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基于远程控制的虚拟实验室基本模型+ 李仁发 10083) (湖南大学计算机系，4 摘要：本文提出虚拟实验室的一种模型，描述了它的定义，框架结构、工作流程和计算环境， 并指出虚拟实验室的计算环境，技术上归结为协同虚拟环境技术，而技术的关键在于网络与通 信。 关键词：远程控制；虚拟实验室：CSCW模型 1引言 虚拟实验室定义为：它是一个无墙的中心。通过计算机网络系统和远程控制与交互系 统，用户将不受时空的限制，可实现仪器或仪表的远程操作，同时实现同行间，师生间， 项目组问的协同J：作、讨论、指导等不受物理空间的限制；还可实现仪器设备、数据和计 算资源的共享。 研究并实现虚拟实验室的意义在于： ·如何使研究人员不受时空的限制，使他们能相互协作，完成大项目的研究：也可共 享稀缺贵重仪器设备，提高研究人员的研究效率，大降低研究费用。在当前竞争十分激烈 的信息社会中，这无疑可提高自身的竞争力。 ·网上人学的远程教育已被认为是现代教育的一种新模式，且越来越受到社会、企业 和政府的极人关注。但如何解决实验问题，这是一个全新的同时也是极待解决的问题，而 虚拟实验室是解决这一问题的一个有效解决方案。 ●我国的教育事业发展速度很快，以后可能还会更快，但教育经费预算紧缩时代还会 持续一段较K时间。虚拟实验室不仅有助于提高资源的利用率，而且可节省易耗和管理等 费用的支出。 2虚拟实验室基本工作原理 科学协作(Scientific 提供了这样一种环境，通过计算机网络控制仪器和数据，无论其物理位置如何，对使用来 说，都如同近在咫尺。 基于协作机构的虚拟实验室框架结构如图一所示。 图中，服务方的仪器与服务器构成一局域网，用户方亦构成一局域网，服务方的服务 器主要提供帮助服务和其它信息服务，逻辑上用户与服务方的任一台仪器都应构成一个C／S 系统。 ’奉义受国家自然科学攮金项目资助，批号：6997403l 38l 1●1●{，7r1|{1，，，——1J1●j 图l虚拟实验室框架结构 ． 服务方关键在于接口系统的设计，在网络带宽受限的条件下，如何确保远程控制的数 据可靠及时传输，不仅关系到重要的指令可否到达系统内遥控的仪器，而且关系到仪器本 身的安全性问题，因为误搡作可能导致仪器的损坏。 用户方必须解决操作界面，结果(动态与静态)显示以及现场的数据采集、处理与传 输．， 服务方与客户方的网络联接可以是局域网，亦可以是Internet，无论是采用哪一种模式， 通信问题都是很复杂的。 3虚拟实验室的工作流程。 基于虚拟实验室框架结构，我们设计了虚拟实验室的操作流程： 1)用户通过网络向虚拟实验中心提出使用申请。虚拟实验中心验证其合法性。如合 法，作出响应．否则，拒绝服务。 2)联机，特定的用户与特定的远程仪器构成服务器／客户机模式，但这还不够，为了确 保指令传输的可靠性和结果显示的实时性，两者间应构成一虚拟专用网。 3)远程仪器的信息传送。当流程步骤1)与2)完成后，仪器方的服务通过网络向特定的 用户传送特定仪器的有关信息，首先是操作界面，其它是使用方法及注意事项，还应包括 完整的学习系统，使初次使用者通过网上学习即可获得新需知识和技能。 4)远程控制与数据采集，通过人一机界面．用户对仪器操作是虚拟的，但逻辑上是等 价的，现场数据的测试则是实时的、物理的。 51实验过程。在这样一个虚拟的实验环境中实验，对用户来说，应与实际使用物理仪 器是一致的，而其它对用户来说是透明的。 6)实验结束或重新开始实验。 4虚拟实验室的计算环境 虚拟实验的硬件计算环境为通用网络环境，但考虑到虚拟实验的特殊性和复杂性，计 算环境应该是一个