性設計

3.1.1 意圖和動機

HA( high availability pat tern) 模式的意圖是定義一種一對一或一對多的關系，監(jiān)控對方的狀態(tài)，當一個對象出現(xiàn)失效，激活與之相對應的另一個對象。

網(wǎng)絡信息系統(tǒng)的可用性通常在兩種情況下會受到影響，一種是系統(tǒng)宕機、錯誤操作和管理引起的異常失?。涣硪环N是由于系統(tǒng)維護和升級，需要安裝新的硬件或軟件而正常關機。高可靠性軟件必須為這兩種情況提供不間斷的系統(tǒng)服務。

除了運行高可靠性軟件來構成高可靠性系統(tǒng)之外，在網(wǎng)絡應用軟件本身之中加入高可靠性的一些性能也能使網(wǎng)絡軟件自動檢測系統(tǒng)的運行狀態(tài)，在一臺服務器出現(xiàn)故障的情況下，自動地把設定的服務轉到另一臺服務器上，這樣就不需要購買或者重新開發(fā)一套HA 軟件。

3.1.2 系統(tǒng)結構

HA 模式的關鍵思想就是引入一個HAD etect的抽象類來管理網(wǎng)絡應用的運行狀態(tài)。

3.1.3 安全結構系統(tǒng)的實現(xiàn)

每一個連接構成一個相關的HAD etect抽象類. 首先定義這個類及Interfaces類。其中Interfaces類中的友類Heartbeat、Takeover 和Service Management 的定義和實現(xiàn)，這里不作祥述.它們包括：判斷接口的類型、使用socket 管理連接、服務配置管理、啟動與停止管理等。

在整個實現(xiàn)過程中核心是一個通信連接的建立，用以檢測網(wǎng)絡應用狀態(tài)的改變，在這個通信過程中完成失效檢測和業(yè)務接管。根據(jù)這個狀態(tài)的改變調用Interfaces 類中不同友類中的相應方法，系統(tǒng)通信連接主要有6 個狀態(tài)。

3.1.4 安全結構系統(tǒng)的應用

將所設計的HA 軟件模式，應用到一個實際的網(wǎng)絡認證計費系統(tǒng)中。對于計費系統(tǒng)來說，保證它的穩(wěn)定可靠運行是至關重要的，一旦系統(tǒng)某個節(jié)點出錯，將造成無法挽回的損失。計費系統(tǒng)運行的基本流程是：用戶登錄，接入服務器將登錄信息送到認證服務器Radius Server 上進行認證，如果認證通過,則授權用戶，用戶開始使用網(wǎng)絡。同時實時計費系統(tǒng)為用戶的流量或時間進行計費(取決于不同的資費策略)，并寫入數(shù)據(jù)庫中，直到用戶斷網(wǎng)。在這個系統(tǒng)中,需要考慮高可用性的環(huán)節(jié)主要有3個：認證服務器、計費服務器和數(shù)據(jù)庫服務器。

結束語

網(wǎng)絡應用軟件是電子商務的基本成分，一個成功的網(wǎng)絡軟件的設計和實行需要構筑一個高可用性的網(wǎng)絡環(huán)境，還必須有高可用性的網(wǎng)絡。網(wǎng)絡的可用性是系統(tǒng)密不可分的一個部分，這必須對網(wǎng)絡管理的高可用性進行深入研究，使高可用性設計模式得到更廣泛的應用。

篇（4）

一、引言

計算機技術的迅猛發(fā)展，大學、中學以及小學基于局域網(wǎng)的校園辦公和基于Internet的應用也逐漸增多，對校園網(wǎng)絡的可靠性提出了越來越高的要求，網(wǎng)絡中的核心設備對保證校園網(wǎng)絡的正常工作非常重要，如果保證了核心網(wǎng)絡設備的可靠性，就基本保證了校園網(wǎng)絡的可靠性。

二、目前校園網(wǎng)絡的可靠性現(xiàn)狀

網(wǎng)絡可靠性也稱網(wǎng)絡的可用性，使用平均故障間隔MTBF(Mean Time Between Failure)和無故障工作時間兩個參數(shù)來衡量，平均故障間隔越小且無故障工作時間越長，該網(wǎng)絡設備的可靠性就越高。不同的行業(yè)對可靠性的要求不同，一般的網(wǎng)絡，暫時中斷不影響使用，而對網(wǎng)絡依賴程度比較高的電子商務和金融行業(yè)來說，網(wǎng)絡的中斷就意味著經(jīng)濟利益受損。網(wǎng)絡可靠性的研究探討，意義重大。

網(wǎng)絡設備的投資在網(wǎng)絡建設中占有相當大的比例，高檔的、可靠性高的網(wǎng)絡設備往往價格不菲。由于資金的因素，一般規(guī)模的校園網(wǎng)建設中，不可能配備高檔的設備。網(wǎng)絡的可靠性需要設備本身的可靠程度來保證。通常情況是，用一臺和工作設備相同配置的網(wǎng)絡設備作為冷備。工作設備出現(xiàn)問題時，將冷備的設備接入網(wǎng)絡，恢復通訊，這種方案，網(wǎng)絡中斷的時間一般在十幾分鐘左右，不能滿足校園網(wǎng)絡可靠性的要求，現(xiàn)在學校的大部分的工作都通過網(wǎng)絡進行，學生學籍管理、教務管理、教師簽到、學校辦公、網(wǎng)絡招生等，十幾分鐘的網(wǎng)絡中斷也會使正常的日常工作變得混亂，尤其是網(wǎng)絡招生工作，網(wǎng)絡中斷更是后果嚴重。如果對所有網(wǎng)絡設備進行更新，購買高可靠性的核心層次設備(通常是有兩個主控板，另一塊板卡做備份，網(wǎng)絡可以在幾秒鐘之內恢復工作)是一種很好的可靠性解決方案，但是從資金投入的角度來說，目前多數(shù)學校不具有如此的經(jīng)濟承受能力。本著保護現(xiàn)有投資的角度考慮，可以采用廉價冗余的思路，在可靠性和經(jīng)濟性方面找到平衡點。

三、VRRP協(xié)議綜述

什么是VRRP協(xié)議?

虛擬路由冗余協(xié)議(VirtuaI Router Redundancy Protocol，簡稱VRRP協(xié)議。在該協(xié)議中，一對路由設備協(xié)同工作，對終端IP設備的默認網(wǎng)關(DefauIt Gateway)進行冗余備份，當一臺路由設備宕機時，備份路由設備及時接管轉發(fā)工作，向用戶提供透明的切換，起到提高網(wǎng)絡可靠性的作用。

VRRP協(xié)議的重要概念

在VRRP協(xié)議中，有兩組重要的概念：VRRP路由器和虛擬路由器；主控路由器和備份路由器。VRRP路由器是物理實體，虛擬路由器是VRRP協(xié)議創(chuàng)建的，是邏輯概念。一組VRRP路由器協(xié)同工作構成一臺虛擬路由器，具有唯一固定lP地址和MAC地址。一個VRRP組中的路由器具有兩種互斥的角色：主控路由器和備份路由器。一個VRRP組中只有一臺處于主控角色的路由器，可以有一個或者多個處于備份角色的路由器。使用選擇策略從路由器組中選出一臺作為主控，負責ARP相應操作和轉發(fā)IP數(shù)據(jù)包，組中的其它路由器作為備份的角色處于待命狀態(tài)。當主控路由器發(fā)生故障時，備份路由器能在幾秒鐘的時延后升級為主路由器。此切換非常迅速而且不用改變IP地址和MAc地址，對終端使用者是透明的。

vRRP協(xié)議工作原理

篇（5）

1 礦用調度通信網(wǎng)絡建設的系統(tǒng)選型

傳統(tǒng)的礦用調度通信方法，是應用電纜通信和光纖通信的手段，這兩種監(jiān)測監(jiān)控方式需要通過復雜的布線，不僅難度大，而且成本高，一直以來都不能滿足礦山生產和安全管理的礦用調度通信需求。為此，筆者認為有必要對礦用調度通信網(wǎng)絡系統(tǒng)進行重新選型。礦用調度通信網(wǎng)絡系統(tǒng)必須滿足功耗小、體積小、應用方便、信號覆蓋面廣、抗干擾能力強、成本費用低等。為了適應礦山的礦用調度通信需求，這種類型系統(tǒng)的結構要安全可靠，而且技術先進，同時具備系統(tǒng)開放性、設備可擴展性、價格經(jīng)濟性的基本條件。鑒于礦山的復雜環(huán)境，在礦山惡劣生產環(huán)境影響下仍然能夠安全生產，并且滿足礦山近期和遠期的產品發(fā)展技術升級需求，需要在礦山生產規(guī)模擴大的同時，預留一定的擴展空間。以上礦山的危險性因素，要求礦用調度通信網(wǎng)絡系統(tǒng)在選型的時候，進行無死角全方位監(jiān)控，筆者認為可采用視頻監(jiān)控、環(huán)境參數(shù)監(jiān)控、關鍵設備監(jiān)控、地壓監(jiān)控等礦用調度通信方式，全盤掌控礦山生產相關的炸藥室、提升運輸系統(tǒng)、風速、風壓、溫度、風機等情況。以此為依據(jù)，系統(tǒng)的監(jiān)測監(jiān)控要求具備綜合性能力，譬如礦井，考慮到布線的復雜性和設備安裝維護的成本費用較高，采用Zigbee無線通訊技術通信系統(tǒng)，將礦井采集終端的數(shù)據(jù)，通過無線傳輸?shù)姆绞?，分別傳送到地面監(jiān)控分站和井下監(jiān)控分站，經(jīng)綜合整理之后，通過光纖傳輸?shù)焦舛藱C，最后監(jiān)控中心將信息經(jīng)過整理后，以監(jiān)控大屏幕、打印機、互聯(lián)網(wǎng)遠程監(jiān)控的方式，實時展示出來。這種礦用調度通信方式的即時性特征非常明顯，而且信息的處理速度快，在目前國內外很多礦山開發(fā)中被廣泛應用。

2 礦用調度通信網(wǎng)絡系統(tǒng)建設的方法

為了提高礦用調度通信網(wǎng)絡系統(tǒng)在礦山開發(fā)中的應用水平，筆者認為有必要對相關應用方法進行捋順，在設計好系統(tǒng)通信網(wǎng)絡控制點之后，布置好通信網(wǎng)絡基站，以及做好通信網(wǎng)絡系統(tǒng)的安裝維護工作。

2.1 礦用調度通信網(wǎng)絡控制點

首先是視頻調度通信網(wǎng)絡系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要用于監(jiān)控提升系統(tǒng)、關鍵地點、有害系統(tǒng)，通常安裝在井口調度室、提升絞車房、井口、井底、調車場、炸藥室、采場入口等，這些地點的事故發(fā)生率高，而且傷害程度高，其中提升系統(tǒng)和關鍵地點視頻通信網(wǎng)絡控制點設計的要求是能夠確保系統(tǒng)性能的穩(wěn)定，而且不影響監(jiān)控通信的清晰度，在光線不足的情況下，能夠自動啟動夜視功能，而有害氣體的視頻通信網(wǎng)絡控制點布設要求是能夠24小時不間斷監(jiān)測有害氣體的濃度，并且在達到安全濃度之前，自動發(fā)出報警信號。其次是環(huán)境參數(shù)動態(tài)調度通信網(wǎng)絡系統(tǒng)。這種系統(tǒng)主要監(jiān)測風速、風壓、溫度，應用于回風港、測風站、終端采場、炸藥庫等，其中風速和風壓的通信網(wǎng)絡控制點布設，是將風速傳感器布置在采區(qū)無分支風流和無拐彎位置，其參數(shù)是CO濃度0.0024%、CO2濃度為為0.5%、風速小于0.15m/s，而溫度通信網(wǎng)絡控制點是將傳感器垂直懸掛在與頂梁和巷子壁一定距離的位置，而且不能夠影響框架作業(yè)的行人和行車安全，其參數(shù)是室內溫度保持34℃。再次是關鍵設備調度通信網(wǎng)絡系統(tǒng)，包括開關量和水位，前者主要監(jiān)控風機、水泵、提升系統(tǒng)等設備的開關，其布設的基本原則是能夠實時監(jiān)控設備運行狀況，并且能夠在發(fā)生緊急情況之后，自動發(fā)出聲光兼?zhèn)涞膱缶盘?，而后者主要監(jiān)控對象是井下水倉的水位，通過控制水泵開關，旨在掌握水倉水位的情況，其基本參數(shù)不能夠超過警戒水位。最后是地壓調度通信網(wǎng)絡系統(tǒng)。主要用于應力監(jiān)測和位移監(jiān)測，應力監(jiān)測根據(jù)礦井下的生產情況，譬如采掘作業(yè)的工作面頂板、間柱、圍巖等位置，實施監(jiān)控采掘范圍的變化情況，其參數(shù)是應力值大于臨界值，而位移監(jiān)測是在采掘過程中，為防止中段大范圍頂板冒落，將礦用調度通信網(wǎng)絡系統(tǒng)安裝于采掘區(qū)域，對變動位移值進行監(jiān)測。

2.2 礦用調度通信網(wǎng)絡基站布置

首先是安全礦用調度通信網(wǎng)絡系統(tǒng)中心基站，設置在行政辦公樓的調度指揮中心調度室，一般需要具有高性能水平，而且穩(wěn)定性相對比較高的PA工控機2臺，其中一臺用于活動監(jiān)測，另外一臺用于備份。在礦井作業(yè)的同時，將礦井的信息通過系統(tǒng)的共享和遠程傳輸功能，傳送到安全監(jiān)控中心站，生成數(shù)據(jù)、報表和圖形，以供礦用調度通信人員展開礦井安全信息的分析，判斷礦井作業(yè)的安全狀況。其次是地面礦用調度通信網(wǎng)絡系統(tǒng)分站，即在地面通風機房監(jiān)控室、地面生產系統(tǒng)控制室等，設置地面分站，通過單元傳輸?shù)慕涌?，形成覆蓋面廣的礦井安全監(jiān)控調度通信系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，是礦井作業(yè)規(guī)模擴大之后必須設立的調度通信網(wǎng)絡系統(tǒng)分站。再次是井下礦用調度通信網(wǎng)絡系統(tǒng)分站，設置于井底車場等位置，與傳感器的距離保持在300m以內，而且要方便工作人員的調試、檢驗和觀察，分站位置干燥和無雜物，可以采用支架方式安裝，也可以吊掛在巷道中。最后是礦用調度通信網(wǎng)絡系統(tǒng)的應用，離不開科學的安裝維護，需要安排專業(yè)的檢查維修人員進行定期維護，包括井下各個傳感器、聲光報警器、系統(tǒng)傳輸信號電纜、地面通訊線路等，而且礦井內要安排24小時的值班人員，負責每天對礦井生產礦用調度通信網(wǎng)絡系統(tǒng)運行情況的檢查，控制系統(tǒng)存在的誤差，以及協(xié)助安全監(jiān)控調度通信網(wǎng)絡部門進行故障排除。

篇（6）

[中圖分類號]G40―057

[文獻標識碼]A

[論文編號]1009―8097(2009)13―0182―02

一　引言

為使高等教育自學考試事業(yè)進一步發(fā)展，2000年起全國高等教育考試指導委員會辦公室決定在浙江省建立自考學習資源建設實驗區(qū)。隨后，全國考辦又在山東省、遼寧省、吉林省、江西省、福建省、湖南省、四川省、重慶市建立第二批自考學習資源建設實驗區(qū)，推進學習資源網(wǎng)絡化建設的步伐。網(wǎng)絡課件是基于瀏覽器／服務器模式開發(fā)、能在互聯(lián)網(wǎng)上的課件。網(wǎng)絡課件不僅可以進行人機通訊，還支持人際通訊，并且把二者有機結合起來，使學習者能夠實現(xiàn)自主學習和協(xié)作學習。因此，網(wǎng)絡課件成了學習資源建設的重要組成部分，各實驗區(qū)都投入了大量人力物力，用于開發(fā)網(wǎng)絡課件。

目前，全國的自學考試網(wǎng)絡課件存在兩種模式，一是以華夏大地教育網(wǎng)為代表的付費模式，由專門的企業(yè)開發(fā)網(wǎng)絡課件，提供統(tǒng)一的界面風格和全面的教學內容，使用者按課程付費：二是以各省自考辦官方網(wǎng)站為主的免費模式，由主考學?；蚱渌咝＝處熼_發(fā)，為考生提供免費開放的服務。

下面就浙江省自考辦組織省內多所高校自開發(fā)的101門自學考試網(wǎng)絡課件的形式和內容做初步的分析和調查，了解自學考試網(wǎng)絡課件的形式、內容和績效，以期為自學考試主管部門開展在線助學提供決策依據(jù)。

二　自考網(wǎng)絡課件模塊分析

此次調查的101門網(wǎng)絡課件由多所大學和浙江省自考辦共同研發(fā)，課程涵蓋了教育學、經(jīng)濟學、工學、理學、醫(yī)學、文學、法學、管理學等8個門類。第一期立項建設的35門課程，界面和功能模塊沒有統(tǒng)一標準，全由課程建設者自由設計，呈現(xiàn)了五彩繽紛的多種風格。后期立項建設的66門課程采用一式一樣的模板，形式上趨于單調和統(tǒng)一，課件的署名全為“浙江省自考辦”。

35門課程中有三門課程無法訪問，我們對其他32門課程的模塊做了統(tǒng)計和分析：

(1)模塊設置多樣化。所有課件都有“學習指導”(或課程內容)模塊；47％課件有“課程介紹”模塊：44％課件有“習題解答”模塊；38％課件有“同步練習”模塊：75％課件有“仿真試題”模塊；41％課件有“教學大綱”模塊；63％課件有“參考資料”模塊；19％課件有“幫助”或“學習指導”模塊；25％課件有“相關資源”模塊；13％課件有“教師介紹”或“制作群”模塊；25％課件有“實驗指導”模塊；16％課件有隨機抽題的“在線測試”模塊：19％課件有“論壇”模塊：13％課件有“其他工具”模塊。

(2)每門課程擁有的模塊數(shù)參差不齊。2門課程只有2個模塊；7門課程有3個模塊；7門課程有4個模塊；3門課程有5個模塊；2門課程有6個模塊；3門課程有7個模塊；4門課程有8個模塊；l門課程有9個模塊；2門課程有10個模塊。

鑒于以上統(tǒng)計，不難發(fā)現(xiàn)50％的課程的模塊數(shù)少于等于4。從模塊數(shù)量可以想象到課程的內容，也就是說50％的課程內容不多，網(wǎng)絡課件開發(fā)的深度不夠。在此背景下，浙江省自考辦推行模板化的網(wǎng)絡課件開發(fā)，開發(fā)了后續(xù)的60門課程。統(tǒng)一模板的66門課程，主要包含課程介紹、學習指導、參考資料、在線測試、友情鏈接、網(wǎng)絡論壇、其他課件、工具、幫助中心等模塊。

三　自考網(wǎng)絡課件內容與效用分析

在這101門網(wǎng)絡課件中，有65門曾經(jīng)有過瀏覽量統(tǒng)計，我們試圖根據(jù)瀏覽量統(tǒng)計分析網(wǎng)絡課件的內容和效用。瀏覽量超過10000的10門課程中，有5門是使用統(tǒng)一模板的，5門自由設計模塊。

下面我們分析排名在前五名的網(wǎng)絡課件。

《心理學》人氣排名第一，自由設計了4個模塊：課件學習、練習題庫、考試大綱和參考書目。“學習指導”提供了每章的“學習目的和要求”、“課程內容”、“考核知識點”和“考核要求”，具體到節(jié)僅梳理了每節(jié)的概念和主要內容?！熬毩曨}庫”只有問答題，且無答案。因此內容并不豐富。

《公共關系學》。是人氣指數(shù)排名第二的網(wǎng)絡課件。它有十多個模塊：教師簡介、課程介紹、學習指導、自我測試、仿真試題、教學大綱、參考資料、復習提綱、論壇、學科前沿和其他工具等，是自行設計的網(wǎng)絡課件中模塊數(shù)最多的課件之一。課件分三階段設計教學內容，學習階段、復習階段和高級階段，這是101門課程中的唯一?！皩W習指導”模塊在所有的網(wǎng)絡課件中都存在，但具體的表現(xiàn)形式并不一樣。在《公共關系學》中，具體到某個章節(jié)的學習通常由“教學目的和要求”、“學習方法”、“教學內容”、“內容要點”、“本章小結”、“關鍵術語”、“疑難解析”等組成。我們把別的課件中沒有的不少功能列為“其他工具”模塊。比如：它提供的學習計劃――“自學周歷”――方便了自考學生制訂學習計劃，“書簽管理”則方便了學習過程的記錄。“其他工具”中還包括名詞搜索、文字字號放大縮小、打印等實用功能。因此《公共關系學》網(wǎng)絡課件無論是內容和形式都有獨到之處。這是這批網(wǎng)絡課件中注重設計的典范。

《數(shù)據(jù)結構》網(wǎng)絡課件人氣指數(shù)達到30982，在工科類課程中排名第一，總排名第三?！稊?shù)據(jù)結構》作為一門計算機專業(yè)的核心課程，由于其專業(yè)性較強，對學生的數(shù)學能力和程序設計能力均要求較高，再加上自學考試本身的特殊性，所以本門課程往往是計算機專業(yè)學習的重點和難點。這門網(wǎng)路課件除了有以上提到的諸類基本模塊外，其特點在于增加了“重點章節(jié)選讀”、“精彩頻道導讀”、“學習頻道”、“課件頻道”、“實驗解答”、“課件下載”等特色模塊，該課件以章節(jié)講解為主線，輔之以“重點章節(jié)選讀”和“精彩頻道導讀”兩個模塊，使講解的重難點更加突出，也更有利于學生掌握。此外本課件還提供“學習頻道”、“課件頻道”和“課件下載”，擴展了學生的眼界，方便了學生的學習。

《市場營銷學》人氣排名第四，是統(tǒng)一模板的網(wǎng)絡課件。“學習指導”模塊中內容極為簡單，僅梳理了各章節(jié)的提綱。“參考資料”模塊中的“本章指導”未深入到各節(jié)，內容也較簡單?！巴骄毩暋迸c“在線測試”由于系統(tǒng)問題，無法呈現(xiàn)內容。

《英語翻譯》人氣排名第五，是統(tǒng)一模板的網(wǎng)絡課件，內容表現(xiàn)也不佳?！皩W習指導”模塊中沒有統(tǒng)一的內容形式，大部分單元只提供了課文的解說，信息量太少。而真正學習指導的內容，放到了“參考資料”模塊中了，與其他統(tǒng)一模板的課件有相同的通病，學習指導無法深入到節(jié)。

因此我們認為：相應專業(yè)的考生人數(shù)是影響網(wǎng)絡課件人氣的第一因素，內容設計是影響網(wǎng)絡課件人氣的第二因素。

從85％的課件不足萬人的瀏覽量中說明我省自考生使用--網(wǎng)絡課件的積極性沒有得到發(fā)揮。原因有：現(xiàn)有的網(wǎng)絡課

件管理與維護力量不足，無內容更新，許多內容出錯，論壇和部分在線測試功能無法使用；網(wǎng)絡課件的使用需要宣傳與引導，特別是在自考助學單位中，可以把網(wǎng)絡課件做為課堂教學的有益補充，以提高網(wǎng)絡課件的效用。

四　自學考試網(wǎng)絡課件的共同特征

在對第一期的30多門自考網(wǎng)絡課件進行深入細致分析的基礎上，發(fā)現(xiàn)浙江省自考網(wǎng)絡課件建設的一些共同特征：

(1)幾乎所有的網(wǎng)絡課件都重視教學內容的講解，且內容皆按課本章節(jié)順序編排。根據(jù)專業(yè)不同，使用多媒體技術呈現(xiàn)知識內容，有圖文并茂的、有使用Flas的、有使用視頻點播的，還有使用語音講解技術的。

(2)網(wǎng)頁的設計在布局、風格、色彩、鏈接、超文本等諸方面已相當專業(yè)化，基本不存在什么技術問題。

(3)學科特點非常突出，不同學科在模塊設計、技術實現(xiàn)，及內容安排上皆能、突出學科優(yōu)勢、符合學科特點。比如，語言學科能為學生提供大量的聽、讀訓練和情景對話；工科則利用各種圖片、虛擬現(xiàn)實技術、Flas等演示與講解原理與過程，并提供實驗指導；醫(yī)學的提供各種病理圖片、體內器官動畫，藥劑配方圖表等。

(4)不足之處在于50％的課件開發(fā)深度不足，提供的內容信息量太少。大多網(wǎng)絡課件只重視人機交互，不重視人際交互，沒有提供協(xié)作學習的功能。

對后期的60多門自考網(wǎng)絡課件進行深入細致分析，得出如下共同特征：

(1)網(wǎng)絡課件使用統(tǒng)一模版后，界面統(tǒng)一了。方便了學習者搜索信息。

(2)文科類的課程有了統(tǒng)一的內容要求，普遍提高了內容建設的深度。

(3)論壇用于幫助學員之間、師生之建立協(xié)作，構建學習共同體。

(4)不足之處：不同課程的內容差異性是普遍存在的，由于模板設計不靈活，無法解決個性化問題，因此許多模塊形同虛設，甚至根本就不能使用；模板限制了信息的呈現(xiàn)方式，大量內容的呈現(xiàn)以文字和圖片為主，存在文字教材搬家的現(xiàn)象。因此與第一期開發(fā)的網(wǎng)絡課件一樣，有50％課件開發(fā)深度不足。

五　思考與建議

對于絕大多數(shù)的自考生來說，他們并不是現(xiàn)行教育體制中的優(yōu)秀者，他們在中等教育階段獲得的學習能力和學習習慣并沒有為在線學習作好充分的準備。因此在線學習中的“學習指導”就顯得非常的重要，它是影響網(wǎng)絡課件效用的關鍵因素之一。我省自考學生不少，自考助學單位也不少，但在助學過程中能積極引導學生利用目前已有的網(wǎng)絡課件的不多。因此，既要加大現(xiàn)有資源的宣傳，更要大力改進已有的課件，讓自考助學單位的教師參與到網(wǎng)絡課件建設中，加強學習指導模塊建設，不斷開發(fā)更多更新的教學內容。

由于在線學習的開放性與靈活性，決定了借助于網(wǎng)絡課件的學習是一種高度個性化，自主化的學習。靈活的學習時空，個性化的學習安排和計劃(建議)，對學習者來說可能只是一個參考，但其作用是不可忽視的。它們是學習者個人學習安排和計劃的依據(jù)與指南，是學習者對學習內容把握與安排的前提。在這些課程中僅有一門課程(公共關系學)提供了此項功能。因此在自考網(wǎng)絡課件項目建設中，加強此項功能模塊的建設已經(jīng)刻不容緩。

關于自主練習(測驗或試題)，幾乎所有課程都設置了類似欄目，但其設計與實現(xiàn)卻有很大的差別：有的只是將書上練習變成網(wǎng)頁形式，并附上簡短的答案；有的以思考題形式提出，沒有提供答案；有的自帶題庫，可以自動生成各類題目；而且其中的大多數(shù)往往是僅給出答題結果，而沒有給出適當?shù)姆治?、評語，學習者只能自己猜測、思考問題的解決方法。對于大多數(shù)自考生來說，基礎知識相對薄弱，缺乏此類學習指導，加大了學習的困難，并在一定程度上降低了學習者學習的熱情。如何使自主練習(測驗或試題)的形式多樣化，解答有效化是擺在我們面前的又一個嚴峻的問題。

自學考試網(wǎng)絡課件設計首先要注重教學目標、教學對象及教學內容分析，體現(xiàn)“以學為中心”的教學思想，強調利用資源來支持“學”等。此外，自學考試網(wǎng)絡課件的設計還應考慮以下幾個方面：

(1)增加交互的靈活性和多樣性。交互性有利于激發(fā)學生的學習興趣，其中人機交互提高了反饋的及時性和準確性，人與人交互減少自學的孤獨感，有利于相互啟發(fā)共同進步。

(2)導航的便攜性。網(wǎng)絡課件需要為學生在線學習提供方便的導航，避免學生因為學習資源的豐富性而迷失方向、偏離學習目標，降低學習效率。

篇（7）

隨著我國科學技術的高速發(fā)展，推動我國電力事業(yè)朝向智能化發(fā)展具有重要的意義，能夠促進我國在未來進入智能化和自動化的社會。其中變電站的智能化發(fā)展是順應社會發(fā)展的事情，變電站中智能化的監(jiān)控系統(tǒng)具有明顯的作用。主要是傳統(tǒng)的方式具有很多的弊端，而無線傳感器網(wǎng)絡安裝方便、成本低廉。因此在當前我國的電力事業(yè)的發(fā)展中使用無線傳感器網(wǎng)絡具有很大的優(yōu)勢。

1 無線傳感器應用于站內輔助系統(tǒng)

變電站的站內輔助系統(tǒng)主要包含有消防安全系統(tǒng)、采暖通風系統(tǒng)、消防安全系統(tǒng)以及視頻系統(tǒng)等，這些部分是變電站得以工作的重要的系統(tǒng)，能夠直接的影響變電站正常的進行工作。在傳統(tǒng)的常規(guī)變電站中，基本上不會關注輔助系統(tǒng)的工作情況，在縱向上面沒有合理的信息模型，橫向方面也不存在信息的交流，都是獨立存在的單一的功能和作用。而使用了無線傳感系統(tǒng)的智能變電站具有與傳統(tǒng)的變電站完全不同的模式，輔助系統(tǒng)得到了各個應用系統(tǒng)的關注，并且智能化的系統(tǒng)具有自動化、信息化和互動化的優(yōu)勢，同時還能采集到標準的信息，使工作人員對變電站的控制更加的智能化。其中無限傳感器網(wǎng)絡應用于變電站站內的輔助系統(tǒng)的主要工作原理是，通過對現(xiàn)有的狀態(tài)的改善，改變現(xiàn)有的輔助系統(tǒng)的模式，改變以往的只對設備內部進行管理的模式，開始應用和重新構造變電站站內輔助系統(tǒng)的相關信息。最終將傳統(tǒng)變電站中的很多獨立存在的輔助系統(tǒng)的信息，融合成一個完整的、智能化的變電站的輔助系統(tǒng)，保持整個輔助系統(tǒng)的結構更加具有清晰性和科學性。

2 無線傳感器應用于綜合智能化系統(tǒng)

變電站自動化得以實現(xiàn)主要是依靠通信技術的發(fā)展，通信技術是促進電力系統(tǒng)向智能化發(fā)展的關鍵。變電站每一次的自動化和智能化的發(fā)展都與通信技術的發(fā)展進步有重大的關系，通信技術的發(fā)展主要經(jīng)歷了CAN到RS-485，再到以太網(wǎng)，而相關的變電站的智能化的發(fā)展也主要經(jīng)歷了幾個重要的階段，主要經(jīng)歷了遠動終端設備到通用的自動化的綜合系統(tǒng)，以及到發(fā)展的數(shù)字化系統(tǒng)的變電站，最后到當前在建設中的無線傳感器應用于變電站的智能化系統(tǒng)。其中的IEC61850的標準化的變電站主要有幾個部分，分為間隔層、過程層和站控層這幾部分。在科學技術高度發(fā)展的今天，在這些標準中沒有規(guī)定相關的網(wǎng)絡結構以及物理接口和網(wǎng)絡的通信方式等，主要是為了穩(wěn)定業(yè)務層的結構，使其能夠在通信技術高速發(fā)展的情況下保持穩(wěn)步發(fā)展，促進無線傳感器網(wǎng)絡的發(fā)展和應用。無線傳感器網(wǎng)絡在變電站中的應用主要的設計是，變電站中的站控層需要保持穩(wěn)定不變，使用無線網(wǎng)絡傳感系統(tǒng)替代原有的使用以太網(wǎng)的通信技術，逐漸的將其應用于變電站的運行中。使用對應用設備沒有影響的無線路由的功能，將其應用于智能終端中。

3 無線傳感器應用于電能質量檢測系統(tǒng)

我國的很多研究電力專業(yè)的大學院校使用相關的技術措施，研究一些小型的電能采集系統(tǒng)，在研究中取得了豐碩的成果。我國電力科學院中的工作人員使用曾研究出的軟件，在Agent的技術的基礎上進行的電能質量控制，硬件系統(tǒng)在ARM+DSP的系統(tǒng)上的開放型的電能的監(jiān)測，之后工作人員將整個研究結果應用于監(jiān)測和控制電能的質量，使工作人員能夠科學準確的掌握電網(wǎng)電能的質量檢測情況。相關的研究人員曾將無線傳感器網(wǎng)絡使用到了變電站中的檢測電能的質量中，主要是采集相關的系統(tǒng)中有功率和無功率的電能質量的數(shù)據(jù)，之后通過相關的檢測模板經(jīng)多次的傳送最終傳輸?shù)皆O備的終端上。并且經(jīng)過試驗研究表明Zig Bee能夠很穩(wěn)定的對數(shù)據(jù)進行傳輸，同時還能夠促進變電站的工作更加的智能化和自動化。

4 總結

隨著我國科學技術的不斷進步與發(fā)展，促進我國電網(wǎng)工作的智能化是科學發(fā)展的必然結果，伴隨著經(jīng)濟的發(fā)展我國的電網(wǎng)要求向智能化發(fā)展，國家電網(wǎng)初步的制定了電網(wǎng)智能化的發(fā)展戰(zhàn)略。其中在變電站的發(fā)展中應用無線傳感器網(wǎng)絡能夠對電網(wǎng)的使用進行實時的監(jiān)控，保證電力的正常使用。無線網(wǎng)絡的傳感器能夠幫助抑制變電站中所產生的電磁干擾和多徑干擾，上文主要研究了無線傳感器在電力系統(tǒng)中的應用，以實現(xiàn)變電站發(fā)展的智能化。通過分析無線傳感器網(wǎng)絡在變電站中應用的可能性，逐漸的提高變電站發(fā)展的智能化和自動化。同時要注重解決在變電站智能化發(fā)展中遇到的問題，以求在計算機和通信自動化的發(fā)展中，促進無線傳感器在變電站中的應用。

[參考文獻]

篇（8）

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）07-0173-02

隨著社會的不斷進步，圖像已經(jīng)成為重要的信息來源。而圖像分類是圖像處理中的一項重要工作，尤其對海量圖像進行分類并提高其準確度，是當前圖像處理領域中要解決的關鍵問題之一，包括張旭、付仲良x、Mariusz Myllarczuk等在內的許多研究者在圖像處理方面做了大量研究。深度信念網(wǎng)絡是一種典型的深度學習算法，目前，已有很多研究者將深度信念網(wǎng)絡應用于圖像分類中，可以用于多特征融合及深度信念網(wǎng)絡進行了植物葉片識別、深度信念網(wǎng)絡識別了手寫數(shù)字、深度神經(jīng)網(wǎng)絡在小圖像分類中的應用等。

傳統(tǒng)的巖石圖像分類是人工提取特征的，具有一定的主觀性并且效率低下，而深度信念網(wǎng)絡能自動提取圖像的特征，克服了人工提取的不足，為圖像分類奠定堅實的基礎，可用于大量圖像的分類并具有較高的準確度。

1受限玻爾茲曼機（RBM）

1.1受限玻爾茲曼機簡介

受限玻爾茲曼機可看作一個兩層的神經(jīng)網(wǎng)絡，遵循神經(jīng)網(wǎng)絡的一般特性。相比于傳統(tǒng)玻爾茲曼，RBM的特點是層間神經(jīng)元全連接，而層內神經(jīng)元無連接。它的結構如圖1；

如圖1所示，RBM結構由可見層v和隱含層h構成，并且是對稱結構。在一個RBM中，給定可見層，隱含層可以服從任意分布；相反地，給定隱含層，可見層也可服從任意分布。

1.2訓練受限玻爾茲曼機

1.2.1神經(jīng)元之間的獨立性

在RBM中，只有層間的對稱連接，故，若給定所有可視層節(jié)點的值，則每一個隱藏層節(jié)點的取值是互不相關的，即，反之亦然，即。

1.2.2RBM的使用

正向傳遞過程：

假設已經(jīng)訓練好一個可使用的RBM，權重矩陣為w。正向傳遞是在已知可見層節(jié)點值的條件下求隱含層節(jié)點開啟的概率。同普通神經(jīng)網(wǎng)絡一樣，首先計算出每個隱含層節(jié)點的激勵值。如圖2所示，以含有4個可見層節(jié)點、3個隱含層節(jié)點的RBM為例。每個可見層節(jié)點值x與其對應的權重相乘，之后將這四個值（共四個輸入）相加后再與偏置6相加，以此作為該隱藏層節(jié)點的輸入，最后在該隱藏層節(jié)點上通過激勵函數(shù)的作用得到其輸出a。

然后，標準化每個隱層節(jié)點的激勵值。具體操作是用式1所示的sigmoid函數(shù)作用于該激勵值，將之轉化為0到1之間的數(shù)，并用該值表示隱層節(jié)點開啟的概率。

（1）

最后，抽取[層節(jié)點。將計算出來的隱層節(jié)點開啟概率與設定的u值進行比較，最終決定隱元開啟或關閉，如式2，其中u值是從0，1分布中隨機抽取的。

（2）

反向傳遞過程：

RBM最顯著的性質就是無監(jiān)督地重構數(shù)據(jù)，即在可見層與隱藏層之間進行多次正向傳遞和反向傳遞，而不加大網(wǎng)絡深度。反向傳遞是對前一次正、反向傳遞后可見層結果的重構過程。

如圖3所示，反向傳遞過程是在已知隱含層的條件下求可視層，將正向傳遞之后隱層節(jié)點的結果作為輸入，如正向傳遞過程一樣，這些輸入值又與同樣的權重相乘之后再相加，然后再與可見層的偏置相加，所得結果即為重構值。

在RBM中，正向傳遞是通過初始值預測隱藏節(jié)點的值；反向傳遞則是通過隱藏節(jié)點的值重構可視層節(jié)點值。通過重構值與真實數(shù)據(jù)的對比為標準調節(jié)權重，使重構值盡可能接近真實值，以此來提取原始數(shù)據(jù)的特征。

1.2.3對比散度算法訓練RRM

對于RBM來說，其訓練過程便是求得合適的層間權重。具體操作是通過多次正向傳遞和反向傳遞過程，得出可見層與隱藏層之間的聯(lián)合概率，將之作為連接權重。

目前常用的RBM訓練方法是G-hinton提出的對比散度（CD）算法，其訓練過程如下：

對于訓練集中的一個樣本，將之輸入到可見層口（0），使用式（1）計算每個隱層單元開啟的概率，并用上文方法從中抽取出樣本h（0）。

使用h（0）重構出可視層并抽取出樣本v（1）。

再使用計算出隱層單元的開啟概率。并按式3更新權重；

（3）

重復上述步驟直到訓練完所有樣本。

2深度信念網(wǎng)絡（DBN）

2.1深度信念網(wǎng)絡簡介

深度信念網(wǎng)絡是由G_hinton在2006年提出的一種深度學習算法，它能較為快速、準確地提取樣本的本質特征，可用于數(shù)據(jù)的分類與識別，克服了傳統(tǒng)方法中人工提取特征的盲目性以提高精度。其結構可看作是若干個RBM的疊加，以三層DBN（兩個RBM疊加而成）結構為例，其中RBM1的隱藏層可看作是RBM2的可視層。每個RBM的訓練方法同普通RBM一樣。

2.2DBN的訓練

DBN中前一層的輸出作為后一層的輸入。其訓練過程是采取貪心算法的思想分層進行的，即從輸入層開始，先訓練好一個刪，將其權重固定，將第一個RBM的輸出作為第二個RBM的輸入訓練好第二個RBM固定權重后，將之疊加在第一個RBM之上，依次類推，直到網(wǎng)絡最后一層。如此訓練之后，使用wake-sleep算法對整個DBN進行進一步調優(yōu)。

在圖像分類中，是將DBN最后一層的輸出連接到普通分類器中實現(xiàn)的?？蓪ζ溥M行如下調優(yōu)：在訓練完所有RBM之后，對整個網(wǎng)絡使用梯度下降法調整權重，此時，網(wǎng)絡就看作是一個普通神經(jīng)網(wǎng)絡。

3DBN的應用

使用DBN進行圖像分類一般包括圖像預處理、DBN建模、使用訓練集數(shù)據(jù)訓練DBN模型、最后使用測試集進行測試幾個步驟。建模及訓練方法上文已詳細介紹，下面主要介紹數(shù)據(jù)集預處理過程。

數(shù)據(jù)集預處理首先是通過降采樣等方法將圖像大小調整至適合網(wǎng)絡訓練的規(guī)格。假設圖像為大小為28*28，那么網(wǎng)絡輸入層就需要28*28個節(jié)點。其次是采用數(shù)據(jù)歸一化和白化等操作對圖像進行去燥和去冗余操作。最后將數(shù)據(jù)集分為訓練集和測試集兩部分。

數(shù)據(jù)集預處理之后，使用訓練集數(shù)據(jù)進行網(wǎng)絡的訓練。首先是DBN的分層訓練，然后是將分類器連接到DBN上通過梯度下降法進一步調整網(wǎng)絡，直到滿足要求。網(wǎng)絡訓練好后便可通過DBN自動提取特征，再將此特征輸入到普通分類器中對測試集數(shù)據(jù)進行分類。

篇（9）

一、引言

我國的法語專業(yè)教學已有百年歷史。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國法語學習者已達10萬人；開設法語專業(yè)的大中院校也呈急速上升趨勢，在2003年—2010年的8年內增長2倍，其數(shù)目已達百余所。如何培養(yǎng)高端的法語人才，激發(fā)學生的學習熱情，已成為國內所有設立法語專業(yè)的高校共同肩負的使命。

隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，計算機在教育領域得到了空前的發(fā)展。計算機游戲在教育中的使用已經(jīng)成為研究者長期關注的焦點。目前，虛擬現(xiàn)實技術應用于外語教學已經(jīng)成為我國英語教學的熱點問題之一，我國法語界在這方面顯然滯后?！督逃筷P于推進教師教育信息化建設的意見》明確提出：“信息化是當今世界發(fā)展潮流，是國家社會發(fā)展的趨勢，信息化水平已成為衡量一個國家現(xiàn)代化水平和綜合國力的重要指標。提高國民的信息素養(yǎng)，培養(yǎng)信息化人才是國家信息化建設的根本，教育信息化是國家信息化建設的重要基礎?！辫b于此，筆者認為應該把現(xiàn)代化的技術手段，如虛擬現(xiàn)實技術應用于大學法語教學中，這是法語教學的發(fā)展趨勢，并不是嘩眾取寵。

二、網(wǎng)絡3D虛擬游戲的發(fā)展歷程及其教育意義

網(wǎng)絡游戲最初是以MUD的形式出現(xiàn)的。1978年，一位英國大學生開發(fā)了一個名為multi-user dungeous（多用戶城堡，英文縮寫MUD）的計算機程序。MUD是一個多用戶探險游戲，它主要以文本表示為基礎，以客戶機/服務器模式運行，是一個通過網(wǎng)絡連接的、多用戶參與的、可由用戶自主擴張的虛擬現(xiàn)實環(huán)境（Bruckman，1992； Curtis，1993； Cassidy，1994）[1]。

后來MUD發(fā)展成為一個面向對象的程序即Mud Object Oriented（MOO），它通過對由各種MOO對象構成的核心數(shù)據(jù)庫的共享向用戶提供虛擬社會環(huán)境。它允許用戶在MUD虛擬世界中，通過編寫MOO代碼創(chuàng)造對象，并為創(chuàng)造的對象定義可具有的行為（Hayes & Holmevik，2001）[2]。這樣實際上就是用戶創(chuàng)造和擴展了他們的虛擬空間環(huán)境。

隨著計算機科學技術的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術應運而生。虛擬現(xiàn)實技術簡稱VR（Virtual Reality），其典型的應用便是以Second Life（法語名為Sim 2）為代表的高級網(wǎng)絡3D虛擬游戲。該類網(wǎng)絡游戲除保留了先前基于文本的探險游戲的一些主要特征外，還集三維圖形生成技術、多傳感交互技術及高分辨顯示技術于一體，生成三維逼真的虛擬環(huán)境，整合了基于視聽技術的新交互特征（使用者戴上特殊的頭盔和數(shù)據(jù)手套等傳感設備，或利用鍵盤與鼠標等輸入設備，便可以進入虛擬空間進行實時交互）而具有潛在的教育價值（隋志娟，2004）[3]。

網(wǎng)絡3D游戲不僅具有傳統(tǒng)游戲的趣味性、目的性和自由性的特征，還融合真實情景性、互動性等與學習相關的屬性。它所創(chuàng)造的虛擬環(huán)境能夠支持同步或異步的、基于文本或視音頻等多種方式的人機和社會交互并且為人們在虛擬世界中的協(xié)作學習提供了可能。在虛擬環(huán)境中，學習者能夠運用多種感知，如聽覺、視覺學習語言。游戲的高沉浸感使他們暫時忘記現(xiàn)實生活，身臨其境般地進入到虛擬的學習世界中來，提高他們的注意力，更好地獲得知識（Micka？觕l Roy，2012）[4]。另外，網(wǎng)絡虛擬游戲的“非生產性”要素還能讓學習者感受到一種歸屬感和認同感，因為這種游戲活動不帶有任何物質上的利益。網(wǎng)絡3D游戲的上述潛在教育價值能夠很好地支持語言學習，而語言學習理論的發(fā)展則為網(wǎng)絡游戲在語言教學中的使用奠定了理論基礎。

三、網(wǎng)絡數(shù)字游戲適用于法語語言學習的理論基礎

1.從建構主義學習理論的視角看虛擬數(shù)字游戲所具有的潛在語言學習優(yōu)勢

建構主義，又稱建構—闡釋主義，是認知理論的一個分支。該理論最早由瑞士著名心理學家皮亞杰于20世紀60年代提出，后來，許多心理學家和教育學家，如維果斯基、奧蘇貝爾、布魯納等又從不同的角度做了進一步的研究，豐富和發(fā)展了建構主義的理論。

Kafai和Resnik是當代建構主義領域比較有影響力的兩位心理學家。他們在1996年出版的Constructionism in practice：Designing， thinking and learning in a digital world[5]一書中，提出了關于建構主義的學習理論的基本觀點：學習是學習者在一定的情景即社會文化背景下，在已有的經(jīng)驗與知識的基礎上，通過與其他人（教師和學習伙伴等）的交流、協(xié)作，并利用必要的學習資料，最終以意義構建的方式來實現(xiàn)的。建構主義的學習理論突破了以“教”為中心的傳統(tǒng)教學觀，強調學習者的主體地位，學生要充分發(fā)揮其自主性，教師在整個學習過程中主要起組織者、指導者和幫助者的作用。

借助虛擬現(xiàn)實技術，網(wǎng)絡3D游戲為學習者創(chuàng)建了一個非常優(yōu)秀的建構主義的學習環(huán)境：學習者進入計算機支持的豐富的情景化活動中，通過與他人的文本的、視聽的交互、協(xié)作，參與知識的構建。在這個環(huán)境中，學習者由被動接受者轉變?yōu)橹鲃訁⑴c者，成為學習的主體，學習團體或者協(xié)作團體是重要構成部分，教師不是學習的管理者和控制者，而是學生法語學習過程中的引導者、指導者。從這個意義上來看，網(wǎng)絡游戲提供的學習環(huán)境能夠瓦解傳統(tǒng)課堂教學中的傳統(tǒng)的師生間、優(yōu)生與差生間的等級關系，在一定程度上實現(xiàn)了人際交往的平等性。學習者的匿名性可以保證每個人自由的發(fā)言、自由的傾聽，對于協(xié)作學習十分重要（邵瑞珍，1997）[6]。

2.從情景認識理論的視角看虛擬數(shù)字游戲所具有的潛在語言學習優(yōu)勢

“情境”即context。原意為上下文、文章脈絡之意，也就是說教學應該讓知識成為脈絡和體系，這樣能增強學習者的學習效果，提高學習效率。情景認知理論是在心理學理論和其他學科理論基礎之上，產生于20世紀80年代的重要學習理論。其代表人物布朗、科林斯與杜基德在1989年出版的著作Situated Cognition and the Culture of Learning（《情境認知與學習文化》）[7]中，提出了情景認知理論的基本觀點：知識是具有情境性的，知識是活動、背景和文化產品的一部分。他們強調的是知識來源于真實的活動和情境，知識只能在運用的過程中才容易被完全理解。而網(wǎng)絡3D游戲的設計幾乎都是以現(xiàn)實生活中的情景為背景的，它使語言與具體情境相結合，給語言學習者提供了一個理想的環(huán)境。學習者玩游戲的過程就是與環(huán)境、伙伴交互的過程：接受新的知識，傳播已有的知識。在這種接受與傳播的循環(huán)往復中，鍛煉聽、說、讀、寫等技能，實現(xiàn)語言知識的完全理解。

根據(jù)前蘇聯(lián)著名心理學家，情景學習理論的先驅維果斯基的社會文化理論，情境認知理論中的學習是一種文化適應，認知過程是學習者實現(xiàn)文化適應的過程，即學習者在文化實踐過程中，通過觀察和反思周圍人的行為，接受相應的觀念，模仿相應的模式，從而得以規(guī)范自身行為。在網(wǎng)絡游戲提供的絕佳的學習環(huán)境中，學習者通過提問、澄清等形式，更清楚他們在語言使用中的錯誤（包括語音、詞匯、語法、內容、語篇等方面）。也就是說，交互使學習者發(fā)現(xiàn)自己的語言形式與較高水平者的差異，這些差異使學習者必須思考自己的語言問題，重新調整自己的語言表達，提高自己的表達水平以達到順利交流的目的。文本、語言等多種交流渠道提供了即時反饋和永久性記錄，便于對自己的語言形式輸出進行監(jiān)控，便于在交流中解決問題。著名的語言學和文學研究者James Paul Gee在其2003年出版的著作What video games have to teach us about learning and literacy？[8]中就指出，游戲可以作為“完整的教育實踐模型”整合到現(xiàn)有的學校教學課程中，它能夠讓學習者在交流中解決問題，并把解決問題的能力應用到其他領域，積極發(fā)揮游戲的知識獲得與學習的作用。

因此，與傳統(tǒng)教學相比，網(wǎng)絡數(shù)字游戲具有以下潛在的語言學習優(yōu)勢，如下表（表1）所示：

四、國內外關于網(wǎng)絡3D虛擬數(shù)字游戲法語語言學習研究的典型實例

1.國內基于網(wǎng)絡3D虛擬數(shù)字游戲法語語言學習研究現(xiàn)狀

筆者以中國期刊全文數(shù)據(jù)庫、中國博士論文全文數(shù)據(jù)庫、中國優(yōu)秀碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫為樣品來源，分別以主題：“游戲化學習”、“游戲式學習”；時間：2000—2012年；范圍：全部期刊；匹配方式：模糊等進行檢索，剔除無關樣本，共獲得與“游戲化學習”相關的文章樣本113篇。從文章數(shù)量上來講，把“游戲化學習”與“英語學習”相結合的文章共計100篇，而與“法語學習”相結合的文章只有6篇；從研究主題來看，國內關于游戲化語言學習主要以英語教學理論研究為主，且多側重于小學英語游戲化教學的研究，而關于游戲化法語語言教學的文章還停留在以介紹無計算機輔助的純游戲為主的刀耕火種的階段，對游戲化學習的研究缺乏理論闡述，運用實驗研究法等定量研究方法的文章更是屈指可數(shù)，對法語語言網(wǎng)絡游戲化教學這種新型學習方式的介紹和理論分析的文章數(shù)量幾乎為零。

2.國外典型的基于網(wǎng)絡3D虛擬數(shù)字游戲第二外語學習研究實例

下面筆者將探究國外三個比較典型的基于虛擬數(shù)字游戲第二外語語言學習研究實例，以期為我國進行基于游戲化的法語語言學習提供參考和借鑒。

表2 以學習者為中心基于網(wǎng)絡3D虛擬游戲環(huán)境進行第二語言學習研究實例

如表2所示，Micka？觕l Roy在2012年在法國南特市舉行的關于語言教學法研究的國際研討會上所做的題為Apprendre les langues dans un environnement virtuel hautement immersif？[4]（《高沉浸的虛擬環(huán)境中的語言學習》）報告展示了他所進行的混合式研究。該研究的研究對象是以法語為第二語言的德國中學生和以德語為第二語言的法國中學生，年齡在13～14歲之間，語言水平達到歐洲統(tǒng)一語言參考框架A2級。研究主要探究了中學生在網(wǎng)絡3D虛擬游戲Thélème和角色扮演游戲中進行的法語聊天活動，并通過現(xiàn)場觀察法，問卷調查、訪談、聊天轉錄分析（Micka？觕l Roy，2012）[4]，分析顯示出以下數(shù)據(jù)結果：虛擬環(huán)境的高沉浸感和臨場感對學習者外語語言交際策略的使用和發(fā)展非常有幫助。在本研究中，研究者為學習者配備了高仿真虛擬空間、頭戴受話機等先進的虛擬現(xiàn)實技術，以便讓他們身臨其境地置身于角色扮演游戲Thélème的學習環(huán)境中，進行情景式對話，漫步于時空中，尋找合作伙伴，一起參與斯特拉斯堡教堂的重構。

DANT（Didactics assisted by New Technologies，即新技術輔助教學）項目是由歐洲社會基金和私人企業(yè)提供資金的在全意大利范圍內展開的教學研究項目。在該項目中，研究者運用定性分析的研究方法，對意大利全國的中小學生運用游戲進行意大利語學習的效率進行了實驗統(tǒng)計分析，主要目的是分析游戲與語言學習成績之間的關系（Patricia Wastiau，Caroline Kearney，2009）[9]。研究者以學校為單位，把每所學校的學生按不同的年齡段分別分成兩組，一組使用游戲進行意大利語學習，另一組不使用。數(shù)據(jù)分析結果顯示：7～8歲段的兩組的意大利語學習成績之間出現(xiàn)了很大的差別：使用游戲進行學習的一組平均成績?yōu)?1.72，不使用的一組則只有48.50；而在9～10歲段的成績分別為51.68和48.16。因此，網(wǎng)絡游戲對于提高學生的外語成績是相當有幫助的。

同樣在歐洲，于2002年開展的信息與多媒體研究項目則是由丹麥政府提供資金支持。該框架下的一個小樣本個案研究以12～13歲的丹麥H？覬jby小學5年級學生為研究對象，分析了“Sims 2（模擬人生）”、“哈利·波特和阿茲卡班的俘虜”等3D網(wǎng)絡游戲對提高學生丹麥語語言能力和團隊合作能力的影響（Patricia Wastiau，Caroline Kearney，2009）[9] 。數(shù)據(jù)分析結果顯示：游戲的高現(xiàn)實感有助于學生對語言概念的理解，學生可以通過游戲實現(xiàn)既定的教學目標，比如區(qū)分單詞的陰陽性并找出其區(qū)別。通過對學生問卷調查，研究者了解到超過半數(shù)的學生認為網(wǎng)絡游戲能夠激發(fā)其學習語言的動機，幫助其學習；90%以上的學生對他們的最終學習結果感到滿意或者非常滿意。教師的意見反饋說明了網(wǎng)絡游戲能讓學生高度投入學習，即使班上成績最差的學生也能完全投入。

通過對上述三個典型事例的對比，筆者不難發(fā)現(xiàn)：在內容上，目前國外基于網(wǎng)絡3D游戲環(huán)境下的第二語言學習研究主要注重應用與評價等實證研究；注重從語言社會交互的視角探究目標語的交互和合作人際關系的構建；注重在游戲化學習的潛力、游戲化學習作為外語教學中一個新興的范例和游戲化學習中的外語教學設計問題等方面進行探討；在研究方法上，注重采用實驗研究法和案例研究法等實證主義方法進行游戲化語言學習的實證研究。

筆者還可以發(fā)現(xiàn)：國外基于網(wǎng)絡3D游戲環(huán)境下的第二語言學習研究主要以日耳曼語族、拉丁語族的語言為主，其中針對網(wǎng)絡游戲下的法語語言學習的研究還比較少，將游戲應用于中國環(huán)境下（學習者母語為非拉丁語和日耳曼語）的法語語言學習更是鮮有研究。因為以漢語為主的漢藏語族與日耳曼語族、拉丁語族大不相同，加之學習者所處的社會學習背景的不同，3D游戲應用于中國背景下的法語語言學習與應用于歐洲學習者身上的語言學習相比具有更大的挑戰(zhàn)性，需要考慮和注意的因素更多。那么如何將3D游戲引入我國的法語教學，將游戲與傳統(tǒng)教材很好地配合，達到教學目的呢？筆者將舉例說明。

五、3D法語游戲作為教學輔助手段應用于課堂實例

1.將Thélème為代表的3D法語練習游戲（jeux exercices）應用于課堂實例

游戲介紹：Thélème是一款針對法語學習的多人在線角色扮演游戲。Thélème將玩家引入一個幻想的中世紀地區(qū)。這個地區(qū)由一個城市、一座城堡、一片鬼怪出沒的森林、一些田地、一個平原和一座實驗室構成。玩家將由不同的人帶領完成游戲任務。每完成一個任務，玩家就能積累一定的經(jīng)驗值和財富值。玩家的經(jīng)驗值可以提高玩家的等級，其分值受到玩家與他人交流時法語字句的準確程度和質量的影響。雖然Thélème游戲的形式比較傳統(tǒng)：玩家要創(chuàng)造自己的化身，單獨或協(xié)作完成任務，級別越高形象越豐富（Thomas Constant， 2011）[10]，但是它給玩家提供了一個學習法語的絕佳語境：玩家進入任何一個游戲情境，點擊游戲平面中的任何事物，該事物對應的法語單詞就會彈出，并伴有單詞的讀音。此外，玩家可以與游戲情景中的人物或者其他玩家進行對話，教師在對話中的介入則有助于糾正玩家的語言錯誤，控制對話乃至整個游戲的進程，達到既定的教學目的。需要指出的是，Thélème中所有的對話都是有聲對話，這讓學習者把單詞的拼法和讀音結合起來學習，有利于學習者學習及時糾正發(fā)音。除此之外，玩家也可以與比其低一級別的玩家進行討論，形成一個完全意義上的平等的交流，進一步熟悉游戲中使用的法語詞匯。

教學對象：法語專業(yè)大一學生；法語水平：初級階段。

教學目的：讓學生識記一些常見肉店食品，比如牛排（le steak）、豬肉（la viande de porc）、面粉（le farine）、羊肉（viande de mouton），肥肉（viande grasse）、咸肉（viande salée）、肉末（（viande hachée）、肉餡（la farce）、肉排（la c？觝telette）等；掌握常見重量單位及貨幣單位，比如公斤（le kilo）、磅（le bascule）、歐元（l’euro）、美元（le dollar）等；學會如何付款，以及怎樣討價還價。

授課形式：向學生說明游戲的目的，消除部分學生的顧慮，使之真正認識到通過游戲也能實現(xiàn)同樣的學習目標。進入Thélème游戲登錄首頁：http：///，師生每人注冊一個賬號，進入游戲。教師首先把游戲規(guī)則告知學生：用鼠標點擊不認識的物品的圖案，屏幕上會顯示對應單詞的拼寫并伴有讀音；遇到困難可向好友求助。該課前準備時間為5分鐘。然后師生一起進入游戲的第三階段：在城市的肉店購物。學生可自由發(fā)揮，與肉店店主進行對話，詢問想買食物的價格，討價還價，最后確定物品的重量并進行付款。教師通過文本和滾動的臨場效果進行監(jiān)控，并糾正學生所犯的單詞或語法錯誤。教師需將該階段的時間控制在15分鐘以內，使之與課堂學習這個中心很好地結合。最后可讓學生做一個游戲活動總結（le résumé），在讓學生進一步熟悉常見肉類詞匯的基礎上，鍛煉其總結歸納的能力。

該游戲作為輔助手段應用于法語教學的優(yōu)點：該游戲短小精悍，可讓學生很快進入角色，減少課前準備時間；有利于老師控制游戲進程，將整個游戲時間控制在20分鐘左右，使其與學習這個中心相結合；學生能夠運用聽覺、視覺學習語言，提高學習效率；對話練習也相對簡單和快速，有利于激發(fā)學生的學習熱情；可快速評估學生的學習結果（游戲可自動檢測學生對話的正誤）。

主要缺點：游戲的娛樂性比較有限。

對傳統(tǒng)教學手段的輔助作用：游戲場景與學習內容的聯(lián)系非常密切，且貼近學生的日常生活；游戲中穿插了當課知識點或者已學知識點，既激發(fā)了學生對游戲的濃厚興趣，又能及時復習和學習法語傳統(tǒng)知識點；游戲的全部過程為20分鐘左右，可實現(xiàn)與傳統(tǒng)教學手段的較好配合，達到課堂學習的目的。

游戲截圖：參見圖一。

圖一 Thélème游戲截圖

2.將Assassin’s Creed為代表的3D法語寫作游戲（jeux pour l’écriture）應用課堂實例

游戲介紹：Assassin’s Creed（殺手的信仰）是一款動作/冒險游戲。玩家可以在游戲的世界里到處漫游。在游戲中，玩家要扮演的角色名叫Desmond Miles。Desmond由一種名為Animus的網(wǎng)絡進入過去的世界，他的任務是阻止12世紀的兄弟殺手會的頭目Alta？觙r Ibn La-Ahad從圣殿騎士團騎士（des Templiers）手中奪取 “亞當?shù)奶O果”（les “ Pommes d’Eden ”），阻止其統(tǒng)治全世界（Thomas Constant， 2011）[10]。

通過游戲中虛擬的Animus網(wǎng)絡，完全消除了現(xiàn)實世界與虛擬世界的距離。游戲的主角必須面對各種復雜的情況，這對玩家的策略和統(tǒng)籌規(guī)劃能力提出了要求。此外，游戲對12世紀的時代背景也做了詳盡的描述，有助于玩家豐富歷史知識。在游戲的第一節(jié)及后續(xù)節(jié)，玩家可以通過逼真的三維圖像直觀地感受耶路撒冷、大馬士革、福羅倫薩、巴黎和羅馬的城市全貌。游戲中也出現(xiàn)了百科全書式的文化知識，還有關于城市建筑和當時的政治、經(jīng)濟背景的準確信息。

教學對象：具有一定法語基礎的法語專業(yè)大三學生。

教學目的：使學生掌握基本的與宗教、建筑相關的詞匯，學會描寫建筑物，并了解12世紀的東西方社會、文化的不同。

授課形式：教師首先將這一課要達到的教學目標告知學生：學會描寫12世紀的巴黎與大馬士革的城市全貌。其次根據(jù)課本提供的巴黎全貌及巴黎圣母院圖，教師帶領學生掌握與宗教、教堂相關的詞匯（這些詞匯有利于學生做出對建筑的詳細描述），如基督教（le chrétien）、教堂（la cathédrale）、防御工事（la fortification），同時引領學生對城內不同的建筑進行分類，如風格獨特的拱門（l’arche）、軍事設施（installation militaire）、服務設施（établissement de service）、娛樂設施（établissement de divertir）等。該階段持續(xù)時間大約為10分鐘。然后師生一起進入游戲，12世紀大馬士革的清真寺（mosquée）便會呈現(xiàn)在眼前，此時教師讓學生觀察清真寺的建筑風格（style de construction）和裝飾風格（style de décoration）。隨著游戲的深入，學生可以概括出12世紀的大馬士革城市全貌（le panaroma）。教師需要注意控制該階段的時長，盡量在15分鐘內。最后結束游戲，此時讓學生運用在課本上和游戲中學習到的詞匯進行景物的描寫。學生通過對東西方兩座城市的比較，可以得出不同的宗教文化和建筑風格，并就此與同學進行口頭交流，鍛煉其表達能力。

該游戲作為輔助手段應用于法語教學的優(yōu)點：教師可根據(jù)不同的教學內容和目標選擇不同的游戲場景；游戲的良好3D數(shù)字動畫效果和高分辨顯示可以讓學生身臨其境，增強學生的沉浸感，感受古老建筑的獨特魅力，增強其描述能力；既可以運用于法語書面表達課程（如城市建筑的描寫），又可以用于法語口頭表達課程：學生與同學交流其游戲經(jīng)歷、所見所聞，有利于口頭表達能力的鍛煉。

主要缺點：教師和學生的前期準備較長；游戲情節(jié)的復雜化對教師控制游戲長短提出了更高的要求，教師須嚴格控制每個階段的時長。

對傳統(tǒng)教學手段的輔助作用：游戲場景與學習內容的聯(lián)系非常密切；游戲很好地結合了傳統(tǒng)課本上的內容，補充了課本上沒有的信息；在游戲中學生能使用當課知識點，激發(fā)了學生對游戲的濃厚興趣，鞏固學習了法語傳統(tǒng)知識點；游戲的全部過程為20分鐘左右，可實現(xiàn)與傳統(tǒng)教學手段的較好配合。

游戲截圖：參見圖二。

圖二 Assassin’s Creed 游戲截圖

六、結語

就現(xiàn)階段國內的法語教學來講，教材內容陳舊、教學方法古板、教學設施不完備等原因，嚴重限制了學生的個性發(fā)展空間和法語教育的多樣性。游戲教學作為一種新興的、能提高學生熱情的教育方法在國外被廣泛使用，但在國內的法語教育中卻很少被提及。本文首先從理論角度闡釋了網(wǎng)絡虛擬游戲應用于法語教學的理論基礎，然后研究分析了國內外的相關研究，最后列舉了一些3D法語游戲作為輔助手段應用到法語課堂的實例，并綜合考察了其利弊。通過以上分析不難看出，網(wǎng)絡3D游戲集傳統(tǒng)游戲的趣味性、目的性、自由性及真實情景性、互動性等學習相關的屬性于一身，為學習者創(chuàng)建了一個非常優(yōu)秀的建構主義的學習環(huán)境：學習者進入豐富的情景化活動中，通過與他人的文本的、視聽的交互、協(xié)作，得以實踐聽、說、讀、寫等四種技能，鍛煉社會協(xié)作能力，增多角色扮演和承擔風險的機會，并促使學習者實現(xiàn)文化的適應，參與知識的構建。此外，網(wǎng)絡3D游戲的設計幾乎都是以現(xiàn)實生活中的情景為背景的，它使語言與具體情境相結合，給語言學習提供了一個理想的環(huán)境。高沉浸感的游戲讓學習者身臨其境，促進了虛擬學習社區(qū)的形成；“非生產性”要素讓學習者感受到一種歸屬感和認同感。由此可見，3D網(wǎng)絡游戲彌補了傳統(tǒng)教育方式的不足，提供了一種全新的教育方式，因此3D網(wǎng)絡游戲作為一種輔助手段應用到法語教學中是完全可行的，并非嘩眾取寵。

但是，在法語教育中，游戲利用法還有很多問題未解決，例如，游戲在法語教育的初級階段能起到很好的刺激動機產生的作用，但是到了法語學習的高級階段，是否能持續(xù)這一作用尚未考察。這些問題有待在今后的研究中探究和解決。

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篇（10）

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）02-0455-03

小麥（Triticum aestivum L.）是中國主要的糧食作物之一，干旱一直是影響小麥生產的最主要非生物脅迫因素[1]。在干旱脅迫條件下，植物為了減緩由脅迫造成的生理代謝不平衡，細胞大量積累了一些小分子有機化合物，如脯氨酸、甜菜堿等。其中，可溶性糖是干旱脅迫誘導的一種小分子溶質，其種類主要包括葡萄糖、海藻糖、蔗糖等。這些可溶性糖類參與滲透調節(jié)，并可能在維持植物蛋白質穩(wěn)定方面起到重要作用[2]。在小麥發(fā)芽過程中多種酶類活力激增，淀粉、蛋白質、非淀粉多糖等組分都得到良好降解。發(fā)芽小麥中的淀粉酶主要包括α-淀粉酶、β-淀粉酶和極限糊精酶。

20世紀80年代末，Powell提出了徑向基函數(shù)（Radial-Basis Function，RBF）方法[3]。RBF神經(jīng)網(wǎng)絡多用于函數(shù)逼近和分類問題的研究，函數(shù)逼近的目的就是找到一個函數(shù)能夠滿足一組輸入/輸出數(shù)據(jù)之間的關系[4]。經(jīng)過理論證明，RBF神經(jīng)網(wǎng)絡具有良好的任意非線性函數(shù)逼近能力和解析系統(tǒng)內在規(guī)律性的能力，并且具有極快的學習收斂速度[5]。在干旱條件下對小麥幼苗進行數(shù)據(jù)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，在小麥幼苗生長過程中，其中的酶、淀粉以及可溶性糖的含量在不斷地發(fā)生變化，本研究試圖利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡分析它們之間的含量關系，并對可溶性糖的含量進行預測，意在對干旱脅迫條件下幼苗生長產生一定的指導作用。

1 材料與方法

1.1 材料

選用小麥品種百農207和華育198作為試驗材料，材料由河南科技學院遺傳育種實驗室提供。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 挑選子粒飽滿的種子用0.1% H2O2消毒30 min，沖洗3遍。取滅菌的小桶和沙土，試驗采用200 g/L聚乙二醇（PEG 6000）人工模擬干旱脅迫處理，桶中加200 g/L PEG-6000、沙土混合物（質量比為1∶4），厚度約10 cm。每桶播50粒種子，每個品種做5次重復，在光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，光照度12 000 lx，光暗周期14 h/10 h，晝夜溫度19 ℃/15 ℃，相對濕度60%，通過稱重法控制脅迫程度。待幼苗長至二葉一心時對每個品種進行指標測定，每個品種均分成兩組，分別測定數(shù)據(jù)，一組數(shù)據(jù)作為訓練數(shù)據(jù)，另一組作為測試數(shù)據(jù)。測定幼苗的淀粉含量、可溶性糖含量及α-淀粉酶和β-淀粉酶含量，試驗3次重復，每3天測定一次指標，訓練組共測定6組數(shù)據(jù)，測試組測定5組數(shù)據(jù)。

1.2.2 指標測定 淀粉含量用蒽酮硫酸法[6]。可溶性糖含量用蒽酮比色法[6]。α-淀粉酶和β-淀粉酶含量用比色法測定[6]。

2 結果與分析

通過試驗數(shù)據(jù)分析小麥幼苗淀粉酶含量、淀粉含量和可溶性糖含量的關系，并對可溶性糖含量進行預測。試驗挑選了百農207和華育198兩個品種，所測數(shù)據(jù)如表1和表2所示。表中前6組數(shù)據(jù)為訓練組數(shù)據(jù)，后5組為測試組數(shù)據(jù)；表中數(shù)據(jù)均為原始測得數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析在Matlab環(huán)境下進行，分別采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡的兩種方法對數(shù)據(jù)進行訓練，以α-淀粉酶酶活、β-淀粉酶酶活、淀粉含量作為輸入量，以可溶性糖含量作為輸出量。首先利用函數(shù)Newrb創(chuàng)建一個廣義的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡，該函數(shù)在創(chuàng)建RBF神經(jīng)網(wǎng)絡時，能自動增加隱含層神經(jīng)元的數(shù)目，直到均方誤差滿足精度要求或者神經(jīng)元數(shù)目達到最大為止[7]。這里取誤差為0.01%[5]。訓練網(wǎng)絡時取分布密度Spread為1。首先對數(shù)據(jù)進行歸一化處理，歸一化處理后數(shù)據(jù)分布在[-1，1]之間，然后用訓練數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡進行訓練，接下來用測試數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡進行仿真，驗證其預測性能。

先對百農207的數(shù)據(jù)進行訓練和仿真，當用測試數(shù)據(jù)測試訓練好的網(wǎng)絡時，得到仿真結果，可溶性糖含量為[0.201 1%，0.163 5%，0.261 4%，0.317 4%，0.298 4%]，同實際值[0.227 0%，0.178 0%，0.230 0%，0.296 0%，0.305 0%]相比較，可得出預測誤差，誤差如圖1所示，可見誤差都在+0.04%以內，對于可溶性糖含量的預測來說，網(wǎng)絡的預測誤差并不大，說明網(wǎng)絡測試結果可信。同樣再對華育198的數(shù)據(jù)進行訓練和仿真，當用測試數(shù)據(jù)測試時，得到仿真結果的可溶性糖含量為[0.226 6%，0.242 4%，0.311 6%，0.305 0%，0.302 5%]，同實際值[0.205 0%，0.241 0%，0.276 0%，0.306 0%，0.328 0%]相比較，誤差較小，誤差如圖2所示。通過兩個小麥品種的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，小麥幼苗在干旱脅迫條件下淀粉酶酶活、淀粉含量和可溶性糖含量之間確實具有一定的關系。

為了驗證網(wǎng)絡性能，利用Postreg函數(shù)對神經(jīng)網(wǎng)絡的仿真結果進行線性回歸分析，可以得到目標矢量對網(wǎng)絡輸出的相關系數(shù)。其中目標矢量記為T，網(wǎng)絡輸出矢量記為A，相關系數(shù)記為R。當R為1時，輸出矢量和目標矢量之間的相關性最好。百農207的網(wǎng)絡輸出回歸曲線如圖3所示，由圖3可知，網(wǎng)絡輸出與目標矢量的相關系數(shù)為0.935，數(shù)據(jù)點分布合理，說明網(wǎng)絡性能較好，預測值可信度高。同樣再將華育198的測試樣本數(shù)據(jù)回代網(wǎng)絡中作回歸曲線，得到結果如圖4所示，由圖4可知，網(wǎng)絡輸出矢量與目標矢量的相關系數(shù)為0.885，數(shù)據(jù)點分布和最佳擬合線均與期望值接近，網(wǎng)絡性能較好。通過以上的網(wǎng)絡性能測試可知，RBF神經(jīng)網(wǎng)絡可以作為小麥幼苗中可溶性糖含量預測的有效方法。

3 結論

淀粉是小麥的主要貯藏物質，在小麥萌發(fā)過程中，淀粉酶分解淀粉形成可溶性糖。糖作為代謝的中間產物或終產物調節(jié)了植物生長、發(fā)育、抗性形成等多個生理過程；同時參與了細胞內信號調節(jié)或轉導過程。本研究將RBF神經(jīng)網(wǎng)絡應用到幼苗可溶性糖含量的預測和分析中，并對分析結果進行了性能測試和回歸分析，該模型不僅結構簡單、誤差小，而且計算準確性高，是預測和分析農作物在生長過程中糖含量的一種有效的方法。

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