刘惠

（中国石油大学（华东）图书馆 山东 青岛266580）

一种嵌入式Web技术的在线测试研究

刘惠

（中国石油大学（华东）图书馆 山东 青岛266580）

针对在线测试系统考题生成的保密性问题，本研究设计了一种嵌入式Web技术的在线测试系统，首先根据TCP/IP协议并结合SPI技术，将所有考生电脑答题转换后的信息通过相应的UDP端口发送到中控电脑（CCS）中，然后结合ESP8266芯片将接收到的信息发送到中央指挥中心（CCC）的微处理器LPC2138中，最终实现对考试系统进行综合管理。该在线测试系统运用随机抽题和控制考生电脑IP的方式，有效防止了作弊行为。并通过使用HTML技术解决了考题信息的安全性问题。通过对微处理器ARM性能测试，结果表明：考题设置为80题，在1 000名考生规模时，该嵌入式Web技术的系统随机出题响应时间仅为9.7 ms。

嵌入式系统；WEB技术；TCP/IP协议；UDP端口；在线测试

随着技术的发展，基于纸质的考试逐渐被替换为基于计算机的在线测试模式，并且该技术已得到进一步的发展[1]。传统的纸质考试方式包括几个缺点[2]：等待结果，资源消耗，监考的人力投入和批改答卷过程中发生错误等。而在最近几年，各种基于计算机系统的在线考试系统被开发与利用。其中，基于Web的在线测试是大众教育考试体系的一个有效的解决方案[3]。在线考试系统是专为大学和中学考试测试，甚至为了银行和政府的招聘而设计[4]。该系统利用各种开源软件框架，易于考试机构的程序开发与考题信息录入[5]。然而基于计算机的考试制度仍然受到很多的技术限制，例如一些考试系统不能够自动注销考生答题的分配时间以及缺乏对每个考生试卷问题生成的随机性[6]。因此，本研究采用嵌入式Web技术改进原有在线测试系统，并对在线测试的考题信息保密性深入探讨。

1 嵌入式web技术

1.1 设计问题

整体嵌入式Web服务器包括5个部分[7]，其中包括HTTP引擎、API模块、虚拟文件系统，配置和安全模块。嵌入式Web服务器架构如图1所示。

图1 嵌入式Web服务器的体系结构

从图1可见，应用模式支持两种API风格[8]：CGI和SSI。在线测试的考题保密性是通过检测服务器上安全领域来实现。在配置模块，管理员可以设置从任何标准Web浏览器和嵌入式Web服务器的相匹配[9]。虚拟文件系统提供了一组有限的内置考题信息到ROM只读文件。Web文档支持任何格式考题信息的呈现后，HTTP引擎就开始一个新的线程请求。每当考生点击选项确定一个新的连接时，HTTP引擎通常作为一个单独运行进程支持多个考生同时使用。考生电脑的嵌入式Web浏览器如图2所示。

图2 嵌入式Web浏览器的体系结构

从图2可见，嵌入式Web浏览器主要包括微处理器LPC2138，它是接口与网络连接的模块，考题数据通过中控电脑服务器 （CCS）最终发送给考试电脑。微处理器ARM LPC2138将考试服务器输入到数字输出。传送数据的整个过程是通过使用IEEE 802.11标准的TCP IP协议完成的。考试计算机接收，并以报文的形式发送数据。要访问物理限制的数据，中控电脑必须使用相同的IP地址，如果IP地址是正确的，那么局域网连接建立和服务器/客户端开始发送或ARM7 LPC2138的IP地址接收数据包。

1.2 软件实施

采用嵌入式C为基本语言上进行系统运行[10]。在Keil 4版本中，创建数据传输、网络和监测控制3个基本模块。同时，SPI和ESP8266接收任务协调模块之间的考题信息数据的转换与开发，具体的功能如下：

1）SPI接收任务：对于考题信息被发送到的传输模块的情况下，根据TCP/IP协议存储到SPI发送数据信息缓冲[11]，在SPI端口被到达的数据添加到IP和UDP消息头，其与SPI接口的考生电脑设置为从属模式，即启用SPI接口。最后，转换后的信息通过相应的UDP端口发送到中控电脑。

2）ESP8266接收任务：用于接收来自网络模块中的考试服务器信息系统[12]。首先，中控电脑（CCS）对考生电脑的IP地址和子网掩码进行设置，然后打开适当的UDP端口以监视是否有在UDP端口的数据[13]。若已达到UDP端口则作为UDP包中的信息，根据TCP/IP协议进行分析，然后将其存储到SPI接收缓冲器。最后，分析数据通过SPI接口驱动被发送至SPI串行设备[14]。

2 考试系统设计

2.1 中央指挥中心（CCC）

在线测试的主要部分用于整个操作过程中的管理和控制进行检查。其中，考试服务器（RES）提升了系统的可靠性；中控电脑服务器（CCS）通过Internet连接中央指挥中心（CCC）。中央指挥中心的功能如下：

1）系统信息管理：每个终端有一个IP地址和MAC地址，这些信息都存储在一个表中用于插入领域，包括智能考试中心代码、考试中心名称、终端号、IP地址和MAC地址，开始考试即发送时间与指令：考试详细时间、登录时间、注销时间、连续监测时间、登录/注销状态、考题分配的序号、考题发送时间、接收到应答时间和考试开始时间。由于整个考试相关的信息存储在CCS中，因此，IP地址无须事先通知CCC对其进行改变[15]。

2）准备和考试日程管理：中央指挥中心（CCC）维护中控电脑服务器（CCS）的详细信息，每台计算机中心拥有各考生的信息，如该中心已分配的考试日期，届。因此，它需要准备检查时间表和候选的信息管理。考生的个人信息，考试信息，如考试地点，日期和考试的时间管理与有效维护管理。那么考生的个人信息的拷贝上传到了中控电脑服务器（CCS）认证所需的服务器。

3）管理考试题库：保持整个EES考试题库的心脏。

4）试卷生成：在线测试系统建议使用相同的考题集与不同的顺序。根据座椅布局规划设定次数（SET1，SET2，SET3和SET4）分配给每个考生。

5）安全问题设置：中央指挥中心（CCC）启动对问题与CCC设置请求。根据要求，考题集被加密并发送至该设置，并设置答题以此检查命令服务器。

6）评估答案：对于这些考题的答案是在中控电脑服务器以及在中央服务器完成评估。考试服务器上传考生答案与登记号码，并设置数量和中心代号为评估中央命令中心。评估后考生的标记在中央指挥中心和地区服务器更新。

2.2 在线测试流程

在线测试之前的检查处理和考试流程，如图3所示。

图3 在线测试检查与考试流程

3 系统测试与实现

3.1 安全性和EES可靠性

安全性是检测在线测试系统中一个最重要的因素，它需要保证考题信息数据发送在数据库中的安全性和可靠性。采取以下措施来实现测试：

1）数据系统的安全：该系统授权不同中控电脑（CCS）的不同考生使用对应中央指挥中心（CCC）内的系统的认证和授权，考生的个人考题信息被限制到授权的功能，所以考题数据在系统中的安全性可以得到保证。

2）数据传输的安全：数据传输是在TCP/IP协议基础上，通过TCP协议能够确保数据的完整性和可靠性。为了防止在线测试考题数据包和应答包被窥视和改变，需要对所有的数据包进行加密，利用3DES和一个时间标签加到每一个考题数据包中，以限制允许的考试时间内使用的考题数据包。

3）数据使用的安全：为了防止考生的作弊行为，每个考题测试包中加入一个时间标签。测试包不能被解密以外，即使用户有足够的时间，但由于高强度的加密策略和完善的授权策略，数据的安全性在任何节点和转移的过程得到安全保证。在答题工具栏中，每个考生电脑显示的考题信息都与显示顺序不同。此时考生登录的时间与其个人信息连同考生电脑，可选择改变PC的IP地址。

3.2 微处理器ARM性能

选取80个考题作为考题数据库，并采用随机出题的方式进行考试。同时，分别选取200、400、600、800和1 000名考生的在线测试作为中央指挥中心（CCC）的微处理器ARM[16-17]出题系统响应的实验样本，系统的响应时间如图4所示。

图4 出题响应时间

由图4可知，中央指挥中心（CCC）的微处理器ARM LPC2138出题系统响应时间随着考生人数的变化呈现近似线性增长趋势，并且当考生为1 000人时，通过微处理器对80 000题的题库信息随机出题响应时间仅为9.7 ms。这是因为中央指挥中心（CCC）仅对每个考场的中控电脑（CCS）直接进行考生答题信息管理，增加了CCS在考生答题信息转换后的预处理功能。

3.3 系统实现

从上述1 000名考生中抽取7名考生的在线测试信息，利用中控电脑（CCS）对其进行考试监控，并在中央控制中心（CCC）对这7名考生的最终考试进行综合管理，分别如表1、表2所示。

4 结 论

本研究提出了一种嵌入式Web技术的无纸化在线考试系统设计。提出了在不同的考点利用中控电脑（CCS）对考生答题信息进行收集，通过在中央指挥中心（CCC）内部署高效微处理器，实现对考试系统进行综合管理同时通过随机抽题和中控电脑控制考生电脑IP的方式，解决了考题信息的安全性问题和在线考试作弊行为。该系统实际了在线测试环境中的科学化管理。因此，该设计方案是一个基于嵌入式Web架构下的高效、强大和安全的在线测试系统。本研究未来的工作是增加额外的安全性功能，例如指纹识别或面部识别登录模块。

表1 考试监控系统

表2 考试结果

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[4]杨露.MIS系统设计与开发实验综述——以在线考试系统为例[J].电脑开发与应用，2015（3）:51-53.

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Online testing based on embedded Web technology

LIU Hui
（Library，China University of Petroleum，Qingdao 266580，China）

Online Testing System exam generated confidentiality issues，this study design an embedded Web technology，online testing system，the first based on TCP/IP protocol in conjunction with SPI technology，the information on all the candidates to answer computer after conversion through the corresponding the UDP port sent to the central computer（CCS），and then combined with ESP8266 chip transmits the received information to a central command center（CCC）microprocessor LPC2138，the ultimate realization of the examination system for integrated management.The online testing system using random question and control computer IP candidates way to effectively prevent cheating.And by using HTML technology to solve the security problems exam information.Through the ARM microprocessor performance test results showed that:80 questions to the title in 1 000 when the scale of the candidates，the embedded Web technology systems random topic and response time is only 9.7 ms.

embedded systems；WEB technology；TCP/IP protocol；UDP port；online test

TN919.3

：A

：1674－6236（2017）05-0138-04

2016-05-24稿件编号：201605214

国家自然科学基金项目（60974039）

刘 惠（1972—），女，四川大竹人，硕士，副研究馆员。研究方向：计算机、信息检索教学、情报分析。