網(wǎng)絡(luò)實驗室管理系統(tǒng)的設(shè)計分析

　　摘要：網(wǎng)絡(luò)實驗室是當前各大高校針對計算機網(wǎng)絡(luò)與通信課程所建立的基礎(chǔ)實驗實訓(xùn)室，但其使用過程中普遍存在設(shè)備管理難、參數(shù)配置難、操作控制難等問題，該文通過分析當前網(wǎng)絡(luò)實驗室管理中存在的問題，基于實際應(yīng)用環(huán)境，通過模塊化應(yīng)用的分析方式，提出了層次化的網(wǎng)絡(luò)實驗室管理系統(tǒng)的設(shè)計思想和具體的實現(xiàn)方案。該文介紹了系統(tǒng)設(shè)計理念、功能結(jié)構(gòu)及其系統(tǒng)優(yōu)勢。
　　關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)實驗室；管理系統(tǒng)；體系結(jié)構(gòu)
　　中圖分類號：TP311文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2012)17-4030-03
　　隨著信息時代的到來，網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟對社會各方面的影響日漸加深，網(wǎng)絡(luò)也已經(jīng)成為人們生活中不可或缺的一個重要部分。隨著網(wǎng)絡(luò)影響力的日益深入，是否具備基本的網(wǎng)絡(luò)知識和操作技能也成為衡量一名合格人才的標準。在這種應(yīng)用需求的推動下，計算機網(wǎng)絡(luò)原理作為計算機基礎(chǔ)教育的一部分在全國各大高校中也開始逐步走向普及。
　　然而，網(wǎng)絡(luò)原理作為計算機通信體系當中必不可缺的一個重要環(huán)節(jié)，在強調(diào)原理及其重要性的同時，還更加講究應(yīng)用，注重培養(yǎng)學(xué)生的實際網(wǎng)絡(luò)操作能力。學(xué)生只有在理論與實踐相結(jié)合的培訓(xùn)模式下，才能真正體會到網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的奧妙之處；學(xué)生只有通過大量的實驗實訓(xùn)，才能熟練的掌握所學(xué)習(xí)的網(wǎng)絡(luò)知識。網(wǎng)絡(luò)實驗室由此應(yīng)孕而生，而如何對網(wǎng)絡(luò)實驗室進行管理成為一個熱門話題，協(xié)助老師對網(wǎng)絡(luò)實驗室進行管理的軟件也成為了一種教學(xué)需求。
　　1當前網(wǎng)絡(luò)實驗室管理中存在的難題
　　在對實驗室進行管理的過程當中，存在以下難題：
　　1)實驗設(shè)備權(quán)限如何管理：每個實驗都會有多個學(xué)生，多臺設(shè)備。每個學(xué)生都應(yīng)該連接到各自的設(shè)備，如何讓學(xué)生在開始進行實驗的時候連接到自己相應(yīng)的設(shè)備成為一個難題。
　　2)實驗過程如何監(jiān)控：在實驗過程中，老師需要對學(xué)生的實驗進行指導(dǎo)，當學(xué)生發(fā)生錯誤的時候，老師需要加以糾正。但老師的數(shù)量有限，如何能同時監(jiān)控到不同學(xué)生的實驗，成為一個不能忽視的難題。
　　3)實驗設(shè)備如何初始化：實驗結(jié)束后，實驗設(shè)備的配置發(fā)生變化。在下次實驗開始前，必須將所有設(shè)備恢復(fù)到實驗開始前的初始化配置，由于設(shè)備數(shù)量多，配置命令多，給老師造成很大的工作負擔。
　　4)實驗結(jié)果如何獲取：實驗結(jié)束后，老師需要獲取學(xué)生的實驗結(jié)果，如何獲取學(xué)生的實驗結(jié)果，也是目前的一大問題。
　　5)如何對學(xué)生評分：實驗完成后，對學(xué)生的實驗的評分除了應(yīng)該參考實驗結(jié)果外，還應(yīng)該參考學(xué)生的操作過程，在老師資源有限的情況下如何準確的比對每個學(xué)生的操作過程，也是困擾老師的一大難題。
　　2 HyperLab網(wǎng)絡(luò)實驗室管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)
　　針對網(wǎng)絡(luò)實驗室實驗過程中存在的難題，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實驗室的特點，基于聯(lián)想天工網(wǎng)絡(luò)實驗室和聯(lián)想HyperLab技術(shù)，開發(fā)出了一種適合高校網(wǎng)絡(luò)實驗室應(yīng)用的管理軟件。
　　2.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
　　聯(lián)想天工網(wǎng)絡(luò)實驗室的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
　　2.2功能模塊與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　HyperLab系統(tǒng)分為3個子系統(tǒng)：實驗操作平臺，實驗室管理模塊和學(xué)生管理模塊，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示：
　　圖2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
　　實驗室操作平臺采用客戶端軟件方式實現(xiàn)，軟件集成telnet客戶端，可輕松實現(xiàn)串口仿真、實驗過程實時上傳等功能。
　　實驗管理和學(xué)生管理模塊則采用Web方式，輕量級的部署方式使教師進行管理時十分簡單。MVS設(shè)計模式，采用Struts技術(shù)分離業(yè)務(wù)與界面，保持了業(yè)務(wù)層的獨立性，低耦合性也使系統(tǒng)出現(xiàn)BUG的可能性降到最低。
　　模塊結(jié)構(gòu)上采用三層模式，頂端的業(yè)務(wù)實現(xiàn)層以Web方式向教師提供管理界面，實現(xiàn)業(yè)務(wù)管理邏輯，向下調(diào)用中間的數(shù)據(jù)訪問層；數(shù)據(jù)訪問層封裝了數(shù)據(jù)存取接口，使業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)分離，從而提高部署的靈活性，升級數(shù)據(jù)訪問層即可兼容多種數(shù)據(jù)存儲方式；數(shù)據(jù)存儲層保存系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)。其邏輯層次結(jié)構(gòu)如圖3所示。
　　圖3邏輯層次結(jié)構(gòu)圖
　　2.3工作流程
　　每個實驗臺由一臺支持反向telnet技術(shù)的LCP設(shè)備和若干實驗設(shè)備組成，實驗設(shè)備通過串口線連接到LCP設(shè)備上，LCP設(shè)備則連接到實驗室網(wǎng)絡(luò)中。老師通過Web方式登錄HyperLab服務(wù)器進行定制實驗，確定實驗人員，制定組實驗任務(wù)和個人實驗任務(wù)。學(xué)生通過HyperLab客戶端軟件登錄，服務(wù)器分發(fā)權(quán)限到每個學(xué)生，學(xué)生的實驗過程實時傳送到服務(wù)器，教師則可通過服務(wù)器隨時查看實驗情況，當實驗完成后，老師通過Web方式登錄HyperLab服務(wù)器進行評分，學(xué)生資料及實驗得分則可與校園網(wǎng)的其他信息系統(tǒng)進行對接，以達到統(tǒng)一管理的目的。老師最后通過Web方式恢復(fù)設(shè)備初始配置，開始準備下一次實驗。
　　3功能模塊介紹
　　3.1實驗操作平臺
　　學(xué)生實驗操作平臺提供登錄界面供學(xué)生登錄，將學(xué)生提供的用戶名提交給服務(wù)器，服務(wù)器根據(jù)老師設(shè)置的實驗內(nèi)容，實驗組內(nèi)容和個人實驗內(nèi)容分配相應(yīng)的權(quán)限給學(xué)生。學(xué)生得到權(quán)限后，可通過具有完全串口仿真功能的Telnet客戶端進行操作，在實驗過程當中，將學(xué)生的每一步操作步驟，實時的傳送到服務(wù)器，以便老師進行監(jiān)控和評分。
　　為了解決學(xué)生操作設(shè)備的流暢性與老師實時查看實驗過程之間的矛盾，實驗操作平臺采用了多線程和共享內(nèi)存技術(shù)，設(shè)備操作線程在執(zhí)行命令的同時把實驗過程保存在共享內(nèi)存中，數(shù)據(jù)傳輸線程則輪詢該內(nèi)存并傳送至服務(wù)器。
　　3.2實驗室管理模塊
　　實驗室管理模塊實現(xiàn)對實驗臺、實驗設(shè)備和實驗方案的管理功能。
　　1)實驗開始前：老師通過Web登錄到HyperLab服務(wù)器進行實驗定制，確定實驗人員，制定組實驗任務(wù)和個人實驗任務(wù)的工作。如下圖所示，實驗開始前處于深色標識的初始狀態(tài)，等實驗開始后，將會沿箭頭指示的狀態(tài)轉(zhuǎn)換到監(jiān)控狀態(tài)。如圖4狀態(tài)轉(zhuǎn)換流程圖一。
　　2)實驗進行的過程中，老師通過Web方式訪問HyperLab服務(wù)器，可實時監(jiān)控各臺設(shè)備的運行狀態(tài)以及學(xué)生的操作步驟。如下圖所示，實驗開始前處于深色標識的監(jiān)控狀態(tài)，等實驗結(jié)束后，將會沿箭頭指示的狀態(tài)轉(zhuǎn)換到結(jié)束狀態(tài)。如圖5狀態(tài)轉(zhuǎn)換流程圖二。
　　圖5狀態(tài)轉(zhuǎn)換流程圖二
　　3)實驗結(jié)束后，老師通過Web方式參看學(xué)生具體的操作步驟，將學(xué)生的操作步驟與正確的進行比較，給學(xué)生一個客觀，公正，準確的評分。然后通過Web方式在設(shè)備列表中選擇要恢復(fù)原始配置的設(shè)備，系統(tǒng)自動恢復(fù)該設(shè)備初始配置。如下圖所示，實驗開始前處于深色標識的結(jié)束狀態(tài)，等老師清除設(shè)備配置后，將會沿箭頭指示的狀態(tài)回到初始狀態(tài)，等待下一次實驗的開始。如圖6狀態(tài)轉(zhuǎn)換流程圖三。
　　通過上述三次狀態(tài)轉(zhuǎn)換，完成一次實驗，實現(xiàn)一次循環(huán)。
　　3.3學(xué)生管理模塊
　　學(xué)生管理模塊實現(xiàn)對學(xué)生資料、實驗結(jié)果的管理，對于實驗過程的管理和實驗結(jié)果點評、指導(dǎo)起到了很好的輔助作用。
　　本模塊也作為系統(tǒng)的對外接口，可以與校園網(wǎng)中的學(xué)生資料管理模塊對接，統(tǒng)一學(xué)生資料和分數(shù)表，也可以與校園網(wǎng)認證系統(tǒng)對接，統(tǒng)一登錄密碼。
　　4 HyperLab網(wǎng)絡(luò)實驗室管理系統(tǒng)的特點
　　HyperLab網(wǎng)絡(luò)實驗室管理系統(tǒng)的特點具有以下特點：
　　1)權(quán)限管理：老師通過Web界面定制實驗，確定實驗人員，制定組實驗任務(wù)和個人實驗任務(wù)。學(xué)生通過HyperLab客戶端軟件登錄，客戶端軟件根據(jù)老師設(shè)定權(quán)限要求，顯示出可供該學(xué)生連接的設(shè)備，無權(quán)限的設(shè)備無法連接。
　　2)實驗過程實時監(jiān)控：學(xué)生通過HyperLab客戶端軟件進行設(shè)備配置，配置過程中的學(xué)生所有的操作步驟老師都可以通過自己的電腦進行實時的監(jiān)控。
　　3)輕松初始化設(shè)備：老師通過HyperLab，只需在設(shè)備列表中選擇所要初始化的設(shè)備，實驗室管理軟件會自動初始化選中的設(shè)備。大大減輕老師的工作量。
　　4)自動上傳實驗結(jié)果：學(xué)生通過HyperLab客戶端軟件進行設(shè)備配置，配置過程中的學(xué)生所有的操作步驟都會自動上傳，為老師評分提供依據(jù)。
　　5)對比分析實驗結(jié)果：HyperLab將學(xué)生的操作與正確的操作進行對比，評分的老師能夠一目了然的看到兩者之間的差異，使老師能夠準確，快速的進行評分。
　　HyperLab網(wǎng)絡(luò)實驗室管理系統(tǒng)可協(xié)助網(wǎng)絡(luò)實驗室老師對實驗室進行管理與維護，對學(xué)生的實驗操作進行設(shè)置于指導(dǎo)，大大減少老師對網(wǎng)絡(luò)實驗室設(shè)備的管理以及在分配學(xué)生權(quán)限管理上耗費的時間，減輕老師的重復(fù)性工作量，使老師能將主要時間精力投入到對學(xué)生的指導(dǎo)當中。由此為社會培養(yǎng)更多的網(wǎng)絡(luò)人才。
　　HyperLab網(wǎng)絡(luò)實驗室管理系統(tǒng)還能為學(xué)生進行大量的網(wǎng)絡(luò)實驗提供平臺，使學(xué)生通過理論與實踐相結(jié)合的培訓(xùn)，在實驗室老師的指導(dǎo)下，真正體會網(wǎng)絡(luò)中的奧妙和應(yīng)用操作，成為具有豐富網(wǎng)絡(luò)知識和熟練操作技能的應(yīng)用型人才。
　　參考文獻：
　　[1]張亦輝.計算機網(wǎng)絡(luò)實訓(xùn)室建設(shè)的探索與實踐[J].計算