遠程實驗室

數據採集、儀器控制、過程控制和自動測試是實驗室研究和工業自動化領域工作的關鍵環節。在20世紀80年代初個人計算機出現之前，實驗室都採用性價比較低、功能單一的儀器控制器來控制測試系統，耗費大量的人力和財力。近年來，隨着計算機科學和微電子技術以及網絡技術的迅速發展和普及，基於計箅機技術所形成的虛擬儀器（Virtual instrument，VI），技術也由此誕生。虛擬儀器技術不僅被廣泛應用在科學研究領域，而且使得新型遠程教育模式的實現成為可能。隨着我國高等教育體制的深化改革以及招生規模不斷的擴大，學生規模急劇膨脹的普通高等院校普遍陷入了實驗教學的困境。而對於理工科專業，實驗對於培養學生的實際操作能力和解決問題的能力至關重要。遠程虛擬實驗室是一個無牆的中心，通過計算機網絡系統，學生將不受時空的限制，隨時隨地與同學協作，共享儀器設備，共享數據和計算資源，得到老師的遠程指導。因此，建立基於因特網技術和虛擬儀器技術的虛擬實驗室成為緩解這些困境的良好途徑，它在提高教學驗水平、實現教育資源共享和節約投資等方面具有重要意義 ^[1]  。

遠程虛擬實驗室的組建可以分為硬件 (網絡架構) , 通信協議及軟件。

實驗室建設中，為了達到網上教學及網上實驗的目的，構建兩套網絡：實時網和以太網。服務器是數據存儲中心, 通過網絡連接四個綜合實驗平台及實驗室內部教學網，並且通過校園網與 Internet相連。各綜合實驗平台都是以計算機為核心組成的綜合實驗網。內部教學實驗網、校園網、Internet 網上的各客户端可隨時訪問服務器中的教學資源或進行遠程實驗。實驗室主幹網採用 TCP/IP 和HTTP協議，各綜合實驗平台以計算機為中心，通過通信控制器以慣用且可靠的RS/232 協議進行通信。採用 RS 485、EPP、GPIB 等多種接口，並通過總線接口控制器與計算機進行連接 ^[2]  。

軟件可分為五個部分：網絡操作系統、後台數據庫、Web服務器、數據庫維護訪問工具以及教學實驗課件、 虛擬儀器開發工具。

1.網絡操作系統

使用較多的有 Novell、Windows NT、Unix等，Novell網絡有侷限性，Unix 網絡大都應用在中、小型機上, 因此在微機中選擇Windows NT 較為合適。Windows NT具有如下特點：

①多任務支持。Windows NT服務器可以作為專用服務器，也可以作為非專用服務器，當作非專用服務器時，網絡服務在後台進行，用户可以同時在服務器進行前台操作完成其任務；

②多協議支持。Windows NT本身採用NET-BEUT協議，同時並行支持TCP/IP，SPX/IPX等通信協議，這使得Windows NT具有很高的異種網絡通信的效率；

③多文件格式支持。Windows NT支持DOS，OS/2，POSIX等文件格式，可以把在上述系統上運行的程序與數據方便地移植到Windows NT上來；

④多功能組合。Windows NT除了具有一般網絡操作系統的功能外，還具有遠程服務、ISDN、x. 25 以及郵件服務系統等多功能組合。

⑤域服務器。Windows NT域是Windows NT網絡操作系統的一個很重要的特點，它是將多個Windows NT服務器在邏輯上定義為一個互相協調工作為工作站服務的“域服務器”。 工作站用户可以透明地訪問該域服務器, 從而擴大了Windows NT網絡的規模，增大了工作站的數量，提高了網絡整體性能 ^[2]  。

2.後台數據庫軟件

使用較多的有Oracle，Sybase SQL Server，Microsoft SQL Server。其中Oracle，Sybase SQL

Server 作為大型數據庫軟件，在遠程實驗室建設中，考慮要維護的信息量較少並且信息更新頻率不高，所以選擇Microsoft SQL Server 為佳。Microft SQL Server是用於分佈式 Clien/Server計算的功能強、性能好的關係數據庫管理系統，是新型多線程、並行式數據設計，能滿足有關可靠性、數據完整性和安全性的要求。主要特點如下：

①與Microsoft Backoffice 集成。

②集成Windows NT Event Viewer。

③與Internet的集成。

④集中的數據庫管理。

⑤數據可用性、可靠性和容錯能力。鏡象的數據庫設備提供在設備失效時自動恢復錯誤，同時，把錯誤限制在一個用户線程裏；RAID5帶校驗的磁盤Striping，提高了性能、可靠性和容錯能力。

⑥更可靠的安全策略。SQL Server 與Windows NT中的安全系統集成，這就允許使用一個用户名和口令訪問 SQL Server 與Windows NT。SQL Server還使用Window NT加密特性獲得網絡的安全，並且為非Microsoft 客户提供了它自己的安全策略。 同時，通過加密網絡數據流提高網絡間的數據安全性，加密存儲過程保護基於服務器的過程化應用程序編碼的完整性和安全性 ^[2]  。

3.Web信息服務器軟件

Internet，Information Server (IIS)是微軟公司推出的Web服務器，它是當今Windows NT 平台上執行效率最佳的Web服務器之一，其最大的特點就是支持Microsoft 動態服務器頁面 (Active Server Page，縮寫為ASP) 以及ActiveX 數據對象 (ActiveX Data Ob2ject)。採用 IIS的 4.0 版本，具有高性能、高集成、擴展性、 廣泛性、 可管理性、 易用性以及與NT無縫集成等特點。

①高性能。具有快速、高響應性，並且佔用的系統資源很少；

②高集成。IIS與Windows NT Server 操作系統緊密集成，從而使 IIS易於安裝、管理和配置；

③擴展性。IIS支持Internet 服務器應用程序接口。IIS通過Internet 擴展 (Extensions) 支持HTTP和FTP協議，並提供集中維護界面來簡化 Internet 應用程序的使用。IIS支持多用途Internet 郵件擴展，為Internet 應用程序的訪問提供一個簡單的註冊項；

④廣泛性。IIS通過支持ASP，可迅速開發出動態的、交互的Web應用程序。IIS對使用VBScript、JavaScript Java、Visual Basic、Visual C++，以及CGI等開發應用程序都提供了支持。同時，IIS提供了IDC、ISAPI的編程環境，可以根據需要開發出功能強大的應用程序；

⑤可管理性。在IIS中，不但提供了專門的管理軟件，而且系統管理員可以通過Web瀏覽器軟件進行網上管理、管理員可以同時管理網上的多個主機。IIS 的日誌可以自動記錄到一個數據庫中, 以供管理員進行站點分析與維護。

⑥易用性。IIS很容易安裝和使用。當安裝Windows NT服務器時，安裝程序將自動地安裝IIS ^[2]  。

4.數據庫維護訪問工具以及教學實驗課件

作為數據庫訪問工具, 較為流行的有 PowerBuilder，Visual Basic，Visual C++，ASP(Active Server Page) 等。

Power builder是一個功能強大的數據庫前端開發工具。此工具開發效率高、成本低；面向對象的開發工具，代碼的可重用性好，開發的軟件易於維護；客户服務器計算模式的前端工具，支持多種數據庫接口；提供了豐富的對象、控件和函數，為開發人員提供強大的開發環境。Power builder是用於開發實驗室數據庫信息維護系統的理想工具。

ASP是服務器端的腳本編寫環境，是微軟公司的新一代開發動態網頁的技術，可用它來創建動態Web頁或生成功能強大的Web應用程序。ASP作為遠端客户訪問數據庫的工具，從軟件的技術層看，具有如下的特點：

①無須編譯，ASP腳本集成於HTML當中，容易生成，無須編譯或鏈接即可直接解釋執行。

②使用常規文本編輯器(如Windows下的記事本) 即可進行3.asp頁面的設計。選用具有可視化編輯能力的Visual InterDev，則可以大大提高程序的開發效率。

③獨立於瀏覽器，用户端只要使用可解釋常規HTML碼的瀏覽器，即可瀏覽ASP所設計的主頁內容。ASP腳本是在站點服務器端執行的，用户端的瀏覽器不需要支持它。因此，若不通過從服務器下載來觀察3.asp主頁，在瀏覽器端是見不到正確的頁面內容的。

④面向對象，在ASP腳本中可以方便地引用系統組件和 ASP的內置組件，還能夠通過定製Activex Server Component (Active X服務器組件) 來擴充功能。與任何ActiveX scripting語言兼容。除了可使用VB Script或 JavaScript語言進行設計外，還可通過Plugin的方式，用由第三方所提供的 scripting 語言。

⑤源程序碼不會外漏，ASP腳本在服務器上執行，傳到用户瀏覽器的只是ASP執行結果所生成的標準HTM L 代碼，這樣就可以保密源程序代碼。

⑥擴充功能的能力強，通過使用Visual Basic、Ja2va、Visual C++等多種程序語言製作ActiveX Server

Component以滿足自己的特殊需要。

⑦ADO (ActiveX Data Objects) 是一組優化的訪問數據庫專用對象集，為ASP提供完整的站點數據庫訪問解決方案，它可與ASP結合，作用在服務器端。以提供含有數據庫信息的主頁內容 ^[2]  。

5.教學實驗課件、 虛擬儀器的開發與發佈

由Macromedia公司推出的多媒體軟件集成開發工具Authrware，是開發多媒體課件的理想工具。Authorware 是一個可視化的設計平台。一個多媒體設計程序的邏輯結構可以通過主流線及支流線以設計按鈕圖標的方式在設計平台上反映出來，其邏輯結構清晰，便於組織和開發，這使得不具有高水平編程能力的用户能夠創作出一些高水平的多媒體應用軟件產品。同時，通過Macromedia公司發佈的WebPlayer 插件，可以將開發的多媒體課件在網絡上進行發佈，從而方便地實現網上教學。除此之外Authorware5.0，還有如下功能：

①13 個設計按鈕圖標提供了全面創作交互式應用程序的能力；

②提供了直接在屏幕上編輯對象的功能；

③具有強大的圖片處理功能；

④具有動畫的創作功能；

⑤文字對象的全字處理能力；

⑥提供了創建 11 種交互響應的能力；

⑦利用結構化的觀點設計交互式應用程序，使整個程序的組織有主流線、支流線；

⑧提供了模式功能，即創建一種模式後就可以在創建其他交互式應用程序時使用，避免重複勞動 ^[2]  。