遠程實驗室是計算機遠程教學的重要組成部分，也是我國發展遠程教育的一個重要內容。 目前，隨著我國遠程教育工程的啟動，開發建設遠程虛擬實驗室已在各大院校蓬勃發展起來。結合現代教學方法，採用先進的計算機網路技術、通信技術和多媒體技術，實現遠程教學和遠程實驗, 就可以通過網路上的任何一台工作站不受時間、地點的限制來進行實驗的教學和模擬。這樣，不僅可以大大提高教學質量和教學水平，而且可以實現有限資源的共享，從而促進教學和科研的發展。
基本介紹
- 中文名：遠程實驗室
- 外文名：remote laboratory
- 技術：計算機網路、通信和多媒體技術
- 工具：計算機
- 意義：實現有限資源的共享
- 領域：計算機、教育學等
基本概況,組建類型,
基本概況
數據採集、儀器控制、過程控制和自動測試是實驗室研究和工業自動化領域工作的關鍵環節。在20世紀80年代初個人計算機出現之前，實驗室都採用性價比較低、功能單一的儀器控制器來控制測試系統，耗費大量的人力和財力。近年來，隨著計算機科學和微電子技術以及網路技術的迅速發展和普及，基於計箅機技術所形成的虛擬儀器（Virtual instrument，VI），技術也由此誕生。虛擬儀器技術不僅被廣泛套用在科學研究領域，而且使得新型遠程教育模式的實現成為可能。隨著我國高等教育體制的深化改革以及招生規模不斷的擴大，學生規模急劇膨脹的普通高等院校普遍陷入了實驗教學的困境。而對於理工科專業，實驗對於培養學生的實際操作能力和解決問題的能力至關重要。遠程虛擬實驗室是一個無牆的中心，通過計算機網路系統，學生將不受時空的限制，隨時隨地與同學協作，共享儀器設備，共享數據和計算資源，得到老師的遠程指導。因此，建立基於網際網路技術和虛擬儀器技術的虛擬實驗室成為緩解這些困境的良好途徑，它在提高教學驗水平、實現教育資源共享和節約投資等方面具有重要意義。
組建類型
遠程虛擬實驗室的組建可以分為硬體 (網路架構) , 通信協定及軟體。
網路架構及通信協定
實驗室建設中，為了達到網上教學及網上實驗的目的，構建兩套網路：實時網和乙太網。伺服器是數據存儲中心, 通過網路連線四個綜合實驗平台及實驗室內部教學網，並且通過校園網與 Internet相連。各綜合實驗平台都是以計算機為核心組成的綜合實驗網。內部教學實驗網、校園網、Internet 網上的各客戶端可隨時訪問伺服器中的教學資源或進行遠程實驗。實驗室主幹網採用 TCP/IP 和HTTP協定，各綜合實驗平台以計算機為中心，通過通信控制器以慣用且可靠的RS/232 協定進行通信。採用 RS 485、EPP、GPIB 等多種接口，並通過匯流排接口控制器與計算機進行連線。
軟體解決方案
軟體可分為五個部分：網路作業系統、後台資料庫、Web伺服器、資料庫維護訪問工具以及教學實驗課件、 虛擬儀器開發工具。
1.網路作業系統
目前使用較多的有 Novell、Windows NT、Unix等，Novell網路有局限性，Unix 網路大都套用在中、小型機上, 因此在微機中選擇Windows NT 較為合適。Windows NT具有如下特點：
①多任務支持。Windows NT伺服器可以作為專用伺服器，也可以作為非專用伺服器，當作非專用伺服器時，網路服務在後台進行，用戶可以同時在伺服器進行前台操作完成其任務；
②多協定支持。Windows NT本身採用NET-BEUT協定，同時並行支持TCP/IP，SPX/IPX等通信協定，這使得Windows NT具有很高的異種網路通信的效率；
③多檔案格式支持。Windows NT支持DOS，OS/2，POSIX等檔案格式，可以把在上述系統上運行的程式與數據方便地移植到Windows NT上來；
④多功能組合。Windows NT除了具有一般網路作業系統的功能外，還具有遠程服務、ISDN、x. 25 以及郵件服務系統等多功能組合。
⑤域伺服器。Windows NT域是Windows NT網路作業系統的一個很重要的特點，它是將多個Windows NT伺服器在邏輯上定義為一個互相協調工作為工作站服務的“域伺服器”。 工作站用戶可以透明地訪問該域伺服器, 從而擴大了Windows NT網路的規模，增大了工作站的數量，提高了網路整體性能。
①多任務支持。Windows NT伺服器可以作為專用伺服器，也可以作為非專用伺服器，當作非專用伺服器時，網路服務在後台進行，用戶可以同時在伺服器進行前台操作完成其任務；
②多協定支持。Windows NT本身採用NET-BEUT協定，同時並行支持TCP/IP，SPX/IPX等通信協定，這使得Windows NT具有很高的異種網路通信的效率；
③多檔案格式支持。Windows NT支持DOS，OS/2，POSIX等檔案格式，可以把在上述系統上運行的程式與數據方便地移植到Windows NT上來；
④多功能組合。Windows NT除了具有一般網路作業系統的功能外，還具有遠程服務、ISDN、x. 25 以及郵件服務系統等多功能組合。
⑤域伺服器。Windows NT域是Windows NT網路作業系統的一個很重要的特點，它是將多個Windows NT伺服器在邏輯上定義為一個互相協調工作為工作站服務的“域伺服器”。 工作站用戶可以透明地訪問該域伺服器, 從而擴大了Windows NT網路的規模，增大了工作站的數量，提高了網路整體性能。
2.後台資料庫軟體
目前, 使用較多的有Oracle，Sybase SQL Server，Microsoft SQL Server。其中Oracle，Sybase SQL
Server 作為大型資料庫軟體，在遠程實驗室建設中，考慮要維護的信息量較少並且信息更新頻率不高，所以選擇Microsoft SQL Server 為佳。Microft SQL Server是用於分散式 Clien/Server計算的功能強、性能好的關係資料庫管理系統，是新型多執行緒、並行式數據設計，能滿足有關可靠性、數據完整性和安全性的要求。主要特點如下：
①與Microsoft Backoffice 集成。
②集成Windows NT Event Viewer。
③與Internet的集成。
④集中的資料庫管理。
⑤數據可用性、可靠性和容錯能力。鏡象的資料庫設備提供在設備失效時自動恢復錯誤，同時，把錯誤限制在一個用戶執行緒里；RAID5帶校驗的磁碟Striping，提高了性能、可靠性和容錯能力。
⑥更可靠的安全策略。SQL Server 與Windows NT中的安全系統集成，這就允許使用一個用戶名和口令訪問 SQL Server 與Windows NT。SQL Server還使用Window NT加密特性獲得網路的安全，並且為非Microsoft 客戶提供了它自己的安全策略。 同時，通過加密網路數據流提高網路間的數據安全性，加密存儲過程保護基於伺服器的過程化應用程式編碼的完整性和安全性。
Server 作為大型資料庫軟體，在遠程實驗室建設中，考慮要維護的信息量較少並且信息更新頻率不高，所以選擇Microsoft SQL Server 為佳。Microft SQL Server是用於分散式 Clien/Server計算的功能強、性能好的關係資料庫管理系統，是新型多執行緒、並行式數據設計，能滿足有關可靠性、數據完整性和安全性的要求。主要特點如下：
①與Microsoft Backoffice 集成。
②集成Windows NT Event Viewer。
③與Internet的集成。
④集中的資料庫管理。
⑤數據可用性、可靠性和容錯能力。鏡象的資料庫設備提供在設備失效時自動恢復錯誤，同時，把錯誤限制在一個用戶執行緒里；RAID5帶校驗的磁碟Striping，提高了性能、可靠性和容錯能力。
⑥更可靠的安全策略。SQL Server 與Windows NT中的安全系統集成，這就允許使用一個用戶名和口令訪問 SQL Server 與Windows NT。SQL Server還使用Window NT加密特性獲得網路的安全，並且為非Microsoft 客戶提供了它自己的安全策略。 同時，通過加密網路數據流提高網路間的數據安全性，加密存儲過程保護基於伺服器的過程化應用程式編碼的完整性和安全性。
3.Web信息伺服器軟體
Internet，Information Server (IIS)是微軟公司推出的Web伺服器，它是當今Windows NT 平台上執行效率最佳的Web伺服器之一，其最大的特點就是支持Microsoft 動態伺服器頁面 (Active Server Page，縮寫為ASP) 以及ActiveX 數據對象 (ActiveX Data Ob2ject)。採用 IIS的 4.0 版本，具有高性能、高集成、擴展性、 廣泛性、 可管理性、 易用性以及與NT無縫集成等特點。
①高性能。具有快速、高回響性，並且占用的系統資源很少；
②高集成。IIS與Windows NT Server 作業系統緊密集成，從而使 IIS易於安裝、管理和配置；
③擴展性。IIS支持Internet 伺服器應用程式接口。IIS通過Internet 擴展 (Extensions) 支持HTTP和FTP協定，並提供集中維護界面來簡化 Internet 應用程式的使用。IIS支持多用途Internet 郵件擴展，為Internet 應用程式的訪問提供一個簡單的註冊項；
④廣泛性。IIS通過支持ASP，可迅速開發出動態的、互動的Web應用程式。IIS對使用VBScript、JavaScript Java、Visual Basic、Visual C++，以及CGI等開發應用程式都提供了支持。同時，IIS提供了IDC、ISAPI的編程環境，可以根據需要開發出功能強大的應用程式；
⑤可管理性。在IIS中，不但提供了專門的管理軟體，而且系統管理員可以通過Web瀏覽器軟體進行網上管理、管理員可以同時管理網上的多個主機。IIS 的日誌可以自動記錄到一個資料庫中, 以供管理員進行站點分析與維護。
⑥易用性。IIS很容易安裝和使用。當安裝Windows NT伺服器時，安裝程式將自動地安裝IIS。
Internet，Information Server (IIS)是微軟公司推出的Web伺服器，它是當今Windows NT 平台上執行效率最佳的Web伺服器之一，其最大的特點就是支持Microsoft 動態伺服器頁面 (Active Server Page，縮寫為ASP) 以及ActiveX 數據對象 (ActiveX Data Ob2ject)。採用 IIS的 4.0 版本，具有高性能、高集成、擴展性、 廣泛性、 可管理性、 易用性以及與NT無縫集成等特點。
①高性能。具有快速、高回響性，並且占用的系統資源很少；
②高集成。IIS與Windows NT Server 作業系統緊密集成，從而使 IIS易於安裝、管理和配置；
③擴展性。IIS支持Internet 伺服器應用程式接口。IIS通過Internet 擴展 (Extensions) 支持HTTP和FTP協定，並提供集中維護界面來簡化 Internet 應用程式的使用。IIS支持多用途Internet 郵件擴展，為Internet 應用程式的訪問提供一個簡單的註冊項；
④廣泛性。IIS通過支持ASP，可迅速開發出動態的、互動的Web應用程式。IIS對使用VBScript、JavaScript Java、Visual Basic、Visual C++，以及CGI等開發應用程式都提供了支持。同時，IIS提供了IDC、ISAPI的編程環境，可以根據需要開發出功能強大的應用程式；
⑤可管理性。在IIS中，不但提供了專門的管理軟體，而且系統管理員可以通過Web瀏覽器軟體進行網上管理、管理員可以同時管理網上的多個主機。IIS 的日誌可以自動記錄到一個資料庫中, 以供管理員進行站點分析與維護。
⑥易用性。IIS很容易安裝和使用。當安裝Windows NT伺服器時，安裝程式將自動地安裝IIS。
4.資料庫維護訪問工具以及教學實驗課件
作為資料庫訪問工具, 目前較為流行的有 PowerBuilder，Visual Basic，Visual C++，ASP(Active Server Page) 等。
作為資料庫訪問工具, 目前較為流行的有 PowerBuilder，Visual Basic，Visual C++，ASP(Active Server Page) 等。
Power builder是一個功能強大的資料庫前端開發工具。此工具開發效率高、成本低；面向對象的開發工具，代碼的可重用性好，開發的軟體易於維護；客戶伺服器計算模式的前端工具，支持多種資料庫接口；提供了豐富的對象、控制項和函式，為開發人員提供強大的開發環境。Power builder是用於開發實驗室資料庫信息維護系統的理想工具。
ASP是伺服器端的腳本編寫環境，是微軟公司的新一代開發動態網頁的技術，可用它來創建動態Web頁或生成功能強大的Web應用程式。ASP作為遠端客戶訪問資料庫的工具，從軟體的技術層看，具有如下的特點：
①無須編譯，ASP腳本集成於HTML當中，容易生成，無須編譯或連結即可直接解釋執行。
②使用常規文本編輯器(如Windows下的記事本) 即可進行3.asp頁面的設計。選用具有可視化編輯能力的Visual InterDev，則可以大大提高程式的開發效率。
③獨立於瀏覽器，用戶端只要使用可解釋常規HTML碼的瀏覽器，即可瀏覽ASP所設計的主頁內容。ASP腳本是在站點伺服器端執行的，用戶端的瀏覽器不需要支持它。因此，若不通過從伺服器下載來觀察3.asp主頁，在瀏覽器端是見不到正確的頁面內容的。
④面向對象，在ASP腳本中可以方便地引用系統組件和 ASP的內置組件，還能夠通過定製Activex Server Component (Active X伺服器組件) 來擴充功能。與任何ActiveX scripting語言兼容。除了可使用VB Script或 JavaScript語言進行設計外，還可通過Plugin的方式，用由第三方所提供的 scripting 語言。
⑤源程式碼不會外漏，ASP腳本在伺服器上執行，傳到用戶瀏覽器的只是ASP執行結果所生成的標準HTM L 代碼，這樣就可以保密源程式代碼。
⑥擴充功能的能力強，通過使用Visual Basic、Ja2va、Visual C++等多種程式語言製作ActiveX Server
Component以滿足自己的特殊需要。
⑦ADO (ActiveX Data Objects) 是一組最佳化的訪問資料庫專用對象集，為ASP提供完整的站點資料庫訪問解決方案，它可與ASP結合，作用在伺服器端。以提供含有資料庫信息的主頁內容。
①無須編譯，ASP腳本集成於HTML當中，容易生成，無須編譯或連結即可直接解釋執行。
②使用常規文本編輯器(如Windows下的記事本) 即可進行3.asp頁面的設計。選用具有可視化編輯能力的Visual InterDev，則可以大大提高程式的開發效率。
③獨立於瀏覽器，用戶端只要使用可解釋常規HTML碼的瀏覽器，即可瀏覽ASP所設計的主頁內容。ASP腳本是在站點伺服器端執行的，用戶端的瀏覽器不需要支持它。因此，若不通過從伺服器下載來觀察3.asp主頁，在瀏覽器端是見不到正確的頁面內容的。
④面向對象，在ASP腳本中可以方便地引用系統組件和 ASP的內置組件，還能夠通過定製Activex Server Component (Active X伺服器組件) 來擴充功能。與任何ActiveX scripting語言兼容。除了可使用VB Script或 JavaScript語言進行設計外，還可通過Plugin的方式，用由第三方所提供的 scripting 語言。
⑤源程式碼不會外漏，ASP腳本在伺服器上執行，傳到用戶瀏覽器的只是ASP執行結果所生成的標準HTM L 代碼，這樣就可以保密源程式代碼。
⑥擴充功能的能力強，通過使用Visual Basic、Ja2va、Visual C++等多種程式語言製作ActiveX Server
Component以滿足自己的特殊需要。
⑦ADO (ActiveX Data Objects) 是一組最佳化的訪問資料庫專用對象集，為ASP提供完整的站點資料庫訪問解決方案，它可與ASP結合，作用在伺服器端。以提供含有資料庫信息的主頁內容。
5.教學實驗課件、 虛擬儀器的開發與發布
由Macromedia公司推出的多媒體軟體集成開發工具Authrware，是開發多媒體課件的理想工具。Authorware 是一個可視化的設計平台。一個多媒體設計程式的邏輯結構可以通過主流線及支流線以設計按鈕圖示的方式在設計平台上反映出來，其邏輯結構清晰，便於組織和開發，這使得不具有高水平編程能力的用戶能夠創作出一些高水平的多媒體套用軟體產品。同時，通過Macromedia公司發布的WebPlayer 外掛程式，可以將開發的多媒體課件在網路上進行發布，從而方便地實現網上教學。除此之外Authorware5.0，還有如下功能：
①13 個設計按鈕圖示提供了全面創作互動式應用程式的能力；
②提供了直接在螢幕上編輯對象的功能；
③具有強大的圖片處理功能；
④具有動畫的創作功能；
⑤文字對象的全字處理能力；
⑥提供了創建 11 種互動回響的能力；
⑦利用結構化的觀點設計互動式應用程式，使整個程式的組織有主流線、支流線；
⑧提供了模式功能，即創建一種模式後就可以在創建其他互動式應用程式時使用，避免重複勞動。
①13 個設計按鈕圖示提供了全面創作互動式應用程式的能力；
②提供了直接在螢幕上編輯對象的功能；
③具有強大的圖片處理功能；
④具有動畫的創作功能；
⑤文字對象的全字處理能力；
⑥提供了創建 11 種互動回響的能力；
⑦利用結構化的觀點設計互動式應用程式，使整個程式的組織有主流線、支流線；
⑧提供了模式功能，即創建一種模式後就可以在創建其他互動式應用程式時使用，避免重複勞動。
