網(wǎng)絡(luò )虛擬實(shí)驗室的設計與實(shí)現

摘要：國內多數高校的實(shí)驗教學(xué)仍然采用實(shí)物儀器加簡(jiǎn)單數據分析的傳統方式，這存在著(zhù)諸多問(wèn)題。在此利用網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)，采用B／S體系結構，建立了網(wǎng)絡(luò )虛擬實(shí)驗室的框架模型。運用圖形化編程語(yǔ)言L(fǎng)abVIEW軟件，設計了相位差測量等相關(guān)的虛擬實(shí)驗，并實(shí)現了網(wǎng)絡(luò )發(fā)布。實(shí)踐表明，基于網(wǎng)絡(luò )的虛擬實(shí)驗室，實(shí)現了遠程控制和資源共享，可以節省大量?jì)x器設備的經(jīng)費投入，為實(shí)踐教學(xué)提供了一種全新的現代化手段，有助于學(xué)生創(chuàng )新能力的培養。
關(guān)鍵詞：虛擬實(shí)驗室；虛擬儀器；LabVIEW；B／S

0 引言
為更好地培養創(chuàng )新型人才，國內高校都加強了實(shí)踐環(huán)節的教學(xué)。通過(guò)對理工科院校實(shí)踐教學(xué)情況的調研，發(fā)現普遍存在以下幾個(gè)主要問(wèn)題：首先，學(xué)生要得到良好的實(shí)踐訓練，就需要購置很多昂貴的教學(xué)儀器，但各高校普遍存在資金投入不足的問(wèn)題；其次，實(shí)驗中各種元器件的損耗非常大，造成很大的浪費，這也間接對教師和學(xué)生造成一定的心里壓力，實(shí)驗中縮手縮腳，擔心損壞儀器，使得實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量得不到保證；最后，遠程教育的發(fā)展使教學(xué)不再被限制于學(xué)校的課堂內，教學(xué)過(guò)程中必然要遇到如何對遠程用戶(hù)進(jìn)行實(shí)驗教學(xué)的問(wèn)題。
隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)的迅速發(fā)展，充分利用“軟件就是儀器的”思想，將兩者結合，通過(guò)數據交換共享建成的虛擬實(shí)驗室為以上問(wèn)題的解決提供了很好的方案。

1 網(wǎng)絡(luò )虛擬實(shí)驗室的體系結構
網(wǎng)絡(luò )虛擬實(shí)驗室一般采用C／S模式和B／S模式2種體系結構。B／S模式在標準、開(kāi)發(fā)維護、界面使用、客戶(hù)端要求、靈活性以及儀器的安全性等方面都比C／S模式具有更好的優(yōu)越性，故該系統采用B／S模式構建。結構如圖1所示。

系統采用基于B／S模式的客戶(hù)端、Web服務(wù)器、數據庫服務(wù)器和應用程序服務(wù)器的三層次結構，具有良好的適應性及擴展性。在遠程實(shí)驗操作中使用虛擬儀器應用程序，只需配備支持ActiveX的瀏覽器就可通過(guò)Internet登陸虛擬實(shí)驗室網(wǎng)站，向Web服務(wù)器提出實(shí)驗請求，并進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗操作。登陸網(wǎng)站以后，瀏覽器會(huì )根據實(shí)驗需要，從Web服務(wù)器中自動(dòng)載入包含了虛擬儀器模塊的實(shí)驗網(wǎng)頁(yè)，這樣用戶(hù)不需要安裝任何專(zhuān)業(yè)軟件就可以進(jìn)行實(shí)驗，從而使客戶(hù)端的需求降到最低。
Web服務(wù)器的主要任務(wù)是將虛擬實(shí)驗室以網(wǎng)站的形式發(fā)布在網(wǎng)絡(luò )中，同時(shí)還為遠程實(shí)驗的安全運行提供有效的管理與用戶(hù)認證機制。遠程用戶(hù)可以用Web瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)此服務(wù)器，通過(guò)瀏覽器與Web服務(wù)器進(jìn)行交互，按照步驟完成遠程實(shí)驗操作。數據庫服務(wù)器用于存儲系統相關(guān)數據信息，包括實(shí)驗信息、實(shí)驗管理信息以及系統管理信息等。應用程序服務(wù)器在虛擬實(shí)驗室中負責各個(gè)虛擬實(shí)驗模塊的管理和調度。采用虛擬儀器語(yǔ)言設計的實(shí)驗模塊被集成在應用程序服務(wù)器中，接收來(lái)自Web服務(wù)器的請求并做出響應，完成信號的生成、數據分析以及結果顯示。

2 網(wǎng)絡(luò )虛擬實(shí)驗室的設計
2．1 開(kāi)發(fā)與使用環(huán)境
網(wǎng)絡(luò )虛擬實(shí)驗室采用DreamWeaver軟件開(kāi)發(fā)，各虛擬實(shí)驗采用美國NI公司的圖形化編程語(yǔ)言L(fǎng)abVIEW設計，并生成為應用程序?？蛻?hù)端只要有Internet Explorer 5．0以上的瀏覽器并下載安裝NI公司免費發(fā)布的LabVIEW Run-time Engine小程序即可順利完成各類(lèi)虛擬實(shí)驗。