CN114785826A - 一种基于5g边缘计算的英语听说考试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及英语听说考试系统技术领域，且公开了一种基于5G边缘计算的英语听说考试系统，包括英语听说考试系统，英语听说考试系统主要由教师PC客户端、学生PC客户端、5G边缘计算设备和云计算中心组成，教师PC客户端包括5G边缘计算设备探测和布置考试、试卷分发，学生PC客户端包括考试机上答题评分和考试提交答案结果。该基于5G边缘计算的英语听说考试系统，通过5G边缘计算架构方案有效解决了依赖人工成本操作去解决数据汇总等缺陷，避免了大量的人工成本或功能缺失等问题，避免了因终端或云服务的网络阻塞而造成使用流畅度的影响，降低了投入成本，并相应实现了离线应用和在线数据处理相结合等技术优点。
Description
技术领域
本发明涉及英语听说考试系统技术领域，具体为一种基于5G边缘计算的英语听说考试系统。
背景技术
目前常见的英语听说系统，方案基于离线的应用软件或在线云服务测评评分，或基于云桌面虚拟化等服务建设。
传统的离线应用软件，通过下载和更新软件进行英语听说考试的训练和学习行为，例如软件内部实现部分试卷试题资源，学习行为，口语评分等功能使用，但是在试卷等资源的更新，结果数据上还依赖于一些人工成本操作去解决最终数据的汇总等缺陷，造成大量的人工成本或功能缺失，软件终端+云服务，虽然一定程度上解决了离线软件的软件更新，试题数据更新，测评和结果云同步等一系列需要互联网化问题，但是依旧存在着使用过程中依赖网络，会因终端或云服务端的网络阻塞，网络不稳定等因素造成一定使用流畅度影响，如果使用过程中如果采取不依赖网络方案，又会在使用过程中的使用和分析结果存在实时性低，并且终端也需要进行大量的数据上传，本地数据安全性保证等处理方案，导致终端实现方案变得复杂，并且现有部分校园云桌面虚拟化的方案，部分解决一些云端服务压力，数据问题，但是在投入成本高，资源部署不够均衡，以及因为部分环境部署单点，存在数据安全互备等问题。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于5G边缘计算的英语听说考试系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于5G边缘计算的英语听说考试系统，包括英语听说考试系统，所述英语听说考试系统主要由教师PC客户端、学生PC客户端、5G边缘计算设备和云计算中心组成。
优选的，所述教师PC客户端包括5G边缘计算设备探测和布置考试、试卷分发，其中所述5G边缘计算设备探测，进一步包含：
(1)所述该探测技术，主要描述考试客户端对5G边缘计算节点的探测识别，并进行热部署的配置更新；所述对识别有边缘计算节点，可以通过边缘节点实现资源加速，网络优化，离线计算，数据分析等服务；
(2)所述边缘计算提供网络环境的方法，包括如下步骤：
S1、首先监考机客户端发送UDP报文，加入监考机与5G边缘计算设备在同一局域网下，那么5G边缘计算设备收到后并回复自身的IP地址，监考机获取IP地址后，建立代理连接；
S2、连接建立后，整个考试业务过程流转都会经过5G边缘计算设备，相当于提供一个局域网内的服务环境，例如考试过程中语音测评服务，考试结果分析，试卷及资源预加载、http网络请求代理(通过5G网络)等服务。
3.优选的，所述布置考试、试卷分发，进一步包含：
(1)所述考试试卷包加载两种方式，一种是离线应用资源预加载，一种是基于5G网络实时请求，以实现通过边缘计算节点，对加载资源加速下载；
(2)根据(1)所述的资源预加载方案，其中主要采取在5G边缘计算设备，根据试卷内容的初始化和内容版本探测更新实现；5G边缘计算设备上资源版本号M和云端版本号N进行匹配，并且配合云端针对试卷地区版本状态的更新状态标识进行更新；
更新状态公式：S＝！(V(cloud)＝＝V(edge))&&S(cloud area)；
(3)根据[01]所述的实时请求加载，主要采取通过边缘计算设备中，http proxy代理服务，使用5G对公网资源进行代理请求；
(4)资源加载方式切换，综合(1-3)，通过配合云端和边缘计算设备，基于应用场景和边缘计算设备中网络探测，并进行资源加载方式的切换。
优选的，所述学生PC客户端包括考试机上答题评分和考试提交答案结果，其中所述考试机上答题评分，进一步包含：
(1)支持英语口语题型在边缘计算节点离线评测服务；
考试机将音频文件提交到边缘计算设备，设备中的语音测评服务实时进行评分结果分析返回给监考机；
边缘计算节点设备会通过异步队列方式(采用RabbitMQ、kafka等队列流传输服务软件)，实时通过5G通信将音频对象和分析结果分别同步给云对象存储和云平台进行数据合流；
解决学校机房网络带宽瓶颈，以及云平台计算和网络阻塞瓶颈；
(2)同(1)的数据上传处理的技术实现方案，同时支持英语写作和口头作文的智能批改等智能服务。
优选的，其中所述考试提交答案结果，进一步包含：
(1)实现在边缘计算节点中，对整场考试的个人和班级等成绩和学情分析，架构图(图1)中自研的Machine中继服务，提供了针对考试结果的学情分析模块。
(2)最终与云平台大数据分析服务进行数据合流，其中答题包上传，采取异步队列上传，并且Machine中继服务中会通过ServerAgent方式与云端服务性能监控以及网络性能探测，进行上传队列管控，实现多进程传输数据提高数据上传实时性。
优选的，所述5G边缘计算设备，提供考场5G边缘计算网络加速，保障考试中考试评分、口语测评、答案数据提交稳定，最终与云端进行网络通信和数据交互等服务模块，进一步包含：
(1)所述边缘设备工具模块及软件更新：目前边缘计算节点工具和软件更新，主要采取类似CDN内容分发和主动更新检测两种结合，其中CDN内容分发，通过边缘计算设备启用后与云端socket通信状态检测，针对启用设备进行工具、软件、资源的内容分发；对于部分需要版本控制的服务，边缘计算节点根据更新检测服务机制进行更新；
(2)WebServer Proxy：web服务代理模块，通过nginx正向代理设置，实现弱网和局域网无网情况，web请求的网络通信的正向代理转发；
(3)Machine中继服务：基于5G边缘计算设备，在考试场景下，实现收取答案包，实时AI离线评分、上传答案包(通过异步方式)，实时进行数据同步(基于5G网络低延迟)到云端等公共服务模块；
(4)MINIO对象存储服务：基于Apache License v2.0开源协议的对象存储和分布式数据存储服务。该服务解决本发明中，OSS对象存储，分布式数据存储，内容分发预加载等数据相关方案的应用实现；
(5)语音实时测评引擎：边缘计算节点可实现语音AI分析和口语评分的离线测评服务，结合自研Machine中继服务，可实现边缘极端的实时和异步(队列)评测；
(6)AI批改引擎：边缘计算节点可实现口头作文等主观题型实现的机器学习和分析测评模块，结合自研Machine中继服务，可实现边缘极端的实时和异步(队列)评测；
(7)实现通过边缘计算节点，对客户端终端软件的OTA更新机制，边缘节点将需要安装的客户端软件预下载，通过UDP广播方式，对局域网内进行例如监考机，考试机应用软件的快速部署。
优选的，所述运输计算中心，通过边缘计算节点的口语考试数据在云端的数据同步合流，实现传统云计算的可伸缩式分布式计算能力，大数据量分析等服务。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种基于5G边缘计算的英语听说考试系统，具备以下有益效果：
该基于5G边缘计算的英语听说考试系统，通过5G边缘计算架构方案有效解决了依赖人工成本操作去解决数据汇总等缺陷，避免了大量的人工成本或功能缺失等问题，避免了因终端或云服务的网络阻塞而造成使用流畅度的影响，降低了投入成本，并相应实现了离线应用和在线数据处理相结合等技术优点。
附图说明
图1为本发明部署架构图；
图2为本发明方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据图1-2，本发明提供一种技术方案，一种基于5G边缘计算的英语听说考试系统，包括英语听说考试系统，英语听说考试系统主要由教师PC客户端、学生PC客户端、5G边缘计算设备和云计算中心组成。
教师PC客户端包括5G边缘计算设备探测和布置考试、试卷分发，其中5G边缘计算设备探测，进一步包含：
(1)该探测技术，主要描述考试客户端对5G边缘计算节点的探测识别，并进行热部署的配置更新；对识别有边缘计算节点，可以通过边缘节点实现资源加速，网络优化，离线计算，数据分析等服务；
(2)边缘计算提供网络环境的方法，包括如下步骤：
S1、首先监考机客户端发送UDP报文，加入监考机与5G边缘计算设备在同一局域网下，那么5G边缘计算设备收到后并回复自身的IP地址，监考机获取IP地址后，建立代理连接；
S2、连接建立后，整个考试业务过程流转都会经过5G边缘计算设备，相当于提供一个局域网内的服务环境，例如考试过程中语音测评服务，考试结果分析，试卷及资源预加载、http网络请求代理(通过5G网络)等服务。
布置考试、试卷分发，进一步包含：
(1)考试试卷包加载两种方式，一种是离线应用资源预加载，一种是基于5G网络实时请求，以实现通过边缘计算节点，对加载资源加速下载；
(2)根据(1)的资源预加载方案，其中主要采取在5G边缘计算设备，根据试卷内容的初始化和内容版本探测更新实现；5G边缘计算设备上资源版本号M和云端版本号N进行匹配，并且配合云端针对试卷地区版本状态的更新状态标识进行更新，优点：加载资源后，使用过程中，不依赖网络；
更新状态公式：S＝！(V(cloud)＝＝V(edge))&&S(cloud area)；
(3)根据[01]的实时请求加载，主要采取通过边缘计算设备中，http proxy代理服务，使用5G对公网资源进行代理请求，优点：应用软件接入成本低，数据实时性高，需要5G网络环境；
(4)资源加载方式切换，综合(1-3)，通过配合云端和边缘计算设备，基于应用场景和边缘计算设备中网络探测，并进行资源加载方式的切换。
学生PC客户端包括考试机上答题评分和考试提交答案结果，其中考试机上答题评分，进一步包含：
(1)支持英语口语题型在边缘计算节点离线评测服务；
考试机将音频文件提交到边缘计算设备，设备中的语音测评服务实时进行评分结果分析返回给监考机；
边缘计算节点设备会通过异步队列方式(采用RabbitMQ、kafka等队列流传输服务软件)，实时通过5G通信将音频对象和分析结果分别同步给云对象存储和云平台进行数据合流，可以同时解决学校机房网络带宽瓶颈，以及云平台计算和网络阻塞瓶颈；
解决学校机房网络带宽瓶颈，以及云平台计算和网络阻塞瓶颈；
(2)同(1)的数据上传处理的技术实现方案，同时支持英语写作和口头作文的智能批改等智能服务。
其中考试提交答案结果，进一步包含：
(1)实现在边缘计算节点中，对整场考试的个人和班级等成绩和学情分析，架构图(图1)中自研的Machine中继服务，提供了针对考试结果的学情分析模块。
(2)最终与云平台大数据分析服务进行数据合流，其中答题包上传，采取异步队列上传，并且Machine中继服务中会通过ServerAgent方式与云端服务性能监控以及网络性能探测，进行上传队列管控，实现多进程传输数据提高数据上传实时性。
5G边缘计算设备，提供考场5G边缘计算网络加速，保障考试中考试评分、口语测评、答案数据提交稳定，最终与云端进行网络通信和数据交互等服务模块，进一步包含：
(1)边缘设备工具模块及软件更新：目前边缘计算节点工具和软件更新，主要采取类似CDN内容分发和主动更新检测两种结合，其中CDN内容分发，通过边缘计算设备启用后与云端socket通信状态检测，针对启用设备进行工具、软件、资源的内容分发；对于部分需要版本控制的服务，边缘计算节点根据更新检测服务机制进行更新；
(2)WebServer Proxy：web服务代理模块，通过nginx正向代理设置，实现弱网和局域网无网情况，web请求的网络通信的正向代理转发；
(3)Machine中继服务：基于5G边缘计算设备，在考试场景下，实现收取答案包，实时AI离线评分、上传答案包(通过异步方式)，实时进行数据同步(基于5G网络低延迟)到云端等公共服务模块，主要解决数据同步、数据包安全、学校网络带宽拥堵瓶颈、云计算中心的网络和处理数据瓶颈等问题；
(4)MINIO对象存储服务：基于Apache License v2.0开源协议的对象存储和分布式数据存储服务。该服务解决本发明中，OSS对象存储，分布式数据存储，内容分发预加载等数据相关方案的应用实现；
(5)语音实时测评引擎：边缘计算节点可实现语音AI分析和口语评分的离线测评服务，结合自研Machine中继服务，可实现边缘极端的实时和异步(队列)评测；
(6)AI批改引擎：边缘计算节点可实现口头作文等主观题型实现的机器学习和分析测评模块，结合自研Machine中继服务，可实现边缘极端的实时和异步(队列)评测；
(7)实现通过边缘计算节点，对客户端终端软件的OTA更新机制，边缘节点将需要安装的客户端软件预下载，通过UDP广播方式，对局域网内进行例如监考机，考试机应用软件的快速部署。
运输计算中心，通过边缘计算节点的口语考试数据在云端的数据同步合流，实现传统云计算的可伸缩式分布式计算能力，大数据量分析等服务。
本装置的工作原理：首先对终端上5G边缘设备检测，若存在，5G边缘设备服务加载和资源预加载，监考机考试试卷分发，学生考试机答题口语题上传音频并进行语音评分分析，考试结束学生提交试卷，考试数据上传云端进行分析计算，生成学情、大数据分析，其云端获取考试分析结果并展示；若不存在，直接进入到监考机考试试卷分发步骤开始。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种基于5G边缘计算的英语听说考试系统，包括英语听说考试系统，其特征在于：所述英语听说考试系统主要由教师PC客户端、学生PC客户端、5G边缘计算设备和云计算中心组成。
2.根据权利要求1所述的一种基于5G边缘计算的英语听说考试系统，其特征在于：所述教师PC客户端包括5G边缘计算设备探测和布置考试、试卷分发，其中所述5G边缘计算设备探测，进一步包含：
(1)所述该探测技术，主要描述考试客户端对5G边缘计算节点的探测识别，并进行热部署的配置更新；所述对识别有边缘计算节点，可以通过边缘节点实现资源加速，网络优化，离线计算，数据分析等服务；
(2)所述边缘计算提供网络环境的方法，包括如下步骤：
S1、首先监考机客户端发送UDP报文，加入监考机与5G边缘计算设备在同一局域网下，那么5G边缘计算设备收到后并回复自身的IP地址，监考机获取IP地址后，建立代理连接；
S2、连接建立后，整个考试业务过程流转都会经过5G边缘计算设备，相当于提供一个局域网内的服务环境，例如考试过程中语音测评服务，考试结果分析，试卷及资源预加载、http网络请求代理(通过5G网络)等服务。
3.根据权利要求2所述的一种基于5G边缘计算的英语听说考试系统，其特征在于：所述布置考试、试卷分发，进一步包含：
(1)所述考试试卷包加载两种方式，一种是离线应用资源预加载，一种是基于5G网络实时请求，以实现通过边缘计算节点，对加载资源加速下载；
(2)根据(1)所述的资源预加载方案，其中主要采取在5G边缘计算设备，根据试卷内容的初始化和内容版本探测更新实现；5G边缘计算设备上资源版本号M和云端版本号N进行匹配，并且配合云端针对试卷地区版本状态的更新状态标识进行更新；
更新状态公式：S＝！(V(cloud)＝＝V(edge))&&S(cloud area)；
(3)根据[01]所述的实时请求加载，主要采取通过边缘计算设备中，http proxy代理服务，使用5G对公网资源进行代理请求；
(4)资源加载方式切换，综合(1-3)，通过配合云端和边缘计算设备，基于应用场景和边缘计算设备中网络探测，并进行资源加载方式的切换。
4.根据权利要求1所述的一种基于5G边缘计算的英语听说考试系统，其特征在于：所述学生PC客户端包括考试机上答题评分和考试提交答案结果，其中所述考试机上答题评分，进一步包含：
(1)支持英语口语题型在边缘计算节点离线评测服务；
考试机将音频文件提交到边缘计算设备，设备中的语音测评服务实时进行评分结果分析返回给监考机；
边缘计算节点设备会通过异步队列方式(采用RabbitMQ、kafka等队列流传输服务软件)，实时通过5G通信将音频对象和分析结果分别同步给云对象存储和云平台进行数据合流；
解决学校机房网络带宽瓶颈，以及云平台计算和网络阻塞瓶颈；
(2)同(1)的数据上传处理的技术实现方案，同时支持英语写作和口头作文的智能批改等智能服务。
5.根据权利要求4所述的一种基于5G边缘计算的英语听说考试系统，其特征在于：其中所述考试提交答案结果，进一步包含：
(1)实现在边缘计算节点中，对整场考试的个人和班级等成绩和学情分析，架构图(图1)中自研的Machine中继服务，提供了针对考试结果的学情分析模块。
(2)最终与云平台大数据分析服务进行数据合流，其中答题包上传，采取异步队列上传，并且Machine中继服务中会通过ServerAgent方式与云端服务性能监控以及网络性能探测，进行上传队列管控，实现多进程传输数据提高数据上传实时性。
6.根据权利要求1所述的一种基于5G边缘计算的英语听说考试系统，其特征在于：所述5G边缘计算设备，提供考场5G边缘计算网络加速，保障考试中考试评分、口语测评、答案数据提交稳定，最终与云端进行网络通信和数据交互等服务模块，进一步包含：
(1)所述边缘设备工具模块及软件更新：目前边缘计算节点工具和软件更新，主要采取类似CDN内容分发和主动更新检测两种结合，其中CDN内容分发，通过边缘计算设备启用后与云端socket通信状态检测，针对启用设备进行工具、软件、资源的内容分发；对于部分需要版本控制的服务，边缘计算节点根据更新检测服务机制进行更新；
(2)WebServer Proxy：web服务代理模块，通过nginx正向代理设置，实现弱网和局域网无网情况，web请求的网络通信的正向代理转发；
(3)Machine中继服务：基于5G边缘计算设备，在考试场景下，实现收取答案包，实时AI离线评分、上传答案包(通过异步方式)，实时进行数据同步(基于5G网络低延迟)到云端等公共服务模块；
(4)MINIO对象存储服务：基于Apache License v2.0开源协议的对象存储和分布式数据存储服务。该服务解决本发明中，OSS对象存储，分布式数据存储，内容分发预加载等数据相关方案的应用实现；
(5)语音实时测评引擎：边缘计算节点可实现语音AI分析和口语评分的离线测评服务，结合自研Machine中继服务，可实现边缘极端的实时和异步(队列)评测；
(6)AI批改引擎：边缘计算节点可实现口头作文等主观题型实现的机器学习和分析测评模块，结合自研Machine中继服务，可实现边缘极端的实时和异步(队列)评测；
(7)实现通过边缘计算节点，对客户端终端软件的OTA更新机制，边缘节点将需要安装的客户端软件预下载，通过UDP广播方式，对局域网内进行例如监考机，考试机应用软件的快速部署。
7.根据权利要求1所述的一种基于5G边缘计算的英语听说考试系统，其特征在于：所述运输计算中心，通过边缘计算节点的口语考试数据在云端的数据同步合流，实现传统云计算的可伸缩式分布式计算能力，大数据量分析等服务。
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