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實驗室管理系統(tǒng)方案范文第1篇

引言

內(nèi)存管理機(jī)制是嵌入式系統(tǒng)研究中的一個重點(diǎn)和難點(diǎn)的問題，它必須滿足以下幾個特性：

①實時性。從實時性的角度出發(fā)，要求內(nèi)存分配過程要盡可能地快。因此，在嵌入式系統(tǒng)中，不可能采用通用操作系統(tǒng)的一些復(fù)雜而完善的內(nèi)存分配策略，一般沒有段頁式的虛存管理機(jī)制；而是采用簡單、快速的內(nèi)存分配方案，其分配方案也因程序?qū)崟r性的要求而異。例如，VxWorks系統(tǒng)采用簡單的“首次適應(yīng)，立即聚合”方法；VRTX中采用多個固定尺寸存儲塊的binning方案。

②可靠性。嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的環(huán)境千變?nèi)f化，在有些特定情況下，對系統(tǒng)的可靠性要求極高，內(nèi)存分配的請求必須得到滿足，如果分配失敗則可能會帶來災(zāi)難性的后果。比如，飛機(jī)的燃油檢測系統(tǒng)。在飛機(jī)飛行過程中，如果燃料發(fā)生泄漏，系統(tǒng)應(yīng)該立即檢測到，并發(fā)出相應(yīng)的警報等待飛行員及時處理。如果因為內(nèi)存分配失敗而不能相應(yīng)地操作，就可能發(fā)生機(jī)毀人亡的事故。

③高效性。內(nèi)存分配要盡可能地減少浪費(fèi)。不可能為了保證滿足所有的內(nèi)存分配請求而將內(nèi)存配置得很大。一方面，嵌入式系統(tǒng)對成本的要求使得內(nèi)存在其中只是一種很有限的資源；另一方面，即使不考慮成本的因素，系統(tǒng)硬件環(huán)境有限的空間和有限的板面積決定了可配置的內(nèi)存容量是很有限的。

針對以上三個約束條件，市場上主流的嵌入式操作系統(tǒng)，如VxWorks、嵌入式Linux等均提出了一套有效的解決方案；但是，這些系統(tǒng)只提供了應(yīng)用開發(fā)的接口，其底層的實現(xiàn)方案不可見。本文以開源的嵌入式操作系統(tǒng)RTEMS為例，分析了嵌入式系統(tǒng)內(nèi)存管理所面臨的問題，研究了其底層實現(xiàn)的解決方案。一般的嵌入式系統(tǒng)中最基本的內(nèi)存管理方案有兩種——靜態(tài)分配和動態(tài)分配。

1 靜態(tài)分配與動態(tài)分配

靜態(tài)分配是指在編譯或鏈接時將程序所需的內(nèi)存空間分配好。采用這種分配方案的程序段，其大小一般在編譯時就能夠確定；而動態(tài)分配是指系統(tǒng)運(yùn)行時根據(jù)需要動態(tài)地分配內(nèi)存。這兩種策略的選取一直是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中一個令人頭痛的問題。

一般的嵌入式系統(tǒng)都支持靜態(tài)分配，因為像中斷向量表、操作系統(tǒng)映像這類的程序段，其程序大小在編譯和鏈接時是可以確定的。而是否支持動態(tài)分配主要基于兩個方面的考慮：首先是實時性和可靠性的要求，其次是成本的要求。對于實時性和可靠性要求極高的系統(tǒng)（硬實時系統(tǒng)），不允許延時或者分配失效，必須采用靜態(tài)內(nèi)存分配，如航天器上的嵌入式系統(tǒng)多采用靜態(tài)內(nèi)存分配。除了基于成本的考慮外，用于汽車電子和工業(yè)自動化領(lǐng)域的一些系統(tǒng)也沒有動態(tài)內(nèi)存分配，比如WindRiver著名的OSEKWorks系統(tǒng)。然而，僅僅采用靜態(tài)分配，使系統(tǒng)失去了靈活性。必須在設(shè)計階段就預(yù)先知道所需要的內(nèi)存并對之作出分配；必須在設(shè)計階段就預(yù)先考慮到所有可能的情況，因為一旦出現(xiàn)沒有考慮到的情況，正在運(yùn)行的系統(tǒng)就無法處理。這樣的分配方案必然導(dǎo)致很大的浪費(fèi)。因為內(nèi)存分配必須按照最壞情況進(jìn)行最大的配置，而實際運(yùn)行時很可能只使用其中的一小部分；而且在硬件平臺不變的情況下，不可能靈活地為系統(tǒng)添加功能，從而使得系統(tǒng)的升級變得困難。

雖然動態(tài)內(nèi)存分配會導(dǎo)致響應(yīng)和執(zhí)行時間不確定、內(nèi)存碎片等問題，但是它的實現(xiàn)機(jī)制靈活，給程序?qū)崿F(xiàn)帶來極大的方便，有的應(yīng)用環(huán)境中動態(tài)內(nèi)存分配甚至最必不可少的。比如，嵌入式系統(tǒng)中使用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，在特定的平臺下，為了比較靈活地調(diào)整系統(tǒng)的功能，在系統(tǒng)中各個功能之間作出權(quán)衡，必須支持動態(tài)內(nèi)存分配。例如，為了使系統(tǒng)能夠及時地在支持的VLAN數(shù)和支持的路由條目數(shù)之間作出調(diào)整，或者為了使不同的版本支持不同的協(xié)議，類似于malloc和free這類的函數(shù)是必不可少的。

大多數(shù)的系統(tǒng)是硬實時和軟實時綜合。系統(tǒng)中的一部分任務(wù)有嚴(yán)格的時限要求，而另一部分只是要求完成得越快越好。按照RMS（Rate Monotonous Scheduling）理論，這樣的系統(tǒng)必須采用搶先式任務(wù)調(diào)度；而在這樣的系統(tǒng)中，就可以采用動態(tài)內(nèi)存分配來滿足部分對可靠性和實時性要求不高的任務(wù)。采用動態(tài)內(nèi)存分配的最大好處就是給設(shè)計得很大的靈活性，可以方便地將原來運(yùn)行于非嵌入式操作系統(tǒng)的程序移植到嵌入式系統(tǒng)中。

2 RTEMS內(nèi)存管現(xiàn)機(jī)制

RTEMS（The Rael Time Executive for Multi-processor Systems）是一個基于多處理器的，能夠運(yùn)行在不同處理器平臺上的嵌入式操作系統(tǒng)。其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，包括航空航天設(shè)備（導(dǎo)彈、飛機(jī)控制系統(tǒng)），網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（路由器、交換 機(jī)），掌上設(shè)備（電子閱讀器、PDA）等。針對不同領(lǐng)域應(yīng)用的需求差異，該系統(tǒng)的內(nèi)存管理提供了比較完善的機(jī)制。同其它常見的嵌入式系統(tǒng)一樣，RTEMS不支持虛擬存儲管理，不支持復(fù)雜的段頁式的保護(hù)機(jī)制，而采用線性編址方式，即邏輯地址和物理地址一一對應(yīng)的平面模式，同時支持靜態(tài)和動態(tài)兩種管理模式。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時，內(nèi)存中的映像如圖1所示。

圖1中假設(shè)內(nèi)破大小為2MB。在特定的應(yīng)用中，中斷表和RTEMS的映像所占用的內(nèi)存空間大小是個定值，采用靜態(tài)的內(nèi)存分配機(jī)制，在編譯時就可以確定其大小。堆棧區(qū)和系統(tǒng)內(nèi)存區(qū)則采取動態(tài)分配機(jī)制，在系統(tǒng)運(yùn)行時可以根據(jù)需要自動調(diào)整其大小。

3 RTEMS動態(tài)內(nèi)存管理

RTEMS動態(tài)內(nèi)存管理機(jī)制提供兩種分區(qū)機(jī)制，Partition和Region。

Partition分區(qū)管理用于固定大小內(nèi)存塊的分配，Region分區(qū)管理 用于可變大小內(nèi)存塊的分配。

3．1 固定長度分區(qū)管理

RTEMS定義的固定長度的分區(qū)（Partition）是一段連續(xù)的內(nèi)存空間。它可以被劃分成固定長度的內(nèi)存塊(buffer)，允許應(yīng)用在創(chuàng)建分區(qū)時配置分區(qū)的大小和內(nèi)存塊的大小，要求分區(qū)的大小是內(nèi)存塊的整數(shù)倍。例如，應(yīng)用創(chuàng)建一個大小為1024字節(jié)的分區(qū)，內(nèi)存塊為256字節(jié)，如圖2所示。

創(chuàng)建分區(qū)時，RTEMS根據(jù)分區(qū)和內(nèi)存塊的大小，形成一個空閑內(nèi)存塊的雙向鏈表。當(dāng)從分區(qū)中申請內(nèi)存塊時，按照空閑內(nèi)存塊鏈表的順序分配。如果空閑空間不足，調(diào)用者不會被阻塞，而是獲得一個空指針，以確保申請內(nèi)存調(diào)用的時間確定性。釋放內(nèi)存塊時，將該內(nèi)存塊掛在空閑內(nèi)存塊鏈表的鏈尾。分區(qū)被刪除時將釋放出這段連續(xù)的內(nèi)存空間。

RTEMS的分區(qū)管理機(jī)制提供以下API：

rtems_partition_create 創(chuàng)建一個分區(qū)

rtems_partition_ident 獲得分區(qū)標(biāo)識號

rtems_partition_deldet1 刪除一個分區(qū)

rtems_partition_get_buffer 申請一個內(nèi)存塊

rtems_partition_return_buffer 釋放一個內(nèi)存塊

RTEMS的固定長度分區(qū)管理算法有以下特色：

①系統(tǒng)創(chuàng)建的分區(qū)數(shù)目可在運(yùn)行時動態(tài)增減。

②內(nèi)存塊的控制結(jié)構(gòu)所占用的內(nèi)存空間在該內(nèi)存塊被分配出去時會變?yōu)榭捎每臻g，不會影響該內(nèi)存塊實際可用的大?。欢诨厥諘r控制塊會自動生成，這一點(diǎn)使得分區(qū)管理的系統(tǒng)開銷對用戶的影響為零。

③在分區(qū)的內(nèi)存塊中還可以再定義分區(qū)，這就意味著內(nèi)存塊可以很容易地被分為子內(nèi)存塊，提高了分區(qū)管理的靈活性。

    3．2 可變長度分區(qū)管理

RTEMS定義的可變長度的分區(qū)（Region）是一段連續(xù)的、大小可配置的內(nèi)存空間，可以被劃分成很多大小不一的段（Segment）。創(chuàng)建分區(qū)時要指定一個分配單元，稱為頁。段的大小是頁的倍數(shù)，如果應(yīng)用程序在申請段時，給出的大小不是頁的倍數(shù)，內(nèi)核會將其調(diào)整為頁的倍數(shù)。例如，應(yīng)用從而大小為512個字節(jié)的分區(qū)中申請一個大小為700字節(jié)的段，那么，內(nèi)核實際分配的段大小為1024字節(jié)。

創(chuàng)建Region分區(qū)時，RTEMS根據(jù)分區(qū)大小和頁小建立分區(qū)的控制結(jié)構(gòu)和段的控制結(jié)構(gòu)。在創(chuàng)建之初，只有一個空閑段，其大小為分區(qū)的大小減去控制結(jié)構(gòu)的內(nèi)存開銷。隨著應(yīng)用申請、釋放段的操作不斷進(jìn)行，分區(qū)中形成用雙向鏈表鏈接起來的空閑段鏈。當(dāng)從分區(qū)中分配段時，依據(jù)首次適應(yīng)算法（即第一個滿足要求的空閑段就作為分配結(jié)果）查看空閑段鏈中是否存在合適的段。當(dāng)把段釋放回分區(qū)時，該段被掛在空閑段鏈的鏈尾，并且如果空閑段鏈中有與此段相鄰的段，則將其合并成一個更大的空閑段。RTEMS在段的控制塊中設(shè)置一個標(biāo)志位表示其被使用的情況。標(biāo)志位為1表示該段正被使用，標(biāo)志位為0表示該段空閑。圖3是一個分區(qū)中具有兩個空閑段和一個正被使用的段的示例。

空閑段和已經(jīng)使用段的控制結(jié)構(gòu)有所不同，如圖4所示。

RTEMS的分區(qū)管理機(jī)制提供以下API：

rtems_region_create 創(chuàng)建一個分區(qū)

rtems_region_ident 獲得分區(qū)的標(biāo)識

rtems_region_delete 刪除一個分區(qū)

rtems_region_extend 擴(kuò)展一個分區(qū)

rtems_region_get_segment 申請一個段

rtems_region_return_segment 釋放一個段

RTEMS的可變長度分區(qū)管理算法有以下特色：

①系統(tǒng)創(chuàng)建的分區(qū)數(shù)目可在運(yùn)行時動態(tài)增加；

②段的控制結(jié)構(gòu)在該段被分配出去后會減小，而在回收到控制快會自動恢復(fù)大小。這一點(diǎn)使得分區(qū)管理的系統(tǒng)開銷降低到最?。?/p>

③時應(yīng)用程序發(fā)現(xiàn)一個分區(qū)的內(nèi)存空間不夠使用時，可以調(diào)用retms_region_extend函數(shù)(API)擴(kuò)展該分區(qū)的大小。

④當(dāng)程序要求從某個分區(qū)獲取分段而未成功時，可以立即返回，也可以采取多種等待策略。等待策略包括優(yōu)先級等待、FIFO等待。在FIFO等待策略中又可分為有限等待和無限等待。

在動態(tài)可變長度內(nèi)存管理的基礎(chǔ)上，RTEMS還提供了Malloc/free等標(biāo)準(zhǔn)的C函數(shù)。在使用Malloc/free等函數(shù)時應(yīng)注意以下幾個方面的限制：

①因為內(nèi)存分區(qū)是一種臨界資源，由信號量保護(hù)，使用Malloc會導(dǎo)致當(dāng)前調(diào)用掛起，因此它不能用于中斷服務(wù)程序。

②因為進(jìn)行內(nèi)存分配需要執(zhí)行查找算法，其執(zhí)行時間與系統(tǒng)當(dāng)前的內(nèi)存使用情況相關(guān)，具有不確定性，因此對于有規(guī)定時限的操作是不適宜的。

③由于采用簡單的首次適應(yīng)算法，容易導(dǎo)致系統(tǒng)中存在大量的內(nèi)存碎片，降低內(nèi)存使用效率和系統(tǒng)性能。

實驗室管理系統(tǒng)方案范文第2篇

關(guān)鍵詞 課程體系；職業(yè)技能；校企合作

中圖分類號：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1671-489X(2012)18-0055-02

自2008年我國高職院校開設(shè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理專業(yè)以來，其專業(yè)定位、培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系結(jié)構(gòu)等均不很成熟，各學(xué)院對該專業(yè)的認(rèn)識有很大的差異。因此，德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院在2008年申報網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理專業(yè)后，就開始對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理專業(yè)的人才培養(yǎng)方案進(jìn)行研究和實踐。

1 找準(zhǔn)專業(yè)定位，確定培養(yǎng)目標(biāo)

高職教育培養(yǎng)的是高技能應(yīng)用型人才，其專業(yè)具有較強(qiáng)的職業(yè)定向性和針對性，這就是以服務(wù)為宗旨、以市場為導(dǎo)向、以職業(yè)崗位為依據(jù)、以技術(shù)含量為參數(shù)、以學(xué)科專業(yè)的交叉復(fù)合來把握專業(yè)定位的原則。

經(jīng)過幾年實踐，把網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理專業(yè)定位在面向區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和信息系統(tǒng)集成、信息安全產(chǎn)品和應(yīng)用軟件開發(fā)、信息工程監(jiān)理、IT產(chǎn)品銷售與服務(wù)企業(yè)及其他企事業(yè)單位信息技術(shù)部門生產(chǎn)、服務(wù)及管理第一線，培養(yǎng)從事網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、管理、應(yīng)用開發(fā)與技術(shù)服務(wù)工作，具有職業(yè)生涯發(fā)展基礎(chǔ)的高素質(zhì)、高技能專門人才。

2 設(shè)計符合培養(yǎng)目標(biāo)的課程體系

為滿足社會對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理專業(yè)人才的需求，保證高職網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)，建立起適合當(dāng)前狀況的專業(yè)課程體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

2.1 兩類必修課程

在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理專業(yè)的課程體系中，職業(yè)公共必修課和職業(yè)能力必修課構(gòu)成整個課程體系的兩大堅實基礎(chǔ)。“兩課”、法律、體育課程的開設(shè)力圖使學(xué)生樹立正確的人生觀、世界觀，培養(yǎng)良好的思想和身體素質(zhì)。數(shù)學(xué)課程沒有必要學(xué)得太深，可以根據(jù)計算機(jī)專業(yè)的要求和學(xué)生的接受能力靈活調(diào)整。外語教學(xué)是非常重要的，在設(shè)備的操作和調(diào)試中會遇到大量的英語詞匯，因而英語教學(xué)貫穿始終。另外開設(shè)IT職業(yè)英語，對其在工作中的應(yīng)用進(jìn)行強(qiáng)化，為學(xué)生今后的發(fā)展打下基礎(chǔ)。

而職業(yè)能力必修課是學(xué)習(xí)本專業(yè)的立足之本，其設(shè)置應(yīng)該認(rèn)真探討。哪些課程對于本專業(yè)來說是必要的基礎(chǔ)課？應(yīng)該掌握到什么程度？如何進(jìn)行課程的整合，并合理安排每一門課的內(nèi)容？綜合考慮網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理專業(yè)人才的需求和應(yīng)用狀況，最終確定包括計算機(jī)基礎(chǔ)類、網(wǎng)絡(luò)編程實現(xiàn)類和系統(tǒng)管理與維護(hù)類的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課的課程體系。盡量少講純粹的理論，用專業(yè)技能學(xué)習(xí)是否需要作為衡量技術(shù)基礎(chǔ)課開設(shè)的依據(jù)。另外，還以講座、報告或參觀的形式，讓學(xué)生在入學(xué)后了解培養(yǎng)目標(biāo)，了解他們將要從事工作的性質(zhì)、崗位特征、發(fā)展方向等，進(jìn)而有目的、有選擇地進(jìn)行學(xué)習(xí)。

2.2 三個專業(yè)方向

在第一階段基礎(chǔ)課之后，根據(jù)就業(yè)方向的不同劃分網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與施工方向、網(wǎng)絡(luò)管理與維護(hù)方向、網(wǎng)絡(luò)編程應(yīng)用開發(fā)方向的專業(yè)學(xué)習(xí)課程體系，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣選擇某一方面的學(xué)習(xí)。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與實施方向重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)工程項目的簡單設(shè)計與實施能力，通過對網(wǎng)絡(luò)綜合布線技術(shù)、局域網(wǎng)組建技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置調(diào)試等知識的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能勝任網(wǎng)絡(luò)施工管理及簡單的網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計等工作崗位。

網(wǎng)絡(luò)管理方向側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)軟環(huán)境的管理能力，要求學(xué)生不僅要熟悉Win2003 Server的網(wǎng)絡(luò)管理方法，更要熟悉Linux操作系統(tǒng)以及Unix系統(tǒng)，具有在這些真正的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)下配置、管理及實施網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能的能力；同時，要熟悉各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下基本的安全防范方法和安全實施技術(shù)，這樣才能勝任網(wǎng)絡(luò)管理員的工作崗位。

網(wǎng)絡(luò)編程方向是為了適應(yīng)社會對網(wǎng)站建設(shè)、網(wǎng)頁設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)程序編寫人員的崗位需求而設(shè)置的。網(wǎng)絡(luò)編程類課程開設(shè)為兩條主線的教學(xué)，一條是數(shù)據(jù)庫、VB、Java編程技術(shù)，另一條是網(wǎng)頁編程（靜態(tài)、動態(tài)以及多媒體技術(shù)），學(xué)生可以靈活選擇。

2.3 四項專業(yè)實訓(xùn)

以技能培養(yǎng)為重點(diǎn)的高職網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理專業(yè)需要大量的實踐技能訓(xùn)練，各專業(yè)課程的實踐教學(xué)時數(shù)都達(dá)到一半甚至更多。此外，在第三、四、五學(xué)期還安排了集中的獨(dú)立實踐課以進(jìn)行專門的技能訓(xùn)練，綜合運(yùn)用多種知識，鍛煉學(xué)生分析問題、解決問題的能力，也培養(yǎng)團(tuán)隊協(xié)作精神。而網(wǎng)絡(luò)編程實訓(xùn)是對有志于網(wǎng)絡(luò)編程的學(xué)生的一次很好的鍛煉，通過完成一個模擬項目，不僅讓學(xué)生感受到做項目的全過程和樂趣，更重要的是在參與開發(fā)的過程中學(xué)會解決問題的方法，而這才是在以后的工作中最重要的。

2.4 實施“教學(xué)做”一體化教學(xué)模式

在課程教學(xué)過程中，網(wǎng)絡(luò)專業(yè)依托功能配套、技術(shù)先進(jìn)的校內(nèi)實訓(xùn)環(huán)境，遵循“技能是學(xué)和練而不是教出來”的人才培養(yǎng)理念，將專業(yè)課程安排在實訓(xùn)室講授，形成師生交流互動新模式。教師理論講授中穿插技能演示，讓學(xué)生的理論學(xué)習(xí)與技能模仿、強(qiáng)化密不可分，從而有效集中學(xué)生注意力，及時熟悉并掌握所學(xué)技能，最大限度發(fā)揮實訓(xùn)室的服務(wù)教學(xué)功效。

2.5 建立以學(xué)生能力水平為主要指標(biāo)的專業(yè)技能評價方法

教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控與評價方面，強(qiáng)調(diào)多層面、多難度、多方式和多層標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生質(zhì)量評價以能力水平為主要指標(biāo)，重視綜合素質(zhì)與知識運(yùn)用的考核，采用多標(biāo)化的考核方式。

2.6 培養(yǎng)雙師型師資隊伍，構(gòu)建職業(yè)教學(xué)團(tuán)隊

經(jīng)過幾年的建設(shè)，已經(jīng)塑造了一支教學(xué)經(jīng)驗豐富、教學(xué)質(zhì)量高、實踐能力強(qiáng)、適應(yīng)高職教育的雙師型師資隊伍。一是采取“培養(yǎng)和培訓(xùn)”的方法，借助于行業(yè)、企業(yè)等資源，安排教師進(jìn)行培訓(xùn)，將教師深入企業(yè)一線的經(jīng)歷納入專業(yè)技術(shù)職務(wù)評聘考核的重要內(nèi)容。二是采用“積多成少”的方式，從企業(yè)聘請一流的技術(shù)骨干，實質(zhì)性地投入到教學(xué)和科研中來。

2.7 深化校企合作，引入行業(yè)認(rèn)證和職業(yè)資格證書，實施“雙證書”教育

本專業(yè)與思科網(wǎng)絡(luò)和趨勢安全簽署合作協(xié)議，進(jìn)行課程置換與整合，把先進(jìn)的企業(yè)理念和計算機(jī)技術(shù)融入教學(xué)體系中，根據(jù)市場需求規(guī)格培養(yǎng)對口人才，使教學(xué)內(nèi)容同企業(yè)的崗位需求密切結(jié)合，先后與多家企業(yè)簽訂合作協(xié)議，為學(xué)生提供生產(chǎn)實踐機(jī)會，營造工學(xué)結(jié)合的環(huán)境和氛圍。

推行職業(yè)資格證書制，要求本專業(yè)學(xué)生必須取得至少一個職業(yè)資格證書（專業(yè)技能證書如Cisco CCNA網(wǎng)絡(luò)工程師認(rèn)證、人力資源和社會保障部網(wǎng)絡(luò)工程師、信息產(chǎn)業(yè)部網(wǎng)絡(luò)工程師等）。

3 結(jié)束語

經(jīng)過幾年的實踐，人才培養(yǎng)方案已初見成效，畢業(yè)生受到用人單位的好評，同時校內(nèi)外實踐教學(xué)條件不斷完善，人才培養(yǎng)方案不斷優(yōu)化。人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新，也推動教學(xué)改革的不斷深入，形成鮮明的辦學(xué)特色和良好的社會聲譽(yù)。

參考文獻(xiàn)

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實驗室管理系統(tǒng)方案范文第3篇

關(guān)鍵詞：SOA架構(gòu) 實驗室信息管理系統(tǒng) 解決方案

中文分類號：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）05（b）-0105-02

面向服務(wù)架構(gòu)（service-oriented architecture，SOA）是一種組件模型，它將軟件整體分解為不同的、小的邏輯單元，這些邏輯單元既可以組成一個完整的業(yè)務(wù)邏輯，也可以相對獨(dú)立的分布式部署。SOA是一種粗粒度、松耦合服務(wù)架構(gòu)，服務(wù)之間通過簡單、精確定義接口進(jìn)行通訊，不涉及底層編程接口和通訊模型。SOA架構(gòu)中的各種組件的開發(fā)、部署形式幫助系統(tǒng)架構(gòu)者以更迅速、更可靠、更具重用性架構(gòu)整個業(yè)務(wù)系統(tǒng)。作為一個靈活、可擴(kuò)展的框架，總的來說SOA的核心價值在于：靈活、快速、可重用和適應(yīng)性強(qiáng)。

在移動互聯(lián)領(lǐng)域，依托于網(wǎng)站資源所開發(fā)的各種移動平臺上的Apps在近幾年中逐漸增加，不斷改變著人們對互聯(lián)網(wǎng)資源的使用習(xí)慣。許多企業(yè)在無紙化辦公的實現(xiàn)中采用了SOA架構(gòu)，通過總體的SOA解決方案取得了成功。這些都不斷的推動著SOA的發(fā)展，在SOA架構(gòu)日益成熟及其實現(xiàn)技術(shù)多樣化的今天，其帶來的新特性讓互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用在近5年間發(fā)生了巨大變化。但反觀現(xiàn)在的高校信息化系統(tǒng)建設(shè)，基本還是清一色的B/S架構(gòu)，呆板的業(yè)務(wù)流程，毫無靈活性可言。作者以本校實驗室信息管理系統(tǒng)的設(shè)計為例，探討采用SOA架構(gòu)為高校信息管理系統(tǒng)帶來的新功能和在實驗室信息管理系統(tǒng)實現(xiàn)SOA架構(gòu)的可能性。

1 傳統(tǒng)單一的B/S或C/S架構(gòu)實驗室信息管理系統(tǒng)的局限性

傳統(tǒng)架構(gòu)的實驗室信息管理系統(tǒng)的局限性，在實際的使用中反映為軟件模塊設(shè)計更新跟不上業(yè)務(wù)更新以及無法適應(yīng)所有應(yīng)用情景。具體來說，主要體現(xiàn)在以下3個方面。

（1）傳統(tǒng)架構(gòu)的實驗室信息管理系統(tǒng)毫無靈活性可言。在傳統(tǒng)的以功能模塊為基礎(chǔ)所開發(fā)的實驗室信息管理系統(tǒng)里，開發(fā)的模式一般以一個模塊對應(yīng)一種業(yè)務(wù)，把所有模塊集成在一起，再用權(quán)限管理區(qū)分用戶對模塊的使用權(quán)力。這種管理系統(tǒng)在管理體系本身或者業(yè)務(wù)流程發(fā)生了改變就意味著整個模塊要進(jìn)行重寫，以至于要對整個系統(tǒng)進(jìn)行大的修改，這無疑是個浩大的工程。在高校實驗室管理系統(tǒng)不斷改進(jìn)以適應(yīng)快速發(fā)展的今天，管理模式和業(yè)務(wù)流程的更改是常見的，因此管理軟件的靈活性顯得尤為重要。

（2）傳統(tǒng)架構(gòu)的實驗室信息管理系統(tǒng)客戶端使用的技術(shù)架構(gòu)是單一的。傳統(tǒng)的管理系統(tǒng)都是采用單一的軟件架構(gòu)，從早期的C/S架構(gòu)到后來為了解決兼容性以及易用性所使用的B/S架構(gòu)，都存在著各自的局限性和在部分場景中的不適用性。比如教師進(jìn)行實驗室使用記錄登記，要盡量做到方便快捷，這種情景下無疑使用窗口軟件要比使用網(wǎng)頁合適；而在等級記錄管理端，需要對記錄進(jìn)行增刪改操作，需要以圖形化的方式展示實驗室每周的使用情況，這時無疑用網(wǎng)頁模式要優(yōu)于用窗口軟件的模式。因此，針對不同的使用場景選用不同的軟件開發(fā)技術(shù)是對實驗室信息管理來說十分重要。

（3）傳統(tǒng)架構(gòu)的實驗室信息管理系統(tǒng)不能為現(xiàn)場工作提供信息支持，實驗管理人員在完成實際的工作后如果要進(jìn)行工作記錄就必須回到電腦上對自己的工作進(jìn)行登記，這種軟件的使用方式是工作記錄式的，能為工作管理提供服務(wù)，但不能在現(xiàn)場工作過程中提供信息支持和查詢服務(wù)，而現(xiàn)場工作經(jīng)常需要對設(shè)備信息進(jìn)行查詢。因此給現(xiàn)場工作提供信息支持對于實驗室管理系統(tǒng)來說是不可缺少的組成部分，而這也是傳統(tǒng)架構(gòu)的實驗室信息管理系統(tǒng)很難做到的功能。

2 采用SOA架構(gòu)的實驗室管理系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

基于SOA架構(gòu)的實驗室管理系統(tǒng)可以較好地解決以上所提出的問題。切實做到了按需開發(fā)客戶端，在業(yè)務(wù)流程發(fā)生改變時縮短開發(fā)時間以及利用移動設(shè)備的功能更好的拓展管理系統(tǒng)的應(yīng)用。

（1）可以根據(jù)不同的情況靈活地選擇業(yè)務(wù)的構(gòu)成。具體是指，在開發(fā)時可以更靈活的根據(jù)崗位職能的實際需求來構(gòu)造不同的客戶端，這樣不僅避免了客戶端因功能模塊的堆積而變得過分臃腫，也相應(yīng)的減輕了因權(quán)限問題所造成的設(shè)計和開發(fā)上的負(fù)擔(dān)。在管理模式和業(yè)務(wù)流程發(fā)生更改時，對于SOA架構(gòu)的系統(tǒng)來說維護(hù)量要比傳統(tǒng)系統(tǒng)小，因為服務(wù)和實際業(yè)務(wù)的分離，并且可以重用所有當(dāng)前的服務(wù)，所以當(dāng)業(yè)務(wù)或管理模式發(fā)生改變的時候，只需要更改相應(yīng)的客戶端就可以，并不涉及其他的模塊和核心服務(wù)。

（2）客戶端可以采用不同的技術(shù)手段方式來建立，例如客戶端是用FLEX技術(shù)的，而服務(wù)端使用PHP技術(shù)，他們之間并不存在溝通的障礙，仍然可以正?；ハ嗤ㄐ?。這給客戶端開發(fā)帶來了很大的靈活性，應(yīng)對不同的場景采用不同的技術(shù)，讓客戶端可以適用于一些特定的場景。比如適合用網(wǎng)頁形式的情景和適合用窗口軟件形式的情景，在SOA框架中就可以共同存在而不增加額外的開發(fā)成本。

（3）利用移動設(shè)備的功能來擴(kuò)展系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。把客戶端開發(fā)到移動設(shè)備平臺上，包括智能手機(jī)和平板設(shè)備，可以使實驗室信息系統(tǒng)隨實驗員帶到工作現(xiàn)場。在移動設(shè)備上使用實驗室管理系統(tǒng)，使得系統(tǒng)和移動設(shè)備可以結(jié)合起來，通過包括攝像頭等移動設(shè)備上提供的功能，給實驗員在現(xiàn)場工作中查詢相關(guān)記錄信息提供了條件，還可以通過這個平臺獲取各種信息，做到信息支持的效果；并且可以在現(xiàn)場進(jìn)行登記記錄的作業(yè)，可以更高效、更準(zhǔn)確的記錄下現(xiàn)場的情況。

綜上所述，可以看出使用SOA架構(gòu)的實驗室信息系統(tǒng)給我們帶來了包括軟件開發(fā)上的便利，系統(tǒng)平臺搭建的靈活，以及在移動平臺上開發(fā)和使用管理系統(tǒng)的新思路。因此，在實驗室信息系統(tǒng)中引入SOA架構(gòu)是非常有意義以及有必要的。

3 基于SOA架構(gòu)的實驗室信息管理系統(tǒng)的設(shè)計

系統(tǒng)基于對本校實驗室管理的流程進(jìn)行服務(wù)和業(yè)務(wù)的設(shè)計。服務(wù)是通過對業(yè)務(wù)的歸納和分析來設(shè)計，業(yè)務(wù)是針對不同的職能對象來設(shè)計的。具體來說，業(yè)務(wù)被分為，實驗室使用管理，設(shè)備維修管理，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)統(tǒng)計情況展示4個部分組成。

實驗室使用管理部分。其分為課室登記端和管理端兩部分，課室登記端配置在每個實驗室的教師計算機(jī)上，由任課老師進(jìn)行登記，收集實驗課的基本使用情況，在沒有計算機(jī)的課室，由管理員代為填寫，軟件采用Adobe Air平臺開發(fā)，可以在不同的系統(tǒng)平臺下使用，收集的數(shù)據(jù)以統(tǒng)一的格式記錄在數(shù)據(jù)庫中；管理端因為交互操作較多，并且需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行圖表化轉(zhuǎn)變，所以采用B/S模式，管理員可以通過系統(tǒng)界面以圖形的形式在日程表上查看實驗室的使用情況，并可以對相關(guān)記錄進(jìn)行維護(hù)。

設(shè)備維修管理部分。這部分業(yè)務(wù)有手機(jī)平臺以及網(wǎng)頁平臺兩種客戶端，兩種客戶端功能相同，都是對維修情況進(jìn)行記錄。不同點(diǎn)在于，網(wǎng)頁平臺采用傳統(tǒng)的表單設(shè)計，而手機(jī)平臺借助手機(jī)的攝像頭對設(shè)備編號二維碼的掃描直接對設(shè)備信息進(jìn)行讀取（需要無線網(wǎng)絡(luò)支持），使得管理員的現(xiàn)場維修記錄的無紙化變?yōu)榱丝赡堋?/p>

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理部分。主要業(yè)務(wù)是對實驗室和實驗室設(shè)備的基本情況和動態(tài)情況的記錄和管理?？蛻舳送瑯臃譃榫W(wǎng)頁平臺及手機(jī)平臺兩種客戶端，但實現(xiàn)的功能有所不同，手機(jī)客戶端主要是用以記錄個別設(shè)備的動態(tài)情況，比如某一設(shè)備的借調(diào)、歸還、報廢等，同樣是應(yīng)用了二維碼掃描技術(shù)。而網(wǎng)頁平臺客戶端的功能主要是實驗室基礎(chǔ)信息的維護(hù)，設(shè)備信息及情況的批量更改，和手機(jī)平臺客戶端形成有效的互補(bǔ)，突出各自平臺的長處。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計情況展示部分。這部分業(yè)務(wù)主要是以各種數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，用圖表的形式展現(xiàn)出來，直觀的展示數(shù)據(jù)所反映的情況。其客戶端采用Adobe Air平臺，用其豐富的圖形資源來展示圖表?，F(xiàn)階段應(yīng)用的圖表主要包括了，基于各個實驗室人時數(shù)統(tǒng)計的數(shù)據(jù)所形成的圖表有：《實驗室使用情況月表》、《不同系部實驗室使用情況表》、《實驗室使用情況對比表》；基于維修情況數(shù)據(jù)所形成的圖表有：《實驗室設(shè)備完好率表》。這些圖表是制定實驗室建設(shè)和調(diào)整的有力依據(jù)。

所有的這些客戶端都是依托于同一個核心服務(wù)以及數(shù)據(jù)庫，有效的保證了數(shù)據(jù)的統(tǒng)一。并且做到了在同一個平臺下多功能模塊的單點(diǎn)登錄，實際上所有平臺的驗證策略都是相同的，通過對身份以及身份對應(yīng)的角色進(jìn)行判斷來選擇加載的功能模塊以及可以編輯的數(shù)據(jù)范圍（如圖1）。

4 結(jié)語

該文以一個實際的SOA架構(gòu)應(yīng)用為基礎(chǔ)，分析了SOA架構(gòu)的引用給軟件開發(fā)和應(yīng)用方式上帶來的新思路和新方向。從靈活性、擴(kuò)展性以及應(yīng)用平臺的豐富性上闡述了SOA架構(gòu)的軟件對比傳統(tǒng)軟件的優(yōu)勢所在，并且發(fā)現(xiàn)在開發(fā)新的業(yè)務(wù)時服務(wù)的重用給開發(fā)效率帶來的很大的提高，有效縮短了開發(fā)進(jìn)程。

但是，從軟件實施的現(xiàn)階段看來，SOA架構(gòu)最大的不足就是對于服務(wù)及網(wǎng)絡(luò)的依賴性，以及對于網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和托管服務(wù)的服務(wù)器性能要求都比較高。尤其是對于網(wǎng)絡(luò)，有很多不可預(yù)見性的問題，這些都影響著軟件系統(tǒng)的健壯性?？傮w來說，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、安排冗余主機(jī)以及合理地配置服務(wù)器是解決以上問題的一個方向。

該文所涉及的實驗室信息管理項目已在本校中使用，并取得了一定的管理效益，目前正在進(jìn)一步的完善和功能的擴(kuò)展中。對于尚未采用實驗室信息化管理系統(tǒng)以及準(zhǔn)備引入SOA架構(gòu)改造信息化管理系統(tǒng)的部門起到一定的啟示作用。

參考文獻(xiàn)

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實驗室管理系統(tǒng)方案范文第4篇

【關(guān)鍵詞】新課程改革;實驗室;信息;管理系統(tǒng)

教育部在2003年4月頒布的《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）》和《普通高中課程方案（實驗）》中明確指出中國教育要“適應(yīng)時展的需要”，“大力推進(jìn)創(chuàng)新”，教育觀念要“根據(jù)時展需要及時調(diào)整、更新”。作為普通高中的課程組成部分，實驗室管理亦應(yīng)如此。

一、實驗室管理的概念與現(xiàn)狀研究

實驗室課程是普通高中課程不可或缺的組成部分，對高中學(xué)生學(xué)習(xí)的重要性不容置疑。其地位決定其“既要有豐富的資源，又要有先進(jìn)的管理體系，這樣才能成為學(xué)生‘最積極、最富有創(chuàng)造性的區(qū)域’的最佳空間?！雹倨鋵嶒炇业膬x器設(shè)備、日常運(yùn)作等要素以計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為中介進(jìn)行連接，利用科學(xué)的管理思想和先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫信息技術(shù)，實現(xiàn)對實驗室的全方位管理，從預(yù)約、教學(xué)至量化考核，達(dá)到“數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化共享、無紙化記錄與辦公、資源與成本管理以及人員的量化考核等，為實驗室管理水平的整體提高提供先進(jìn)的技術(shù)支持?！雹?/p>

基于數(shù)據(jù)庫信息技術(shù)的實驗室管理系統(tǒng)目前在普通高中的普及程度較低。通過對五所高中的理科教師與學(xué)生進(jìn)行抽樣性的問卷調(diào)查與實地訪談顯示，教師與學(xué)生對實驗室進(jìn)行信息化管理大多持贊成態(tài)度，教師普遍認(rèn)為實驗室教學(xué)能是教學(xué)中很重要的一環(huán);高中教師與學(xué)生對是否需要對實驗室進(jìn)行信息化管理，95%的師生都認(rèn)為需要;其中超過4成的師生認(rèn)為非常需要。而在現(xiàn)實教學(xué)與學(xué)習(xí)中，實驗室信息化管理基本處于空白。普通高中實驗室配備信息管理系統(tǒng)的比例非常之低，僅達(dá)到12%。

二、實驗室管理系統(tǒng)設(shè)計的理論支撐

教育部2003年頒發(fā)的《普通高中課程方案（實驗）》中指出了高中課程內(nèi)容及其相關(guān)內(nèi)容應(yīng)遵從的基本原則。其中，信息技術(shù)是重要的組成因素。學(xué)生對信息技術(shù)的了解與掌握超出了時代的預(yù)料，若脫離信息技術(shù)，堅持傳統(tǒng)理念不做任何改變，教學(xué)勢必難有長足的發(fā)展。

與我國新課程改革最為契合的理論為建構(gòu)主義。建構(gòu)主義強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，強(qiáng)調(diào)強(qiáng)調(diào)利用各種信息資源來支持“學(xué)”。這就與我國課程改革的要求相吻合，為實驗室信息建設(shè)提供了理論上的支持。

三、實驗室管理系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)支撐

（一）系統(tǒng)開發(fā)平臺：Windows 7 professional

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是網(wǎng)站軟件平臺的核心，它決定了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的整體水平，同時也決定了應(yīng)用及技術(shù)發(fā)展方向。Windows 7 professional 是在Windows 2000基礎(chǔ)上發(fā)展起來的32/64位操作系統(tǒng)，它適用于幾乎所有的硬件環(huán)境，有超強(qiáng)的硬件兼容性，價格較為低廉。

（二）開發(fā)模式：B/S

目前使用較為廣泛的開發(fā)模式為B/S（Browser/Server）模式。通過B/S結(jié)構(gòu)，用戶界面利用瀏覽器完成，主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端完成，降低了使用難度，減少了開發(fā)與維護(hù)成本，提高了運(yùn)行效率。

四、實驗室管理系統(tǒng)的設(shè)計

（一）層次設(shè)定

一般而言，實驗室中需要有三類人員，其一是教師。教師在信息平臺中扮演著重要的角色，課程內(nèi)容與課程時間，評價學(xué)生的實驗過程與結(jié)果是教師的職責(zé)與權(quán)利。其二為學(xué)生。學(xué)生模塊需要有學(xué)生資料管理，如所屬班級、課程開展、完成實驗數(shù)量等。另外，何時進(jìn)行何種課程的實驗課，實驗課的成績等，也可在系統(tǒng)中查詢得知。實驗室管理系統(tǒng)的另一個成員是管理員。管理員功能是實驗室管理系統(tǒng)的核心功能模塊。管理員的職能很多：設(shè)置系統(tǒng)內(nèi)教師、學(xué)生的各種信息;管理實驗室設(shè)備，設(shè)置實驗室課程;進(jìn)行實驗室權(quán)限管理，處理意見及留言管理。

（二）界面設(shè)置

由于實驗教師、管理員與學(xué)生都非專業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員，界面設(shè)置應(yīng)具備簡單明了的特征。如登陸界面：

圖1：實驗室管理系統(tǒng)登陸頁面

登陸之后的模塊顯示同樣需要具備這樣的特征，以學(xué)生登陸之后的界面為例：

圖2：學(xué)生信息界面

依此類推，教師與管理員按照系統(tǒng)設(shè)置的層次結(jié)構(gòu)及其所具備的權(quán)限，應(yīng)該有相應(yīng)的簡單明了又簡約完備的界面。

（三）數(shù)據(jù)庫設(shè)計

在設(shè)計數(shù)據(jù)表時，應(yīng)將以下問題納入考慮范圍：規(guī)范性、合理性、真實性。實驗室數(shù)據(jù)庫至少包括以下內(nèi)容：

表1：數(shù)據(jù)庫內(nèi)容

用戶注冊表：login

實驗室基本表：labinfo

班級表：bas_class

實驗教師表：teacher_info

學(xué)生表：student

實驗設(shè)備表：equip_info

成績表：score

實驗預(yù)約表：reservation

實驗記錄表：record

實驗教學(xué)表：lab_teach

課程表：bas_course

預(yù)約回復(fù)表：reservation -reply

實驗室布局表：lab_room

五、實驗室管理系統(tǒng)相關(guān)功能的設(shè)計

在系統(tǒng)規(guī)劃完成后，需要有編程的介入，即信息管理系統(tǒng)的建立需要有相關(guān)代碼。這些代碼需要由專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員進(jìn)行編寫。以管理員模塊為例，管理員需要管理學(xué)生與教師的登陸等各項信息。這些信息的產(chǎn)生即需要編寫一段程序。編碼因篇幅所限，不一一書寫。系統(tǒng)編碼在系統(tǒng)建立至維護(hù)都是存在的，在編碼完成建立后，還需要一定的專業(yè)人員利用專業(yè)知識修復(fù)系統(tǒng)漏洞，防止其遭受網(wǎng)絡(luò)攻擊。

六、小結(jié)

本文研究與設(shè)計的實驗室信息管理系統(tǒng)是基于Windows 7professional開發(fā)平臺和B/S的開發(fā)模式，通過分層設(shè)定結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫的設(shè)計，簡明界面的創(chuàng)立等途徑建立起來的。這種實驗室信息管理系統(tǒng)集實驗室預(yù)約、課程安排、學(xué)生評價管理、教師業(yè)績考評等于一體。此系統(tǒng)功能完備，操作簡單，具備人性化發(fā)展特點(diǎn)，能滿足學(xué)校對實驗室進(jìn)行管理的業(yè)務(wù)需求，優(yōu)化了實驗室的工作流程，更新了實驗室建設(shè)的理念，符合潮流的發(fā)展與時代的要求。由于筆者本身并非專業(yè)性網(wǎng)絡(luò)人員，目前省內(nèi)也未有類似的信息管理系統(tǒng)，故而在頗多方面還存在不足。然而，實驗室管理系統(tǒng)走向信息化建設(shè)乃大勢所趨，是我輩應(yīng)努力的方向。

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注釋：

實驗室管理系統(tǒng)方案范文第5篇

Abstract： Network Experiment Management System （NEMS） is a professional network experiment management platform which can be used to manage experiment teaching， student and equipment. NEMS-based Laboratory Teaching Assistant System under B/S architecture could change the old way of network experiment. Through accessing remotely and configuring logically， we can solve the problem of loss and confusion of equipment caused by networking frequently and physically. Meanwhile， new system is easy to operate， simple to configure， stable and reliable and can significantly extend experimental space， improve experimental efficiency and laboratory management.

關(guān)鍵詞： B/S架構(gòu)；網(wǎng)絡(luò)實驗管理系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)實驗室；教學(xué)輔助系統(tǒng)

Key words： B/S architecture；Network Experiment Management System （NEMS）；network laboratory；teaching assistant system

中圖分類號：TP393.07 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）02-0178-02

0 引言

在網(wǎng)絡(luò)實驗室進(jìn)行各種網(wǎng)絡(luò)實驗時，需要使用大量的交換機(jī)和路由器。以傳統(tǒng)方式進(jìn)行實驗時，需要學(xué)生根據(jù)實驗內(nèi)容，先使用交叉線或直通線連接不同設(shè)備，進(jìn)行物理組網(wǎng)；然后再通過電腦的串口訪問設(shè)備，對交換機(jī)和/或路由器進(jìn)行參數(shù)配置。這樣的方式有以下幾個缺點(diǎn)：

①每次實驗之前，學(xué)生都需要花費(fèi)時間進(jìn)行組網(wǎng)和配置；每次實驗之后，由需要拆線和恢復(fù)出廠配置，組網(wǎng)方案無法重用。②頻繁插拔容易造成設(shè)備接口的損壞，增加設(shè)備損耗。③由于設(shè)備有限，實驗中經(jīng)常需要多人共用設(shè)備或搬動設(shè)備，造成管理混亂。④實驗需要物理設(shè)備的支持，使得學(xué)生需要到達(dá)實驗室才能進(jìn)行實驗，無法隨時隨地進(jìn)行遠(yuǎn)程實驗。

針對以上的缺點(diǎn)，本文提出了一種采用B/S架構(gòu)實現(xiàn)的基于NEMS的網(wǎng)絡(luò)實驗室教學(xué)輔助系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)實現(xiàn)，學(xué)生無需到達(dá)實驗室，即可遠(yuǎn)程訪問，在頁面上進(jìn)行邏輯組網(wǎng)，輸入實驗命令，查看實驗結(jié)果，擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)實驗空間。該系統(tǒng)基于NEMS，可以對實驗教學(xué)、實驗學(xué)員、實驗設(shè)備集中統(tǒng)一管理，邏輯組網(wǎng)方案可以保存和加載，實現(xiàn)了組網(wǎng)方案的重新，提升了網(wǎng)絡(luò)實驗效率。該系統(tǒng)不需要對實驗設(shè)備的連線進(jìn)行物理上的改變，改善了實驗室的管理。

1 網(wǎng)絡(luò)實驗管理系統(tǒng)簡介

網(wǎng)絡(luò)實驗管理系統(tǒng)（NEMS）是一種專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)實驗管理平臺，可以對實驗教學(xué)、實驗學(xué)員、實驗設(shè)備集中統(tǒng)一管理。NEMS針對網(wǎng)絡(luò)實驗生命周期（實驗定義、實驗準(zhǔn)備、實驗過程、實驗結(jié)果）提供完整的智能的管理。教師可以通過NEMS系統(tǒng)進(jìn)行實驗的定制、實驗環(huán)境部署和實驗過程的管理、監(jiān)控，完成實驗環(huán)境的快速部屬、恢復(fù)，以及獲取、驗證實驗結(jié)果等工作，學(xué)生可以通過NEMS系統(tǒng)進(jìn)行具體的實驗。

NEMS系統(tǒng)基于SOA的軟件架，教師和學(xué)員通過WEB瀏覽器就可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實驗，不需要部署客戶端，僅僅需要部署服務(wù)器端，極大了減輕了網(wǎng)絡(luò)實驗室管理員的維護(hù)工作。NEMS網(wǎng)絡(luò)實驗管理系統(tǒng)通過與設(shè)備控制臺設(shè)備（DMC）聯(lián)動，提供全面實驗管理方面的功能。

2 硬件組成及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)實驗室教學(xué)輔助系統(tǒng)的硬件由核心機(jī)柜（Core RACK）和實驗機(jī)柜（RACK01～RACK08）構(gòu)成。核心機(jī)柜中包含了1個交換機(jī)、1個路由器和1臺WEB服務(wù)器。每個實驗機(jī)柜中包含4臺路由器、2臺三層交換機(jī)、2臺二層交換機(jī)和1臺控制服務(wù)器。完整拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

由于實際硬件的限制，我們只部署了8個實驗小組，每個實驗小組的拓?fù)鋱D如圖2。每個實驗小組對應(yīng)一個實驗機(jī)柜，實驗機(jī)柜中的控制管理服務(wù)器（CMS）與核心機(jī)柜中的NEMS服務(wù)器部署了兩條線路（線2），確保核心機(jī)柜對實驗機(jī)柜的狀態(tài)控制，CMS與各實驗設(shè)備之間使用控制線進(jìn)行連接（線1）。每個實驗小組有8臺實驗主機(jī)，網(wǎng)卡1與核心機(jī)柜相連接（線3），可用于正常的網(wǎng)絡(luò)通訊，網(wǎng)卡2與實驗機(jī)柜相連接（線4），可用于實驗。網(wǎng)卡1的IP地址由實驗室內(nèi)網(wǎng)分配，且與服務(wù)器在同一網(wǎng)段；后者的IP地址由學(xué)生根據(jù)實驗的需要自由分配。為了便于管理并減少設(shè)備端口的損耗，實驗主機(jī)的所有網(wǎng)線都匯聚于各自的信息盒，再由綜合布線分配到各自機(jī)柜的配線模塊，然后配線模塊與機(jī)柜的各實驗設(shè)備相連接。

3 網(wǎng)絡(luò)實驗室教學(xué)輔助系統(tǒng)組成

網(wǎng)絡(luò)實驗室教學(xué)輔助系統(tǒng)分為4個部分：實驗主機(jī)、WEB服務(wù)器、NEMS服務(wù)器、CMS、網(wǎng)絡(luò)實驗設(shè)備。各部分說明如下：

①實驗主機(jī)：安裝雙網(wǎng)卡，網(wǎng)卡1用于正常通訊，可通過核心路由訪問外網(wǎng)，也可訪問WEB服務(wù)器并對NEMS服務(wù)器進(jìn)行操作；網(wǎng)卡2僅供學(xué)生測試實驗結(jié)果使用。②WEB服務(wù)器提供友好的操作界面，方便學(xué)生對NEMS服務(wù)器進(jìn)行各項操作，并提供用戶登陸、學(xué)生管理、實驗管理、組網(wǎng)方案管理、控制命令輸入和實驗結(jié)果輸出等輔助功能。③NEMS服務(wù)器可以實現(xiàn)登陸物理設(shè)備、配置物理設(shè)備參數(shù)、下發(fā)實驗命令、遠(yuǎn)程操作CMS等核心功能。④CMS位于NEMS服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)實驗設(shè)備之間，負(fù)責(zé)匯集設(shè)備并提供遠(yuǎn)程操作的接口。NEMS服務(wù)器下發(fā)的實驗命令以IP數(shù)據(jù)的形式封裝，CMS接收到命令后轉(zhuǎn)為字符數(shù)據(jù)形式，并轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)實驗設(shè)備，同時在完成實驗后上傳所需網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置信息。⑤網(wǎng)絡(luò)實驗設(shè)備是指實驗機(jī)柜中的其它實驗設(shè)備，用于實驗中的邏輯組網(wǎng)及響應(yīng)。

4 網(wǎng)絡(luò)實驗室教學(xué)輔助系統(tǒng)所實現(xiàn)的功能

網(wǎng)絡(luò)實驗需要進(jìn)行大量重復(fù)的工作，如物理組網(wǎng)、實驗環(huán)境配置、實驗設(shè)備管理、學(xué)生管理、實驗方案管理等，而對于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的科學(xué)研究又需要靈活的實驗環(huán)境?；诖耍覀冊O(shè)計了基于B/S架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)實驗室教學(xué)輔助系統(tǒng)，提供以下的功能，可以很好地滿足實際需求：

①實驗設(shè)備管理。管理員可以對CMS、實驗設(shè)備的配置文件進(jìn)行管理，包括獲取實驗設(shè)備信息，獲取、查看、編輯、保存、恢復(fù)、比較實驗設(shè)備配置、設(shè)置實驗設(shè)備缺省配置等。②實驗方案管理。教師可以為每個網(wǎng)絡(luò)實驗定義所需的實驗設(shè)備、實驗設(shè)備間的邏輯組網(wǎng)情況、各實驗設(shè)備的初始配置，保存、加載、查看、編輯實驗方案內(nèi)容，并可以將實驗方案進(jìn)行分類，組成不同的實驗課程，便于管理和使用。③實驗課程管理。教師可以定義實驗課程所包含的實驗、所使用的實驗方案、實驗報告模板和實驗指導(dǎo)書等資料，并指定參與課程的學(xué)生。④實驗人員管理。教師可以導(dǎo)入學(xué)生信息、指定學(xué)生參與的實驗課程、學(xué)生提交的查看實驗報告、對實驗結(jié)果進(jìn)行評分。⑤實驗過程管理。學(xué)生在實驗過程中，可以隨時將實驗環(huán)境恢復(fù)到初始狀態(tài)。系統(tǒng)自動記錄實驗過程中學(xué)生輸入的命令及實驗設(shè)備反饋的結(jié)果，并將這部分內(nèi)容作為實驗報告的附件，防止學(xué)生間互相抄襲實驗報告。同時，教師還可以預(yù)定義所需屏蔽的命令，以達(dá)到所需的實驗結(jié)果。⑥并發(fā)控制?？刂茖W(xué)生對實驗設(shè)備的訪問，確保每臺實驗設(shè)備在同一時刻只能由一個用戶訪問，避免不可預(yù)料的實驗結(jié)果。⑦邏輯組網(wǎng)代替物理組網(wǎng)。系統(tǒng)部署之后，不需要再頻繁插拔網(wǎng)線和控制線，減少了設(shè)備端口的損耗。學(xué)生只需在圖形界面上拖動設(shè)備圖標(biāo)及連接線圖標(biāo)，即可組成可視的邏輯拓?fù)鋱D，然后進(jìn)行命令輸入。系統(tǒng)將自動識別所組成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并反饋與物理組網(wǎng)相同的操作結(jié)果。⑧遠(yuǎn)程進(jìn)行實驗。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時，只需有合法的用戶身份，即可使用瀏覽器隨時隨地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)實驗，突破了時空的限制，使網(wǎng)絡(luò)實驗更加人性化。

5 網(wǎng)絡(luò)實驗室的維護(hù)與管理

網(wǎng)絡(luò)實驗室教學(xué)輔助系統(tǒng)在原有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行了改造和升級，引入了額外的控制設(shè)備和服務(wù)器，其設(shè)備和功能的復(fù)雜性為網(wǎng)絡(luò)實驗室的維護(hù)與管理增加了難度。為此，我們采取實驗室管理與教學(xué)相結(jié)合的辦法，以實驗室管理保障教學(xué)、教學(xué)輔助實驗室管理的工作思路。實驗室管理員與任課教師、助教合作，助教負(fù)責(zé)在課前錄入和管理實驗課程信息、部署實驗內(nèi)容，課后恢復(fù)初始實驗環(huán)境；任課教師負(fù)責(zé)課中的教學(xué)輔導(dǎo)；實驗室管理員負(fù)責(zé)整個實驗室的安全和實驗設(shè)備的完好等工作。

為了有效預(yù)防病毒的破壞，系統(tǒng)中的軟件部分安裝在虛擬機(jī)上，無論服務(wù)器遇到任何問題，如機(jī)械故障、系統(tǒng)崩潰等，都可以方便快捷地使用備份文件快速恢復(fù)，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，保障實驗課的正常開展。同時在各實驗主機(jī)上安裝硬盤保護(hù)卡，指定的分區(qū)在重啟后可以自動恢復(fù)原始狀態(tài)。

6 結(jié)論

在實際部署和運(yùn)行之后，網(wǎng)絡(luò)實驗室教學(xué)輔助系統(tǒng)確實能夠提供所需的功能，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程訪問、邏輯組網(wǎng)、實驗方案重用，擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)實驗空間，提升了網(wǎng)絡(luò)實驗效率，改善了實驗室的管理。

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