时间：2023-07-14 16:25:39
序论：在您撰写虚拟网络的实现时，参考他人的优秀作品可以开阔视野，小编为您整理的7篇范文，希望这些建议能够激发您的创作热情，引导您走向新的创作高度。
关键词 虚拟实验；实验教学；DNA抽提实验
中图分类号：TP391.9 文献标识码：B 文章编号：1671-489X(2012)27-0034-02
Design and Realization of Network Virtual Experiment System: Taking Virtual Experiment of Plant DNA Extraction as an Example//Zhang Yushan, Zhang Linfei
Abstract The experimental teaching is the important way to train students’ technical application ability and the ability of solving problems. With the rapid development and application of network information technology in the university teaching, it will provide a strong platform to develop a virtual experiment. In this paper, taking virtual experiment of plant DNA extraction of gene engineering as an example, the basic ideas and principles of design of virtual experiment were summarized in detail. It will provide useful reference for other courses to develop the virtual experiments.
Key words virtual experiment; experimental teaching; experiment of plant DNA extraction
Author’s address University of Electronic Science and Technology of China Zhongshan Institude, Zhongshan, Guangdong, China 528402
虚拟实验是依托虚拟现实技术而产生和发展的一种实验模式，是利用计算机及仿真软件来模拟实验的环境及过程，让学生通过计算机操作来做实验，以代替或加强传统进行的真实环境下的实验[1]。随着高等教育网络技术的迅猛发展和广泛应用，采用网络虚拟技术创建虚拟实验室具有重要意义：1）不需要昂贵的设备和试剂，节约大量的实验经费；2）无需实验室，这对于一些实验室的建设、日常管理规范、实验项目的开设等方面经验很少，可用实验教学资源非常有限的学校来说，很有意义[2-3]；3）可以避免实验中产生的废水废液等污染环境。
电子科技大学中山学院在教学质量工程建设中，建立了网络数字化教学平台，为开发虚拟实验提供了良好的数字技术平台。下面笔者以创建“植物DNA抽提虚拟实验”设计与开发为例，说明学校开发虚拟实验的基本过程和设计原则。
1 实验流程的编写和实验流程的编程
如何将“植物DNA抽提实验”的复杂实验步骤编写成适合编程的实验流程，并针对实验流程编写程序，开发虚拟实验，这是首要解决的问题。实验流程的编写是学校生物系基因工程专任教师完成的，他们按照植物DNA抽提的实验目的，对植物DNA抽提实验步骤进行细分，删繁就简，而关键步骤和重要现象必须在步骤中凸显出来。这样整个DNA抽提的实验步骤被改编成重点突出、适合编程的实验流程，交给计算机系的学生进行编程实现。计算机系学生严格按照实验流程，通过编程完成专任教师编写的实验流程。
2 虚拟实验的设计原则[4]
1）虚拟实验逐步运行，无法跳跃到下一步。为确保学生逐步运行实验而不是跳过一些步骤，这一原则非常重要。
2）虚拟实验运行程序传送速度快，画面流畅。虚拟实验软件应该占用内存小，接收迅速。这样保证实验运行时画面流畅。
3）虚拟实验每步主要内容屏幕显示，提示性操作。虚拟实验可激发学生的学习兴趣，巩固学习效果[5]。通过屏幕提示操作，很容易完成实验。
4）编程中简单实验步骤合并处理与实验重要现象凸显的处理。对编好的实验流程进行编程处理时，将那些简单的、学生都熟悉的实验步骤合并一起，只需鼠标在目标物点击一次，这些细小动作即可连续完成，而对于实验过程中出现的重要实验现象，则使用不同颜色和文字进行凸显。
如要将摇匀的、表面充满黄色泡沫的DNA抽提液，加入离心机中进一步离心，只需用鼠标对箭头所指的离心管点击一下，离心管会自动进入离心机内，而实际操作步骤如开启电源、打开离心机盖、盖好离心机盖等这些学生熟悉的步骤合并后会连续自动完成，而无需点击一次鼠标运行一个步骤。而对于离心前后，离心管抽提液分层前后颜色差异，不仅使用不同颜色强调这种差异，而且也使用文字标注进行凸显，如图1所示。
3 虚拟实验的技术选取和结构组成
3.1 技术选取
关键词：VMware；虚拟机；网络实验；虚拟网络
中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)17-31307-02
On the Basis of the Realization of the Fictitious Network Experiment Platform of the Unit
SHEN Jia
(Jinling Institute of Technology, Nanjing 210001, China)
Abstract:In order to solve the contradiction between the effectiveness of student's network experiment and stability of the laboratory safety management, introduce VMware, thus realize the experiment platform of fictitious network on the unit, improves the classroom result of experiment teaching of network
Key words:VMware; virtual machine; network experiment; virtual network
1 引言
随着学校的办学规模的不断扩大，网络技术的快速发展，目前许多高校的计算机网络实验环境已经不能满足学生的网络实验的需求，许多网络实验比如简单的局域网组网实验，至少要求学校为每组学生配备两台PC，一台交换机，这对于学校来说是一笔不小的投资，所以目前许多高校只能停留在老师一边讲理论知识，一边用陈旧的可数的网络设备来给学生演示实验，学生只能被动的接受一些抽象的名词：活动目录、域等，上课效果可想而知，学生的动手能力也得不到锻炼，再加上多数高校的实验室都安装了还原卡，虽然方便了实验室管理人员，但也给学生做实验带来了很大的限制，比如格式化硬盘、安装Windows 2000 server OS这些组网实验的基本要求都不能让学生进行操练。这些问题也存在于我们学校，为了能够解决学生网络实验的可操作性和实验室安全管理的稳定性之间的矛盾，本文介绍一个即经济又有效可行的方法，是给实验室的每台学生机装上虚拟机软件，通过虚拟机软件搭建出虚拟网络实验环境。
在网络方向的课程中，要涉及到的网络相关实验如下图：
我们将通过虚拟机软件在单机上搭建网络平台实现上述所有的实验，即降低了实验成本，又帮助学生获得现实网络环境在中多点之间关系的直接概念和网络现象，完成各种网络操作和管理的学习任务。
术语：
主机：就是安装虚拟机和模拟器软件的真实存在的物理机；虚拟机：就是通过虚拟机软件创建的虚拟机器。
2 虚拟机软件介绍
常见虚拟机软件有virtual pc和VMware，两者各有千秋，但笔者更青睐于VMware，因为VMware拥有比virtual pc更强大的网络功能，所以如果仅仅只是为了完成基础类的计算机组装实验，用virtual pc就可以满足了，如果要搭建更强大的网络环境，还是选择VMware软件。本文主要以VMware为主。VMware 通过将主机（真实的pc）上的硬盘和内存的一部分拿来虚拟成一台或多台计算机，即虚拟机VM（virtual machine），它拥有独立的CMOS、硬盘，可以像主机一样运行分区、格式化、安装系统和应用软件；而虚拟机只是以一个文件的形式存储于主机上，对虚拟机进行的任何操作对于主机来说，没有任何影响。
采用Vmware创建虚拟机具有如下特点：
(1)VMware产生的虚拟机镜象可以随便克隆，而且可以应用在不同的物理机上。
(2)不需要重新分区或重新启动，就能在同一台PC机上同时使用至少两种以上的OS。不同OS运行期间，可以随时进行切换，就跟Windows窗口一样。而且你某个虚拟机OS崩溃了，对主机操作系统一点影响都没有。
(3)在虚拟机上安装同一种操作系统的另一发行版，不需要重新对硬盘进行分区，比如，你可以在Red Hat Linux的一个目录下，安装Turbo Linux 或者其它的Linux版本，而不需要重新分区。
(4)虚拟机之间支持TCP/IP、Novell Netware以及Microsoft网络虚拟网络；各个虚拟机之间是相互独立的，而且可以随时改变各虚拟机的环境参数：内存大小、网卡个数、CUP个数等等
3 创建虚拟机及虚拟网络原理
3.1 创建虚拟机
在主机上安装VMware workstation软件，然后创建虚拟机，一般有两种方式：(1)利用向导进行创建; (2)利用已制作好的虚拟机文件进行克隆创建。因为在虚拟机上安装OS，速度会比在真实的机器上慢，所以一般在实际教学中，老师事先按照向导创建虚拟机，创建出安装不同的OS的虚拟机，然后备份虚拟机文件，学生可以通过镜像文件快速克隆虚拟机，这样就事半功倍。
3.1.1 虚拟网络原理
VMware提供了一些虚拟设备和用这些设备联网的方法，理解这些设备和联网原理就可以组建不同的的网络。
(1)虚拟网络设备
虚拟网卡 ：创建好虚拟机后，虚拟机会默认安装AMD PCNET family PCI Ethernet Adapter网卡，一般虚拟机可以安装三块网卡。每块网卡有四种可选网络方式：桥接、仅主机、网络地址翻译和自定义。
虚拟交换机：VMware提供了10个虚拟网络设备：Vmnet0-9，这些设备可以充当交换机。
3.1.2 联网方式
(1)ridged（桥接）方式
选择这种方式后，虚拟机自动会加入到Vmnet0交换机中，只要将虚拟机设置为和主机同样网段的IP地址，在真实的网络中，虚拟机就和主机拥有同样的地位。虚拟机可以访问真实网络中其他共享资源。但前提是主机要插有网线，否则无法选种该方式。
一旦选择该模式，那么你的虚拟机将暴露在充满病毒和危险的真实网络中，所以建议选择该模式时先给虚拟机装好补丁以及杀毒软件，并向管理员申请有效的IP地址，注意不要和其他主机IP地址冲突。
(2)HOST-ONLY（仅主机）方式
选择该方式后，会自动于Vmnet1交换机进行连接，将产生隔离其他网络的独立网络，只有主机和虚拟网络内的虚拟机可以通信。在不需要上外网的情况，只是用于网络实验时，建议采用这种方式。
(3)NAT（网络地址翻译）方式
如果主机可以连接到外网，但是我们在外网上无法为虚拟机获得一个IP地址，我们可以采用该种模式。
4 基于单机的虚拟网络实验平台的实现步骤
(1)实验室的软、硬件的准备：安装VMwareworkstation的基本配置为：CPU主频不低于266MHZ、内存最小为128MB、硬盘不小于600MB的空间。但为了达到更好的实验效果，建议内存加至1GB，这样可以达到同时运行5个虚拟机。
(2)安装VMware workstation软件，创建多个安装不同OS的虚拟机，为了加强显示效果，建议，安装好OS后，请安装VMware－tools.exe。
(3)根据拓扑图创建虚拟网络，并规划好IP地址，再进行虚拟网络配置。
(4)学生进行网络实验：子网划分、组建对等网、组建域网络、TCP/IP协议测试、路由器配置、服务器共享上网、FTP、Web服务器建立等等。
5 基于单机的虚拟网络实验平台的模板
为了便于学生的上机进行网络操作，节省任课老师的时间，可以将常见的虚拟实验环境平台模板搭建好，并将相关参数说明一下，上传到实验室服务器中供学生下载做实验。
如下图所示：PCm（m=1、2、3…）表示实验室任何一台学生机；VPC-N（N=1、2、3…）表示在学生机上虚拟出来的客户机；NIC表示学生机的物理网卡；VNIC表示虚拟机上虚拟出来的网卡。
(1)选取任意一台学生机PCm，安装VMware workstation软件，并虚拟出5台VPC，分别为VPC1~VPC5；
(2)分别为VPC1安装操作系统WIN2000 SERVER，然后根据VPC1克隆出VPC2、VPC3和VPC4，给VPC5安装WIN2000 Professional，其中，为VPC1和VPC4安装两块虚拟网卡；
(3)在该拓扑中，其中，连接VMnet0的为桥接网络1、连接VMnet2的为网络2；连接VMnet3的为网络3；学生机可以通过网关上外网，现在我们根据拓扑图给VPC进行网络IP地址划分。
主机的IP地址为192.168.1.2，子网掩码为255.255.255.0，网关为192.168.1.1；
VPC1有两块网卡，其中一块与VMnet0相连，采用桥接网络模式，那么给VPC1的VNIC1分配（192.168.1.0）段的一个有效的IP地址。
VPC1的VNIC2、VPC2、VPC3和VPC4中的VNIC1处于同一网络VMnet3交换机的网络2，给分配一个内部私有地址为（192.168.2.0）段的地址；
VPC5分配的内部私有地址为（192.168.3.0）段的地址，并通过启用VPC4的路由功能与其他机器通信。
模型拓扑图：
(4)进行网络配置，因为VPC1暴露在危险的真实网络中，所以必须给VPC设置防火墙，安装杀毒软件；将VPC2安装成（）域控制器；在VPC3上架设WEB服务器和FTP服务器以及邮件服务器；最后启用VPC4的路由功能，将VPC5的网关设置为VPC4的VNIC2的IP地址，访问网络2。
以上是一个简单的虚拟网络模板制作样例，经过实践，通过引入虚拟机，可完成除了网络硬件安装和传输媒体连接的其他几乎所有的局域网实验。这积大的提高了学生的学习积极性和自主性，而且学生任何破坏性的操作对与实验室的机器来说并没有影响，所以有效的缓解了两者的矛盾。所以虚拟机技术值得各高校推广使用。
6 结束语
实现单机虚拟网络实验环境的平台，关键是掌握VMware中的网络方式及原理，同时要具备一定的网络知识。总之，该虚拟平台，具有与真实网络环境下的一切特征，与真实网络相比，具有成本低、效果好、易使用、实用性强的特点。学生可以在该平台中学习和掌握各种网络知识，培养网络技能。
参考文献：
[1] 江平. 虚拟机及其在计算机教学中的应用. 四川工程职业技术学院学报,2006/05.
关键词:在线虚拟网络实验平台;网络工程;实践
中图分类号:G642文献标识码:A
1引言
目前,各高等院校开设了网络工程专业,该专业的课程(如计算机网络,网络规划与设计等)均需要进行大量网络设备配置实验,但实验室成本对于各院校来说是一项不小的负担,建设一个40人左右规模的网络实验室,成本大约在80～100万人民币左右,这笔费用并不是每个院校都能承担的。同时,上述的实验室由于具体的实验设备还是很少,无法满足学生人手一套设备的需求,因此必须把学生分成4～5人小组进行实验。
近年来,出现了模拟软件来模拟各种实验器材、设备、实验过程以及实验环境。为高校实验教学减轻了一定的压力,如实验和实习费用不足,实验设备陈旧老化,实验场地拥挤,学生人均台、套数少,实物实验次数下降等等。其中典型的有Boson公司出品的NetSim软件和由法国人Chris Fillot开发的Dynamips软件。
Boson NetSim软件采取的是模拟设备的命令行方式,和真实的设备存在很大的差距,而且很多实验内容无法进行模拟。
Dynamips软件通过加载Cisco的IOS软件,可在一台PC上模拟多台Cisco交换机、路由器设备,其最大优势在于可自行设计网络拓扑,在PC上构建一个虚拟的网络环境,但Dynamips是一个命令行程序,在配置实验文件时需手工设置大量参数,不方便用户的使用。而且很多学校的实验室为管理维护的方便,给计算机都安装了还原保护卡,给需要修改配置参数时带来了很多不便。
针对以上问题,本文提出了建立在线虚拟网络实验平台的思路。
2系统架构
在线虚拟网络实验平台的软件体系机构是三层架构(如图1所示),即包括后台模拟器运行服务器、应用服务器、客户端三部分,采用了浏览器/服务器(B/S)的网络计算模式。应用服务器可以在网中的任何位置,运行在任何操作系统上,在处理客户端实验网络拓扑配置,完成客户端与后台模拟器运行服务器之间的通信转接。后台模拟器运行服务器采用Dynamips软件模拟实际的设备,通过采用应用服务器生成拓扑所需要的参数,管理和维护需要模拟的设备。客户端完成与用户的交互,完成拓扑网络的设计和虚拟设备的配置交互。
3客户端
3.1软件要求
客户端的软件要求:
(1) 安装有IE或Firefox浏览器;
(2) 安装J2RE 1.5版本以上插件。
3.2设计方案
客户端完成与用户的交互。由于系统采用的是B/S这种方式,客户端不需要安装额外的软件,只要能够运行基本的浏览器软件并配置相应的Java运行环境。
用户在客户端完成网络实验的拓扑结构,并在此基础上进行实验,这就带来了两个问题:
(1) 如何进行配置;
(2) 如何和后台模拟器运行环境通信。
针对问题1,通过编写Java Applet程序(该Applet后简称Applet A)来完成图形化网络拓扑配置,此外,采用Java Applet的好处还体现在便于和应用服务器实现通信。
针对问题2,通过编写另一个Java Applet(该Applet后简称Applet B)来完成与后台虚拟设备的交互配置。
为了便于用户进行相应虚拟设备数据的配置,即通过点击Applet A网络拓扑上的相应设备,能够在Applet B中进行配置窗口的相应切换,完成与不同虚拟设备之间的交互。Applet A与Applet B的配合通过两个Applet之间的通信来完成。
3.3具体实现
用户在IE浏览器地址栏中输入实验环境的URL地址。用户登录后选择进入具体的实验项目。典型的实验配置为参见图2:
当用户提交用户配置数据时,由Applet生成网络的拓扑数据,并提交给应用服务器。应用服务器将用户转至Applet B所在的配置界面,同时给出所有虚拟设备的URL地址。
例如:telnet://192.168.1.3:2001
用户在配置界面可以完成对制定虚拟设备的配置(如图3),或者通过点击URL地址链接,调用客户端默认的telnet工具访问虚拟设备。
4应用服务器
4.1软件需求
对于应用服务器的要求:
(1) 安装有J2SDK5.0以上版本;
(2) 安装有Apache Tomcat 6.0。
应用服务器采用JSP、Java Servlet技术,应用服务器系统根据功能分为用户管理模块,实验环境配置模块和仿真模块,后台环境管理模块3个子系统(参见图4)。
4.2用户管理模块
用户管理模块完成用户的登录,注册,信息修改,注销功能(参见图5)。
4.3实验环境配置模块
实验环境配置模块要完成以下3个功能:
功能1:提供客户端需要的Web页面和Java Applet程序。
功能2:对用户提交的网络配置数据处理,生成后台模拟器运行所需的配置文件,并将生成的配置文件提交给后台模拟器运行环境。
功能3:完成通信的转接,即实现客户端Applet与后台虚拟设备的通信。
上述三个功能分别由客户端交互模块,实验数据配置生成模块和通信模块完成(参见图6)。
(1) 客户端交互模块
对于功能1的实现是比较简单的,编写JSP代码实现用户页面,编写Java代码实现Applet,需要注意两个Applet之间的通信。
(2) 实验数据配置生成模块
对于功能2的实现,通过Servlet实现。对于每个用户发起的配置请求(Applet A发起),启动一个新的线程完成对用户配置数据的处理,实验数据配置生成模块生成后台模拟器运行环境的运行参数并将其提交给后台模拟器运行服务器,由后台模拟器运行服务器环境负责虚拟实验环境的建立。由于存在多个用户同时进行实验,这里需要采用多线程处理。
(3) 通信模块
对于功能3的实现,也通过Servlet实现,当功能2的Servlet完成工作后,创建一个新的线程完成Applet B与后台虚拟设备之间通信转接。
通信模块负责与客户端的通信,这里由一个线程池来完成,线程负责将Applet B发来的命令转发到后台虚拟设备上,同时将后台虚拟设备的输出转发至Applet B。
4.4后台环境管理模块
实验管理模块完成对正在进行实验的管理,清理不必要的数据。
4.5具体实现
客户交互模块根据用户提交的配置数据,启动一个新的线程完成对用户配置数据的处理,实验数据配置生成模块生成后台模拟器运行环境的运行参数并通过通信模块将其提交给后台模拟器运行服务器,由后台模拟器运行服务器环境负责虚拟实验环境的建立。由于存在多个用户同时进行实验,这里需要采用多线程处理。
生成后台模拟器运行环境的运行参数举例如下:
dynamips-wxp.exe -T 2001 -P 7200 -r 128 --disk0 4 -t npe- 400-c 0x2142 -p 0:C7200-IO-FE -p 1:PA-2FE-TX- s0:0:gen_eth:"\Device\NPF_{953246C0-1275-426B-9803-B4C
171D808DE}" ..\C7200-JK.BIN --idle-pc=0x60801e14
在后台模拟器运行服务器启动虚拟实验环境后,由通信模块完成客户端Applet B与后台虚拟设备之间通信转接。
5后台模拟器运行服务器
5.1软件及硬件需求
对于后台模拟器运行服务器的硬件要求CPU速度1.6GHz以上,内存容量2G以上。
系统环境及软件要求:
(1) WindowsXP或Windows 2000 Server操作系统。
(2)dynamips-0.2.7。
(3)Cisco IOS映像文件:c3640-is-mz_120-7_t.Bin或c7200-js-mz.122-11.T.Bin。
5.2设计方案
后台模拟器运行服务器负责接收应用服务器发来的指令和配置文件,根据指令和配置文件运行虚拟设备,停止虚拟设备,及相应的管理功能。后台模拟器运行环境的基础是Dynamips软件。
5.3具体实现
后台模拟器运行服务器采用Java编写,使用Socket编程与应用服务器通信模块进行通信。
当收到应用服务器发来的指令和配置文件后,启动一个新的线程,使用Runtime的exec()方法执行收到的命令,实现运行虚拟设备,停止虚拟设备,及相应的管理功能。
当收到由通信模块客户端Applet B对虚拟设备的配置命令后,将其发送给具体的虚拟设备,并捕获输出,由通信模块转发给Applet B,完成具体的配置工作。
6总结
通过对本平台的试用,学生对在线虚拟网络实验平台反映良好,大大提高了学生的动手能力。
在线虚拟网络实验平台与传统的网络实验室相比,主要拥有如下优势:
(1) 充分发挥模拟软件的优势,将理论与实践相结合,以往如OSPF路由配置等需要大量的PC机或网络设备的实验,如今只要在一台PC客户机上就可实现,加深学生对于理论知识的理解。
(2) 在实验过程中无需担心学生误操作或是恶意操作,如修改网络设备密码或删除Flash文件等。由于所有的网络配置实验均在远端服务器上由软件完成,即使在操作过程中出现了无法恢复的错误时,也无需担心,只要将软件复位,即可重新开始实验。
(3) 减轻实验室维护教师的维护负担,每次实验完毕后,无需对网络设备进行一一复原。
(4) 大量节约成本,使学生能在虚拟环境中配置价格昂贵的网络设备,有效提高学生的实践技能。
(5) 提高学生的创新能力,使实验不受设备等硬件因素的制约,充分调动学生学习的主动性。
(6) 便于组织开放性实验。学生可以利用网络访问在线虚拟网络实验平台,可以在任何时间、任何地点完成实验。
参考文献:
[1] 孙秉超. 基于DynamipsGUI的虚拟网络实验环境构建[J]. 电脑知识与技术,2008(19):160-163.
[2] 张其林. 网络工程虚拟实验的设计与实现[J]. 电脑知识与技术,2008(11):284-286.
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[4] 赵培元,孙月兴,尹强国. 基于VMware和Dynamips的虚拟网络实验室的搭建[J]. 计算机与信息技术,2008(9):67-71.
[5] 朱斌,贺国权. 基于Web的虚拟实验系统实现[J]. 电脑与信息技术,2007(4):1-3.
[6] 李卓伟,李华,徐婷. 计算机网络虚拟实验教学模式[J]. 实验室研究与探索,2007(4):1-3.
[7] 吴宇峰. 基于软件的虚拟网络实验室建设[J]. 科技创新导报,2008(20):26.
[8] 李志远,胡金洪. 基于软件的计算机网络实验教学改革[J]. 科技信息,2008(24):533-534.
[9] 洪榛,俞立,吴根忠,等. 实验教学中网络预约系统的设计与开发[J]. 电气电子教学学报,2008(3):46-48.
Design and Realization of Online Virtual Network Experimental Platform
WANG Xiao-mei
(Department of Computer Science, Xi’an University of Post and Telecommunications,Xi’An 710121, China)
关键词：虚拟实验室； 虚拟仪器； LabVIEW； B/S
中图分类号：TN919-34； TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1004-373X(2011)24-0171-03
Design and Implement of Network Virtual Laboratory
LIU Ke-qin, PAN Xue-tao, ZHANG Mei-feng
(School of Photoelectric Engineering, Changzhou Institute of Technology, Changzhou 213002, China)
Abstract： The traditional way of physical instruments and simple data analysis is still used for experimental teachings in the most domestic colleges and universities. It exists many problems. A network-based virtual laboratory framework model was established with the network technology, virtual instrument technology and B/S architecture. A related virtual experiment such as phase difference measurement was designed, and Web publishing was implemented by means of LabVIEW software. Practice shows that the remote control and resource sharing can be achieved in the Web-based virtual laboratory. It can save the financing investment for the mass of equipments and instruments, provide a modern means for practice teaching, and help students to improve their creative ability.
Keywords： virtual laboratory; virtual instrument; LabVIEW; B/S
收稿日期：2011-07-13
基金项目：江苏省高校自然科学研究指导性计划项目：基于虚拟仪器的机械量测试与分析系统设计;江苏省教育厅基金资助项目（05KJD460014）
0 引 言
为更好地培养创新型人才，国内高校都加强了实践环节的教学。通过对理工科院校实践教学情况的调研，发现普遍存在以下几个主要问题：首先，学生要得到良好的实践训练，就需要购置很多昂贵的教学仪器，但各高校普遍存在资金投入不足的问题；其次，实验中各种元器件的损耗非常大，造成很大的浪费，这也间接对教师和学生造成一定的心里压力，实验中缩手缩脚，担心损坏仪器，使得实践教学质量得不到保证；最后，远程教育的发展使教学不再被限制于学校的课堂内，教学过程中必然要遇到如何对远程用户进行实验教学的问题。
随着网络技术和虚拟仪器技术［1-2］的迅速发展，充分利用“软件就是仪器的”思想，将两者结合，通过数据交换共享建成的虚拟实验室为以上问题的解决提供了很好的方案。
1 网络虚拟实验室的体系结构
网络虚拟实验室一般采用C/S模式和B/S模式2种体系结构。B/S模式在标准、开发维护、界面使用、客户端要求、灵活性以及仪器的安全性等方面都比C/S模式具有更好的优越性［3］，故该系统采用B/S模式构建。结构如图1所示。
采用基于B/S模式的客户端、Web服务器、数据库服务器和应用程序服务器的三层次结构，具有良好的适应性及扩展性。在远程实验操作中使用虚拟仪器应用程序，只需配备支持ActiveX的浏览器就可通过Internet登陆虚拟实验室网站，向Web服务器提出实验请求，并进行相关实验操作。登陆网站以后，浏览器会根据实验需要，从Web服务器中自动载入包含了虚拟仪器模块的实验网页，这样用户不需要安装任何专业软件就可以进行实验，从而使客户端的需求降到最低。
Web服务器的主要任务是将虚拟实验室以网站的形式在网络中，同时还为远程实验的安全运行提供有效的管理与用户认证机制。远程用户可以用Web浏览器访问此服务器，通过浏览器与Web服务器进行交互，按照步骤完成远程实验操作。数据库服务器用于存储系统相关数据信息，包括实验信息、实验管理信息以及系统管理信息等。应用程序服务器在虚拟实验室中负责各个虚拟实验模块的管理和调度。采用虚拟仪器语言设计的实验模块被集成在应用程序服务器中，接收来自Web服务器的请求并做出响应，完成信号的生成、数据分析以及结果显示。
2 网络虚拟实验室的设计
2.1 开发与使用环境
网络虚拟实验室采用DreamWeaver软件［4］开发，各虚拟实验采用美国NI公司的图形化编程语言LabVIEW设计，并生成为应用程序。客户端只要有Internet Explorer 5.0以上的浏览器并下载安装NI公司免费的LabVIEW Run-time Engine小程序即可顺利完成各类虚拟实验［5］。
2.2 远程虚拟实验室功能
以测控技术与仪器专业核心课程实验为例，介绍网络虚拟测控实验室的功能及典型程序设计。
远程虚拟测控实验室导航页包括“实验室简介”、“实验室公告”、“使用说明”以及“进入实验室”4部分。点击“进入实验室”，打开实验界面。如图2所示。
图2 远程虚拟测控实验室的模块图该部分包括信号分析与处理实验、测控系统特性分析实验、传感器与检测技术实验、形位误差测量实验等4个模块共24个虚拟实验应用程序。每个虚拟实验，包含“实验原理”、“功能描述”、“实验示例”和“在线实验”四个模块，层层递进，有利于启发学生的思维。
2.3 基于LabVIEW的虚拟实验设计
下面以“信号分析与处理”模块中的相位差测量实验为例详细介绍虚拟实验的设计方法。
2.3.1 设计原理
本设计采用相关法实现两同频正弦信号的相位差测量，即利用两信号的延时τ=0时的互相关函数值与其相位差的余弦值成正比的原理获得相位差［6-7］。
假设有两个含有噪声的同频信号x(t)，y(t)：x(t)=Asin(ω0t+φ0)+Nx(t)
y(t)=Bsin(ω0t+φ1)+Ny(t)
（1）式中：A，B分别为x(t)和y(t)的幅值；Nx，Ny分别为噪声信号。
周期信号互相关函数的表达式为：Rxy(τ)=(1/T)∫T0x(t)y(t+τ)dt
（2）式中T为信号周期。将式（1）代入式（2），可得：Rxy(τ)=1T∫T0［Asin(ω0t+φ0)+Nx(t)］•
［Bsin(ω0(t+τ)+φ1)+Ny(t+τ)］dt
（3） 当τ=0时，Rxy(0)=(1/T)∫T0［Asin(ω0t+φ0)+Nx(t)］•
［Bsin(ω0(t)+φ1)+Ny(t)］dt
（4） 理想情况下，噪声与信号之间、噪声与噪声之间互不相关，积分后可得：Rxy(0)=AB2cos(φ1－φ0)
（5） 故两信号的相位差：φ1－φ0=arccos［2Rxy(0)/AB］
（6）2.3.2 程序设计
程序设计时，使用LabVIEW程序中信号处理模块自带的互相关函数对两信号进行计算，然后调用Array子模板上的Index Array函数，获取τ=0时的互相关函数值。为得到相位差，执行Functions>>Numeric>>Trigonometric>>Inverse Cosine操作，调入反余弦函数，并由运算将相位差由弧度转化为角度表示。程序代码如图3所示。
2.3.3 虚拟实验的远程
系统采用LabVIEW自带的网络服务器实现虚拟实验的远程［8］。LabVIEW网络服务器是LabVIEW的Remote Panels一部分，VI时首先打开虚拟相位差测量的VI，启动Web服务器。选择菜单中Tools>>Web PublishingTool，弹出的窗口是交互地创建和远程面板的主要窗口，如图4所示。点击Save to Disk，将会在Web服务器的根目录下生成HTML文档。随后弹出一个对话框，其中包含生成的HTML文档的URL网址，如图5所示。
图5 HTML文挡的URL用户远程面板（Remote Panel）大大简化了远程应用程序的生成，不需任何关于Java，CGI或其他第三方软件工具编程，只需将生成的URL网址链接到相应的“在线实验”模块，就可以将本地实验室的功能带到浏览器环境中。客户端只需要安装LabVIEW运行引擎，不需要安装LabVIEW，即可通过Web浏览器进行远程监视和控制［9-10］。用户在线远程运行相位差测量实验的界面如图6所示。设置信号1幅值2 V，初始相位为30°；设置信号2幅值4 V，初始相位为90°；设置两个信号的频率均为2 Hz，采样频率为20 Hz，采样点数为50点。程序计算得到的相位差为60°。
3 结 语
基于LabVIEW的虚拟实验把传统仪器的测试功能用形象逼真的面板控件形成软件模块，能够在计算机的协调下象实物仪器一样完成测试、处理、分析、显示等任务，得到了在实验室里相同的实验过程和测试结果。同时基于B/S结构的网络体系，实现了远程控制、资源共享和数据共享，将实验教学搬进了课堂，搬上了网络，实现了理论与实践的完美融合，减少了设备资金的投入，改善了实验条件，促进了实验教学方法、手段的完善，彻底打破了传统实验模式，有助于学生创新能力的培养。
参 考 文 献
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【关键词】虚拟实验 网络 实现研究 设计
【中图分类号】TP311 【文献标识码】A 【文章编号】1674－4810（2011）24－0041－01
一 网络虚拟实验系统及其主要功能的特点
网络虚拟实验系统以计算机系统为核心虚构出三维可视的实验场景，仿真复杂多变的实验现象，支持实验数据的采集和实验结果的模拟、分析。学习者通过网页访问的方式观察逼真的模拟实验环境，并通过普通的图形界面交互技术改变实验条件和参数，将各种虚拟仪器按实验要求、过程进行操作或组装，并从中获得良好的个人体验或发现。它一般包括相应的实验环境，有关的实验仪器设备，实验对象以及实验信息资源等。
网络虚拟实验系统属于桌面式虚拟现实系统，在一定程度上具有虚拟现实技术的沉浸性、交互性和想象性特点，可以提供一些在现实中无法体验的情境，能避免真实实验或操作所带来的各种危险。彻底打破空间、时间的限制，学习者随时进入虚拟实验室操作仪器，进行各种实验，共享仪器设备，共享数据，甚至和异地的学习者合作进行实验等。特别适合在实验设备、实验场地、教学经费缺乏等低成本的限制条件下应用，较适合于网络教育和移动学习。
二 网络虚拟实验系统的基本体系组成
1．表现层
展现实验场景，用户主要包括学习者、教师和管理员。通过注册登录，下载支持IE的3D浏览器插件后，即可进入三维虚拟实验环境中进行实验。用户通过简单和友好的界面，可实现与虚拟实验的3D对象、虚拟角色的交互，或虚拟角色相互之间的交互。
2．业务逻辑层
服务器的主要作用是开放式交互实验环境以及动态网页的生成；网页Web应用服务器数据库的主要作用则是提供Web接入服务、用户认证管理、账号管理、动态网页的生成。作为整个虚拟实验系统的核心模块，虚拟实验应用服务器主要作用是控制和管理实验仪器、采集和处理实验数据；交互控制影响学习者的实验请求并做出相应的反应，处理多用户协同通信时出现的问题。
3．数据访问层
主要是对原始数据（数据库或者文本文件等存放数据的形式）的操作。数据库主要包含用户信息库、3D对象服务器、知识库、教学资源库。用户信息库包含用户（学习者、教师）的初始数据，如用户个人信息、登录信息、首次测试水平、实验仪器设备信息和学习记录等，存储在数据库服务器中。3D对象服务器包括3D场景模型、3D虚拟角色模型和3D实验仪器设备模型等。文件服务器包含Word、PPT等教学文本文档以及预设的HTML模板。
三 网络虚拟实验系统的关键设计
一是许多网络虚拟实验系统功能更关注在实验现象和行为的模拟演示，系统的交互性和监控性有限。功能设计中需要增强对实验数据的统计分析和实验过程监控等功能，从而增强教学的评价功能。二是网络虚拟实验系统更多地集中于通过网络共享实验资源，共享数据。支持多用户协作式，分布式共享同一实验空间的系统并不多。分布式系统功能设计能进一步增强系统的实用性，同时带来更大的设计和实现的复杂度。
四 网络虚拟实验系统的实现技术
1．环境建模技术
虚拟实验环境和实验仪器的建立是虚拟实验系统的重要内容。常用的建模多使用3DMax、Maya等工具软件完成。制作人员完成建模和贴图的工作量比较大。数字三维扫描技术快速、精确地生成实体模型，与软件建模方式相结合能够缩短工作时间，提高效率。
2．实时三维图形生成技术
三维图形的生成技术已较为成熟，其关键是如何实现“实时”生成与显示。对于具有一定复杂度的模型，如何达到实时显示和便于网络传输的目的，又要保证图形的帧率和质量，需要进一步研究。
3．立体显示和传感器技术
虚拟现实的沉浸感和交互能力依赖于立体显示和传感器技术的发展。现有的桌面虚拟现实系统大多使用鼠标加键盘的WIMP图形界面，在人机交互方式上存在着较大的局限性。近年来，手写板与触摸式显示屏等新兴的人机交互设备大规模地进入应用领域，其更加自然的交互方式突破原有鼠标加键盘的WIMP桌面系统，桌面虚拟现实系统的二维交互方式带来的约束，手写板技术和触屏技术的发展与应用虚拟现实设备的跟踪精度和跟踪范围也有待提高，因此有必要开发新的三维显示技术。
4．应用系统开发工具
虚拟现实应用的设计关键是寻找合适的场合和对象，即如何发挥想象力和创造力。应用系统开发工具需要强大的平台支撑，为不同的开发者和设计者提供良好的支持，提供功能丰富且方便的工具包SDK来支持便捷的二次开发，以大幅度地提高生产效率、减轻劳动强度、提高产品开发质量、降低开发成本。目前国际上比较著名的VR技术的开发工具和平台有 VRML、Cult3D、EON、Quest3D、Virtools等，不同的平台各有其特点，通常实际使用开发平台所提供的一些实用功能模块，需要的附加付费也是需要考虑的重要问题。
【关键词】网络三维；虚拟实验；虚拟现实实验
【中图分类号】G40-057 【文献标识码】B 【论文编号】1009―8097（2011）07―0114―07
一 前言
随着教育信息化的推进，远程教育应用实践不断更新变革，不断涌现出的新兴技术得以推广应用，取得了切实的教学与学习效果。虚拟现实技术支持下的虚拟实验系统就是近年来其中一个重要的新兴技术应用实践。相关研究证实虚拟现实技术利于提高学生的学习兴趣，强化理解能力和开拓创造性学习[1]。虚拟现实源自于信息科学技术，在信息化实践中自然有其特有的优势，第一是其独特的视角，显示的是实时的三维影像，包含了更多的连续的、直观的信息，能够以不同的视图操作和观察，产生逼真的临场感；第二是支持交互式任务，自然直观的操作强化了用户的参与体验；第三是虚拟化的场景和对象蕴含了更加丰富的抽象信息，实现理论学习到实践操作的转化。计算机3D图形学、人工智能、人机接口等相关技术的发展，也为虚拟现实的实践应用打下了坚实的基础。
建构主义理论认为，学习者是在一定学习情境中，借助与他人之间的协作、交流、利用必要的信息等，构建有意义的学习。并且根据学习者学习类型的差异，通过自我反省或者与他人之间的商榷、讨论和辩论，以认识和强化个人及团队的心智模式。建构主义理论支持下的基于虚拟现实的学习环境就是一个动态的虚拟仿真学习环境，可以延伸学习者观察事物的视角，引导他们探索科学世界的思考和行为的方式，发展学生不完整的前概念和经历完整的科学探究过程，并且能为学习者提供在现实世界中无法实现的体验，如原子微观世界[1]、无法随意重复的实训（V-Frog [2]）等。
根据相关文献研究，目前为止虚拟现实教育应用主要涉及的是科学、技术和数学教育，用于概念改变、抽象思维的发展和促进认知发展[3] [4]。考虑到经济因素，有网络特征的桌面式虚拟现实系统, 是目前虚拟现实科学教育实验系统最为可行的方式。虚拟现实科学教育实验系统的开发，首先要根据科学学科实验教育的目的和学习者的认知水平，分析学习者的需求；然后根据具体学科实验任务及步骤，结合实验操作的特点，提出虚拟实验系统执行这些操作所学的功能及其子模块，构建虚拟实验系统的基本构成框架；据此，可确定实验系统的软硬件配置，最后，选择合适的三维建模工具（如3DMAX、MAYA）和虚拟现实编程工具（Virtools、EON）实现系统的制作和[5]。
二 网络三维虚拟实验系统的基本构成框架
一个实验完整实施的工作流程分为实验准备阶段、实验仪器组装测试阶段、实验操作阶段、数据处理阶段和实验总结评价阶段。与传统实验系统相比较，有网络特征的虚拟现实系统的设计应该遵循开放性、易用性原则，能够重复实验以获取正确数据，提示实验操作正确性等。通过实验工作流程的分析，结合虚拟现实技术3I特性，网络三维虚拟实验系统的基本构成框架如图2所示：
1 输入/输出设备
人类的七大感觉系统包括视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉、前庭系统和本体觉。人类就是通过感知来获取信息。在相关的科学教育应用研究中使用的既有专用设备，如ImmersaDesk和PHANToM[10][11]，也有PC支持的周边设备，如三维鼠标、数据手套和头盔跟踪器、三维显示器等。到目前为止，教育应用领域的交互设备主要是鼠标、键盘、操纵杆和摄像头[3] [7]。
2 交互界面
实现实时的人机交互，按照实验任务的要求提供一系列的用户操作和反馈，以支持用户有意义的学习活动，强化用户在动态3D场景中的参与程度。通过镜头控制，以第一人称的视角，用户借助化身（avatar）进入3D场景，用户可以将身体变大或者变小，实现宏观或者微观世界的漫游，延伸用户感知信息的能力。
（1） 3D / 2D悬浮操作栏：漫游和自由度（DOFs）操作是悬浮操作栏基本功能项，实现3D对象选择和3D对象方位变换。这样用户可以及时、没有限制地观察三维空间内的事物，有利于培养空间想象能力。另外，用户化身通过自然的交互操作还可以强化抽象知识学习和实践运用。
（2） 系统控制：悬浮式下拉菜单/属性面板，用于改变实验环境参数，动态呈现虚拟对象的信息。
（3） 模型库操作：连接模型数据库，在实验过程中提供3D对象模型的呈现，提供虚拟模型的描述信息，辅助实施虚拟实验装置组装，生成合适的实验场景。
（4） 数据向导：处理实验过程中涉及的各种数据；记录学习者的操作过程，并根据实验操作指南，自动为学习者评分。连接实验数据数据库，实现外部文档导入，或者实验数据的导出，记录虚拟学习对象的相关数据集。
（5） 智能向导：为用户化身提示操作步骤，检验操作的正确性。如果出现操作失误，会禁止下一步骤的执行，并给出错误提示信息[9]。智能向导也可以有化身，通过会话的方式与用户交流。
3 虚拟模型数据库
一类是虚拟仪器元件、虚拟对象（如原子、药品等）作为虚拟学习对象，包括可视化的3D模型及对象的描述信息。学习对象的知识结构是科学教育中知识学习的基本内容。另一类是场景模型，包含不同实验要求所需的虚拟场景。学习者可以依据具体的实验要求，调用适用的虚拟仪器和虚拟对象进行组装。
4 虚拟实验演示系统
可视化的流程有助于更好的理解科学概念[14]。如数学和物理教学中的内容大多是抽象的公式,用传统的说教式教学方法很难解释清楚，虚拟的实验流程演示使得学习者一看就能观察出动态逼近的科学本质。如此以来，抽象的内容变得更为形象、更为直观。
另外，具有网络特征的虚拟实验系统，应包含有实验共享功能，如实验结果和感想的交流，帮助，提示实验常见故障和问题的解决办法等等。如组建实验在线学习共同体，就是推进虚拟实验系统平台应用的有效措施[10]。系统可采用三层结构体系，即客户端、网络服务器和数据服务器，一般硬件设备要求不高的情况下，优先考虑B/S应用模式，即借助浏览器配置相应插件支持客户端的运行。
三 《实验室制取气体》化学虚拟实验开发实例
化学是一门以实验教学为基础的学科，通过实验可以更加形象地描述化学现象，深化学生对知识的理解和掌握。虚拟化学实验创设了仿真的实验环境，提供了丰富生动的实验仪器，实现形象化教学，为学习者创建互动的、可重复使用的实验场景，不仅有利于培养学生的设计能力、创新思维能力，而且解决了实验资源浪费、实验时间和实验地点限制等化学实验教学中问题，提高实验教学质量。
实例利用三维建模软件3ds Max和虚拟现实系统开发工具Virtools开发一个实验室制取气体专题的桌面式虚拟化学实验系统，如图4所示，主要实现功能模块有：系统操作说明介绍、化学实验仪器自动组装演示、实验仪器组装、化学实验药品添加化学实验现象观察。
本虚拟实验系统旨在使学习者了解仪器的组装、拆分顺序，药品添加方法，了解实验反应过程，分析实验现象等。在实验过程中通过本系统提高实验者的学习兴趣，使其掌握实验仪器的组装和拆分顺序；通过对实验现象的观察、对比和分析，巩固所学化学知识，理解相关化学原理；培养学生分析问题和解决问题能力。
为了便于仪器的准确组装和实验现象的多角度观察，通过镜头（Camera）进行了交互设置，使用键盘按键来切换摄像机视角并利用鼠标右键对其进行旋转。如图5所示为相应的BB及参数设置。实验系统的实验元器件的操控包括两类工具，一类是利用自由度（DOF）操作工具，以观察和变换虚拟模型方位。一类是选择和添加元器件，按照实验要求，完成系统组装。
Virtools中提供的粒子系统(Particle System)，为虚拟化学实验中产生的各种现象提供了丰富的设计内容，使虚拟实验更加形象和逼真。酒精灯火焰特效主要使用Point Particle System（点粒子系统），对于气泡特效设计使用Spherical Particle System（球形粒子系统），液体倾倒采用Curve Particle System（曲线粒子系统）。
对于虚拟模型和实验数据的导入，Virtools连接数据库除了使用自带的服务器形式连接外，也可以自定义BB（Building Block）来连接数据库，这里选择的是自定义连接MySQL数据库。以实现网络三维虚拟实验系统的数据后台更新与维护，这是实现网络虚拟实验系统开放性和通用性的关键技术。
最后应用Virtools开发的网络三维虚拟实验成应用在B/ S 或C/ S 模式的两种格式文件。前者为vmo格式，嵌入到网页中，适于网络浏览器传输; 后者需要应用VirtoolsMakeExe插件将其转换成exe格式，并应用软件封装工具制成客户端可执行程序，可安装在用户的计算机中,避免网络传输带宽的影响, 以提升网络虚拟实验的流畅性。
四 总结
一个得到普遍接受的虚拟现实实验系统，需要提供最简便的控制方式，以及一些基本的物理体验。触控设备拥有输入和反馈所需的相关元素。
有网络特征的桌面式虚拟现实系统对于硬件系统要求并不高，在个人微型电脑上都能很好的体验到实验过程，系统逼真的虚拟场景制作和详尽的过程解释，为用户呈现了一种视觉上的冲击效果。自然真实的感官体验, 能将那些抽象的结构原理实现可视化，加深概念的理解，针对无法随意重组的设备作仿真实训,获得与真实实验一样的体验,从而丰富感性认识。根据混合式学习理论，虚拟实验系统可以成为与课堂教学相结合的有效在线学习中心，实现空间和时间上的延伸，充分体现教师和学生的实验参与程度。
另外，从安全和环保角度考虑，虚拟现实实验系统既不需要化学物品和危险的实验工具如炸药，也不要提供实验样本如动物，更不会对生态环境造成破坏。
制约虚拟现实实验系统发展的瓶颈是虚拟现实相关的建模，如几何建模、运动建模、物理建模等需具备一定专业技能的人员制作，对于精细的实验仪器和化学现象的建模离预期的效果还有相当差距等。当下也存在相关实验资源不足的问题，如实验元器件模型缺乏。但随着一系列实用开发工具，如Virtools、EON等不断推出，上述的问题得到了很好的解决，使得虚拟实验系统从实验室研究转入教学实践成为现实。
从经济角度讲，虚拟现实实验系统给科学实验教育节省了开支。但对于虚拟实验系统来说，最大的挑战是在实践应用中，在课堂和教学过程究竟会产生什么样的效果，因为教师的要求、课程目标和学生的认知水平等都是必须考虑的影响因素。这就要求老师和学生都需参与到设计满足自己要求的虚拟实验项目里。
五 趋势
如果将虚拟现实实验系统加上“增强现实”技术（Augmented Reality），通过真实环境和虚拟现实景象的结合，既能减少生成复杂实验环境的开销，又便于对虚拟场景中的对象进行操作通过增强现实技术，人们不仅能够有视觉和触觉的体验，还能够有感觉的新体验，那么其应用范围也就更加广阔了。
引入分布式，支持多用户协作实验，创建学习共同体，使用户联合在一起成为一个虚拟实验社区，将把实验系统提升到一个新的境界。
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Designing and Implementing of Web 3D Virtual Lab System
SUN Jiang-shan YU Lan
(Department of education Information Technology, East China Normal University, Shanghai 200062,China)
Abstract: By analyzing classic cases at home and abroad, expounding the techniques and theory of virtual reality and making the classification and characteristics of virtual Lab, summarizing the advantages and strategy that were used to construct the framework of Web 3D virtual Lab system. In order to support the framework effectively, designing an example of “gas making in laboratory” with virtools software, summarizing key methods and key techniques in virtools modeling and virtools interaction. Finally, furthermore show off a summary and outlook.
关键词：分布对象；虚拟网络平台；设计；信息资源
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）16-3698-03
计算机病毒、黑客和垃圾信息等造成的安全隐患问题多出于存储设备故障分布式虚拟网络的管理平台，对于高标准建设的分布式网络管理体系结构提出了一种新的安全机制，要求企业采取安全措施以确保在信息资源整合过程中信息资源的安全。
1 基于分布对象的虚拟网络平台概述
随着语义Web的发展，越来越多的数据提供者和互联网应用开发商将现有的数据转换成链接的数据，使得LOD图像得到快速的发展。2011年9月展示LOD数据云发表，它由295组数据构成，其中包括约310亿和5.04亿的RDF链接语句。它显示了LOD数据链路之间的联系及各种项目的相关数据的数据集。其中，某些数据集间连接作为一个数据网络的枢纽，如DBpedia数据集等。此外，还包含了很多著名的数据集，如维基百科，GeoNames，英国BBC广播公司，FOAF，SKOS，WordNet，DBLP书目等，涉及政府、企业、学校和图书馆等其他领域。通过链接开放数据项目的详细信息，用户可以从其他相关数据的一组数据采集环节了解到丰富数据关联，充分发现和享用外部资源。
3 基于分布对象的虚拟网络平台的设计
以产生一个商业模式为例了解其对企业的要求和用户视图定义视图的概念的应用。概念建模技术（例如使用案例分析、活动图、工艺设计和业务实体建模）有助于建设关键业务和数据的描述，可以加强业务目标和需求，但是不包含实现技术。
逻辑视图：逻辑视图结构设计中的应用模型是建立一个商业模式，它们决定了如何满足业务的目标和要求。模型的应用程序结构也体现在逻辑视图和建筑师的总体结构方面的应用。他们决定关系数据管理和处理步骤之间的相互作用，根据逻辑和时序模型组件的设计确定了模型保留的数据类型和状态。
物理视图：每个元素映射应用模式的技术元素的实际要求。通过这种方法实现模型的应用。程序员将详细的业务逻辑编写为代码，在传统开发过程中承担了部分任务，但大多数的活动应在一个复杂的框架内来完成。框架是一种新的开发技术，分布式应用程序和数据管理的基础设施包括帧应用逻辑框架的风格和控件结构的设计。框架完成使开发人员避免了繁琐的工作（例如，错综复杂的异步消息处理），使普通开发人员能够对项目作出更大的贡献。
能否正确定义这些模型对于组织来说也是至关重要的。结构模型的设计错误总是会导致严重的设计问题或运作问题（例如伸缩性和可靠性问题），严重时甚至会导致项目无法完成以及影响业务。结构设计师正在寻找框架和指南以帮助他们创建和实现这些模型，并把由于使用错误模型而带来的风险降到最低。
4 基于分布对象的虚拟网络平台的实现
在用户登录上使用双重身份验证登录功能系统。用户身份认证除了使用用户的用户名和密码，还需要使用令牌生成的同步码。同步代码生成与服务器同步一致。用户登录时需要在一定的时间内输入的代码，所以即使用户的密码丢失也不会导致系统被攻击，提高了系统的安全性。
网络设备日志分析方面，主要研究通过SYSLOG服务，将接入层交换机的日志信息捕获，以便于对接入交换机的运行状况进行动态分析。通过分析对接入层的三大攻击行为进行定位，为下一步操作做铺垫。日志信息同步数据量极大，但对细节数据的准确性要求不高，主要以大量数据宏观分析得出结果。所以，日志信息同步功能的可靠性要比数据准确性更加重要。它要能够持续的接收分析大量数据。
接入网设备的控制功能和网络接入层设备是一个窗互系统，其他业务则需要通过其主机来完成，因此控制接入层设备需要有较强的操作能力。这种能力是通过TELNET和SNMP协议来实现的。
本文着重研究了TELNET与SNMP的开发接口以及对设备控制功能的实现。总而言之，系统对日志分析功能得出的结果，最后进行隔离操作是通过本功能直接完成的。日志记录和存储里，用户的目标操作系统作为记录的目标函数在实际使用过程中主要用于事后处理和分析日志数据的存储功能，在数据库中隔离的操作记录和其它数据存储，因为该系统是一个大的数据库，没有单独使用复杂的数据持久层组件，可以实现数据库连接池功能，重量轻且操作简单。
日志分析功能包含了SYSLOG套接字的创建，数据读取分析两大主要功能。其中SYSLOG套接字的创建主要目的是为了接收交换机发至UDP514端口的日志信息。数据分析的主要目的有两个，一是判断当前网络运行是否正常，二是如果不正常，需要确定攻击源的信息[15]。SYSLOG套接字用于将接入交换机发来的日志信息进行读取，然后交与日志处理逻辑对日志进行分割。日志处理逻辑使用正则表达式对日志分割完成后，数据分两部分流向，日志信息本身交由数据库存储逻辑处理，另一向交由攻击主机判定逻辑分析攻击主机信息。对于设备控制模块交互逻辑，当自动隔离攻击主机
5 结论
基于分布对象的虚拟网络平台提供系统级端到端的解决方案，这将是智能化的网络管理和工作负载分布到多个站点，分布式网络管理信息系统的管理员可以促进用户更高效地利用系统中的资源，网络的发展提供了可扩展性的变化。为了减少复杂性和中心网站计算的负负，可以提供一种独立方法靠近故障点，快速地排除故障。
基于分布对象的虚拟网络平台通过在整个网络上向多个控制台将数据采集，监视以及管理职责分散开来而实现综合分析。
参考文献：
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