阿倫

摘 要 采用分布式多線程技術進行網(wǎng)絡遠程實驗教學平臺設計，提高網(wǎng)絡遠程實驗教學平臺的兼容性和實時傳輸性，實現(xiàn)教學圖像、聲音和相關動畫的網(wǎng)絡通信和控制。通過網(wǎng)絡遠程實驗教學，提高教學的質(zhì)量水平和效率。在分布式網(wǎng)絡通信技術下，采用多線程TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)網(wǎng)絡遠程實驗教學的控制和數(shù)據(jù)傳輸，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，展示了較好的應用價值。

關鍵詞 分布式技術 多線程控制 網(wǎng)絡遠程實驗教學 多媒體

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.05.020

Research of Network Remote Experiment Teaching

Based on Distributed Technology

A Lun

（Department of Computer and Information Engineering， Inner Mongolia Vocational

College of Chemical Engineering， Hohhot， Inner Mongolia 010070）

Abstract Use the distributed multi threading technology network distance teaching experiment platform design to improve the compatibility of network based remote experiment teaching platform and real-time transmission and achieve teaching image， sound and animation of network communication and control. Through the network of remote experiment teaching， improve the level of quality and efficiency of teaching. In the distributed network communication technology， the multi thread TCP/IP protocol is used to realize the control and data transmission of the network remote experiment teaching， which can increase the stability and reliability of the system.

Key words distributed technology； Multi thread control； network remote experimental teaching； multimedia

0 引言

隨著多媒體教學的推廣和普及，在高速網(wǎng)絡和計算機數(shù)據(jù)傳輸?shù)沫h(huán)境下，設計遠程實驗教學系統(tǒng)平臺，利用PPT等新興的計算機軟件技術，結合網(wǎng)絡、聲音、圖像等信息處理技術，提高網(wǎng)絡遠程實驗教學的生動性和互動性。①提出基于分布式多線程技術的網(wǎng)絡遠程實驗教學平臺設計方法，采用多線程控制設計，以校園網(wǎng)、局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)為基礎，②③中樞為以DSP數(shù)字信號處理器為核心進行中央集中控制器設計，實現(xiàn)遠程網(wǎng)絡實驗教學的多通道信息傳輸和數(shù)據(jù)采樣，該遠程實驗教學平臺具有遠程控制、遠程通信、遠程數(shù)據(jù)信息采樣和實時數(shù)據(jù)記錄等功能，其開放性好，兼容性強，展示了較好的應用價值。

1 遠程網(wǎng)絡實驗教學系統(tǒng)的總體設計和功能描述

1.1 遠程網(wǎng)絡實驗教學系統(tǒng)的總體設計

設計基于分布式技術的網(wǎng)絡遠程實驗教學系統(tǒng)，實現(xiàn)異地教學遠程教學。通過遠程教學，實現(xiàn)網(wǎng)絡實驗教學系統(tǒng)的遠程控制，在現(xiàn)有的遠程網(wǎng)絡實驗教學系統(tǒng)上，開發(fā)以DSP數(shù)字信號處理器為控制核心單元的控制系統(tǒng)，選擇多線程數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪h程控制通信協(xié)議，實現(xiàn)遠程實驗教學過程中的多媒體課件以及聲、光、信號的遠程通信和控制。基于Vega Prim構建遠程實驗教學控制系統(tǒng)是在Vc.net平臺上實現(xiàn)的，其中涉及多個軟件的聯(lián)合使用，系統(tǒng)的總體設計模型構建如圖1所示。

圖1 遠程實驗教學系統(tǒng)總體設計

1.2 系統(tǒng)的功能描述和設計要點

在上述系統(tǒng)總體設計的基礎上，分析遠程網(wǎng)絡實驗教學系統(tǒng)的主要功能，通過Vega Prime的交互函數(shù)進行遠程教學的中樞集成控制，系統(tǒng)的控制中樞以Microsoft Visual Studio 開發(fā)組件為核心，構建遠程網(wǎng)絡實驗教學的中央集中控制器，實現(xiàn)教學平臺與在計算機網(wǎng)絡中的通信和信息共享。在Multigen Creator中建模虛擬的教學場景，遠程實驗教學平臺還實行讀卡制功能，可實現(xiàn)對學生和教師的身份識別和考勤管理，RFID射頻識別讀卡芯片通過接受控制信號，發(fā)送和傳輸控制參數(shù)，利用MFC進行教學內(nèi)容的同步傳輸和更新，采用分布式控制技術實現(xiàn)遠程的開機關機，電動幕布的啟動、投影儀與教學輔助設備的控制、實驗教學內(nèi)容的傳輸控制、數(shù)據(jù)收發(fā)控制等功能。在Matlab中對相關信息處理模塊進行數(shù)據(jù)信號處理，在網(wǎng)絡傳輸模塊，并通過Vega Prime的交互函數(shù)對虛擬場景進行控制，可以實現(xiàn)對教學課件的打包傳輸，有效實現(xiàn)教學資源的共享。在上述總體設計和功能模塊分析的基礎上，進行網(wǎng)絡遠程實驗教學系統(tǒng)設計研究，提高其應用實踐性。

2 分布式多線程控制技術及網(wǎng)絡遠程實驗教學系統(tǒng)的設計實現(xiàn)

基于網(wǎng)絡技術的遠程網(wǎng)絡實驗教學系統(tǒng)遠程控制系統(tǒng)是有兩層主結構構成：第一層是有中央集中控制單元為核心，作為系統(tǒng)的中樞神經(jīng)單元，以計算機微處理器的形式控制各個遠程網(wǎng)絡控制和系統(tǒng)傳輸設備的各個單元和子系統(tǒng)，包括3D模型的顯示、生成虛擬環(huán)，構成遠程網(wǎng)絡實驗教學系統(tǒng)平臺的底層。通過數(shù)據(jù)的實時更新，使得個遠程網(wǎng)絡實驗教學系統(tǒng)下的各種設備的輸入輸出端口得以規(guī)整集成。采用多線程分布式控制基礎，進行TCP/IP協(xié)議設計，利用TCP協(xié)議進行通信，使得遠程實驗教學平臺的結構能集成功放系統(tǒng)的接口，視頻電動屏幕的接口，VGA輸入輸出信號接口的功能。保證了發(fā)送的數(shù)據(jù)能夠到達用戶端，通過分布式多線程集中控制，不需要建立鏈接，可以直接向一個IP地址發(fā)送遠程實驗教學內(nèi)容，實現(xiàn)系統(tǒng)的開關控制功能，RS-232芯片控制串口的傳輸信號輸入通道切換到網(wǎng)絡傳輸層。通過分布式集成控制，降低差錯控制開銷，實現(xiàn)對遠程多媒體教學過程中的顯示端的分辨率調(diào)整，視角調(diào)控等功能。

遠程網(wǎng)絡實驗教學系統(tǒng)集中控制系統(tǒng)的設計中，基于基礎的網(wǎng)絡架構方法，避免各單元之間的干擾和影響，采用RFID射頻識別技術，在教學數(shù)據(jù)信息傳輸中的碼流被封存、重復運用，再選取參數(shù)進行編碼后，隨即傳輸?shù)骄W(wǎng)絡上，這種方式使得幀內(nèi)數(shù)據(jù)之間的關聯(lián)性增強，信道上某幀上的數(shù)據(jù)由于某種原因丟失造成解碼異常，這種錯誤放大將在時閾和空間上不斷持續(xù)，最終將對重建后畫面質(zhì)量產(chǎn)生損傷。目前多采用可變長編碼的方法進行編碼，這將使得數(shù)據(jù)傳輸過程中生成的錯誤持續(xù)向后放大，使得后期大量的碼無解，造成數(shù)據(jù)幀接連發(fā)生問題，最終形成如同數(shù)據(jù)丟包類似的不可恢復性錯誤，導致連續(xù)幀的大范圍損傷。通過讀取RFID卡信息，控制系統(tǒng)的自動開，教學范圍分為若干單元，根據(jù)單元分布和節(jié)點的重要程度和位置，如果視頻在傳輸過程中出現(xiàn)錯誤，錯誤就會沿著事先的預測鏈條進行傳遞，需要阻止錯誤放大，提高網(wǎng)絡遠程實驗教學的正確性和實時傳輸性。

在教學實踐過程中，根據(jù)實時性和速度的要求，建立一個分布式的網(wǎng)絡系統(tǒng)，在“客戶進程”和“服務進程”模塊單元中設計客戶機/服務器，程序送給Socket的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)客戶端和教學資源輸出端的多線程通信和數(shù)據(jù)傳輸，采用分布式多線程控制的網(wǎng)絡遠程教學平臺的網(wǎng)絡通信請求和數(shù)據(jù)傳輸過程描述如圖2所示。

通過上述分析，設計的采用客戶機/服務器的協(xié)作模式，調(diào)用recvfrom接收客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)，通過下課后教師拔卡實現(xiàn)系統(tǒng)的自動關閉。遠程中央控制機是系統(tǒng)的網(wǎng)絡控制中樞，由一臺聯(lián)網(wǎng)的普通計算機構成，通過設定網(wǎng)絡通信協(xié)議，實現(xiàn)對教學平臺的遠程網(wǎng)絡化控制，真正實現(xiàn)在線教學，資源共享，系統(tǒng)在進行教學資源信息傳輸過程中實時性能好，無差錯。

3 結語

采用分布式多線程技術進行網(wǎng)絡遠程實驗教學平臺設計，提高網(wǎng)絡遠程實驗教學平臺的兼容性和實時傳輸性。網(wǎng)絡遠程實驗教學平臺采用多媒體視頻實時傳輸，通過分布式集成控制，降低差錯控制開銷，實現(xiàn)教學多媒體信息的網(wǎng)絡通信和控制。通過網(wǎng)絡遠程實驗教學，可以有效節(jié)省教學經(jīng)費的同時，提高教學的質(zhì)量水平和效率，采用多線程RFID射頻識別技術實現(xiàn)網(wǎng)絡遠程實驗教學的控制和數(shù)據(jù)傳輸，該教學系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性和可靠性，展示了較好的應用價值。

基金項目：內(nèi)蒙古化工職業(yè)學院自然科學項目HYZR1403，基于分布式系統(tǒng)的仿真教學平臺的集成與應用

注釋

① 楊云春，李海雁.基于C#的全國計算機等級考試系統(tǒng)的客戶端部署研究[J].電子設計工程，2015（19）：118-120.

② 陸興華，吳恩燊，黃冠華.基于Android的智能家居控制系統(tǒng)軟件設計研究[J].物聯(lián)網(wǎng)技術，2015.35（5）：692-695.

③ 朱良琴，姚 平，王格林，等.基于OPT101的激光監(jiān)聽儀設計[J].電子設計工程，2015（19）：8-10.