鄒貴紅 姚冰瑩 蘇兵 盧道設(shè)

（廣州華夏職業(yè)學(xué)院，廣東 廣州 510935）

基于Ulteo的高職虛擬電工電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄒貴紅 姚冰瑩 蘇兵 盧道設(shè)

（廣州華夏職業(yè)學(xué)院，廣東 廣州 510935）

針對(duì)民辦高職院校經(jīng)費(fèi)不足、實(shí)訓(xùn)室設(shè)備陳舊，無法滿足教學(xué)要求的問題，設(shè)計(jì)了基于Ulteo的高職虛擬電工電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)方案是采用JSP的MVC模式開發(fā)的WEB系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)對(duì)電工電子實(shí)訓(xùn)課實(shí)現(xiàn)在線教學(xué)管理，并且通過搭建基于Ulteo云平臺(tái)，將包含Multisim仿真軟件的虛擬桌面鏈接到WEB系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了通過Multisim軟件在線模擬電工電子實(shí)驗(yàn)的功能。測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)的功能基本實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)性能較好，能基本完成實(shí)訓(xùn)課的教學(xué)要求。

虛擬電工電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；Mulitisim；Ulteo；JSP；MVC

1 引言

近年來隨著互聯(lián)網(wǎng)在全球的快速發(fā)展，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的研究起步較早，網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的應(yīng)用也已經(jīng)在這些發(fā)達(dá)國(guó)家獲得了普遍應(yīng)用，取得了顯著成果，使得教學(xué)更加高效和方便[1]。將網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)按技術(shù)實(shí)現(xiàn)類型劃分主要有基于Flash的仿真實(shí)驗(yàn)、基于VRML虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的仿真系統(tǒng)、基于LabVIEW的B/S仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、基于JAVA Applet技術(shù)的C/S仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。其中以基于Flash和VRML的居多[2]。虛擬實(shí)驗(yàn)室對(duì)于解決教育資源不充足，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰τ兄匾囊饬x[3]。將實(shí)驗(yàn)室與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，創(chuàng)新網(wǎng)路教學(xué)模式，開展高質(zhì)量高水平的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教育[4]。

2 虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文中設(shè)計(jì)的虛擬電工電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)用虛擬桌面功能實(shí)現(xiàn)Multisim軟件在線模擬電子實(shí)驗(yàn)功能，是集實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理、指導(dǎo)、仿真于一體的B/S架構(gòu)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。本系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)為學(xué)生提供一個(gè)在線實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的平臺(tái)，學(xué)生可以通過系統(tǒng)上的課程課件和實(shí)驗(yàn)報(bào)告了解整個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方法，過程和要求，分析實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。同時(shí)，也可以通過系統(tǒng)的在線實(shí)驗(yàn)?zāi)K實(shí)現(xiàn)Multisim軟件在線實(shí)驗(yàn)，使得學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)上再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)操作的真實(shí)情境，并且學(xué)生還能夠自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)，反復(fù)調(diào)節(jié)、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，進(jìn)行創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，從而促進(jìn)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和提高。還可以通過在線模塊里的聊天室實(shí)現(xiàn)師生之間的良性互動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)和成長(zhǎng)。通過此虛擬電工電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)加快了高職電子信息類專業(yè)傳統(tǒng)教育模式改革的步伐，提高了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，推動(dòng)了遠(yuǎn)程教育和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源共享的進(jìn)程。通過對(duì)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的分析，對(duì)虛擬電工電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)如圖1所示[5]：

圖1 虛擬電工電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

3 云平臺(tái)模塊

3.1 云平臺(tái)框架

在虛擬電工電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中關(guān)鍵要解決的問題是實(shí)現(xiàn)在線實(shí)驗(yàn)，但是由于Multisiml4軟件無法直接嵌入到系統(tǒng)，因此，本論文中將使用云平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，向客戶端投遞虛擬桌面，用戶可以通過虛擬桌面使用Multisiml4軟件。云平臺(tái)的搭建使用Ulteo OVD技術(shù)，其基本框架由：兩臺(tái)服務(wù)器（Server1和Server2）和一臺(tái)PC機(jī)構(gòu)成。云平臺(tái)的整體框架圖如圖2所示[6]：

圖2 云平臺(tái)的整體框架圖

3.2 主服務(wù)器的配置

主服務(wù)器Server1的操作環(huán)境是Linux操作系統(tǒng)，硬件配置要求1 CPU核心和512MB RAM，在Server1服務(wù)器上安裝OVD4.0。

然后，注冊(cè)服務(wù)器，點(diǎn)擊服務(wù)器名稱進(jìn)行設(shè)置，顯示名稱:linuxseriver，內(nèi)部名稱:localhost，重定向服務(wù)器名: 127.0.0.1，其他默認(rèn)，然后點(diǎn)擊“切換到生產(chǎn)模式”。

3.3 應(yīng)用服務(wù)器的配置

在應(yīng)用服務(wù)器上安裝Ulteo OVDAPS 4.0前需要進(jìn)行window2008終端服務(wù)器的安裝配置。首先打開服務(wù)器管理器，右鍵角色，選擇添加角色，單擊下一步；然后，選擇遠(yuǎn)程桌面服務(wù)的角色服務(wù)，勾選遠(yuǎn)程桌面會(huì)話主機(jī)和遠(yuǎn)程桌面授權(quán)；設(shè)置身份驗(yàn)證方法，勾選不需要使用網(wǎng)絡(luò)級(jí)別身份驗(yàn)證；設(shè)置授權(quán)模式，勾選每用戶；添加允許使用該服務(wù)的用戶組；下面全部默認(rèn)，直到安裝，安裝完成后重啟一次。重啟后，選擇服務(wù)器角色，勾選遠(yuǎn)程桌面服務(wù)。

在配置應(yīng)用服務(wù)器前，需要禁用遠(yuǎn)程桌面設(shè)置的網(wǎng)絡(luò)級(jí)身份驗(yàn)證。Server2服務(wù)器是Windows server 2008操作系統(tǒng)，安裝Ulteo OVD APS 4.0，安裝過程中配置The Session Manager Address為172.16.115.177。安裝完成后，然后對(duì)Windows應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行配置和運(yùn)行。在配置前，Windows應(yīng)用服務(wù)器在未注冊(cè)服務(wù)器中出現(xiàn)。注冊(cè)Windows應(yīng)用服務(wù)器后，在服務(wù)器上就可以看到已注冊(cè)的Windows應(yīng)用服務(wù)器，然后將其模式從“維護(hù)”到“生產(chǎn)”。

以管理員用戶身份登錄到127.0.0.1/ovd/admin管理頁(yè)面，然后進(jìn)入users界面，首先創(chuàng)建用戶001-050，50個(gè)用戶，并將50個(gè)用戶添加到用戶組All Users中。進(jìn)入應(yīng)用程序界面，創(chuàng)建Windows application應(yīng)用組，并搭配組合，并將Mutisim軟件在添加到Windows application應(yīng)用程序組中。建立Applications組，用于應(yīng)用程序分配，發(fā)布應(yīng)用組。進(jìn)入Application界面，可以查看并管理兩臺(tái)服務(wù)器上的所有應(yīng)用程序，在application groups界面可以創(chuàng)建和管理應(yīng)用組。進(jìn)入configuration界面，可以根據(jù)需求配置相關(guān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)。默認(rèn)情況下，沒有用戶組或安裝應(yīng)用程序組(或如果選擇讀目錄的用戶組)所以你必須創(chuàng)建它們:首先，創(chuàng)建一個(gè)組的組頁(yè)面；然后，添加用戶/應(yīng)用程序；最后，關(guān)聯(lián)用戶組和應(yīng)用程序。

3.4 用戶端的安裝配置

用戶端采用一臺(tái)筆記本或者PC機(jī)，在Windows2000以上 操 作 系 統(tǒng) 上 配 置 IP（172.16.115.170）和 網(wǎng) 關(guān)（172.16.115.1），并安裝IE 7+網(wǎng)絡(luò)瀏覽器和Java1.6+。

4 在線實(shí)驗(yàn)?zāi)K

在線實(shí)驗(yàn)?zāi)K由project.jsp組成，包括實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、在線實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)任務(wù)書、實(shí)驗(yàn)報(bào)告四個(gè)部分，其實(shí)驗(yàn)界面如圖3所示。

圖3 在線實(shí)驗(yàn)?zāi)K界面圖

將在線實(shí)驗(yàn)超鏈接地址設(shè)置為Http://172.16.115.177，點(diǎn)擊此鏈接即可進(jìn)入虛擬桌面服務(wù)器的首頁(yè)，點(diǎn)擊User Login Pages，即可登錄到虛擬桌面的工作頁(yè)面。

5 虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)試

5.1 系統(tǒng)性能測(cè)試

對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試性能分析，如圖4所示，在服務(wù)器內(nèi)存只有4G的情況下，讓16個(gè)用戶同時(shí)登錄系統(tǒng)，內(nèi)存即將耗盡，CPU的使用率基本恒定在2%-27%之間，并行用戶的數(shù)量達(dá)到系統(tǒng)的需求。將服務(wù)器的內(nèi)存擴(kuò)展到64G，基本能夠滿足一個(gè)班級(jí)（大約60人）實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

圖4 系統(tǒng)性能測(cè)試

5.2 在線實(shí)驗(yàn)測(cè)試

通過在線實(shí)驗(yàn)完成疊加定理的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，打開Multisim軟件，繪制電路原理圖，設(shè)定幾組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)如表1所示，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境與實(shí)際環(huán)境相似。

表1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

6 結(jié)論

本文的研究工作是設(shè)計(jì)了基于Ulteo的虛擬電工電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在廣州華夏職業(yè)學(xué)院使用取得了良好的效果，大大提高了我院實(shí)訓(xùn)教學(xué)水平。雖然本論文研究設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)取得了初步的成效，但是系統(tǒng)功能還不夠齊全，應(yīng)不斷加強(qiáng)研究，使其功能更加完善。

[1]張剛，羅小華，賀利芳．基于Flash技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開發(fā)[J]．高等教育研究(成都)，2007，04：50-52．

[2]王基生，于平太，李瑩等．虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)幵發(fā)和應(yīng)用的理性思考[J]．現(xiàn)代教育技術(shù)，2010，02．

[3]刁海軍，尹釗．物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建[J]．高師理科學(xué)刊，2006，04：87-90．

[4]崔志枉．論生物虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)[J]．中學(xué)生物學(xué)，2008，07：24-25．

[5]劉怡晨．虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)運(yùn)營(yíng)模式的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]．華中科技大學(xué)，2012．

[6]劉坤．基于云服務(wù)器的信息安全虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)安全，2013，03：70-73．

Design on the Virtual Electrical and Electronic Experiment System Based on Ulteo for Higher Vocational School

Zou Guihong Yao Bingying Su Bing Lu Daoshe
（Guang Zhou Hua Xia Technical College,Guangzhou 510935,Guangdong）

tract】 Aiming at the problems of inadequate funding and obsolete training equipment,this paper designs a virtual electrical and electronic experimental system based Ulteo technique,which is a WEB system developed by MVC model of JSP.It realizes online teaching management for electric and electronic training courses.By building Ulteo cloud platform,virtual desktop including Multisim simulation software is linked to the WEB system,to achieve the simulation of electric and electronic experiments by Multisim software.Test results show that the system performs well and basically meets the training course teaching requirements.

words】 virtual electrical and electronic experiment system；Mulitisim；Ulteo；JSP；MVC

TN702

A

1008-6609(2016)09-0056-03

鄒貴紅，女，廣東韶關(guān)人，本科，講師，工程師，研究方向：信息系統(tǒng)。