孔 雷，韓秀玲，陳 光

(東華大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，上海201620)

0 引 言

遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)是基于互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)嶄新應(yīng)用，通過(guò)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)的方法，學(xué)生可以不在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)就能夠進(jìn)行相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)，從而減輕實(shí)驗(yàn)室的壓力和減少實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的投資［1-2］。作為遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)的一個(gè)范例，針對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)，我們研發(fā)了一個(gè)基于B/S 架構(gòu)的組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)的基本功能，預(yù)約好的學(xué)生可通過(guò)個(gè)人瀏覽器訪問(wèn)實(shí)驗(yàn)室的硬件資源進(jìn)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)。在這個(gè)平臺(tái)的開發(fā)過(guò)程中，考慮到用于共享的設(shè)備資源是有限的，為了滿足更多用戶的實(shí)驗(yàn)需求，必須建立一套有效的管理機(jī)制。針對(duì)遠(yuǎn)程組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)的實(shí)際需求，應(yīng)用Web 技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和C#開發(fā)語(yǔ)言等，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)的計(jì)時(shí)計(jì)費(fèi)管理功能。與實(shí)驗(yàn)室SSL/VPN 防火墻中已有的計(jì)時(shí)功能不同，設(shè)計(jì)了計(jì)時(shí)計(jì)費(fèi)功能針對(duì)遠(yuǎn)程組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的特點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)不同用戶使用不同機(jī)柜設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確在線時(shí)長(zhǎng)和費(fèi)用。教師通過(guò)查看學(xué)生的實(shí)驗(yàn)信息及數(shù)據(jù)來(lái)掌握其實(shí)驗(yàn)所需的時(shí)間，為遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)的資源調(diào)度提供依據(jù)，并為遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步對(duì)外開放提供必要的技術(shù)支持。

1 遠(yuǎn)程組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的軟硬件組成

1.1 系統(tǒng)的硬件組成

實(shí)驗(yàn)室硬件拓?fù)浣M成如圖1 所示。學(xué)生可以使用瀏覽器通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)到實(shí)驗(yàn)室的SSL/VPN［3-5］防火墻，通過(guò)認(rèn)證后便可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。進(jìn)入內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)后，通過(guò)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)的管理和控制平臺(tái)(即遠(yuǎn)程服務(wù)器)才能訪問(wèn)所分配的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備資源主要包括:路由器、交換機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)攝像頭等。其中，路由器和交換機(jī)是實(shí)驗(yàn)的對(duì)象，而網(wǎng)絡(luò)攝像頭則負(fù)責(zé)將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)反饋給學(xué)生。所有這些設(shè)備資源提供的服務(wù)都是以服務(wù)器網(wǎng)站平臺(tái)的模式呈現(xiàn)給學(xué)生的，學(xué)生只要點(diǎn)擊相應(yīng)設(shè)備的鏈接就能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)了。

圖1 系統(tǒng)硬件組成圖

1.2 系統(tǒng)的軟件組成

考慮到研發(fā)經(jīng)費(fèi)、適用環(huán)境、用戶需求和性能要求等，本系統(tǒng)選擇了. NET 解決方案(Windows2003 +IIS6.0 +Sql2005 +VS2008/C#)，. NET 技術(shù)可以使各種應(yīng)用程序通過(guò)Internet 進(jìn)行通訊和共享數(shù)據(jù)，而不受操作系統(tǒng)、設(shè)備或編程語(yǔ)言的限制［6-8］。遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的軟件部分包括教師部署實(shí)驗(yàn)子系統(tǒng)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)子系統(tǒng)。其中，教師部署主要是管理當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)列表，生成學(xué)生使用不同機(jī)柜進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的清單。學(xué)生通過(guò)身份認(rèn)證后便可以進(jìn)行相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟?guī)劃，設(shè)備選擇和組網(wǎng)配置等實(shí)驗(yàn)過(guò)程。

2 計(jì)時(shí)計(jì)費(fèi)功能的設(shè)計(jì)

在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基本實(shí)驗(yàn)功能的基礎(chǔ)上，為了有效地記錄學(xué)生訪問(wèn)硬件資源的情況，保證有限資源的合理使用和進(jìn)一步的對(duì)外服務(wù)，還需要增加一個(gè)可靠而準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)。

2.1 實(shí)現(xiàn)思路

計(jì)時(shí)功能是與預(yù)約機(jī)制相結(jié)合進(jìn)行設(shè)計(jì)的。用戶首先登錄到預(yù)約頁(yè)面進(jìn)行相應(yīng)實(shí)驗(yàn)、機(jī)柜及時(shí)間段的預(yù)約，如果用戶是在時(shí)間段之前和之后訪問(wèn)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，系統(tǒng)會(huì)給出相應(yīng)的提示并顯示登錄失敗。而在預(yù)約時(shí)間內(nèi)，用戶通過(guò)遠(yuǎn)程訪問(wèn)控制平臺(tái)調(diào)用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，服務(wù)器反饋給用戶實(shí)驗(yàn)的頁(yè)面。當(dāng)用戶登錄訪問(wèn)到實(shí)驗(yàn)頁(yè)面時(shí)，計(jì)時(shí)開始，系統(tǒng)利用ASP. NET AJAX 中的服務(wù)器端計(jì)時(shí)控件來(lái)動(dòng)態(tài)顯示時(shí)間進(jìn)程。當(dāng)預(yù)約時(shí)間快結(jié)束而用戶還沒(méi)有完成實(shí)驗(yàn)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)提前(設(shè)定為2 min)提醒用戶將相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行存檔，到達(dá)結(jié)束時(shí)間后將被注銷并釋放資源。在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，當(dāng)用戶結(jié)束網(wǎng)絡(luò)操作而斷開連接后，計(jì)時(shí)停止并獲得用戶的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，系統(tǒng)計(jì)算在線時(shí)長(zhǎng)和產(chǎn)生的費(fèi)用并存入數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)用戶以自己的用戶名和密碼登入實(shí)驗(yàn)平臺(tái)時(shí)，可以查看這些信息。

2.2 設(shè)計(jì)流程

圖2 為計(jì)時(shí)計(jì)費(fèi)功能程序設(shè)計(jì)流程圖:

圖2 計(jì)時(shí)計(jì)費(fèi)功能設(shè)計(jì)流程圖

2.3 功能實(shí)現(xiàn)

2.3.1 AJAX 中控件的使用

在用戶登錄平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)頁(yè)面將動(dòng)態(tài)顯示當(dāng)前時(shí)間，設(shè)計(jì)時(shí)需要用到AJAX Web 開發(fā)技術(shù)。AJAX 即“Asynchronous JavaScript and XML”，是一種創(chuàng)建交互式網(wǎng)頁(yè)應(yīng)用的網(wǎng)頁(yè)開發(fā)技術(shù)。AJAX的Microsoft 實(shí)現(xiàn)方式是ASP. NET AJAX，它包含一個(gè)客戶端JavaScript 庫(kù)和使用該庫(kù)的服務(wù)器端ASP.NET控件［9-11］?？梢杂糜贏SP. NET 應(yīng)用程序的服務(wù)器端控件及功能如下所示，頁(yè)面中局部區(qū)域的動(dòng)態(tài)刷新功能將用到這幾種控件。

ScriptManager 控件:加載客戶腳本，每個(gè)ASP.NET AJAX 頁(yè)面都需要這個(gè)控件的一個(gè)實(shí)例;

UpdatePanel 控件:允許通過(guò)ASP.NET AJAX 回送功能部分更新顯示頁(yè)面;

Timer 控件:在指定的時(shí)間過(guò)后調(diào)用一個(gè)函數(shù);

UpdateProgress 控件:發(fā)出請(qǐng)求時(shí)顯示進(jìn)度信息。

其具體實(shí)現(xiàn)方法如下:①切換到visual studio 中設(shè)計(jì)視圖，如果頁(yè)面沒(méi)有包含ScriptManager 控件，在工具箱的AJAX Extensions 標(biāo)簽下雙擊ScriptManager 控件添加到頁(yè)面中;②單擊ScriptManager 控件并雙擊UpdatePanel 控件添加到頁(yè)面中;③在UpdatePanel 控件內(nèi)單擊并雙擊Timer 控件添加到UpdatePanel 中，Timer 控件可以作為UpdatePanel 的觸發(fā)器不管是否在UpdatePanel 中;④設(shè)置Interval 屬性為1000，其單位是毫秒，設(shè)置為1000 相當(dāng)于1 s 刷新一次;⑤在UpdatePanel 控件中添加一個(gè)Label 控件，確保Label 控件添加在UpdatePanel 控件里;⑥雙擊Timer 控件添加Tick 事件處理，在事件處理中設(shè)置Label 的Text 屬性為當(dāng)前時(shí)間，在Page_Load 事件中添加代碼啟動(dòng)Timer，Label23 顯示用戶登錄的時(shí)間，Label24 用于動(dòng)態(tài)顯示時(shí)間進(jìn)程。如下代碼所示:

2.3.2 構(gòu)建后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)

表1 數(shù)據(jù)表student

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是Web 應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的第一步，應(yīng)該根據(jù)需求分析確定要保存的數(shù)據(jù)種類、類型，以及數(shù)據(jù)之間的關(guān)系［12-13］。為了將每個(gè)用戶的計(jì)時(shí)計(jì)費(fèi)信息與用戶的實(shí)驗(yàn)信息等綁定在一起，以便查詢和資源調(diào)度管理，建立了如圖1 所示的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)。其中記錄了包括設(shè)備的選擇情況、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、開始實(shí)驗(yàn)時(shí)間、完成實(shí)驗(yàn)時(shí)間、產(chǎn)生的費(fèi)用以及用戶基本信息。本文采用的數(shù)據(jù)庫(kù)版本為SQL Server2005，數(shù)據(jù)庫(kù)命名為management，其教師信息存放在teacher 表中，學(xué)生信息存放在student 表中，其中student 表如表1 所示。數(shù)據(jù)列ID 為學(xué)生學(xué)號(hào)，設(shè)置為主鍵，學(xué)號(hào)唯一，code、sname、phone、ide 列分別為學(xué)生登錄密碼、姓名、聯(lián)系方式及學(xué)生身份，stime、ztime 和expense 列分別為用戶實(shí)驗(yàn)開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間及產(chǎn)生的費(fèi)用。teacher 表中存放著教師登錄名及密碼，相對(duì)較簡(jiǎn)單。

2.3.3 用戶信息的存儲(chǔ)

將用戶使用設(shè)備的信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)management中的student 表，從而更新數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)應(yīng)用戶的信息，存儲(chǔ)事件由相應(yīng)控件來(lái)觸發(fā)。連接數(shù)據(jù)庫(kù)并更新由自定義的db 類中的DoSql()方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，在db 類中先定義一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)連接字符串connstring，字符串需要服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)及安全性聲明等，然后聲明一個(gè)公共、靜態(tài)、不需要返回值的方法DoSql(string sql)，方法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)寫操作。在方法體內(nèi)先定義一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)連接對(duì)象，根據(jù)connstring 字符串打開數(shù)據(jù)庫(kù)連接，然后定義一個(gè)SqlCommand 對(duì) 象 實(shí) 例，調(diào) 用 該 對(duì) 象 的ExecuteNonQuery()方法執(zhí)行SQL 操作字符串，實(shí)現(xiàn)把用戶信息寫入。獲得用戶的登錄時(shí)間與結(jié)束時(shí)間后，按照時(shí)分秒的換算關(guān)系進(jìn)行計(jì)算在線時(shí)長(zhǎng)以及產(chǎn)生的費(fèi)用，然后存入數(shù)據(jù)庫(kù)，主要實(shí)現(xiàn)代碼如下:

2.3.4 學(xué)生實(shí)驗(yàn)的管理機(jī)制

為了讓有限的實(shí)驗(yàn)室資源得到有效地利用，本系統(tǒng)采用了預(yù)約機(jī)制。每個(gè)學(xué)生只能在預(yù)約時(shí)間內(nèi)登錄到實(shí)驗(yàn)平臺(tái)使用設(shè)備，提前或者延后會(huì)有相應(yīng)的登錄失敗的原因提示，在預(yù)約時(shí)間內(nèi)，用戶若無(wú)法正常完成實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)會(huì)提前提示用戶存檔。若在規(guī)定預(yù)約時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)，當(dāng)用戶注銷后，資源即刻釋放。同一用戶無(wú)法再次登錄實(shí)驗(yàn)，只能另外預(yù)約時(shí)間。在ASP.NET中，Session 對(duì)象可以保存用戶自己的私有信息［14-15］，故當(dāng)用戶進(jìn)入實(shí)驗(yàn)頁(yè)面時(shí)，通過(guò)Session 變量提取出用戶的學(xué)號(hào)，連接數(shù)據(jù)庫(kù)查詢?cè)撚脩舻念A(yù)約時(shí)間的起始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，與當(dāng)前時(shí)間進(jìn)行匹配，并作出相應(yīng)的處理，并查詢用戶是否存在實(shí)驗(yàn)記錄，如果存在則禁止用戶訪問(wèn)，否則利用IsPostBack 方法進(jìn)行頁(yè)面首次加載，執(zhí)行experiment 頁(yè)面的代碼，主要實(shí)現(xiàn)代碼如下:

2.3.5 用戶信息查詢

在教師管理平臺(tái)中還增加了學(xué)生信息的查詢和錄入功能，當(dāng)一個(gè)新用戶需要使用實(shí)驗(yàn)室資源時(shí)，預(yù)約成功后，教師便將該用戶的基本信息如:用戶名，密碼，聯(lián)系方式以及身份等信息加入到management 數(shù)據(jù)庫(kù)中的student 表，然后部署實(shí)驗(yàn)，用戶在預(yù)約的時(shí)間里登錄進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后，教師可通過(guò)查詢功能查看學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)以及所產(chǎn)生的費(fèi)用，主要代碼如下:

3 計(jì)時(shí)計(jì)費(fèi)功能的實(shí)現(xiàn)

3.1 計(jì)時(shí)功能

將新用戶學(xué)號(hào)、姓名、身份等信息加入數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)用戶預(yù)約實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)機(jī)柜，實(shí)驗(yàn)頁(yè)面如圖3所示，此時(shí)給該同學(xué)部署機(jī)柜八和rip 實(shí)驗(yàn)，在預(yù)約時(shí)間內(nèi)，用戶可以正常登錄平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，否則給出相應(yīng)的提示并禁止用戶使用資源。當(dāng)用戶開始實(shí)驗(yàn)時(shí)，計(jì)時(shí)系統(tǒng)便立即獲取用戶登錄時(shí)間，并在時(shí)間進(jìn)程中動(dòng)態(tài)刷新當(dāng)前時(shí)間。

用戶完成實(shí)驗(yàn)并注銷后，再次登錄到學(xué)生頁(yè)面，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)信息查詢查看自己的實(shí)驗(yàn)狀況。若點(diǎn)擊開始實(shí)驗(yàn)，會(huì)彈出提示窗口，提醒用戶已完成實(shí)驗(yàn)，即用戶在預(yù)約時(shí)間外不能重復(fù)使用實(shí)驗(yàn)室資源，以便于管理以及調(diào)度硬件資源。

3.2 實(shí)驗(yàn)信息的查詢

教師登錄到管理頁(yè)面，可對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)信息進(jìn)行查詢，輸入學(xué)生學(xué)號(hào)，可以看到實(shí)驗(yàn)的一些基本信息及實(shí)驗(yàn)開始時(shí)間。同時(shí)，還給出了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)以及對(duì)應(yīng)不同身份所產(chǎn)生的費(fèi)用。

4 結(jié) 語(yǔ)

基于.NET 技術(shù)和B/S 架構(gòu)的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以為本校以及校外有關(guān)用戶提供一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，從而大大提高了實(shí)驗(yàn)的靈活性。在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中加入計(jì)時(shí)計(jì)費(fèi)等管理功能，能夠有效地限制用戶的訪問(wèn)時(shí)間。用戶遠(yuǎn)程使用實(shí)驗(yàn)室資源需要進(jìn)行預(yù)約，在預(yù)約時(shí)間外無(wú)法登錄到實(shí)驗(yàn)頁(yè)面。而在預(yù)約時(shí)間內(nèi)用戶未完成實(shí)驗(yàn)時(shí)，頁(yè)面將會(huì)給出相應(yīng)的存檔提示，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)更加智能化與人性化。同時(shí)，系統(tǒng)還統(tǒng)計(jì)不同用戶進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)如時(shí)長(zhǎng)等，以方便管理人員了解和掌握用戶訪問(wèn)硬件設(shè)備的情況，從而合理地調(diào)度資源，提高資源的共享度和使用率。此功能在實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的管理中，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

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