网络实验室管理系统的设计分析|实验室信息化管理系统

　　摘要：网络实验室是当前各大高校针对计算机网络与通信课程所建立的基础实验实训室，但其使用过程中普遍存在设备管理难、参数配置难、操作控制难等问题，该文通过分析当前网络实验室管理中存在的问题，基于实际应用环境，通过模块化应用的分析方式，提出了层次化的网络实验室管理系统的设计思想和具体的实现方案。该文介绍了系统设计理念、功能结构及其系统优势。
　　关键词：网络实验室；管理系统；体系结构
　　中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)17-4030-03
　　随着信息时代的到来，网络经济对社会各方面的影响日渐加深，网络也已经成为人们生活中不可或缺的一个重要部分。随着网络影响力的日益深入，是否具备基本的网络知识和操作技能也成为衡量一名合格人才的标准。在这种应用需求的推动下，计算机网络原理作为计算机基础教育的一部分在全国各大高校中也开始逐步走向普及。
　　然而，网络原理作为计算机通信体系当中必不可缺的一个重要环节，在强调原理及其重要性的同时，还更加讲究应用，注重培养学生的实际网络操作能力。学生只有在理论与实践相结合的培训模式下，才能真正体会到网络应用的奥妙之处；学生只有通过大量的实验实训，才能熟练的掌握所学习的网络知识。网络实验室由此应孕而生，而如何对网络实验室进行管理成为一个热门话题，协助老师对网络实验室进行管理的软件也成为了一种教学需求。
　　1当前网络实验室管理中存在的难题
　　在对实验室进行管理的过程当中，存在以下难题：
　　1)实验设备权限如何管理：每个实验都会有多个学生，多台设备。每个学生都应该连接到各自的设备，如何让学生在开始进行实验的时候连接到自己相应的设备成为一个难题。
　　2)实验过程如何监控：在实验过程中，老师需要对学生的实验进行指导，当学生发生错误的时候，老师需要加以纠正。但老师的数量有限，如何能同时监控到不同学生的实验，成为一个不能忽视的难题。
　　3)实验设备如何初始化：实验结束后，实验设备的配置发生变化。在下次实验开始前，必须将所有设备恢复到实验开始前的初始化配置，由于设备数量多，配置命令多，给老师造成很大的工作负担。
　　4)实验结果如何获取：实验结束后，老师需要获取学生的实验结果，如何获取学生的实验结果，也是目前的一大问题。
　　5)如何对学生评分：实验完成后，对学生的实验的评分除了应该参考实验结果外，还应该参考学生的操作过程，在老师资源有限的情况下如何准确的比对每个学生的操作过程，也是困扰老师的一大难题。
　　2 HyperLab网络实验室管理系统的体系结构
　　针对网络实验室实验过程中存在的难题，根据网络实验室的特点，基于联想天工网络实验室和联想HyperLab技术，开发出了一种适合高校网络实验室应用的管理软件。
　　2.1网络结构
　　联想天工网络实验室的网络结构如图1所示。
　　2.2功能模块与系统结构
　　HyperLab系统分为3个子系统：实验操作平台，实验室管理模块和学生管理模块，系统结构如图2所示：
　　图2系统结构图
　　实验室操作平台采用客户端软件方式实现，软件集成telnet客户端，可轻松实现串口仿真、实验过程实时上传等功能。
　　实验管理和学生管理模块则采用Web方式，轻量级的部署方式使教师进行管理时十分简单。MVS设计模式，采用Struts技术分离业务与界面，保持了业务层的独立性，低耦合性也使系统出现BUG的可能性降到最低。
　　模块结构上采用三层模式，顶端的业务实现层以Web方式向教师提供管理界面，实现业务管理逻辑，向下调用中间的数据访问层；数据访问层封装了数据存取接口，使业务与数据分离，从而提高部署的灵活性，升级数据访问层即可兼容多种数据存储方式；数据存储层保存系统的所有数据。其逻辑层次结构如图3所示。
　　图3逻辑层次结构图
　　2.3工作流程
　　每个实验台由一台支持反向telnet技术的LCP设备和若干实验设备组成，实验设备通过串口线连接到LCP设备上，LCP设备则连接到实验室网络中。老师通过Web方式登录HyperLab服务器进行定制实验，确定实验人员，制定组实验任务和个人实验任务。学生通过HyperLab客户端软件登录，服务器分发权限到每个学生，学生的实验过程实时传送到服务器，教师则可通过服务器随时查看实验情况，当实验完成后，老师通过Web方式登录HyperLab服务器进行评分，学生资料及实验得分则可与校园网的其他信息系统进行对接，以达到统一管理的目的。老师最后通过Web方式恢复设备初始配置，开始准备下一次实验。
　　3功能模块介绍
　　3.1实验操作平台
　　学生实验操作平台提供登录界面供学生登录，将学生提供的用户名提交给服务器，服务器根据老师设置的实验内容，实验组内容和个人实验内容分配相应的权限给学生。学生得到权限后，可通过具有完全串口仿真功能的Telnet客户端进行操作，在实验过程当中，将学生的每一步操作步骤，实时的传送到服务器，以便老师进行监控和评分。
　　为了解决学生操作设备的流畅性与老师实时查看实验过程之间的矛盾，实验操作平台采用了多线程和共享内存技术，设备操作线程在执行命令的同时把实验过程保存在共享内存中，数据传输线程则轮询该内存并传送至服务器。
　　3.2实验室管理模块
　　实验室管理模块实现对实验台、实验设备和实验方案的管理功能。
　　1)实验开始前：老师通过Web登录到HyperLab服务器进行实验定制，确定实验人员，制定组实验任务和个人实验任务的工作。如下图所示，实验开始前处于深色标识的初始状态，等实验开始后，将会沿箭头指示的状态转换到监控状态。如图4状态转换流程图一。
　　2)实验进行的过程中，老师通过Web方式访问HyperLab服务器，可实时监控各台设备的运行状态以及学生的操作步骤。如下图所示，实验开始前处于深色标识的监控状态，等实验结束后，将会沿箭头指示的状态转换到结束状态。如图5状态转换流程图二。
　　图5状态转换流程图二
　　3)实验结束后，老师通过Web方式参看学生具体的操作步骤，将学生的操作步骤与正确的进行比较，给学生一个客观，公正，准确的评分。然后通过Web方式在设备列表中选择要恢复原始配置的设备，系统自动恢复该设备初始配置。如下图所示，实验开始前处于深色标识的结束状态，等老师清除设备配置后，将会沿箭头指示的状态回到初始状态，等待下一次实验的开始。如图6状态转换流程图三。
　　通过上述三次状态转换，完成一次实验，实现一次循环。
　　3.3学生管理模块
　　学生管理模块实现对学生资料、实验结果的管理，对于实验过程的管理和实验结果点评、指导起到了很好的辅助作用。
　　本模块也作为系统的对外接口，可以与校园网中的学生资料管理模块对接，统一学生资料和分数表，也可以与校园网认证系统对接，统一登录密码。
　　4 HyperLab网络实验室管理系统的特点
　　HyperLab网络实验室管理系统的特点具有以下特点：
　　1)权限管理：老师通过Web界面定制实验，确定实验人员，制定组实验任务和个人实验任务。学生通过HyperLab客户端软件登录，客户端软件根据老师设定权限要求，显示出可供该学生连接的设备，无权限的设备无法连接。
　　2)实验过程实时监控：学生通过HyperLab客户端软件进行设备配置，配置过程中的学生所有的操作步骤老师都可以通过自己的电脑进行实时的监控。
　　3)轻松初始化设备：老师通过HyperLab，只需在设备列表中选择所要初始化的设备，实验室管理软件会自动初始化选中的设备。大大减轻老师的工作量。
　　4)自动上传实验结果：学生通过HyperLab客户端软件进行设备配置，配置过程中的学生所有的操作步骤都会自动上传，为老师评分提供依据。
　　5)对比分析实验结果：HyperLab将学生的操作与正确的操作进行对比，评分的老师能够一目了然的看到两者之间的差异，使老师能够准确，快速的进行评分。
　　HyperLab网络实验室管理系统可协助网络实验室老师对实验室进行管理与维护，对学生的实验操作进行设置于指导，大大减少老师对网络实验室设备的管理以及在分配学生权限管理上耗费的时间，减轻老师的重复性工作量，使老师能将主要时间精力投入到对学生的指导当中。由此为社会培养更多的网络人才。
　　HyperLab网络实验室管理系统还能为学生进行大量的网络实验提供平台，使学生通过理论与实践相结合的培训，在实验室老师的指导下，真正体会网络中的奥妙和应用操作，成为具有丰富网络知识和熟练操作技能的应用型人才。
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