專科改制與個人資料保護法實施的新變革─


輕量化元件設計線上即時資訊系統效能之研究


多學制網際網路校園資訊服務與即時選課系統


 

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黃元鈞

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摘要

  對一個新改制的學院而言,如何提供學生更好的資訊服務是我們努力的目標。我們利用現有的網路架構,網際網路資源和學生在校資料庫,在兼顧個人資料保護法要求重點下,讓學生上網查詢個人修課、訓輔狀況等;並利用輕量化元件的概念和方法來解決在即時選課時大量資料存取需求的瓶頸。發展此系統(Student Service System ; SSS)的考量因素、設計原則、系統流程、功能設計、以及運用的資訊技術和施行結果等在本文敘述。





壹、前言–系統開發背景與前置作業

  校園資訊系統在近十年來各校的校務發展計畫中,皆為不可或缺的重要項目[1,2,3],同時,網際網路和全球資訊網的快速普及與高度應用,對傳統的校務行政模式造成重大的衝擊與挑戰,也對資訊化校園的建構帶來革命性的影響。邇來眾多專校紛紛力求申請改制,未來技職體系招生名額將持續大幅增加,勢必造成各校招生與經營之壓力,再加上日前教育部又已核准辦理免試申請入學,更突顯出建立具科技性、未來性與方便性等特色之資訊化校園的迫切需要。

  同時,為因應時代變遷與社會轉型之人才與技能需求,以及對個人資訊權益的尊重,因此在新世紀來臨前,重新規劃更新校園網路,改進校園資訊使用環境,提昇資訊服務的品質與效率,為所培育的專業技術人才加強第二專長─資訊技能的訓練,讓學生從校園生活中體驗資訊社會所需面對與應用之基礎知識,養成各學門之技術專才與資訊科技之應用通才,並為國家資訊通信基礎建設(NII)各系統之發展與推動,奠定良好的基礎。

  傳統的校園資訊查詢以及每學期必須舉辦的學生選課作業,一直以來都造成相關承辦人員極大的壓力與困擾,同時,資訊需求者(如各級主管、學生、校友、家長……等等)亦為無法即時獲得正確的資訊而苦惱,甚或必須勞師動眾、耗費時日後方能產生相關結果與訊息,這種現象在各級學校的傳統人工作業中經常發生。再加上政府不斷宣導與推動個人資料保護法,以往大量印製報表張貼的資訊公告模式已不合時宜,以及專科改制後面對一校多種學制的情形,勢必得改善作業流程與方式始可因應。如此種種不可不為的因素,也就促成我們推展【多學制網際網路校園資訊服務】與【多學制網際網路即時選課系統】的主要動機。

  相信每一個想在網際網路上開發應用系統的單位,一定都會擔心系統與資料的安全性,無論採用何種作法,都希望能保護資料與系統不被竊取、竄改或入侵,但是,真所謂「道高一尺•魔高一丈」,在此資訊技術日新月異的時代,惟有持續不斷地研究應用新的方法與技術,並且互相交換心得與經驗,才能維護一個乾淨、安全且便捷的資訊環境。這也是我們努力的重點與方向。

  其實,已經有相當多的學校也有同樣體認而著手進行相關系統之研發或規劃,我們本著教育部促進大學運作資訊透明化的精神,透過台灣學術網路(TANet)將相關經驗具體呈現,方便各界瞭解與互相研究參考。





貳、系統設計的原則

  目前資訊系統之開發模式,仍以即時滿足使用者之資訊需求為主要目標,然而,面對越來越多且日益複雜的期望與要求,資訊人員也必須隨著調整應用的技術與環境體質,不斷地重新思考與檢查系統的適用性與應變能力。有鑑於此,在兼顧系統實用性與發展性的考量因素下,將系統設計的基本原則列述於后:

  1. 適用於開放型多媒體校園資訊網路。
  2. 採用主從式架構與小型化資料庫模型,以低成本、高效率之觀念開發相關校園資訊系統。
  3. 充份利用現有網路架構與網際網路資源。
  4. 改善資料使用流程,加強資訊資源整合,適時提供相關資訊查詢,提高資訊之應用價值。
  5. 提供校園資訊使用者多樣性的服務。
  6. 著重於友善且易學易用的親和性使用者介面設計與應用。
  7. 運用現代資訊技術,加強對資料與系統安全性的規劃與設計,以最經濟、有效的解決方案,積極提昇系統整體資訊服務品質與效率。




參、系統流程與功能的設計

  為了能讓每位合法使用者輕鬆愉快地使用本資訊服務與選課系統,有效地縮短教育訓練與學習的時間,我們將系統介面與使用流程簡化與統一,整合各項相關資訊服務,盡可能地提供一個直覺式、簡單且自然的系統使用環境。基於此宗旨,我們歸納出相關之系統功能設計原則:

  1. 充份利用網際網路與全球資訊網的普及性與方便性,提供跨時空、全天候的系統使用環境。
  2. 分析資訊服務關連性,即時提供相關資訊再查詢與連結的功能。
  3. 為尊重與保護個人資料之權益,以線上查詢自身相關資訊取代傳統列印報表張貼公告。
  4. 基於安全上的考量,本系統避免使用既有資料作為進入系統的密碼,故每位使用者須經過合法身分確認後,向系統申請、設定與維護自己的使用密碼。
  5. 在一定時間內未操作本系統,將自動設定為資料庫離線狀態,以確保個人資料的私密性與安全性。
  6. 記錄使用者操作過程之重要資訊,以為稽核之用。
  7. 迴避公元2000年可能發生的日期問題。
  8. 加強保護系統、程式碼與資料之安全。

茲將所設計之系統使用流程與登入畫面分列如下:

一、多學制網際網路校園資訊服務系統

二、多學制網際網路即時選課系統





肆、系統開發所運用的資訊技術

  為使本系統能滿足使用者的需求,且因應時代趨勢,提供更有效率的使用環境,同時也考量系統開發、維護與未來的延展性,整合運用了多項資訊觀念與開發技術:

  1. 主從式 (Client/Server) 系統架構─將系統的功能依其特性分散在適當的工作平台上進行,以便提高系統的整體效率與安全性。
  2. 小型化 (Downsizing) 資料庫與主機─近年來軟硬體技術的突飛猛進,使得傳統對於「資料庫一定要放在大型主機上」的觀念已經改變,無論在系統投資成本與開發效率上,皆能以更經濟有效的方式進行。
  3. 整合式WWW應用系統開發環境─若以傳統的WWW程式設計方法,既浪費時間又沒有效率,再加上除錯困難,程式間的關連性與時效性也難以判斷,以致於造成系統開發者嚴重的負擔。而在目前最新的WWW程式整合開發環境中,不但可以在同一個環境下進行程式撰寫、執行與除錯等工作,還可利用輔助工具處理資料庫連線問題;在團隊開發系統的狀況下,還可進行版本檢查與避免修改衝突的發生。
  4. 一致的程式設計方式─為了系統整合、後續發展與維護的單純性,本系統皆採用Visual Basic、Active Server Page (ASP) 程式搭配Hypertext Markup Language (HTML) 語法來設計[4]。
  5. 運用最新之輕量化元件 (Stateless Components) 概念與方法,設計出結構完整、具高度應用性與執行效率的網際網路應用系統。

  關於主從式架構、小型化資料庫與網際網路程式設計,已有諸多相關文獻探討[5,6],在此不再多加贅述。而首次被引用之輕量化元件 (Stateless Components) 概念與方法,由於尚無相關中文文件說明,故將之簡單介紹如後。

  在應用系統登上了無遠弗屆的網際網路之後,造成前所未有的大量資料存取需求,而瓶頸在於伺服器無法負擔如此大量的伺服器端程式同時運行,針對這個難解的問題,我們引用了Microsoft Transaction Server ( MTS ) 以及其特有的輕量化元件 (Stateless Components) 概念與方法來解決[7]!首先,我們對自己提出合理的質疑:這真的可以解決問題嗎?在硬體設備不變的條件下,多安裝了 MTS 環境,應該是增加了伺服器的負擔,為什麼反而可以提昇伺服器的整體效能?當然如果您只是安裝了 MTS 就想提高效能是不可能的,其實 MTS 提供了一個程式開發及執行的環境,運用輕量化元件讓伺服器端程式能有效共享系統的資源,而提高了重負載系統的整體效能.因此必須在伺服器端程式的分析設計上予以配合,才能達到預期的效益。

  為了因應大量的資料異動( Transaction ),必須重新規劃在小型系統上以分散式處理與資源充分再利用的伺服器環境,特別是在三層式 ( 3 Tiers ) 架構日漸抬頭的今天,Middle-Tier 的效能必須提升,才能負荷大量使用者同時存取的需求。原來系統開發者為了能夠同時處理多量的工作,必須在程式設計時考慮各種資源的配置及各程式之間的協調,以期讓系統達到較好的效能;然而,這對系統開發者而言卻是相當大的負擔,也不是一般的程式設計師就能完成的。針對這個狀況,其實在設計伺服器端程式時,只要依循下述的原則,就可以幫助系統開發者提高系統的整體效能:

1. 每次配置資源以最小化為原則。

2. 資源使用完畢後立即釋放,以便讓其他的程序能夠利用。

3. 可共享資源的充分利用。

  在 MTS 所設計的環境中,利用了元件技術 COM/DCOM[8],系統開發者將企業邏輯部份的處理程式規劃撰寫成一個一個的小元件,並交由 MTS 代為管理運用,大部份的處理程序都已在 Middle-Tier 的 MTS 環境中運作。當使用者要完成某項工作時,透過使用者介面,呼叫 Middle-Tier 的必要元件一個一個來執行,在元件完成自己的工作後,即被停止 ( Deactivate ) ,僅保留相當少數供將來快速起動的資訊,元件所佔用的資源全部都被釋放,也不會保留下執行的狀態,以這種輕量化 ( Stateless ) 的處理方式,有效地節省了系統資源,而當有其他的程序要引用此元件時,元件即很快速地被啟動 ( Activate ) ,如同新元件般再度工作。所以,當使用者人數眾多時,這種方式因為每一小元件佔用資源少,執行完立即釋放資源,並能快速地重覆利用同一元件,故能使系統達到較佳的整體效能。

  由上述說明可知,若要 MTS 能發揮功用,在系統設計時的程式元件規劃非常的重要!以 Visual Basic 為例,若是照以往在 Client-Server 環境中,我們通常將一個完整的處理工作寫在同一個 FORM 模組中,所以在三層式架構的環境中,我們將這個 FORM 模組的介面處理程式拆出來,把其中資料處理的程序部分改成一個 COM 元件(一個 Class Module ),安裝到 Middle-Tier 的 MTS 環境下,由介面程式來呼叫此元件做資料處理工作,如此雖然可以達到三層式架構的好處,也可確保系統、資料與程式碼的安全,但因處理程序的元件過大,每次引用時佔的資源較多,且整個處理過程可能需要較長的時間,使得資源佔用的時間較久,故 Middle-Tier 伺服器的效能就會受到影響。

  在 MTS 的環境中,要能提高效能,較好的做法是,將原來的處理程序規劃成許多小元件(每一個小元件在 Visual Basic 中都是一個 Class 模組),並串聯這些小元件以達成完整的資料處理工作.每一個小元件僅負責一簡單的資料處理工作(例如:資料運算後更新資料庫中的某一資料),而要完成完整的處理工作只要各元件利用 MTS 提供的 CreateInstance() method 來引用其他的 MTS 小元件協助完成全部的工作.因每一次只引用一個小元件,且此小元件執行完後立即釋放,所以資源的佔用可減到最小,而達到提昇伺服器負載的目的。

  運用這些資訊技術,使我們所開發的網際網路應用系統整體效能得以提高。接著以【多學制網際網路即時選課系統】為例,說明系統架構與元件的設計概念:

一、選課系統架構圖

說明:

    1. 選課系統採三層式架構,使用者端利用 WWW 瀏覽器及 HTTP 協定與選課 WWW 伺服器連接,中間層 ( Middle-Tier ) 可視選課人數增加 WWW 伺服器數目,並安裝選課元件,透過伺服器中選課元件的運作,存取後端統一的資料庫。
    2. 當使用者連線至選課 WWW 伺服器後,依照選課畫面的指示查詢課程資料或加選課程或退選課程,將會由 WWW 伺服器驅動必要的選課元件並儘快釋放已做完的元件佔用的資源,以達到伺服器中資源的充份利用,而能夠同時服務更多的使用者。

二、選課系統元件說明

 檢查是否可加選(學生是否可加選此課程)

 檢查衝堂(和此生已選課程是否衝堂)

 檢查擋修(是否先修課程已修及格)

 檢查個人學分限制(是否超過學分限制)

 檢查是否可退選(學生是否可退選此課程)

 檢查個人學分限制(是否超過學分限制)

 退選元件(退選一門課,累減修課人數,超過人數下限不可退)


三、選課元件關係圖

註:屬性共有四種─ Transaction Required ( Tx. Req. ) 、Requires New Transaction 、Transaction Supported ( Supported ) 、 Transaction Not Supported ( Not Supported ) ,主要是用來設定元件之間的關係與特性。





伍、多學制網際網路即時選課系統施行結果報告

  1. 系統達成目標
  1. 學生選課時段人次分佈圖:

 

  1. 總選課登入人次: 9492 人次
  1. 學生電腦連線 IP 位址─ TOP15

IP 位址 連線次數
168.95.0.3 218
203.68.226.12 186
168.95.0.2 165
168.95.0.4 157
203.68.231.97 145
168.95.0.5 92
140.115.1.30 88
168.95.0.1 85
168.95.0.6 81
203.68.231.98 81
203.79.224.206 70
203.66.222.12 69
203.68.222.250 61
203.68.223.143 59
139.175.55.246 50
203.68.226.200 50

  從學生學生選課時段人次分佈圖來看,有學生企圖在非選課時段上線嘗試搶修課程,這己被系統的時間限制條件有效地避免不公平的問題產生;第三項的統計資料,校外連線人次約為校內連線人次的二分之一,可見已有效分散傳統校內選課擁擠的現象;由第四項連線 IP 統計可得知,學生有透過 Proxy 站連線上網選課的現象和在校內相同電腦多次上線選課的傾向。





陸、所遭遇的困難及解決途徑

  此系統實施以來,感覺蠻平順的。技術層面的困難較少,行政管理的困擾較多。比較常遇到的困擾是學生忘記密碼,在選課時段尤其緊迫,常須在計算機中心安排系統管理人員來修正密碼設定。另一可能發生的現象是個人輸入的學號、身份證號碼、生日日期和與資料庫內的記錄比對不合或輸入錯誤,學生無法申請到通行密碼。對於比對不合部份,學生須出據證明到計算機中心修改資料庫內部記錄。對於輸入錯誤部份,大部份發生在「生日」日期欄位。後來修改程式元件,使生日如:民國68年6月3日,輸入680603或6863皆可為系統接受。 為了讓即時選課系統作業順暢,事前就宣導學生將通行密碼申請妥善,並進入「明新技術學院學生資訊網際服務系統」熟悉環境。我們也集合進修推廣部的班代表作系統說明,僅花了不到一個小時的時間即交待完畢。





柒、結語

  輕量化元件的設計,被證明可以解決在提供線上即時資訊服務時,可能因大量資料存取而造成網際網路伺服器當機的窘境。

  經由我們開發的【多學制網際網路校園資訊服務系統】,學生可以隨時了解自身的修課和訓輔情形,例如:是否會被學退、操退?是否可以順利畢業?是否有資格參加升學甄選?根據自己目前的狀況提早作好生涯規劃。再則,透過【多學制網際網路即時選課系統】,計算機中心幫助教務處和學務處節省許多人力和物力的支出。我們也希望在這些嘗試後,了解更多校務行政院電腦化推展的問題,以期能夠幫助更多的行政單位。更希望學生經由使用此二系統的經驗,養成良好的使用資訊習性,善加利用資訊資源,以面對未來更多的挑戰。





捌、參考文獻

[1]. 張漢卿, 交通大學校務行政電腦話化展望,TANet'95研討會,中壢市,F126-130(1995)。

[2]. 沈玉升, 從行政管理角度探討─校務行政電腦化之推動,TANet'95研討會,中壢市,F131-F136(1995)。

[3]. 鄭鳳生 李元萍 火昌華, 從元智的教學環境--看多媒體在資訊網路的應用, 網路通訊雜誌。

[4]. David Chappell, Understanding ActiveX and OLE--A Guide for Developers & Managers, Microsoft Press.

[5]. 鄭鳳生, 大型資訊系統規劃方法, 資訊傳真。

[6]. 蕭琇月 溫嘉榮, 影響學校管理資訊系統成效之因素研究, 博碩士論文。

[7]. Mitchell I. Kramer, Microsoft Transaction Server--A General Purpose Infrastructure for Multi-tier Application, Microsoft.

[8]. Dale Rogerson, Inside COM--Microsoft's Component Object Model, Microsoft Press.