基于TCP/IP協(xié)議的電工電子網絡實驗室

網絡實驗室的客戶端應用程序是用Java編寫的Applet，客戶端采用了目前虛擬實驗室最為通用的Web發(fā)布方式，這可使用戶不必安裝任何其它的附加軟件，即可輕松使用網絡實驗室的客戶端應用程序。圖3是網絡實驗室客戶端的功能模塊結構圖。實驗運行操作模塊是客戶端的主模塊，它負責每個具體實驗的數(shù)據傳輸、運行控制和過程管理等。它為用戶提供了同步實驗模式和異步實驗模式，使得實驗設備的利用率最大化，又使用戶的使用更加靈活。在客戶端中有并列的多個實驗模塊，它們分別對應于具體實驗，由于不同實驗的內容和操作各不相同，所以這些實驗模塊的內部機理也不盡相同。為了把這些不同的實驗模塊統(tǒng)一集成到客戶端框架中，實現(xiàn)與框架的協(xié)調工作，在這些實驗模塊和實驗運行操作模塊之間有一個實驗模塊接口，它定義了各實驗模塊的統(tǒng)一要求。在程序中，實驗模塊接口的實現(xiàn)是利用了Java中的interface（接口）和abstractclass（抽象類）機制。數(shù)據通信模塊是客戶端、服務器端和控制器端都具有的，其內部細節(jié)雖有所不同，但都是負責數(shù)據的收發(fā)，即把要發(fā)送的數(shù)據封裝成預定義的協(xié)議包，以及把收到的協(xié)議包按照相反的過程解析處理。網絡通信必須按照一定的協(xié)議規(guī)則，客戶端和服務器端之間、服務器端和控制端之間的通信均采用了基于TCP/IP協(xié)議族上的自定義協(xié)議，該協(xié)議是利用了傳輸層上的Socket（網絡套接字）構建的TCP協(xié)議，它編程靈活，能保證數(shù)據傳輸?shù)恼_性?？蛻舳说臄?shù)據通信模塊除了一般的數(shù)據收發(fā)以外，還負責主動連接服務器端的特定端口，建立網絡連接。
網絡實驗室服務器端的實現(xiàn)
服務器端是網絡實驗室整個系統(tǒng)架構的核心，為了隨時響應客戶端的連接，必須確保服務器端滿足24h/d正常運行，時刻監(jiān)聽客戶端的請求，因此它運行的穩(wěn)定性和高效性至關重要。服務器端使用的計算機是高性能的Dell品牌的專業(yè)服務器計算機POWEREDGETM6600，內含兩顆服務器專用處理器IntelXeon2G，4G內存，6個72G的SCSI硬盤。在該計算機上安裝的操作系統(tǒng)為Linux，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，性能可靠，適合作為服務器端的操作系統(tǒng)。在Linux操作系統(tǒng)上裝有3個服務器應用程序。
（1）Web服務器Apache：Apache是一個非常穩(wěn)定的Web服務器，功能強大，響應速度快，是目前使用最多的Web服務器之一。使用該服務器是為了響應用戶瀏覽器的請求，把請求的網頁文件和客戶端Applet類文件下載到用戶計算機中。
（2）用Java編寫的網絡實驗室應用服務器：該服務器軟件是網絡實驗室的中心環(huán)節(jié)。它由具有面向對象、面向網絡、跨平臺、多線程，安全等優(yōu)良特點的Java語言編寫，處于網絡實驗室的樞紐地位它的基本功能是連接客戶端、控制器端和數(shù)據庫按照一定的規(guī)則安排用戶實驗，并將實驗數(shù)據保存到數(shù)據庫中?？蛻舳吮O(jiān)聽模塊和控制端監(jiān)聽模塊是服務器軟件特有的模塊，它體現(xiàn)了服務器的固有“身份”，用于時刻監(jiān)聽特定的端口，隨時響應客戶端和控制器端的連接請求，為不同用戶和實驗建立獨立的Socket連接。
服務器端一個尤其重要的基本特征就是多響應，快速、高效的多響應是服務器端乃至整個網絡實驗室系統(tǒng)穩(wěn)定、高效地運行至關重要的保證有效地實現(xiàn)多響應的方法是充分利用Java固有的多線程機制，Java本身有力地支持多線程，使編寫的程序效率更高，性能更好。在服務器應用程序中響應客戶端、控制器端和數(shù)據庫是并列的3個最基本主線程。
（3）數(shù)據庫服務器Oracle：Oracle數(shù)據庫是一種基于SQL標準的關系數(shù)據庫產品，它支持大數(shù)據庫、多用戶和事務處理等，具有非常優(yōu)秀的性能便于數(shù)據處理和維護。該數(shù)據庫可以用于統(tǒng)一記錄、存取和管理網絡實驗室的所有數(shù)據信息，包括每個用戶賬號的各種信息，每個實驗模塊的配置信息、實驗請求、實驗結果和操作記錄等等。
網絡實驗室控制器端的實現(xiàn)
控制器端沒有直接連入Internet，直接連入Internet的只有服務器，就某種意義而言，服務器相當于整個系統(tǒng)的防火墻，這種結構獲得了極佳的安全特性?？刂破鞫说囊粋€顯著特征就是直接實時地控制真實的物理設備；另一個顯著特征就是像服務器一樣需要24h/d的持續(xù)運行，隨時進行實驗。因此，控制器端穩(wěn)定、不易出錯的持續(xù)運行具有毋容置疑的重要性。為了保證控制器端的可靠運行，各控制器端計算機均采用工控機，使用IntelPIII1G的CPU，用MicrosoftWindows2000Server作為其操作系統(tǒng)。同時，安裝在操作系統(tǒng)上的控制器端應用程序是用VisualC++開發(fā)的，它一方面保證了控制程序在運行時的高效性和實時性，另一方面C++語言適合編寫訪問Windows底層的應用程序，便于對物理設備的控制。
由于不同的控制端面向不同的具體實驗，控制各自的物理設備，所以每個控制器端應用程序內部結構各異的基本的功能模塊結構?？刂破鞫顺绦蛑杏袃蓚€最基本的模塊實驗控制模塊和實時監(jiān)控模塊。實驗控制模塊按照一定的控制算法控制具體的實驗對象，包括對其發(fā)送參數(shù)指令，讀取傳感器數(shù)據等。實時監(jiān)控模塊是一個相對獨立的看門狗程序，它負責實時地監(jiān)視控制器端主程序的狀態(tài)，根據網絡的連接狀況和實驗控制程序的運行狀況，啟動、停止或重啟控制器端應用程序，它是在操作系統(tǒng)啟動時就自動運行的?？撮T狗程序的安裝，最大限度地提升了控制器端糾錯、處理異常的能力。與客戶端相似，控制器端的數(shù)據通信模塊除收發(fā)一般的數(shù)據以外，同時負責主動與服務器端建立Socket連接。