網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：國內(nèi)多數(shù)高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍然采用實(shí)物儀器加簡單數(shù)據(jù)分析的傳統(tǒng)方式，這存在著諸多問題。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(jié)構(gòu)，建立了網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的框架模型。運(yùn)用圖形化編程語言LabVIEW軟件，設(shè)計(jì)了相位差測量等相關(guān)的虛擬實(shí)驗(yàn)，并實(shí)現(xiàn)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(yàn)室，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制和資源共享，可以節(jié)省大量儀器設(shè)備的經(jīng)費(fèi)投入，為實(shí)踐教學(xué)提供了一種全新的現(xiàn)代化手段，有助于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
關(guān)鍵詞：虛擬實(shí)驗(yàn)室；虛擬儀器；LabVIEW；B／S

0 引言
為更好地培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，國內(nèi)高校都加強(qiáng)了實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)。通過對(duì)理工科院校實(shí)踐教學(xué)情況的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)普遍存在以下幾個(gè)主要問題：首先，學(xué)生要得到良好的實(shí)踐訓(xùn)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題；其次，實(shí)驗(yàn)中各種元器件的損耗非常大，造成很大的浪費(fèi)，這也間接對(duì)教師和學(xué)生造成一定的心里壓力，實(shí)驗(yàn)中縮手縮腳，擔(dān)心損壞儀器，使得實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量得不到保證；最后，遠(yuǎn)程教育的發(fā)展使教學(xué)不再被限制于學(xué)校的課堂內(nèi)，教學(xué)過程中必然要遇到如何對(duì)遠(yuǎn)程用戶進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的問題。
隨著網(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(jié)合，通過數(shù)據(jù)交換共享建成的虛擬實(shí)驗(yàn)室為以上問題的解決提供了很好的方案。

1 網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的體系結(jié)構(gòu)
網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室一般采用C／S模式和B／S模式2種體系結(jié)構(gòu)。B／S模式在標(biāo)準(zhǔn)、開發(fā)維護(hù)、界面使用、客戶端要求、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(tǒng)采用B／S模式構(gòu)建。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)采用基于B／S模式的客戶端、Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和應(yīng)用程序服務(wù)器的三層次結(jié)構(gòu)，具有良好的適應(yīng)性及擴(kuò)展性。在遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)操作中使用虛擬儀器應(yīng)用程序，只需配備支持ActiveX的瀏覽器就可通過Internet登陸虛擬實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站，向Web服務(wù)器提出實(shí)驗(yàn)請(qǐng)求，并進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作。登陸網(wǎng)站以后，瀏覽器會(huì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(yàn)網(wǎng)頁，這樣用戶不需要安裝任何專業(yè)軟件就可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從而使客戶端的需求降到最低。
Web服務(wù)器的主要任務(wù)是將虛擬實(shí)驗(yàn)室以網(wǎng)站的形式發(fā)布在網(wǎng)絡(luò)中，同時(shí)還為遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)的安全運(yùn)行提供有效的管理與用戶認(rèn)證機(jī)制。遠(yuǎn)程用戶可以用Web瀏覽器訪問此服務(wù)器，通過瀏覽器與Web服務(wù)器進(jìn)行交互，按照步驟完成遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)操作。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器用于存儲(chǔ)系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)信息，包括實(shí)驗(yàn)信息、實(shí)驗(yàn)管理信息以及系統(tǒng)管理信息等。應(yīng)用程序服務(wù)器在虛擬實(shí)驗(yàn)室中負(fù)責(zé)各個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K的管理和調(diào)度。采用虛擬儀器語言設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)?zāi)K被集成在應(yīng)用程序服務(wù)器中，接收來自Web服務(wù)器的請(qǐng)求并做出響應(yīng)，完成信號(hào)的生成、數(shù)據(jù)分析以及結(jié)果顯示。

2 網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)
2．1 開發(fā)與使用環(huán)境
網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室采用DreamWeaver軟件開發(fā)，各虛擬實(shí)驗(yàn)采用美國NI公司的圖形化編程語言LabVIEW設(shè)計(jì)，并生成為應(yīng)用程序。客戶端只要有Internet Explorer 5．0以上的瀏覽器并下載安裝NI公司免費(fèi)發(fā)布的LabVIEW Run-time Engine小程序即可順利完成各類虛擬實(shí)驗(yàn)。