大型儀器設備共享云平臺設計與實現

（滁州學院 計算機與信息工程學院，安徽 滁州239012）

近年來，各高校對儀器設備使用效益的重視程 度逐漸提高，在大型儀器設備開放共享方面進行了很多機制上的研究和創新，形成了一些行之有效的政策、措施。傳統的儀器設備共享模式，不僅不能適合高校的發展，也已經遠遠不能夠適應當前社會發展新形勢的需求。所以，作為現代高校，必須建立一種能夠提供共享效率的儀器設備共享管理模式。網絡大型儀器設備共享平臺就是一種理想的選擇，在高校信息化進程中，起到重要作用。

相比傳統的共享方式，利用軟件進行儀器設備共享，有著執行快，很容易找到，可行性高，容量存儲大，保密性好，壽命長，成本低特點。通過本文設計的大型儀器設備共享云平臺使儀器設備共享信息管理科學化、系統化，從而實現對儀器設備共享信息有效管理的目的。為進一步發揮信息技術在大型儀器設備管理中的便捷和精準作用，本文著眼于大型儀器設備共享的實際情況，本著使之能迅速適應滿足學校發展需要的目標，在調研多所高校實驗室管理實際需求的基礎上，開發了基于B/S架構的網絡大型儀器設備共享平臺。相對于傳統的儀器設備管理平臺，本平臺具有如下優勢和特點：

（1）操作簡便、界面良好。系統采用簡明的頁面布局，非常方便用戶查看儀器設備，進行相關儀器設備的預約和使用。

（2）即時可見：本系統基于網絡平臺，可以實現大型儀器設備使用信息的“即時發布、即時見效”功能。

（3）功能的完善性：本系統可以滿足不同用戶（包括用戶、管理員及特定需求管理用戶）的功能需求。

(4)軟件即服務：本系統設計并開發的基于SaaS架構的大型儀器共享平臺，能夠根據用戶的需求“勾選”相應的服務和軟件，系統資源根據用戶需求動態分配。系統架構先進，軟件獲得方式靈活，資源利用率高，系統總體運營成本低。

一、功能需求分析

本網絡大型儀器設備共享平臺主要滿足2種用戶的需求，這2種用戶分別為管理員和普通用戶。其中，管理員用戶可對系統進行全面的管理，主要包括系統管理、儀器管理、預約管理以及用戶管理等。用戶通過本系統，可以辦理個人信息維護和預約大型儀器設備等事務。用戶進入本系統可查看系統信息，包括網站首頁、系統公告以及儀器中心等。用戶在進行儀器預定前，必須登錄系統。沒有賬號的用戶可自助完成注冊操作，注冊登陸后用戶賬號的主要功能包括儀器預定、個人信息認證、個人資料、修改密碼以及我的預定等。

在系統性能需求分析上，主要包括4個方面的要求。（1）完整性分析。信息記錄的完整性要求信息內容不能為空，各種數據之間的聯系應當是正確的，并且不同記錄中的相同數據必須一致。（2）性能分析。頁面的響應時間應該在3秒以內，最長時間不能超過6秒，并支持至少5000人并發訪問。（3）界面分析。系統界面要求簡單明了，容易操作，符合用戶操作習慣。（4）安全性分析。系統必須確保系統的安全性、穩定性。通過數據加密，管理員密碼復雜度限制，用戶密碼復雜度限制以及阿里云平臺的防火墻設置，可以實現系統的安全。（5）彈性資源分配和功能擴展。基于阿里云框架，用戶通過本系統可以實現功能和服務的定制。

在系統結構上，本系統用戶訪問方式采用B/S結構，提供了一個基于云端的網絡平臺，讓用戶在任何可以連接互聯網的地方，就可以完成查看儀器信息、儀器預定、設備共享、儀器設備共享狀態查詢等操作。本文所設計的系統其優點是系統簡單，功能強大，擴展性好，跨區域操作便捷。系統的整體框架如圖1所示。

圖1 網絡大型儀器設備共享平臺系統架構

二、系統設計與實現

2.1 系統主要功能模塊

大型儀器設備云共享平臺采用B/S結構，基于PHP程序設計，綜合運用 AJAX，avascript,HTML5設計并實現。設計開發好的系統將被封裝在云鏡像文件中，方便平臺在阿里云上發布和部署。系統主要分為用戶和管理員兩大模塊，其中用戶模塊主要功能包括個人信息維護、主頁訪問、個人注冊登陸、在線預約和預約狀態查詢。管理員模塊主要包括對網絡儀器設備的上線、下線、分類、管理、系統設置，預約審批以及用戶管理等功能。功能模塊如圖2所示。

圖2 系統功能結構（云端基本功能）

2.2 基于SaaS的系統架構設計

為了增加系統的可擴展性，滿足不同高校，不同單位的大型儀器設備管理需求，本系統采用SaaS架構，即“軟件即服務”。系統后臺采用阿里云虛擬機，把用戶的軟件和服務封裝成鏡像存儲在阿里云的磁盤中，不同的用戶單位、高校在授權使用該平臺后，只需要選擇本單位、高校所需的服務（如功能模塊，共享平臺應用等），即可啟動對應的虛擬機，完成平臺的動態部署，如圖3所示。本系統SaaS獲取網絡共享平臺應用和服務的方式為：申請賬戶密碼->獲得授權->選擇服務->啟動服務虛擬機->獲得大型儀器設備共享平臺服務->申請接口開放->獲得新功能。

2.3 跨區域大型儀器設備資源共享

本文設計的大型儀器設備共享平臺，其大型儀器設備和資源存儲在阿里云數據庫，不同高校、單位使用的資源都共享同一個數據庫。在這種架構基礎上，通過權限管理、單位認證、資源共享等方式，可以選擇指定本單位大型儀器設備的共享范圍，如指定在本單位共享，指定在省內共享，指定在全國范圍內共享等。也可以建立兄弟院校或聯盟，在兄弟院校或聯盟之間共享。通過這種方式，本系統極大的提高了大型儀器設備的共享效率和共享力度，從技術和信息化層次解決了大型儀器的共享問題。

圖3 基于SaaS的大型儀器設備共享平臺功能定制

除此之外，本系統還支持對共享設備的收費情況進行設定。需要大型儀器設備的單位或高校可以在本平臺上比較不同單位的收費情況，選擇價格合適的大型儀器設備和服務。

三、系統功能測試

為驗證系統的功能，本文也進行了相關測試。主要采用黑盒測試，也稱為功能測試，是測試每個功能是否可以正常使用。在測試現場，該程序被視為無法打開的黑匣子。程序界面的測試沒有考慮程序的內部結構和內部特性。它只檢查程序功能是否按照需求規范的要求正常使用。程序是否可以正確接收輸入數據并生成正確的輸出信息。具體測試步驟如下：

（1）云模塊測試，這一步通常用于發現編碼和詳細的設計錯誤和缺陷。

（2）云系統測試，通常在這一步中發現的是軟件設計中的錯誤，它也可能在錯誤的描述中找到。

（3）驗收測試，在這個步驟中發現的通常是系統需求規格中的錯誤，包括數據庫的能否正常連接，內容是否完整。系統能否正常配置運行。各個頁面的是否能夠正常運行，各功能是否能夠實現，數據調用是否正常。功能測試結果如表1所示。

表1 網站功能測試

在可用性測試方面，我們主要測試了系統的可操作性、可理解性、可學習性等方面內容。具體測試方面如表2所示。

表2 系統可用性測試

通過以上測試可以發現：系統的所有功能都可以無失真地實現，功能的測試也相對完整。大型儀器設備共享云平臺所有功能齊全，操作簡單，系統運行性能良好，能較好地滿足用戶的要求。

本文采用SaaS方式，設計和開發了大型儀器共享云平臺，在具體實踐中也得到了相關應用。通過相關實踐教學應用發現，平臺運行正常，能夠支撐計算機網絡、計算機網絡實驗、網絡優化與測試、網絡工程項目實踐、網絡管理與安全等相關課程的教學和實驗，同時網絡大型儀器共享平臺也能夠為網絡工程及相關專業的畢業設計、認知實習、課程設計、畢業實習實訓等實踐環節提供軟硬件支撐。

四、結束語

借助云計算、信息化手段，可以在一定程度上規范高校大型儀器設備的共享使用程序和流程，能在一定程度上為師生的使用及相關課程的開設提高及時有效的信息共享，為使用帶來及時性和便捷性，由此可以在一定程度上提高大型儀器設備的使用效率，充分發揮設備效益，延長這些貴重設備的使用時間。

大型儀器設備的管理和利用也決不是一個系統或平臺就能解決的事情，從系統論的視角來看，這涉及到實驗室管理制度、實驗室管理人員素質、實驗室管理理念創新、維護保修機制完善等多個層面、多個要素的制約，而要使系統發揮最大的效能，即大型儀器設備管理和利用最優化，需要頂層設計、統籌規劃，充分挖掘其中人財物的因素，并用相應的制度“串聯”和“固定”，只有全員參與，全程管理，全效發揮，才能形成高校大型儀器設備長效化管理，并最大化地發揮出其在人才培養和科學研究中的關鍵作用。