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　　1設(shè)計原理

　　1. 1 LabVIEW的網(wǎng)絡(luò)功能虛擬儀器網(wǎng)絡(luò)平臺是一個為遠(yuǎn)程虛擬實驗室提供基礎(chǔ)的平臺，因此在實現(xiàn)上不僅要求系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)具有臨場感的虛擬實驗，而且還希望系統(tǒng)具有高度的可擴展性以應(yīng)付不同種類的虛擬實驗，而同時也需要控制對于擴展實驗所需要消耗的資源。

　　由于TCP和UDP是底層的通信實現(xiàn)，并不是專門為遠(yuǎn)程采集設(shè)計，因此要實現(xiàn)一個遠(yuǎn)程采集任務(wù)必需進(jìn)行復(fù)雜的TCP（ UDP）編程，不僅包括了數(shù)據(jù)的傳輸，還涉及到采集控制信號的傳輸以及同步等內(nèi)容，而且一段TCP框圖幾乎是專門為一個特定的遠(yuǎn)程采集任務(wù)設(shè)計的。如果需要實現(xiàn)另一個遠(yuǎn)程采集任務(wù)，則幾乎需要重新設(shè)計TCP通信方式，在擴展實驗內(nèi)容上無疑是十分麻煩且高代價的。

　　DataSocket本質(zhì)上是在一定層次上封裝了TCP功能的高速數(shù)據(jù)實時共享手段，因此能夠在一定程度上簡化擴展實驗的復(fù)雜性，但仍然不夠理想。而R e mote Panels則是專門為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集設(shè)計的高度封裝的功能，本身不涉及任何框圖編程的V I發(fā)布手段，或者說應(yīng)用。在擴展方面，只需要設(shè)計*不包含遠(yuǎn)程任務(wù)的本地采集V I，就可以通過R emote Pan els變?yōu)檫h(yuǎn)程采集V I，因此實驗的擴展僅僅與實驗本身的擴展有關(guān)而不涉及實驗的遠(yuǎn)程通信。相比之下， SMTP只是一種發(fā)送郵件的功能，無法實現(xiàn)遠(yuǎn)程虛擬實驗，也就談不上實驗的擴展。LabV IEW的網(wǎng)絡(luò)通信功能對比見。

　　考慮到系統(tǒng)需求，設(shè)計采用Remote Panels作為網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗平臺的實現(xiàn)形式。同時，為了客戶端的配置能夠盡量簡單和實驗系統(tǒng)管理的方便，本研究方案采用基于瀏覽器發(fā)布的R emote Panels并輔助以ASP環(huán)境開發(fā)的平臺作為實驗室系統(tǒng)。

　　此外，將使用M ySql Server作為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

　　1. 2網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗平臺整體架構(gòu)設(shè)計整個網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗平臺的架構(gòu)如所示。其中服務(wù)器裝有W in2000 Server、Professional操作系統(tǒng)，由LabV IEW 7. 0軟件提供虛擬儀器的發(fā)布，同時此服務(wù)器還作登錄服務(wù)器用，由IIS + ASP + M ySq l Server提供的平臺，需要正確的用戶名、密碼登錄服務(wù)器，才可以做虛擬實驗。硬件設(shè)備為N I公司的硬件板卡PCI- 6111.而用戶計算機需要有W eb瀏覽器，必須裝有LabV IEW Runtime Engine插件。

　　鑒于LabV IEW本身對硬件操作能力強大，本研究設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗方案使用的是CS結(jié)構(gòu)，從實現(xiàn)的功能上采用遠(yuǎn)程控制網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗平臺的類型，也就是除了實現(xiàn)實驗儀器與實驗數(shù)據(jù)的共享之外，還要實現(xiàn)客戶端對實驗儀器設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

　　網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗平臺的構(gòu)建采用BSDA 結(jié)構(gòu)，即客戶端/服務(wù)器/數(shù)據(jù)庫/應(yīng)用程序的結(jié)構(gòu)。

　　LabV IEW本身雖然具備一定的網(wǎng)頁服務(wù)器功能，但是由于虛擬實驗室的功能上要求對客戶端有一定的限制，并且要求一些擴展的交互功能，因此決定使用M icrosoft IIS作為主要的網(wǎng)頁服務(wù)器對LabV IEW進(jìn)行擴展。因此，網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗平臺構(gòu)建如下：客戶端采用網(wǎng)頁瀏覽器（ Netscape 4. 7或Inter net Exp lorer 5. 5 sp2以上版本）；網(wǎng)頁服務(wù)器采用M icrosoft IIS，腳本環(huán)境采用M icrosoft ASP（ A ctive Server Pages）；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用M ySql Server 4. 1；應(yīng)用服務(wù)器端采用LabV IEW 7. 0 Full Develop ment System；實驗儀器設(shè)備采用N ational Instrum ents的PCI - 6111.

　　2實現(xiàn)過程網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗平臺系統(tǒng)共包括數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、平臺系統(tǒng)、LabV IEW系統(tǒng)3個系統(tǒng)模塊。

　?、贁?shù)據(jù)庫系統(tǒng)模塊從屬于平臺系統(tǒng)模塊，它為平臺系統(tǒng)模塊提供了用戶數(shù)據(jù)管理的支持。

　?、谄脚_系統(tǒng)模塊分為用戶管理模塊和附屬模塊，用戶管理模塊實現(xiàn)教師與學(xué)生的身份認(rèn)證與登錄，預(yù)約查看與管理等，附屬模塊則實現(xiàn)討論、上傳及下載區(qū)3個系統(tǒng)。

　　③LabV IEW系統(tǒng)模塊則向用戶提供基于網(wǎng)頁瀏覽器的遠(yuǎn)程虛擬實驗。

　　2. 1數(shù)據(jù)庫模塊的實現(xiàn)設(shè)計采用的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為M ySq l Server 4. 1，屬于關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（ RDBM S）。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)庫是以關(guān)系的方式組織數(shù)據(jù)，關(guān)系也就是表。一個數(shù)據(jù)庫可由若干個表組成，通過一個或者多個表中的特定關(guān)系，相關(guān)的數(shù)據(jù)被有機的連接起來。用戶對數(shù)據(jù)庫的操作實際上就是對表的操作。

　　創(chuàng)建平臺的數(shù)據(jù)庫b ishe如所示。

　　網(wǎng)絡(luò)平臺數(shù)據(jù)庫由8個表組成，分別是： bishe，hu ifu， kecheng， shiyan， taolun， xuesheng， yunxu， yuyue.

　　其中xuesheng和b ishe是存儲用戶信息的主要表格，也是劃分用戶權(quán)限的依據(jù)。此外，為了讓平臺能夠使用ASP連接數(shù)據(jù)庫，還安裝了M ySq lOD BC Driver.

　　2. 2平臺模塊的實現(xiàn)設(shè)計的平臺模塊使用基于IIS的ASP頁面。平臺主要由5個部分組成，分別是預(yù)約系統(tǒng)，交流討論系統(tǒng)，上傳專區(qū)，下載專區(qū)，與虛擬實驗系統(tǒng)的無縫連接系統(tǒng)。預(yù)約系統(tǒng)和與虛擬實驗系統(tǒng)的無縫連接是此部分的開發(fā)重點。交流討論系統(tǒng)，上傳專區(qū)，下載專區(qū)，是網(wǎng)絡(luò)平臺功能的補充和強化，是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享的附屬系統(tǒng)。是體系結(jié)構(gòu)圖。

　　主頁是虛擬實驗室的入口，任何人都可以訪問主頁。剛進(jìn)入該頁，只有兩個鏈接可用，就是瀏覽頁和會員注冊頁，其余頁面都需要驗證身份后才能登錄。

　　成功登錄后點擊課程鏈接，就能進(jìn)入預(yù)約系統(tǒng)。系統(tǒng)會自動區(qū)分用戶身份，用戶分為教師和學(xué)生兩種。如果是學(xué)生則進(jìn)入預(yù)約系統(tǒng)；如果是教師則進(jìn)入預(yù)約管理系統(tǒng)。該頁是一個表單，顯示了教師當(dāng)前發(fā)布的實驗課題和實驗簡介，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣選擇要預(yù)約哪個實驗，只需選取單選按鈕然后提交表單，如果顯示預(yù)約成功界面，則預(yù)約成功。預(yù)約成功后可以到通知頁查看預(yù)約是否得到批準(zhǔn)。如果教師登錄，則顯示預(yù)約管理頁面。教師可以點擊實驗課題名稱進(jìn)入相應(yīng)頁面，管理相關(guān)的實驗預(yù)約信息。所有的實驗課題都是教師發(fā)布的，在該頁提供了發(fā)布新的實驗課題的鏈接。如果教師要發(fā)布新的實驗信息，進(jìn)入發(fā)布頁，填寫相關(guān)信息，選擇是虛擬實驗還是虛擬儀器，提供要發(fā)布的實驗的相對路徑，點擊發(fā)布即可完成發(fā)布。

　　討論頁面是學(xué)生交流討論專區(qū)。在通知頁，學(xué)生可以查看實驗安排和批準(zhǔn)通知，只有查看權(quán)限，沒有發(fā)表留言的權(quán)限。教師登錄該頁可以發(fā)布課程安排和預(yù)約批準(zhǔn)通知，如果發(fā)現(xiàn)錯誤可以點擊編輯鏈接進(jìn)入修改頁進(jìn)行修改。教師可以方便快捷的管理留言信息。下載、上傳系統(tǒng)是實現(xiàn)實驗室資源共享的主要系統(tǒng)。

　　因為LabV IEW W eb Server本身只是一個簡單的htm l發(fā)布服務(wù)器，不具備執(zhí)行腳本的能力，所以要實現(xiàn)對虛擬實驗頁面的加密，就要屏蔽掉頁面的地址欄、工具欄，還要禁用鼠標(biāo)右鍵。我們知道，對于彈出的窗口可以很好的控制窗口屬性。

　　當(dāng)發(fā)布的虛擬實驗頁面也保存在主目錄下時，可以使用ASP的include函數(shù)將虛擬實驗頁面包含到特定的。 asp文件中，這樣虛擬實驗頁面的路徑就不會被看到，從而實現(xiàn)對虛擬實驗頁面的保護(hù)，而且可以層層嵌套。但是在實際操作中，虛擬實驗的發(fā)布只能在8080端口實現(xiàn)，而平臺在80端口。include不能實現(xiàn)跨端口包含文件。所以采用另一種連接的方法，就是在彈出窗口中使用可以跨端口的< iframe>包含文件的方法。需要指出的是，< iframe>和include不同，它實際上是在網(wǎng)頁窗口中打開另一個網(wǎng)頁窗口，而include則是直接讀取另一個網(wǎng)頁的代碼并嵌入網(wǎng)頁。

　　進(jìn)入在線頁，顯示的是教師發(fā)布的實驗課題，分為虛擬儀器和虛擬實驗兩類，用戶也分為教師和學(xué)生。教師可以直接點擊鏈接進(jìn)入，學(xué)生點擊鏈接后，系統(tǒng)自動查詢該學(xué)生的預(yù)約要求是否得到批準(zhǔn)，如未得到批準(zhǔn)，則彈出顯示預(yù)約還未得到批準(zhǔn)的頁面；如果已經(jīng)被批準(zhǔn)，則進(jìn)入相應(yīng)實驗頁面，請求控制權(quán)限，在線操作即可。

　　2. 3 LabVIEW模塊的實現(xiàn)要在客戶端使用W eb瀏覽器瀏覽或控制服務(wù)器端的V I前面板前，必須先要在W eb服務(wù)器端運行LabV IEW，并且配置LabV IEW W eb Server.Lab V IEW Web Server的配置主要有3個選項：W eb Server： Configuration W eb Server： BrowserA ccess W eb Server： V isib leV Is由于IIS的HTTP服務(wù)已經(jīng)占用了80端口，因此需要將LabV IEW W eb Server的端口改成其他的，設(shè)計使用的是8080端口。3個選項具體配置過程不再贅述。

　　當(dāng)LabV IEW W eb Server啟動后，就可以將虛擬儀器發(fā)布并通過事成的嵌入實驗的頁面連接Remote Panels進(jìn)行遠(yuǎn)程虛擬實驗了（進(jìn)行實驗的V I必需先在服務(wù)器打開）。虛擬實驗室總共發(fā)布8個V I.3個涉及硬件采集卡的分別是：信號發(fā)生器、示波器和頻譜儀； 5個純軟件模擬實驗的分別是： CRC編譯碼、增量調(diào)制、HDB3編碼、PCM調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。具體實現(xiàn)方案是：購買并開通節(jié)點訪問權(quán)。使用LabV IEW7. 0的W eb Pub lish ing Too，l打開W eb Server，將虛擬儀器和虛擬實驗發(fā)布到的頁面上，這些頁面可以把鏈接指向通信虛擬實驗室主頁。

　　已發(fā)布頁面允許具有訪問權(quán)IP同時訪問，其中一個可獲取實驗的操作權(quán)，服務(wù)器端監(jiān)控實驗的操作。

　　在基于W eb的V I發(fā)布中，客戶端可以通過網(wǎng)頁瀏覽器真實的看到遠(yuǎn)程服務(wù)器端的V I前面板，并且可以控制前面板，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程虛擬實驗的目的。

　　3運行測試結(jié)果在所有模塊實現(xiàn)后，完整的虛擬系統(tǒng)也隨之實現(xiàn)。服務(wù)器的IP為59. 64. 74. 187， IIS使用80端口， LabV IEW使用8080端口， M ySql Server使用3306端口，在服務(wù)器計算機連接了硬件采集卡，啟動了M ySql Server服務(wù)、IIS服務(wù)和LabV IEW W eb Server服務(wù)后系統(tǒng)即進(jìn)入正常運行狀態(tài)。

　　在任何一臺裝有M icrosoftW indows系列操作系統(tǒng)（內(nèi)置Internet Explorer 5. 5以上版本瀏覽器）的客戶端瀏覽器地址欄中輸入h ttp： / /59. 64. 74. 187 / index. asp即可訪問系統(tǒng)。用戶正確登錄并成功預(yù)約實驗后，即可進(jìn)行在線實驗。測試表明，本系統(tǒng)的各項功能均達(dá)到了設(shè)計要求，同時具有良好的擴展性。

　　4結(jié)論通過對LabV IEW網(wǎng)絡(luò)通信能力的研究，充分利用它提供的Remore Panels功能，自主開發(fā)了網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗平臺。該系統(tǒng)提供了一個友好的交互性界面，便于用戶的訪問，并提供了虛擬實驗的鏈接。對其功能進(jìn)一步拓展，實現(xiàn)了用戶權(quán)限控制、預(yù)約系統(tǒng)、討論系統(tǒng)和上傳下載系統(tǒng)，形成一個完整的網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗體系。