基于iLab下的在线共享实验室的初步搭建和体系架构

摘  要
在线共享实验通过Internet共享实验资源，而MIT的iLab在线共享实验体系结构更是由于它的可扩展性使得它能有效的融合不同开发平台开发的实验，对使用者有着十分现实的意义。本次毕业设计的内容就是对基于iLab的在线共享实验室架构进行初步搭建，建立起能够填充在线实验的实验框架，同时描述出整个架构的通信规程和通信接口。
本课题从iLab结构体系的使用技术入手，明确整个结构体系的运行环境，构建出IIS服务器和SMTP服务器。然后通过MIT发布的Service Broker程序包在这个运行环境中配置出本地的Service Broker。接着往这个框架中添加实验，也就是通过IIS服务器，把Service Broker的服务资源共享到了Internet上，让它使用Web Service和Internet上的Lab Server通信来获取在线共享实验，并从中了解整个iLab结构体系的各个API的操作和使用方法。最后详细探讨在这个框架下各个主要组件的通信规程和通信方法，明确了基于iLab的在线共享实验的设计在数据通信方面的关键步骤，描述出iLab结构体系的通信过程的架构和主要接口，也就是Lab Server和Lab的通信规程；Service Broker和Lab Server的通信规程；Lab Client和Service Broker的通信规程。从而完成对整个iLab在线共享实验室架构的初步搭建。
关键词：iLab；Batched Experiment结构体系；在线共享实验；网络技术

ABSTRACT
Sharing Online Experiments can share the experiment resource through internet, and the iLab is a scalable architecture, which can make it retrieve many kinds of experiments made by different technology. This architecture will be meaningful to its user. The task of this graduation design is to construct a initial architecture based on iLab, and to describe the rule and the interface of the communication in this architecture.
This design started with the using of the technology of iLab. And then make clear the operation environment of the whole architecture. And then construct the IIS server and the SMTP server. After that, this design configured the local Service Broker with the ServiceBroker.SDK distribution. In order to master how to use all the API of iLab, this design filled the local Service Broker with Sharing Online Experiments. The local Service Broker used IIS to share its Web Service on line, which made it have the ability of communication with Lab Server. At last, the design specified the rule and the method of the communication of main components in this iLab architecture, and nailed down the design of the key step to program the communication of experiment data, and described the whole architecture and interface of the communication in iLab architecture, in other word the communication between Lab Server and Lab; the communication between Lab Server and Service Broker; the communication between Lab Client and Service Broker. And so, the initial construction of the Sharing Online Labs has been finished.
Key Words: iLab; Batched Experiment Architecture; Sharing Online Experiments; Network Technology

什么是在线共享实验室
在线共享实验室可以说是实验室的扩展，是一般的实验室通过网络接口接入到网络上了，让实验室的用户（一般是学生）能够在网上操作实验室的仪器做实验。
它与一般实验室的最大区别是它的远程共享的性质。学生不需要亲自来到实验室，只要通过互连网把实验的客户端下载下来，就能在这个客户端的界面上自如的控制远方实验室的仪器，对实验进行操作，获取实验结果。而这个实验室在互连网中就相当于实验的处理终端。他从互连网中获取实验的操作和数据，并把这些操作和数据通过一些应用程序导入相应的实验设备里[12]。在实验设备在完成实验后，把实验设备的结果沿原路返回，直到学生客户端的实验界面，形成与学生的交互。
在线共享实验室在近年越来越受到各国教育界的关注。虽然在线共享实验室受到网络传输、资源共享透明性不足等种种因素的制约，它并不能让学生充分接触到实验、发挥学生的创新能力。但是它对于学生的教育和学习都有很大帮助。就目前大多数学习课程上的实验都是验证性的实验来说，能够在网上共享到别的实验室的实验，对理论进行验证，这就已经很足够了。况且许多高精尖的实验，受到了实验设备价格，实验室资金、场地、实验人员的配备和培训等方面的原因，很多高校并没有能力进行[3]。那么最方便，最有经济的做法就是通过网络共享到有着这些实验条件的实验室的实验。这对于许多高校特别是还没有能力发展相关实验的高校在培养下一代人才来说是有很重要的意义的。

本课题研究的主要内容和意义
MIT的iLab体系有三种具体的实现形式，本课题只针对Batched Experiment结构体系，研究在Batched Experiment结构体系下在线实验室的架构搭建问题。Batched Experiment结构体系不完全等同于标准的三层网络结构，他的中间层并不由发展商提供，而是直接作为客户端的服务器依附在客户端的局域网中。这样为学习和研究Batched Experiment结构体系提供了方便，这是本课题选择Batched Experiment结构体系作为学习研究对象的原因。
搭建iLab的Batched Experiment架构关键在于对这个结构体系的Service Broker进行搭建。Service Broker规定着整个体系运行方式，掌握并联系着在这个体系下的各个组件。搭建好本地的Service Broker就意味着可以通过它连接到共享到Internet上的实验（只要这些实验是基于iLab的Batched Experiment结构体系的）。也就是说本地的Service Broker搭建好了以后，iLab的Batched Experiment结构体系的框架就已经是建好了，只要往里面添加上实验，本地的学生就能通过搭建好的Service Broker实现对共享到Internet上的实验进行操作。
搭建好Service Broker虽然已能建立起一个本地实验室框架接收外界的实验，但这并不是本课题的全部内容。本课题的最终目的是构建一个完整iLab的Batched Experiment架构，这要求掌握整个iLab体系的各个组件以及它们之间的通信，对实验开发人员在iLab的结构体系下开发自己的远程共享实验室提供技术上的支持。所以本课题在对Batched Experiment结构体系的Service Broker进行搭建后，接着针对这个Service Broker，研究作为Service Broker管理者的各个工作。从中了解Service Broker的各个接口以及相应的从外界接入实验的操作过程。最后是对Batched Experiment结构体系实验数据传输的研究，明确Client/Service Broker/Lab Server这个三层结构体系的数据传输过程，按照相互联系的通信组件描述出整个实验数据通信架构，为搭建本地的Lab Server提供理论支持。
了解和掌握Batched Experiment结构体系对本地的实验开发者在研究iLab的其它在线实验结构体系时会更轻松，并且能掌握更多的实践经验去创造自己的在线实验。同时Batched Experiment结构体系是MIT发展最早，最成熟的在线实验体系。在Batched Experiment结构体系下，MIT有许多很有特色的实验，例如微电子器件特性实验。在条件允许的情况下，iLab结构的开发者们可以把MIT的这些实验填充到本地配置的Service Broker，让本地的学生有机会体验到MIT许多先进的实验。

目    录
1  绪论 1
1．1  什么是在线共享实验室 1
1．2  MIT的iLab简介 1
1．3  Batched Experiment的结构 2
1．4  本课题研究的主要内容和意义 3
2  iLab结构体系关键技术的简介 4
2．1  .NET技术与.NET Framework 4
2．2  asp.NET技术 6
2．2．1  asp.NET的新特点 6
2．2．2  asp.NET工作原理 7
2．3  网络通信的Web Service技术 7
2．4  iLab结构体系的程序的编写语言C# 9
3  Batched Experiment结构体系的Service Broker的搭建 11
3．1  Service Broker运行环境的搭建 11
3．1．1  安装IIS和配置SMTP Server 11
3．1．2  计算机安全性相关设置 12
3．2  Service Broker的安装 13
3．2．1  设置Service Broker的网站 13
3．2．2  创建Service Broker网站的数据库 14
3．2．3  Web.Config的设置 14
4  Batched Experiment结构体系的Service Broker的使用 18
4．1  创造实验实例 18
4．1．1  创建实验服务器记录 18
(优秀毕业设计网 www.2bysj.cn)
4．1．2  创建客户端记录 19
4．2  用户授权 20
4．2．1  创建实验组 21
4．2．2  创建对实验组的授权 22
4．2．3  把客户端归入实验组 22
4．3  客户端登陆实验室展示 23
5  对基于Batched Experiment结构体系架构的初步设计 26
5．1  三层结构的数据传输方法的总体描述 26
5．2  Lab Server和Lab的通信规程 26
5．3  Service Broker和Lab Server的通信规程 28
5．4  Lab Client和Service Broker的通信规程 31
结  论 33
致  谢 34
参考文献 35