基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

文/孫紅云

構(gòu)建一個虛擬的仿真實訓(xùn)系統(tǒng)，不僅可以為學(xué)生提供實驗指導(dǎo)，而且還能在一定程度上有效的促進(jìn)老師能夠及時的了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，切實的提高課堂的教學(xué)效率。因此，我們就應(yīng)加強研究與分析基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)，確保學(xué)生能夠隨時隨地的展開計算機實踐操作，提高學(xué)生的動手實踐能力和計算機操作能力。本文就針對基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)展開具體的分析與討論。

1 總體設(shè)計

就針對傳統(tǒng)的虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)而言，其通常都是使用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的連接方式，通過使用RS-232串行通訊接口以及“全雙工”的通訊方式，這樣雖然能夠在一定程度上提高系統(tǒng)的使用效率，但是其使用功能還較不完備。就針對傳統(tǒng)的系統(tǒng)控制室的控制模型而言，其只是由部分模塊組成，還無法滿足現(xiàn)代計算機教學(xué)的實際需求。因此，在開發(fā)與設(shè)計基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)時，就在此基礎(chǔ)上增加了相應(yīng)的機器手控制模型以及倉庫控制模型等，這樣就更加豐富了該系統(tǒng)的使用功能，提高了此系統(tǒng)使用的廣泛性。而對于網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)計，也在原網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上增加了教師工作站以及數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等多個子系統(tǒng)，目的是實現(xiàn)老師與學(xué)生的良好溝通，確保老師能夠及時的了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。而PLC和教師工作站主要采用的是以太網(wǎng)形成的C/S構(gòu)架模式，確保實現(xiàn)數(shù)據(jù)的良好交互，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器與學(xué)生工作站則采用的是B/S構(gòu)架模式，這樣就將網(wǎng)絡(luò)升級成為了多層網(wǎng)絡(luò)，使得整個系統(tǒng)不僅具備基本的通訊功能，而且還具備數(shù)據(jù)存儲管理和資源開放和共享的功能。

2 系統(tǒng)的設(shè)計原則

2.1 系統(tǒng)的可擴展性

該系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計的主要目的就是：為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供一個較為開放的學(xué)習(xí)環(huán)境，可以幫助學(xué)生進(jìn)行自主實踐操作，能夠切實的提高學(xué)生的計算機操作能力。其中，該系統(tǒng)的功能需求雖然相對穩(wěn)定，但是倘若在實際使用過程中需要增添某些應(yīng)用功能，就應(yīng)保障該系統(tǒng)能夠具有較強的可擴展性，且能兼容不同平臺，這樣才能發(fā)揮出該系統(tǒng)的使用價值。因此，在實際的開發(fā)與設(shè)計時，就應(yīng)采用預(yù)留接口的方式，為整個系統(tǒng)的升級提供方便，這樣不僅可以滿足基本的應(yīng)用需求，而且還能為系統(tǒng)以后的升級提供預(yù)留空間。

2.2 系統(tǒng)簡潔、易使用、易維護(hù)性

在開發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)時，不僅要遵循系統(tǒng)的可擴展性原則，而且還應(yīng)保證系統(tǒng)界面的美觀性，確保實現(xiàn)功能的完善。且在設(shè)計時，還應(yīng)注重系統(tǒng)的可維護(hù)問題，一旦系統(tǒng)在使用時出現(xiàn)故障問題，就能及時的對其進(jìn)行操作，確保能夠給使用者更好的用戶體驗，以此來不斷的增強學(xué)生以及老師的應(yīng)用興趣。

2.3 系統(tǒng)的實用性

系統(tǒng)的實用性是該系統(tǒng)在設(shè)計時所要遵循的基本性原則。當(dāng)設(shè)計完該系統(tǒng)時，還應(yīng)做好資源的整合工作，確保系統(tǒng)的開發(fā)向著更加標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化的方向發(fā)展。此外，該系統(tǒng)還應(yīng)更加注重老師與學(xué)生的實際使用需求，確保為學(xué)生和老師提供更加優(yōu)質(zhì)化的服務(wù)。

2.4 系統(tǒng)的安全保密性

倘若系統(tǒng)在使用時，遭到了病毒的侵襲或者黑客的攻擊，不僅會造成大量的數(shù)據(jù)信息泄露，而且還會給整個系統(tǒng)的安全性使用帶來影響。因此，在開發(fā)與設(shè)計此系統(tǒng)時，就應(yīng)注重系統(tǒng)的安全保密性，并增添相關(guān)安全保密功能，以此來提高系統(tǒng)的可實用性。

3 功能分析

3.1 數(shù)據(jù)相互通訊功能

就針對傳統(tǒng)的實訓(xùn)室而言，其還不具備完善的數(shù)據(jù)通訊功能，這樣相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息就無法做到共享們，也就會影響高校計算機活動的開展質(zhì)量。譬如：在實際的教學(xué)過程中，老師往往會采用分組合作的方式將學(xué)生分為不同的小組，而每個學(xué)生分別需要編譯不同的模塊，而當(dāng)需要將這些模塊組合起來時，就對數(shù)據(jù)的通訊功能提出了更高的要求。雖然采用外存儲器的方式可以達(dá)到相應(yīng)的數(shù)據(jù)通訊效果，但是在實際的使用過程中很難保持程序的一致性和完整性，這樣也就會給整個實訓(xùn)課程的展開帶來影響。而該系統(tǒng)在設(shè)計與開發(fā)時，主要采用了以太網(wǎng)+教師工作站的C/S架構(gòu)實現(xiàn)，并在教師端安裝了相應(yīng)的組態(tài)管理軟件，這樣學(xué)生就成為了整個架構(gòu)中的子模塊，這樣就能確保在該架構(gòu)中的子模塊都能通過C/S以太網(wǎng)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的共享。

3.2 數(shù)據(jù)管理與存儲功能

數(shù)據(jù)庫是實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理和存儲的主要平臺。而就針對傳統(tǒng)的虛擬仿真實訓(xùn)平臺而言，其多數(shù)都設(shè)置的為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，這樣只能實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息資源的管理和調(diào)用，還無法實現(xiàn)信息資源的共享。而該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器則主要安裝了Microsoft SQL Server，其不僅可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的高效管理，而且還能存儲大量的數(shù)據(jù)，確保能夠更加提高該系統(tǒng)的使用效率。

3.3 權(quán)限并發(fā)控制功能

在開展實訓(xùn)課程時，可能會出現(xiàn)多個學(xué)生同時控制一個仿真模型的情況，而此時就稱為并發(fā)控制。而一旦這種情況發(fā)生，就會給整個仿真模型帶來損害。因此，在實際的操作過程中，就應(yīng)避免并發(fā)控制情況的發(fā)生，確保實現(xiàn)對仿真模型的合理保護(hù)。因此，該系統(tǒng)在設(shè)計與開發(fā)時，就在原來系統(tǒng)的設(shè)計基礎(chǔ)上安裝了相應(yīng)的權(quán)限管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以通過總線監(jiān)測的方式來仿真出系統(tǒng)模型的運行狀態(tài)，確保能夠?qū)崟r的掌握整個系統(tǒng)模型的運行狀況。其中，當(dāng)某一個仿真模型在運行時，系統(tǒng)就會監(jiān)測出該模型的型號，并將操作該仿真模型的學(xué)生工作站權(quán)限設(shè)置為1，而其他學(xué)生工作站的權(quán)限設(shè)置為0，以此就能有效的避免并發(fā)控制現(xiàn)象的發(fā)生。而當(dāng)學(xué)生停止使用仿真模型時，該系統(tǒng)就會將所有學(xué)生工作站的權(quán)限清零，保證學(xué)生下次操作活動的有效展開。

3.4 資源開放與共享功能

本系統(tǒng)在設(shè)計時，還安裝了基于Web的網(wǎng)絡(luò)站點，并實現(xiàn)了與數(shù)據(jù)庫的連接，這樣就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的有效共享。其中，老師可在該站點展示學(xué)生的優(yōu)秀作品以及相關(guān)成功案例，可以供學(xué)生進(jìn)行訪問，且該站點還支持下載功能，以此不僅提高了整個系統(tǒng)的共享性能，而且還有效的提高了整個系統(tǒng)的使用質(zhì)量。此外，該系統(tǒng)在設(shè)計時，還更加注重網(wǎng)絡(luò)的安全問題，并采用了一系列的軟件安全程序，來保證整個系統(tǒng)的使用安全性。

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 資源控制和管理技術(shù)

資源控制和管理技術(shù)的使用主要就是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲與管理功能。其中，資源按照性質(zhì)的不同，可主要分為：軟資源和硬資源兩種。而在對軟資源進(jìn)行管理時，主要就是通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)實現(xiàn)的。由于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)函數(shù)、數(shù)據(jù)表以及數(shù)據(jù)視圖等數(shù)據(jù)管理工具和方法，有利于管理大量的數(shù)據(jù)信息。而在管理硬件資源時，主要采用的是獨立開發(fā)的權(quán)限管理模式，及時的將各個學(xué)生工作站的IP地址以及相關(guān)狀態(tài)信息存儲到數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)對每個工作站運行狀態(tài)的監(jiān)聽。

4.2 系統(tǒng)集成和優(yōu)化技術(shù)

要想實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的共享，就需使用系統(tǒng)集成和優(yōu)化技術(shù)。其中，該系統(tǒng)軟資源的集成主要就是通過Microsoft SQL Server數(shù)據(jù)庫進(jìn)行開發(fā)，并結(jié)合了以太網(wǎng)的C/S網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，使得整個系統(tǒng)信息資源能夠更好的得到共享與交流。而在設(shè)計學(xué)生工作站時，主要就是Web站點開發(fā)，這樣每個學(xué)生都能在該站點上了解到課程信息以及下載到自己所需的資源，確保能夠提高學(xué)習(xí)效率。因此，系統(tǒng)集成和優(yōu)化技術(shù)的使用，不僅可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的共享，而且還能給課程活動的展開提供一個科學(xué)化的平臺，確保能夠提高學(xué)生的計算機操作能力。

4.3 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)

通過使用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)，可以確保仿真模型具有一定的通訊功能，而通過采用B/S以太網(wǎng)構(gòu)成的廣域網(wǎng)，也就使得整個系統(tǒng)具有較強的開放性能。

5 結(jié)論

不斷的研究與分析基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)，對于有效的提高整個系統(tǒng)的實用性以及不斷的為計算機教學(xué)活動的展開提供便利，確保提高學(xué)生的計算機操作能力都具有至關(guān)重要的作用。因此，我們應(yīng)首先認(rèn)識與了解該系統(tǒng)的總體設(shè)計思路以及系統(tǒng)在設(shè)計時所要遵循的基礎(chǔ)設(shè)計原則，進(jìn)而再對整個系統(tǒng)的功能以及所使用的技術(shù)進(jìn)行分析，確保能夠更加完善整個系統(tǒng)的功能，以此來有效的提高系統(tǒng)的實用性，確保為學(xué)生提供一個更加開放式的學(xué)習(xí)平臺，引導(dǎo)學(xué)生能夠積極的參與到實訓(xùn)課程的開展過程中，以此來不斷的提高學(xué)生的計算機操作能力，確保為社會的發(fā)展輸送更多的高質(zhì)量計算機應(yīng)用人才。