CN101000724A - 一种虚拟微波技术实验系统 - Google Patents

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金红
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Abstract

一种虚拟微波技术实验系统属于微波技术领域。将30－40台计算机通过交换机和网线实现连接，并完成他们的局域网络设置。在其中选择一台计算机作为系统的服务器。在此台计算机上安装“虚拟微波技术实验系统服务器版”软件，并按照随软件附带的使用说明完成数据库的设置。在以上所述包括服务器在内的所有计算机中安装“虚拟微波技术实验系统客户版”软件，并按照该软件所附带的使用说明书进行客户端的网络设置。服务器和客户端计算机通过交换机互联，服务器的软件系统和客户端的软件系统则通过Windows操作系统的Guest账号实现互相访问和控制。本发明所达到的有益效果是，可维护性好、便于更新。主要应用于实验教学领域。

Description

一种虚拟微波技术实验系统
技术领域
本发明属于微波技术领域。
背景技术
随着经济和科学技术的飞速发展，我国的高等教育已经进入了一个快速发展的时期。但与此同时，由于近年的高校扩招和国家对教学质量要求的提高，不少高校都面临教学经费相对紧张，实验教学所需高档仪器设备配备严重不足的问题。而实验教学对于高等教育来说，有着至关重要的作用。因此实验教学是目前高等教育质量不高重要原因。
“微波技术”对信息类专业来说是一门重要的基础课程，而它的实验环节对于这门课程的理解与掌握又有着至关重要的作用。近几年信息类专业很热，全国开设信息类本科专业的学校达数百所，而且招生规模往往也较大。在这其中开设“微波技术”课程的学校占很大比例，但是开设“微波技术实验”课程的学校并不多，而且集中于老牌重点高校。这个现象的技术性原因主要有以下几个：
1.微波器件的价格非常昂贵：一套典型的微波实验设备包括微波信号源、选频放大器，测量线、小功率计等总价在三万元左右，一个微波实验室为保证学生的正常实验，至少需要30套仪器，也就是说建立一个微波实验室，仅实验仪器就需要投资近100万，这对于大多数高校来说都是无法承受的；
2.微波实验仪器容易损坏、维护难度大：微波实验仪器工作于较高频率，工作频率可达10GHz，在这样的频率下，仪器的结构很精密而且需要使用一些易损毁的元件，因此在实验过程中发生实验仪器损坏或不正常工作的频率较高，而国内制造微波仪器的厂家规模有限，大部分地区都不能得到仪器的及时维护；
3.进行实验的外在条件较高：由于微波仪器工作的特定频率，实验结果对温度、湿度和灰尘等外界条件较敏感，而为了避免出现这样的情况，需要花费大量的财力、物力进行实验室的装修和维护；
4.近年来无线通信技术发展极为迅速，主流技术和设备更新速度快，为了跟紧主流技术，保证教学质量，一些昂贵的实验设备如网络分析仪等可能在若干年后取代现存的微波实验设备，这对于近年准备购进微波实验器材的院校来说，也是一个不得不考虑的问题；
另外，即使是开设微波实验的学校，实验仪器的数量相对于实验人数严重不足，这必然会影响到实验教学的质量。
发明内容
本发明的目的就是提供一种可维护性好、便于更新的虚拟微波技术实验系统。
本发明的技术构思是，将30-40台使用Microsoft Windows2000或WindowsXP作为操作系统的通用微型计算机通过交换机和网线实现连接，并完成他们的局域网络设置。
在其中选择一台计算机作为系统的服务器。在此台计算机上安装“虚拟微波技术实验系统服务器版”软件，并按照随软件附带的使用说明完成数据库的设置。在以上所述包括服务器在内的所有计算机中安装“虚拟微波技术实验系统客户版”软件，并按照该软件所附带的使用说明书进行客户端的网络设置。服务器和客户端计算机通过交换机互联，服务器的软件系统和客户端的软件系统则通过Windows操作系统的Guest账号实现互相访问和控制。本方案采用了先进的计算机技术以及与之密切相关的虚拟技术和网络技术，以在计算机上模拟实验和授课的过程，这可以有效地解决上面提到的器材昂贵、维护难度大、实验条件对外在条件苛刻以及设备更新代价高等诸多问题；此外，本方案还采用了以数据库技术及网络架构的管理平台，可以很好的解决实验课程中教师对学生信息管理的问题。
本发明的技术解决方案是，
首先结合附图1说明该系统的硬件连接：
在图1中，服务器1与客户端计算机2分别通过网线4与交换机3连接，从而实现服务器1与客户端计算机2之间的互联。服务器1、客户端计算机2与交换机3分别通过电源线以及电源延长线6与通用电源接口5连接。这样便完成了硬件部分的基本连接。
下面结合附图2、3说明该系统所使用的软件与硬件之间的联系，以及各软件模块之间工作中的联系，以对系统的工作原理进行说明：
在图2中，服务器1和客户端计算机2通过交换机3连接。在服务器1中安装虚拟微波技术实验系统服务器版7；在客户端计算机2安装虚拟微波技术实验系统客户版8。其中，虚拟微波技术实验系统服务器版7在结构上可以分为用户控制模块9、实时监控与广播模块10、学生登陆验证模块11、学生信息管理模块12、数据库管理模块13五个模块；虚拟微波技术实验系统客户版8在结构上可以分为基本实验模块14、帮助模块15、评分模块16、自动演示模块17、实时监控伺服模块18和数据库登陆模块19等六个模块。这其中，虚拟微波技术实验系统服务器版7中的实时监控与广播模块10、学生登陆验证模块11、学生信息管理模块12、数据库管理模块13和虚拟微波技术实验系统客户版8中的实时监控伺服模块18、数据库登陆模块19需要通过交换机完成网络控制命令的执行与数据在不同计算机之间的交换。在图2中使用软件模块和交换机之间的连接线来说明各软件模块的网络连接状况。
在图3中，学生登陆验证模块11为用户控制平台模块9提供基本的学生信息，以供用户控制模块9进行控制和决策；实时监控与广播模块10、学生信息管理模块12、数据库管理模块13与用户控制模块9的关系是双向的，实时监控与广播模块10、学生信息管理模块12、数据库管理模块13分别向用户控制模块9提供学生在实验过程中实时的操作信息、学生的登陆信息和学生实验所得的数据信息，而虚拟实验系统的管理员用户则可通过用户控制平台模块9对以上三个模块进行管理和控制。
实时监控与广播模块10通过交换机3及网线4构成的信息通道与客户端计算机2的实时监控伺服模块18进行通信，这一通信信道也是双向的，它包含实时监控与广播模块10对客户端计算机2进行广播通信以及传达控制信号的下行信道，和实时监控伺服模块18把客户端计算机2的用户操作信息上传所用的上行信道。学生登陆验证11、学生信息管理12、数据库管理13这三个模块都须要来自客户端计算机2的信息加以认证，由于它们在本方案中的实现都基于网络数据库技术，故在客户端计算机2中使用了同一个模块即数据库登陆模块19作为此三个模块的统一网络接口。通过这一接口，客户端计算机2向服务器1报送客户端2用户的登陆信息、身份信息和实验信息，同时由此接口获得相应的运行权限和服务器1用户对于所报信息的反馈。
在客户端计算机2上所安装的虚拟微波技术实验系统客户版8中，最基本的组成部分是基本实验模块14，它可以独立完成基本的实验模拟功能。在本方案所设计的系统中，客户端计算机2的这一软件模块受到实时监控伺服18和数据库登陆19两个模块的制约。其中，实时监控伺服模块18通过交换机3获得来自服务器1的控制命令，并以此对客户端计算机2进行控制；数据库登陆模块19则是通过网络获取服务器1为客户端2所分配的权限，并以此限制客户端的动作。帮助模块15和自动演示模块17是基本实验模块14的两个基本的辅助模块，在使用基本实验模块14的同时，可以随时调用这两个模块。评分模块16实时监测基本实验模块14的运行状况，记录使用软件的用户的实验操作和数据提交结果，并以此为依据进行智能评分；另外在完成此功能的同时，将严重的操作失误上报给基本实验模块14，以提醒用户注意。评分模块16在实验过程中把所记录的数据传递到数据库登陆模块19，以备服务器1访问；此外，在评分之前评分模块16会访问服务器1写入访问数据库登陆模块19的评分标准信息，以实时跟踪服务器1用户对评分标准的各种要求。
本发明所达到的有益效果是：
1.大幅度降低微波技术实验室的建设成本。一套传统的微波实验设备包括微波信号源、选频放大器，测量线、小功率计等，其总价在三万元左右；而信息类专业较热，学生较多，实验一般至少要以班级为单位才能在一个学期的时间内安排合理，而一个教学班通常有30多人，也就是说建立一个微波实验室，仅实验仪器的投资就需近100万。而在我们的方案中，通用型微型计算机、交换机等硬件设备，可以使用配有计算机的综合实验室或者计算机中心的现有设备；在本方案中，对于一个三十套的微波实验系统，我们所使用的软件的费用总计1.5万元左右。因此，本方案相比于传统的实验系统，其建设成本仅为后者的六十分之一。
2.大幅度提高实验系统的可靠性，降低实验系统的维护成本。该系统的硬件平台是通用计算机及其相关设备，而它们的稳定性和可靠性都已证实是很高的。即使考虑到软件平台受病毒攻击的威胁，他的维护成本和维护难度也远低于传统系统。
3.系统的工作条件要求低。计算机只要在普通的计算机房内即可正常工作，而且环境的差别不会影响到实验的过程和结果。从另一个角度讲，这一特性也节省了大量为此装修和维护实验室的费用。
4.系统的可扩展性好。无论是实验设备数量的扩充还是实验仪器本身的更新都较容易实现，而且更新成本低。传统的微波技术实验系统新增一套实验设备需要3万元，而本方案在具备计算机的前提下只需要数百元的软件费用；传统微波技术实验系统更新设备的费用为该设备的单价乘以实验设备套数，而虚拟实验系统的更新成本仅为更新软件版本的费用。
5.教学效果好。由于该系统拥有实用的帮助和自动演示功能，并具有较强的稳定性，所以便于进行开放式教学，这有利于利用周末和晚上等课外时间实验室的利用，大大提高学生做实验的机会。该系统友好的界面、便捷的操作和完备的功能还可以有效地激发学生的学习兴趣，提高实验教学的质量。
6.减轻授课教师的负担。该系统具有完善实用的帮助和自动演示功能，可以作为教师授课的补充并可以部分的代替教师解答学生的疑问。另外，本方案中完善的评分系统和学生信息管理系统不但可以减少教师做相应工作的时间，也在一定程度上提高了以传统方式评分和管理信息的准确性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
图1是本发明的系统硬件连接结构示意图。
图2是本发明的软件系统结构示意图。
图3是本发明的软件系统运行示意图
图中1.服务器，2.客户端计算机，3.交换机，4.网线，5.通用电源接口，6.电源线、电源延长线，7.虚拟微波技术实验系统服务器版，8.虚拟微波技术实验系统客户版，9.用户控制平台模块，10.实时监控与广播模块，11.学生登录验证模块，12.学生信息管理模块，13.数据库管理模块，14.基本实验模块，15.帮助模块，16.评分模块，17.自动演示模块，18.实时监控伺服模块，19数据库登陆模块。
具体实施方式
现在以本方案实现的一个具体虚拟实验系统的架设为例说明该方案的实施方式。
客户的基本情况是：具有一个可支配的多媒体实验室，该实验室配有一台高性能计算机供教师教学所用，另有40台计算机供学生使用，所有计算机通过两台24口交换机实现互联。该学校一个教学班的人数最多为35人，但是该客户为保证在发生一定意外情况下仍能正常的进行该实验，决定架设一个支持四十个用户的微波虚拟实验系统。
以下是根据客户的要求，实施该方案的具体过程：
检查计算机的配置。经检查，该多媒体实验室的计算机的基本配置如下。教师机一台：奔腾2.8GHz CPU、1G内存、256M显存独立显卡、10M/100M自适应网卡、120G硬盘，其中80G可用、液晶显示器，支持1280*1024分辨率、光软驱兼备；相同配置的学生机40台：奔腾2.4GHz CPU、512M内存、128M显存独立显卡、10M/100M自适应网卡、80G硬盘，其中至少有30G可用、液晶显示器，支持1024*768分辨率、光软驱兼备。以上计算机均预装Microsoft Windows2000 SP4操作系统，不论是硬件配置还是操作系统都能胜任本方案中所需安装的全部软件。
将所有计算机开机运行，电源连接良好，全部正常启动。检查“虚拟微波技术实验系统”软件，共有两张光盘，光盘名称分别为：“虚拟微波技术实验系统服务器版”和“虚拟微波技术实验系统客户版”，经测试，均可正常使用。另有软件使用手册一本，此外授权信息齐全。
检查网络状况：经测试，所有计算机联网状况良好，可以保证长时间互相访问。按照软件附带的说明书，检查教师机操作系统的Guest帐号，原状态为禁用，设置为启用，并将该计算机的IP地址记于下：172.11.111.111。现以教师机作为服务器，40台学生机为客户端计算机，分别安装虚拟实验软件。按照软件安装的要求，首先在服务器上安装Microsoft SQL Server2000的个人版，做为数据库服务器的平台；在服务器和所有客户端计算机上安装MicrosoftVisual Basic环境。
取出名为“虚拟微波技术实验系统服务器版”的光盘，将其放入服务器的光驱内。浏览改光盘内容，双击该盘根目录下的setup.exe文件，在安装向导的提示中全部使用默认设置，完成软件的安装。安装完成后，将在操作系统的桌面上生成一个名为“VML Host”的快捷方式图标，双击该图标既可启动“虚拟微波技术实验系统服务器版”教师管理器，在此管理器内可以进行包括学生各人信息，实验信息以及广播和监控的管理。按照默认设置，学生登陆验证模块将被设置为系统的开机启动项，以方便学生能够方便的登陆服务器。
取出名为“虚拟微波技术实验系统客户版”的光盘，将其放入一台客户端计算机的光驱内。浏览改光盘内容，双击该盘根目录下的setup.exe文件，在安装向导的提示中全部使用默认设置，完成软件的安装，并照此在包括服务器在内的全部41台计算机上安装“虚拟微波技术实验系统客户版”软件。安装完成后，在每一台客户端计算机系统的桌面上将出现名为“IP Config”和“VML”的两个快捷方式图标。双击“IP Config”图标，弹出“IP设置”对话框，在此对话框中，按照标准IP格式将前文中所记录的服务器IP地址172.11.111.111键入当前的文本框，点击“确定”按钮，完成IP的设置。双击“VML”图标，启动“虚拟微波技术实验系统客户版”。经过一段简短的动画之后，自动转入“虚拟微波技术实验系统客户版”的主操作界面，在左侧的面板中点击要完成的实验名称，以进入该实验的操作界面。例如用户准备做“实验三晶体检波器校准和阻抗测量”，即可将光标移动到左侧相应的文字处，该行文字加亮显示，使用鼠标左键单击该文字，弹出“用户登录”对话框，在该对话框中填入正确的用户名和密码，点击“登陆”按钮，即可进入“实验三晶体检波器校准和阻抗测量”的实验界面。
到此，本发明的一个实例，虚拟微波技术实验系统架设完成，分析用户使用后的反馈信息，可以完全达到预期的效果。

Claims (1)

1.一种虚拟微波技术实验系统，其特征在于，将服务器(1)与30-40台客户端计算机(2)分别通过网线(4)与交换机(3)连接，从而实现服务器(1)与客户端计算机(2)之间的互联；服务器(1)、客户端计算机(2)与交换机(3)分别通过电源线以及电源延长线(6)与通用电源接口(5)连接；服务器(1)和客户端计算机(2)通过交换机(3)连接；在服务器(1)中安装虚拟微波技术实验系统服务器版(7)，在客户端计算机(2)安装虚拟微波技术实验系统客户版(8)；其中，虚拟微波技术实验系统服务器版(7)在结构上可以分为用户控制模块(9)、实时监控与广播模块(10)、学生登陆验证模块(11)、学生信息管理模块(12)、数据库管理模块(13)五个模块；虚拟微波技术实验系统客户版(8)在结构上可以分为基本实验模块(14)、帮助模块(15)、评分模块(16)、自动演示模块(17)、实时监控伺服模块(18)和数据库登陆模块(19)等六个模块；这其中，虚拟微波技术实验系统服务器版(7)中的实时监控与广播模块(10)、学生登陆验证模块(11)、学生信息管理模块(12)、数据库管理模块(13)和虚拟微波技术实验系统客户版(8)中的实时监控伺服模块(18)、数据库登陆模块(19)需要通过交换机完成网络控制命令的执行与数据在不同计算机之间的交换；学生登陆验证模块(11)为用户控制平台模块(9)提供基本的学生信息，以供用户控制模块(9)进行控制和决策；实时监控与广播模块(10)、学生信息管理模块(12)、数据库管理模块(13)与用户控制模块(9)的关系是双向的，实时监控与广播模块(10)、学生信息管理模块(12)、数据库管理模块(13)分别向用户控制模块(9)提供学生在实验过程中实时的操作信息、学生的登陆信息和学生实验所得的数据信息，而虚拟实验系统的管理员用户则可通过用户控制平台模块(9)对以上三个模块进行管理和控制；实时监控与广播模块(10)通过交换机(3)及网线(4)构成的信息通道与客户端计算机(2)的实时监控伺服模块(18)进行通信，这一通信信道也是双向的，它包含实时监控与广播模块(10)对客户端计算机(2)进行广播通信以及传达控制信号的下行信道，和实时监控伺服模块(18)把客户端计算机(2)的用户操作信息上传所用的上行信道；学生登陆验证(11)、学生信息管理(12)、数据库管理(13)这三个模块都须要来自客户端计算机(2)的信息加以认证，由于它们在本方案中的实现都基于网络数据库技术，故在客户端计算机(2)中使用了同一个模块即数据库登陆模块(19)作为此三个模块的统一网络接口；通过这一接口，客户端计算机(2)向服务器(1)报送客户端(2)用户的登陆信息、身份信息和实验信息，同时由此接口获得相应的运行权限和服务器(1)用户对于所报信息的反馈；在客户端计算机(2)上所安装的虚拟微波技术实验系统客户版(8)中，最基本的组成部分是基本实验模块(14)，它可以独立完成基本的实验模拟功能；在本方案所设计的系统中，客户端计算机(2)的这一软件模块受到实时监控伺服(18)和数据库登陆(19)两个模块的制约；其中，实时监控伺服模块(18)通过交换机(3)获得来自服务器(1)的控制命令，并以此对客户端计算机(2)进行控制；数据库登陆模块(19)则是通过网络获取服务器(1)为客户端(2)所分配的权限，并以此限制客户端的动作；帮助模块(15)和自动演示模块(17)是基本实验模块(14)的两个基本的辅助模块，在使用基本实验模块(14)的同时，可以随时调用这两个模块；评分模块(16)实时监测基本实验模块(14)的运行状况，记录使用软件的用户的实验操作和数据提交结果，并以此为依据进行智能评分；另外在完成此功能的同时，将严重的操作失误上报给基本实验模块(14)，以提醒用户注意；评分模块(16)在实验过程中把所记录的数据传递到数据库登陆模块(19)，以备服务器(1)访问；此外，在评分之前评分模块(16)会访问服务器(1)写入访问数据库登陆模块(19)的评分标准信息，以实时跟踪服务器(1)用户对评分标准的各种要求。
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