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多信息和通信方式虚拟通信系统研究

时间:2018-04-11 22:03:18  来源:互联网整理  作者:匿名  TAG:

  [摘 要]近年来,国内外对于虚拟通信网络的研究应用步伐加快,人们在信息网络时代下,随着生活质量的提高,已不满足于传统的信息通信交流方式,通过多信息以及虚拟化的通信系统建立,实现了多方位数据采集管理,通过虚拟通信实验室建立,能够良好的监理远程操作点。这对于用户自主性运用及资源共享都是有益无害的,同样也是传统实验室通信系统无法与之比拟的。因此本文主要就多信息和通信方式虚拟通信系统进行分析研究,并提出一些虚拟实验室设计方案,以供参考。

  [关键词]多信息和通信方式; 通信子系统; 虚拟设计;

  1 多信息通信子系统信息类型与通信方式设计

  1.1.系统的信息类型设计

  对于虚拟通信系统的设计,在实验室中需要存在大量的客户端与服务端之间的信息交互。此类信息种类繁多,对于网络通信的要求各不相同,部分要求高可靠性及顺序性,而另一部分可能更注重于实时性。

  (1)数据文本信息

  主要指用户所发送的实验数据和服务器处理后的实验数据。在本系统中,客户端将用户的操作及实验数据以文本文件的形式传送给应用服务器,服务器进行处理后,也是以文本文件的形式将处理结果传回客户端。由于该数据量不是很大,所以通常用TCP形式实现。

  数据文本

  (2)白板信息

  白板可以使每一个实验成员利用图形、文字等协同合作一个实验。传送的白板数据是对绘图对象的操作,其先后相关性体现在各个绘图对象的属性变化上,任何数据的传输速度如果过慢的话,将体现不出协同和合作的特性,因此必须保证传送的实时性,通常以UDP的形式实现。

  (3)音频、视频信息

  这两种信息对于传输的实时性要求较高,对可靠性要求较低,因此通常以UDP的形式实现。但是为了提高可靠性,要在UDP的基础上加上质量保证控制机制。

  (4)文字信息

  文字信息提供以文字形式交流的手段,多个用户进行实验时,可以互相进行简单的文字交流,在虚拟实验室当中,文字信息数据量小,以TCP形式实现。控制信息:控制信息是实现协同和管理的根本保证,必须以可靠的形式传输。由于其数据量很小,所以通常以TCP形式实现。

  1.2 系统的通信方式设计

  在虚拟实验室当中,服务器和客户端在通信中要求能够实现单播、组播和广播。单播是将数据从一个发送点传输到一个接收点,是點到点的通信方式。广播是将数据发送给网络中的所有节点,是点到所有节点的通信方式。组播是介于单播与广播之间的一种点到点的通信方式,它是将数据从一个节点发送给特定“组”内的所有节点。

  (1)单播通信方式

  单播通信,就是一个用户在同一时间只能与另一用户进行通信。其拓扑结构如图1所示。当用户1向用户3发送信息时,用户在信息包中声明需要服务器提供点对点通信方式,同时在信息包中必须提供用户3的IP地址。这样服务器就为双方建立了通信连接,信息就可以在两个用户之间传递,而网上其他用户是无法得知信息内容的。图中虚线表明信息的流动方向。单独完成某个实验时,不需要和其他人合作完成,每个人各自完成自己所选的实验,而互不干扰。因此,在这种情况下,采用单播的通信方式。

  (2)广播方式

  广播方式就是,一个用户发出的信息包,被发往网上所有用户。在本系统中,服务器需要向所有的客户端发出一些简单的消息,在这样的情况下,使用广播方式可以减轻服务器的负载,提高系统的效率。

  (3)通信子系统的框架设计

  根据虚拟教学实验室系统的不同要求,为了屏蔽底层通信方式的差异,提供具有特定服务质量的通信服务。通过以上对多种信息类型和多种通信方式的分析,设计了一个系统,称为通信子系统,它提供对单播、组播和广播的支持,并且能够完成系统客户端和服务器端之间的通信。 由于在本系统中,虚拟实验模块所产生的数据无论是用户的注册/登录信息还是实验据信息,都是文本数据,都采用TCP来实现。在协同实验当中,白板模块所产生的信息有可能是文字信息,也有可能是图像信息,在本文中我们采用UDP的形式来实现。控制信息和文字信息都是以TCP来实现的。

  2 虚拟实验室通信子系统的功能实现

  2.1 信息处理模块

  (1)发送信息拷贝到信息缓存区,从而允许发送进程继续运行。

  (2)当信息发送成功后中断发送进程,以便告之它可以继续使用发送缓冲区,这种方法不需要信息的拷贝,从而节省时间。但用户级的中断会使程序变得较复杂,并会引入竞争条件,使得程序的执行不具有可重复性。

  在一般情况下,第一种选择是最好的,容易理解而且实现起来也最简单,不需要另外的缓冲区,可以很快地发送信息。另外,如果对于某些应用必须将处理和信息传输并行操作,那么,第二种是最好的。

  2.2 系统管理模块

  在虚拟教学实验室系统中,由于存在多个客户同时访问服务器的可能性,如果有多个用户同时访问服务器端,那么就会出现多个线程,那么就必须对这些线程进行统一的管理,要为所有的用户维护接收和发送线程,还必须对这些用户的线程进行调度,使这些线程按照一定的策略运行,维护着系统的运行。服务端还必须有一个主控线程负责对用户列表进行初始化,建立各个通信中需要用到的套接字,创建控制线程、白板转发线程:负责监听来自客户端的建立控制连接或白板连接的请求,有请求到来时建立通信连接。

  2.3 应用接口

  应用接口实现通信子系统与应用层程序的交互。它包括两方面内容,一是应用程序的编写应遵循通信子系统所规定的标准;二是应用程序可以通过通信子系统提供的应用程序接口使用通信子系统。应用通信子系统构建虚拟教学实验室系统的目的是为了满足系统对开放性、实时性、灵活性、可扩充性和易操作性的要求。

  结束语:

  综上所述, 本虚拟实验系统操作界面友好,交互性强。覆盖了模拟通信系统理论教学中的大部分知识点,做到了将抽象的内容具体化,复杂的概念简单化。与传统的硬件实验设备相比较,由于本系统应用了模块化设计的思想,使得系统具有良好的扩展功能,能够很好地满足模拟通信系统验证性实验的需求,是一套很好的辅助教学工具。

  参考文献

  [1] 杨辉,刘毓,孙爱晶.通信原理教学方法的探索和实践[C]//Proceedings of 2010 Asia Pacific Conference on Information Network and Digital Content Security (2010APCID).2010.

  [2]刘志广,岳锌,吴超等.三种虚拟实验室的实现方法与比较[J].计算机与应用化学,2003,20(1):91-93.

  [3] 于波,刘祥楼,韩建.基于LabVIEW的模拟调制实验仪的设计[J].微计算机信息,2007,23(5):185-186.

  [4] 刘翠响,王宝珠,贾志成.LabVIEW在“高频电子线路”实验教学中的应用[J].电气电子教学学报,2006,28(6):89-91.

  [5] 张绪省,朱贻盛,成晓雄,等.信号包络提取方法:从希尔伯特变换到小波变换[J].电子科学学刊,1997(1):120123.


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