【正文】 新加坡國立大學建立的網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室 【 4】 ,利用了 JavaAPplet 來控制遠程硬件實驗設(shè)備。 淮 陰 工 學 院 公選課結(jié)課 論文 作 者 : 學 號： 學 院 : 經(jīng)濟管理學院 專 業(yè) : 信息管理與信息系統(tǒng) 題 目 : 基于 Java 與 MATLAB 集成的數(shù)字通信 原理虛擬實驗平臺的設(shè)計與實現(xiàn) 20xx 年 11 月 2 1 緒論 研究背景 1989 年 ,美國 Virginia 大學的鉆 ilialnwulf 教授提出了“虛擬實驗室” 【 1】 的概念也稱為“合作實驗室 (cof 一 Laboratory)” ,它用來描述一個計算機網(wǎng)絡(luò)化的虛擬實驗環(huán)境。 課題的研究現(xiàn)狀 國內(nèi)外有很多組織都已經(jīng)開展了虛擬實驗系統(tǒng)的研究和建設(shè)工 作 ,特別是在一些著名的大學和虛擬實驗室中 ,已經(jīng)建好并投入使用的虛擬實驗系統(tǒng)也不少。 虛擬實驗平臺中基于 Java 與 MATLAB 集成開發(fā)的提出 由于虛擬實驗平臺上組件開發(fā)存在一些難點 ,開發(fā)人員嘗試用集成方式來克服上述 問題。對于 COM 客戶來說 ,使用組件功能只能通過調(diào)用組件的接口 函數(shù)完成。該課程的實驗對學生理解和掌握一些理論知識有著指導(dǎo)意義。 (4)具有豐富的虛擬實驗設(shè)備?？蛻舳诵枰_發(fā)用戶實驗操作界面和虛擬實驗設(shè)備 ,遠程用戶可以在用戶操作界面中選擇實驗組件 ,根據(jù)真實實驗定制實驗流程 ,然后點擊運行按鈕 ,執(zhí)行后得到實驗結(jié)果。在該平臺上 ,我們采用 進行相關(guān)的組件、屬性文件等發(fā)布的服務(wù)。 圖 31Java 與 MATLAB 間的通信機制 通過這樣一種方式實現(xiàn)了 Java 和 MATLAB 中異構(gòu)對象的通信 ,他們之間的通信實際是要完成二者間參數(shù)的傳遞。為每個請求創(chuàng)建新線程的服務(wù)器在創(chuàng)建和銷毀線程上花費的時間和消耗的系統(tǒng)資源要比花在處理實際的用戶請求的時間和資源 更多。ResultPane 類主要完成設(shè)備的啟動、執(zhí)行、停止和結(jié)果的顯示等。這樣 ,在顯示時可以看到信號的動態(tài)推進過程。這兩種方式實現(xiàn)的實質(zhì)都在 Thread 類的構(gòu)造函數(shù)的使用。 Java 與 MATLAB 這樣一個異構(gòu)軟件的通信接口分析 ,可以嘗試將 Java 與其他軟件進行集成 ,開發(fā)通用性接口 ,這是以后可以探索的地方。首先 ,Java 環(huán)境本身就是多線程的 ,如它可以利用系統(tǒng)的空閑時間來執(zhí)行諸如必要的垃圾清除和一般性的系統(tǒng)維護等操作 。 實驗的最后顯示都由顯示組件來完成 ,根據(jù)不同實驗的顯示要求需要開發(fā)不同的顯示組件 ,他們在處理的方法上基本一致。在 Mainwindow 中我們裝載了實驗設(shè)計窗口、實驗結(jié)果窗口、工具欄和菜單欄 。不管請求如何到達 ,服務(wù)器應(yīng)用程序中經(jīng) 常出現(xiàn)的情況是 :單個任務(wù)處理的時間很短而請求的數(shù)目卻是巨大的。它可成為聯(lián)邦 JNI 系統(tǒng)組成的一部分 ,為聯(lián)邦的其它成員提供功能。第二種方式是使用 WebStart 技術(shù)進入虛擬實驗室 ,采用 webstart 斌技術(shù)會自動安裝相應(yīng)的 JDK 運行環(huán)境。由于服務(wù)器方偵聽的請求有著多且并發(fā)的特點 ,因此 ,服務(wù)器方在處理這些請求時需要有一個良好的后臺調(diào)度機制來服務(wù)這些請求。因此 ,我們在開發(fā)的過程中 ,需要考慮實驗平臺的多功能性、分布式訪問等要求 ,為用戶提供一個友好交互的實驗平臺。 現(xiàn)在已有一個叫做 JMatLinkIZ39。其中 ,COM 核心定義了軟件組件的對象與客戶通過接口進行交互通信的規(guī)格說明 。該實驗室以組件的方式提供具體的儀器設(shè)備 ,用戶可視化地定制自己的實驗流程。 (3)虛擬實驗室可降低經(jīng)費成本 ,提高教學科研效益。所謂虛擬實驗室就是以計算機網(wǎng)絡(luò)為核心 ,將虛擬儀器通過網(wǎng)絡(luò)連接起來 ,以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析、遠程操作的一個系統(tǒng)。該實驗室是一個有關(guān)控制工程的學習系統(tǒng) ,它通過直觀的三維實驗場景視覺效果 ,依賴各虛擬實驗設(shè)備的仿真特性 ,實現(xiàn)對虛擬實 驗的交互式操作 [6]。雖然利用 CORBA 技術(shù)可以實現(xiàn)應(yīng)用程序之間的相互操作 ,MATLAB 語言是解釋性語言 ,Java 是編譯性質(zhì)的語言 ,不能利用 IDL 實現(xiàn) Java 與MATLAB 之間的通信。目前的 JNI 設(shè)計只能用來和 C 或 C++所寫的原生函數(shù) (nativemethods)相連接 ,MATLAB 提供了 C/C++語言的接口函數(shù) ,這恰好可以滿足調(diào)用的需求。 ,真實條件下的實驗環(huán)境受人員、場地、時空和設(shè)備等的限制 ,它們成為了教學實驗的瓶頸。 ,將開發(fā)的實驗室應(yīng)該盡量逼真的實現(xiàn)物理設(shè)備的功能 ,包括實驗的步驟、實驗要求、實驗的結(jié)果等 ,都要能嚴格按照教學的要求 ,同時也要能起到實驗教學的目的 ,為課程的教學起一個推動作用。 下面針對這兩個部分具體介紹系統(tǒng)運行環(huán)境。 的內(nèi)部機制 為了實現(xiàn) Java與 MATLAB的通信 ,JMatLink主要應(yīng)用了 JNI技術(shù) ,因為相比較來看JNI 方便快捷、穩(wěn)定可靠 ,并能實現(xiàn)實時通信。為了能很好的完成該模塊的功能 ,首先采用 swing技術(shù)開發(fā)了服務(wù)管理界面 ,如圖 33所示 ,該界面為操作人員的圖形化窗口 ,方便其使用。其好處是 ,因為在請求到達時線程已經(jīng)存在 ,所以無意中也消除了線程創(chuàng)建所帶來的延遲。最后 ,所產(chǎn)生的信號應(yīng)該要精確 ,達到實驗要求。 通過使用 Bean 組件技術(shù) ,用戶可以動態(tài)地選擇實驗和創(chuàng)建設(shè)備、設(shè)置實驗和設(shè)備的屬性參數(shù)值 ,而系統(tǒng)中各種事件響應(yīng)以及通信方法可用于組件間的數(shù)據(jù)交互和通信。本地方法以庫文件的形式存放 ,在 Windows 平臺上是 DLL 文件形式 ,在 Unix/Linux 平臺上是so 文件形式。 4 結(jié)束語 由于時間和人員等條件的限制 ,論文提出的基于 Java 與 MATLAB 集成的數(shù)字通信原理虛擬實驗平臺雖然已經(jīng)按照計劃完成了一些基本功能 ,但是還有很多方面的工作有待改善 ,為了更好地滿足計算機遠程實驗教學的要求 ,使用戶更深刻地理解和掌握數(shù)字通信原理 ,虛擬實驗室還有一些后續(xù)的工作可以進行 ,現(xiàn)在列舉如下。 XML 則是為了克服 HTML存在的局限性而設(shè)計的一種用來表達結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的通用語法 ,是一種允許用戶對自己的標記語言進行定義的元語言。在方法體中 ,用 for循環(huán)來動態(tài)產(chǎn)生一個預(yù)先固定長度 dataNum的數(shù)組 ,在實驗組件中 dataNum的值為 36,將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)存在 result 的定長數(shù)組中。而且 ,通過適當?shù)卣{(diào)整線程池中的線程數(shù) 11 目 ,也就是當請求的數(shù)目超過某個閡值時 ,就強制其它任何新到的請求一直等待 ,直到獲得一個線程來處理為止 ,從而可以防止資源不足。 (2)當后臺運行接受到用戶請求