基于分布式技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程實驗教學(xué)研究

阿倫

摘 要 采用分布式多線程技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程實驗教學(xué)平臺設(shè)計，提高網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程實驗教學(xué)平臺的兼容性和實時傳輸性，實現(xiàn)教學(xué)圖像、聲音和相關(guān)動畫的網(wǎng)絡(luò)通信和控制。通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程實驗教學(xué)，提高教學(xué)的質(zhì)量水平和效率。在分布式網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)下，采用多線程TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程實驗教學(xué)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(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞 分布式技術(shù) 多線程控制 網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程實驗教學(xué) 多媒體

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)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(xué)的推廣和普及，在高速網(wǎng)絡(luò)和計算機數(shù)據(jù)傳輸?shù)沫h(huán)境下，設(shè)計遠(yuǎn)程實驗教學(xué)系統(tǒng)平臺，利用PPT等新興的計算機軟件技術(shù)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)、聲音、圖像等信息處理技術(shù)，提高網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程實驗教學(xué)的生動性和互動性。①提出基于分布式多線程技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程實驗教學(xué)平臺設(shè)計方法，采用多線程控制設(shè)計，以校園網(wǎng)、局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，②③中樞為以DSP數(shù)字信號處理器為核心進(jìn)行中央集中控制器設(shè)計，實現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)的多通道信息傳輸和數(shù)據(jù)采樣，該遠(yuǎn)程實驗教學(xué)平臺具有遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程通信、遠(yuǎn)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(yīng)用價值。

1 遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)系統(tǒng)的總體設(shè)計和功能描述

1.1 遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)系統(tǒng)的總體設(shè)計

設(shè)計基于分布式技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程實驗教學(xué)系統(tǒng)，實現(xiàn)異地教學(xué)遠(yuǎn)程教學(xué)。通過遠(yuǎn)程教學(xué)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，在現(xiàn)有的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)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(yuǎn)程控制通信協(xié)議，實現(xiàn)遠(yuǎn)程實驗教學(xué)過程中的多媒體課件以及聲、光、信號的遠(yuǎn)程通信和控制。基于Vega Prim構(gòu)建遠(yuǎn)程實驗教學(xué)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(shè)計模型構(gòu)建如圖1所示。

圖1 遠(yuǎn)程實驗教學(xué)系統(tǒng)總體設(shè)計

1.2 系統(tǒng)的功能描述和設(shè)計要點

在上述系統(tǒng)總體設(shè)計的基礎(chǔ)上，分析遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)系統(tǒng)的主要功能，通過Vega Prime的交互函數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程教學(xué)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(gòu)建遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)的中央集中控制器，實現(xiàn)教學(xué)平臺與在計算機網(wǎng)絡(luò)中的通信和信息共享。在Multigen Creator中建模虛擬的教學(xué)場景，遠(yuǎn)程實驗教學(xué)平臺還實行讀卡制功能，可實現(xiàn)對學(xué)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(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的同步傳輸和更新，采用分布式控制技術(shù)實現(xiàn)遠(yuǎn)程的開機關(guān)機，電動幕布的啟動、投影儀與教學(xué)輔助設(shè)備的控制、實驗教學(xué)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(guān)信息處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)信號處理，在網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊，并通過Vega Prime的交互函數(shù)對虛擬場景進(jìn)行控制，可以實現(xiàn)對教學(xué)課件的打包傳輸，有效實現(xiàn)教學(xué)資源的共享。在上述總體設(shè)計和功能模塊分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程實驗教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計研究，提高其應(yīng)用實踐性。

2 分布式多線程控制技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程實驗教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)

基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)是有兩層主結(jié)構(gòu)構(gòu)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(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制和系統(tǒng)傳輸設(shè)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(gòu)成遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)系統(tǒng)平臺的底層。通過數(shù)據(jù)的實時更新，使得個遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)系統(tǒng)下的各種設(shè)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(chǔ)，進(jìn)行TCP/IP協(xié)議設(shè)計，利用TCP協(xié)議進(jìn)行通信，使得遠(yuǎn)程實驗教學(xué)平臺的結(jié)構(gòu)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(dá)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(yuǎn)程實驗教學(xué)內(nèi)容，實現(xiàn)系統(tǒng)的開關(guān)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(luò)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(yuǎn)程多媒體教學(xué)過程中的顯示端的分辨率調(diào)整，視角調(diào)控等功能。

遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)系統(tǒng)集中控制系統(tǒng)的設(shè)計中，基于基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方法，避免各單元之間的干擾和影響，采用RFID射頻識別技術(shù)，在教學(xué)數(shù)據(jù)信息傳輸中的碼流被封存、重復(fù)運用，再選取參數(shù)進(jìn)行編碼后，隨即傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)上，這種方式使得幀內(nèi)數(shù)據(jù)之間的關(guān)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(jìn)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(fù)性錯誤，導(dǎo)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(xué)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(yù)測鏈條進(jìn)行傳遞，需要阻止錯誤放大，提高網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程實驗教學(xué)的正確性和實時傳輸性。

在教學(xué)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(luò)系統(tǒng)，在“客戶進(jìn)程”和“服務(wù)進(jìn)程”模塊單元中設(shè)計客戶機/服務(wù)器，程序送給Socket的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)客戶端和教學(xué)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(luò)遠(yuǎn)程教學(xué)平臺的網(wǎng)絡(luò)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(shè)計的采用客戶機/服務(wù)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(guān)閉。遠(yuǎn)程中央控制機是系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)控制中樞，由一臺聯(lián)網(wǎng)的普通計算機構(gòu)成，通過設(shè)定網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，實現(xiàn)對教學(xué)平臺的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)化控制，真正實現(xiàn)在線教學(xué)，資源共享，系統(tǒng)在進(jìn)行教學(xué)資源信息傳輸過程中實時性能好，無差錯。

3 結(jié)語

采用分布式多線程技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程實驗教學(xué)平臺設(shè)計，提高網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程實驗教學(xué)平臺的兼容性和實時傳輸性。網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程實驗教學(xué)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(xué)多媒體信息的網(wǎng)絡(luò)通信和控制。通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程實驗教學(xué)，可以有效節(jié)省教學(xué)經(jīng)費的同時，提高教學(xué)的質(zhì)量水平和效率，采用多線程RFID射頻識別技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程實驗教學(xué)的控制和數(shù)據(jù)傳輸，該教學(xué)系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性和可靠性，展示了較好的應(yīng)用價值。

基金項目：內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院自然科學(xué)項目HYZR1403，基于分布式系統(tǒng)的仿真教學(xué)平臺的集成與應(yīng)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(shè)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(shè)計研究[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，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(shè)計[J].電子設(shè)計工程，2015（19）：8-10.