HarmonyOS Next 助力線上教育：網路最佳化實戰案例

SameX發表於2024-11-17

本文旨在深入探討華為鴻蒙HarmonyOS Next系統（截止目前API12）的技術細節，基於實際開發實踐進行總結。
主要作為技術分享與交流載體，難免錯漏，歡迎各位同仁提出寶貴意見和問題，以便共同進步。
本文為原創內容，任何形式的轉載必須註明出處及原作者。

一、引言

線上教育在當今社會中發揮著越來越重要的作用，它打破了時間和空間的限制，讓知識的傳播更加便捷高效。然而，線上教育對網路效能有著極高的要求。流暢的直播課程、快速的資源載入以及穩定的學習環境是保障線上教育質量的關鍵因素。一旦網路出現問題，如直播卡頓、課件載入緩慢等，就會嚴重影響學生的學習體驗和學習效果。因此，藉助 HarmonyOS Next 的網路加速服務，為線上教育平臺構建一個高效穩定的網路架構，是提升線上教育質量的重要舉措。

二、網路架構搭建

（一）架構設計與模組功能

  1. 分層架構設計
    - 採用分層架構，包括應用層、網路服務層、資料快取層和網路適配層。
    - 應用層：負責與使用者互動，接收使用者的操作指令，如開啟直播課程、下載學習資料等，並將結果展示給使用者。
    - 網路服務層：提供網路請求的封裝和管理，根據不同的業務需求發起相應的網路請求，如直播流請求、資原始檔請求等。它還負責處理網路請求的回撥，將資料傳遞給應用層進行展示或進一步處理。
    - 資料快取層：主要用於快取經常使用的資料，如課程列表、常用教材等。透過快取機制，可以減少對網路的重複請求，提高資料的獲取速度，特別是在網路狀況不佳時，能夠快速提供本地快取的資料，提升使用者體驗。
    - 網路適配層：負責與底層網路介面進行互動，監測網路狀態變化，如網路連線、斷開、訊號強度變化等。它還根據網路狀況選擇最優的網路接入方式，如在有穩定 WiFi 的情況下優先使用 WiFi，當 WiFi 訊號不穩定或不可用時自動切換到蜂窩網路。
  2. 模組功能協作
    - 應用層與網路服務層透過介面進行通訊。當使用者在應用層發起操作時，應用層呼叫網路服務層的相應介面發起網路請求。網路服務層在請求過程中，會與資料快取層互動，首先檢查快取中是否存在所需資料，如果有則直接返回給應用層，否則向伺服器發起請求。網路適配層則為網路服務層提供底層網路支援，確保網路請求能夠在合適的網路環境下進行。

（二）架構圖展示

[此處插入一個簡單的架構圖，展示分層架構以及各層之間的互動關係，例如應用層與網路服務層、網路服務層與資料快取層和網路適配層之間的箭頭表示資料和指令的流向]

三、直播課程網路保障

（一）流暢性最佳化措施

  1. 自適應位元速率調整
    - 根據網路質量評估資訊，如網路頻寬、時延等，動態調整直播影片的位元速率。當網路頻寬較低時，降低影片的位元速率，減少資料量，以保證影片的流暢播放；當網路狀況良好時，提高位元速率，提供更清晰的影片畫面。例如，當檢測到網路頻寬低於 1Mbps 時，將影片位元速率從高畫質（如 2Mbps）降低到標清（如 500kbps）。
    - 實時監測網路質量變化，每 5 秒重新評估一次網路狀況，及時調整位元速率。可以透過 HarmonyOS Next 的網路質量評估介面獲取相關資訊：
import { netQuality } from '@kit.NetworkBoostKit';
netQuality.on('netQosChange', (list: Array<netQuality.NetworkQos>) => {
  const bandwidth = list[0].linkDownBandwidth;
  if (bandwidth < 1000) {
    setVideoBitrate('low');
  } else {
    setVideoBitrate('high');
  }
});
  1. 多網融合技術
    - 利用 HarmonyOS Next 的多網遷移功能，實現直播過程中的 WiFi 和蜂窩網路無縫切換。在直播開始前，同時監測 WiFi 和蜂窩網路的訊號強度和頻寬，當 WiFi 網路出現問題（如訊號強度低於 -70dBm 且頻寬低於 500kbps）時，自動切換到蜂窩網路，確保直播的連續性。
    - 為了避免切換過程中的卡頓，在切換前提前預載入一定時間（如 5 秒）的影片資料，在切換完成後從預載入的位置繼續播放。

（二）程式碼片段

  1. 位元速率調整程式碼
function setVideoBitrate(bitrateLevel: string) {
  const videoPlayer = getVideoPlayer();
  if (bitrateLevel === 'low') {
    videoPlayer.setBitrate(500000); // 設定為 500kbps 位元速率
  } else {
    videoPlayer.setBitrate(2000000); // 設定為 2Mbps 位元速率
  }
}
  1. 網路切換程式碼
import { netHandover } from '@kit.NetworkBoostKit';
const wifiThreshold = -70;
const bandwidthThreshold = 500000;
function checkNetworkAndSwitch() {
  const wifiStrength = getWifiSignalStrength();
  const cellularBandwidth = getCellularBandwidth();
  if (wifiStrength < wifiThreshold && cellularBandwidth < bandwidthThreshold) {
    netHandover.setPreferredNetwork('cellular');
    preloadVideoData(5); // 預載入 5 秒影片資料
  }
}

四、資源載入最佳化

（一）預載入與快取方案

  1. 課程資源預載入
    - 根據課程安排和學生的學習習慣，提前預載入即將學習的課程資源，如影片課件、文件資料等。例如，在學生完成當前課程學習後，自動在後臺預載入下一節課的資源。可以透過分析學生的學習進度資料和課程難度，智慧確定預載入的優先順序和時間點。
    - 建立預載入佇列，按照優先順序順序依次載入資源。同時，限制同時預載入的資源數量，避免過多的預載入任務佔用網路頻寬和系統資源。
  2. 快取管理策略
    - 採用多級快取機制，包括記憶體快取和本地儲存快取。對於頻繁訪問的課程資源，如課程首頁的圖片和常用文件，首先在記憶體中快取，以最快的速度提供給使用者。當記憶體快取達到一定容量時，將不常用的資源轉移到本地儲存快取。
    - 定期清理過期的快取資源，根據資源的更新頻率和最後訪問時間，確定哪些資源需要被清理。同時，為使用者提供手動清理快取的功能，以便使用者在需要時釋放儲存空間。

（二）程式碼講解

  1. 預載入程式碼示例
import { preloadResource } from '@utils';
function preloadNextCourseResources() {
  const nextCourse = getNextCourse();
  const resources = nextCourse.resources;
  resources.forEach((resource) => {
    preloadResource(resource.url, resource.priority);
  });
}
  1. 快取管理程式碼
import { cacheManager } from '@utils';
function addToMemoryCache(resource: any) {
  cacheManager.addToMemory(resource);
  if (cacheManager.memoryCacheSize > MAX_MEMORY_CACHE_SIZE) {
    const leastUsedResource = cacheManager.getLeastUsedResource();
    cacheManager.moveToLocalStorage(leastUsedResource);
  }
}
function clearExpiredCache() {
  cacheManager.clearExpired();
}

五、安全與穩定措施

（一）安全防護與穩定性提升

  1. 資料加密傳輸
    - 在網路請求過程中，對傳輸的資料進行加密處理，防止使用者資訊、學習記錄等敏感資料被竊取。採用 SSL/TLS 等加密協議，確保資料在網路傳輸過程中的安全性。例如，在登入和註冊過程中，使用者的賬號密碼以及個人資訊在傳輸前進行加密，伺服器端收到資料後進行解密驗證。
    - 定期更新加密演算法和金鑰，以應對不斷變化的安全威脅。
  2. 網路連線穩定性增強
    - 建立心跳機制，定期向伺服器傳送心跳包，檢測網路連線的狀態。如果在一定時間內（如 10 秒）沒有收到伺服器的響應，自動重新建立連線。同時，設定網路連線重試次數和重試間隔時間，當網路連線失敗時，按照設定的策略進行重試，提高網路連線的成功率。
    - 最佳化網路請求超時設定，根據不同型別的網路請求（如登入請求、課程資源請求等）設定合理的超時時間。對於登入請求，超時時間可以設定較短（如 3 秒），以快速反饋登入結果；對於課程資源請求，可以根據資源大小和網路狀況設定相對較長的超時時間（如 10 - 30 秒）。

（二）相關程式碼解讀

  1. 資料加密程式碼
import { encryptData } from '@security';
function login(username: string, password: string) {
  const encryptedUsername = encryptData(username);
  const encryptedPassword = encryptData(password);
  // 傳送加密後的使用者名稱和密碼進行登入請求
}
  1. 心跳機制與連線重試程式碼
import { netManager } from '@kit.NetworkBoostKit';
function startHeartbeat() {
  setInterval(() => {
    const connectionStatus = netManager.checkConnection();
    if (!connectionStatus) {
      reconnect();
    }
  }, 10000); // 每 10 秒傳送一次心跳包
}
function reconnect() {
  let retryCount = 0;
  const maxRetryCount = 3;
  const retryInterval = 5000; // 重試間隔 5 秒
  function attemptReconnect() {
    const result = netManager.connect();
    if (result) {
      return;
    } else {
      retryCount++;
      if (retryCount < maxRetryCount) {
        setTimeout(attemptReconnect, retryInterval);
      } else {
        showError('網路連線失敗，請檢查網路設定。');
      }
    }
  }
  attemptReconnect();
}

六、總結與展望

透過以上對線上教育平臺網路架構的最佳化和各種保障措施的實施，利用 HarmonyOS Next 的網路加速服務，我們在直播課程流暢性、資源載入速度以及安全穩定性等方面取得了顯著的成果。學生能夠更加流暢地觀看直播課程，快速獲取學習資源，並且在安全的網路環境中進行學習。然而，隨著線上教育的不斷髮展和技術的持續進步，我們仍面臨著新的挑戰和機遇。未來，我們將繼續關注網路技術的創新，如 5G/6G 技術的應用、人工智慧在網路最佳化中的作用等，進一步提升線上教育平臺的網路效能，為學生提供更加優質、高效、安全的線上教育服務。同時，我們也希望這些經驗和實踐能夠為其他線上教育平臺的小夥伴提供有益的參考和借鑑，共同推動線上教育行業的發展。

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