網絡虛拟實驗室

網絡虛拟實驗室

實驗室名稱
網絡虛拟實驗室是使用BSDA結構,由客戶端、Web服務器、應用服務器以及實驗設備四個模塊組成,具備開發周期短,成本低的特點,同時又具有很強的兼容性和擴展性,能大大提高儀器的使用效率。[1] 它是一個無牆的中心,通過計算機網絡系統,研究人員或學生将不受時空的限制,随時随地與同行協作,共享儀器設備,共享數據和計算資源,并得到教師的遠程指導以及與同行相互研讨。
  • 中文名:網絡虛拟實驗室
  • 外文名:
  • 别名:
  • 結構:BSDA
  • 組成模塊:4個
  • 分類:3類
  • 特點:開發周期短,成本低
  • 成功案例:Tennessee大學

定義

由于通過網絡虛拟實驗室能夠實現跨時空跨學科的儀器設備遠程共享,甚至遠程控制,滿足科研教學對分布式實驗系統的要求,同時解決棘手的教學資源緊張問題,國外的很多科研院所也已經進行了相關的有益嘗試。如Carnegie-Mellon大學的卡Carnegie Mellon虛拟實驗室,Johns Hopkins大學的虛拟工程與科學實驗室,以及Tennessee大學的網上工程實驗室是其中的比較成功的範例。

分類

網絡虛拟實驗室大多使用的是CS(客戶端/服務端)結構,按其實現功能基本可分為三類:

軟件共享

其特點為,服務端共享本地的虛拟實驗室模拟軟件平台,接受客戶端發送的實驗請求,分析和處理實驗參數,經過計算模拟最終将結果返回客戶端。整個系統不涉及具體的實驗儀器硬件設備,隻是利用軟件模拟實驗的過程;

儀器共享

服務端同樣接受客戶端的實驗請求和實驗參數,使用實驗參數配置與之連接的實驗儀器硬件設備,由實驗儀器硬件設備進行實驗,并将實驗結果返回服務端,最後返回到用戶端,實現實驗儀器的共享,實驗數據的共享。

遠程控制

與儀器共享網絡虛拟實驗室最大的區别在于除了實驗儀器實驗數據的共享之外,它還要實現客戶端對實驗儀器設備的遠程控制。

原理

網絡虛拟實驗室的構建多使用浏覽器/服務器/數據和應用(BSDA,Browser/Server/Database&Application)結構,其原理如圖1所示,典型的網絡虛拟實驗室由客戶端、網頁服務器端、應用服務器端以及實驗儀器設備四部分組成。網頁服務器主要作用是提供Web接入服務、用戶認證管理、開放式交互實驗環境以及動态網頁的生成;應用服務器主要作用是控制和管理實驗儀器、采集和處理實驗數據;數據庫的主要作用則是配合用戶帳戶的管理、動态網頁的生成以及實驗數據的存儲和管理。本網絡虛拟實驗室,主要由模拟仿真和實時測量兩個部分組成,如圖2所示。模拟仿真部分,主要完成驗證型、原理演示型實驗,使用LabVIEW自帶的網頁發布功能,直接在Web服務器端生成嵌入實驗平台的www網頁,用戶隻需使用網頁浏覽器即可通過互聯網訪問網絡虛拟實驗室,進行實驗。

實時測量部分,主要完成儀器共享型、遠程控制型實驗,有一個多媒體輔助模塊,是對實際實驗平台界面的虛拟呈現,讓學生在進入實時測量模塊之前來操作,用來檢驗學生的預習程度,讓學生預先了解實驗内容,熟悉具體的實驗步驟;另一個是實時測量模塊,它是實時測量部分的核心,負責本地實驗數據的采集,并按遠程用戶的操作要求進行分析、存儲以及顯示,可使用LabVIEW的網頁發布功能來實現,也可使用基于LabVIEW編程的Application Server模塊與客戶端API模塊來實現網絡互連,數據通信,完成遠程實驗。

結構

我們使用的是以NI-PXI構架為核心的硬件體系,并以一台DellPowerEdge4600為網絡服務器,Dell PowerEdge4600為Web服務器配備了2個Intel Xeon2.8GHz處理器,2GB ECC DDR RAM,3×36GB SCSI RAID(冗餘磁盤陣列),以及Broadcom千兆網卡,充分滿足多線程、大流量、高帶寬的使用要求。

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