1、1毕业设计开题报告电气工程与自动化基于MATLABWEBSERVER的数值计算远程实验室系统一、选题的背景与意义在传统的学校教学过程中，实验室是必不可少的。在做每一个实验的过程中，不仅是让学生对书本上的理论知识有一个更直观的了解，而且能让学生自己动手、学以致用。通过做实验，还能培养学生的创新能力。但是传统的实验室里，必须为每一个学生配备一套实验设施（如电脑、实验箱、各种元器件和芯片等），所以传统的实验室的建设是昂贵的。并且学生如果要做实验，必须到实验室做，这在地域上也有一定的局限性。远程虚拟实验室系统可以同时避免以上两个问题，它不仅建设成本低，且维护方便，学生只要能连接上网络，就能随时随地的访
2、问虚拟实验室系统。远程虚拟实验室系统的方便、快捷、低成本、易维护等优点都是传统实验室无法比拟的。远程虚拟实验室实际上是一种基于WEB技术、虚拟仿真技术构建的开放式网络化的虚拟网络实验室教学系统，是现有各种教学实验室的数字化和虚拟化。随着WEB技术和仿真技术的成熟，人们开始认识到虚拟实验室在教育领域的应用价值，它除了可以辅助高校的科研工作，在实验教学方面也具有利用率高、易维护等优点。近几年来，国内的许多高校都根据自身科研和教学的需求建立了远程虚拟实验室系统。MATLAB是目前最流行的科学计算语言之一。它集计算、数据可视化和程序设计于一体。在MATLAB中，利用其现成的工具箱MATLABWEBSE
3、RVER就能实现远程虚拟实验室系统的建设。MATLABWEBSERVER是MATHWORKS公司顺应网络发展而开发的MATLAB工具箱。通过它可以用MATLABWEBSERVER实现客户服务器的运算模式，用户向服务器发送数据，服务器进行计算分析，把结果（数据、图片或者视频）返回到客户端的浏览器上显示。本课题拟将前面提到的数值计算课程里的一些算法做成一个基于MATLABWEBSERVER来实现的远程实验室系统。学生和老师只需要在浏览器端的用户界面上进行算法选择和参数设置，算法的运算和解答过程动态显示都交由服务器端，服务器端运算结束后向浏览器端返回可视化的结果。2本系统利用了MATLABWEBSE
4、RVER来建立远程仿真应用系统，避免了安装MATLAB软件和烦琐的程序输入与高度的局限性，能使老师和学生随时随的利用INTERNET方便快捷的进行远程交互式仿真实验。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题（一）工作原理基于MATLABWEBSERVER的远程虚拟实验室系统，用户通过浏览器向服务器发送数据，服务器进行计算分析，把结果返回到客户端的浏览器上显示，其运行的基本原理如图1所示。MATLABSERVER是一个多线程的TCP/IP服务器端服务程序，可以在MATWEBCONF中配置到任何合法的TCP/IP端口。MATLABSERVER通过调用MATLEB来处理网页中隐含字段MLMFILE所指定
5、的M文件，在WEB网页、MATLAB、M文件三者之间建立联系。基于MATLABWEBSERVER的远程仿真系统主要由四个基本部分组成处理输入数据和计算结果的M文档；向MATLAB提交数据的HTML输入文档；显示MATLAB计算结果的HTML输出文档；配置文件MATWEBCONF。初始页面产生的页面初始页面产生的页面HTTPDEMOSMATWEBMATLABSEVERMATLABM文件及数据图形与MATLAB接口处理数据初始页面产生的页面初始页面产生的页面文件及数据图形与接口处理数据初始页面产生的页面初始页面产生的页面文件及数据文件及数据图形图形与接口处理数据图1MATLABWEBSERVER工
6、作原理图MATLABWEBSERVER的配置首先，下载并安装MATLAB65，安装完成后，MATLAB65中就已经带有WEBSERVER的功能模块了。然后将MATWEBEXE和MATWEB（CONFIGURATIONFILE）复制并粘贴到CGIBIN文件夹下，这样就将MATLAB与服务器联系起来了。MATWEB文件的说明如表1所示表1MATWEB（CONFIGURATIONFILE）文件的说明3选项说明APPLICATION必须MATLAB应用运行的M文件名MLDIR可选读写文件的工作目录，设定后将自动添加到MATLAB的搜索目录中MLLOG可选产生一个记录应用和MATLAB进行信息交换的日志
7、文件。运行时需将它关闭，否则降低程序的性能MLSERVER必须运行MATLABSERVER主机名MLPORT可选MATLABSERVER侦听的端口号，必须与MATLABSERVERCONF中一致MLTIMEOUT可选等待MATLABSERVER的最大超时时间的秒数MY_VAR用户自定义的配置变量整个虚拟实验室系统的结构大致可以分为4个模块用户登入界面、算法选择界面、参数输入界面、可视化结果返回界面。如图2所示。用户界面数值计算虚拟实验室学生练习模块师生交流模块登陆、注册界面算法选择1非线性方程求根2线性方程组求解3插值法4曲线拟合5数值积分6常微分方程求解7矩阵特征值问题参数输入和显示界面学生
8、做题和上传在线交流或者留言4图2基于MATLABWEBSERVER远程实验室系统的基本结构框图（二）设计内容模块一数值计算虚拟实验室。本设计的主要内容是设计一个基于MATLABWEBSERVER的远程仿真系统。实现浏览器服务器的运算模式，用户在浏览器的用户界面上进行算法选择和参数设置，算法系统须涵盖非线性方程求根、线性方程组求解、插值法、曲线拟合、数值积分、常微分方程求解和矩阵特征值问题等数值算法。用户只需要在浏览器端输入相应参数，并将这些数据提交给服务器，接下来算法的运算交由服务器端，服务器端运算结束后向客户端的浏览器端返回可视化的结果（数据、图片或视频）。整个设计的内容大致分为三块在本机上
9、对服务器的配置、MATLABWEBSERVER的配置和网页的设计；服务器端，各种数值算法的程序文件的编写和导入；将整个系统放置于局域网中进行测试。模块二学生练习模块。此模块主要用于让学生在自主学习过程中做一些练习，巩固理论知识，加深对算法的理解。模块三师生交流模块。此模块主要用于老师和学生之间、学生与学生之间的交流。可以在线交流也可以在对方离线的情况下留言。（三）拟解决的主要问题1系统的友好性问题。首先是界面，要简洁，明了，让用户看了就知道该如何操作，并且充分从用户的角度考虑，怎样的界面方便用户操作；然后是系统的严谨性，要充分考虑用户所有可能给出的输入，然后在相关程序编写的时候，避免各种BUG
10、的出现。如用户输入的某个参数导致了系统的瘫痪或者进入死循环，这些都是在设计系统时要想办法避免的。2系统设计中数据的通信问题。本系统的设计过程中，最关键、最核心的部分就是用户端的WEB页面与服务器端的MATLABWEBSERVER之间的数据通信问题。用户在WEB页面输入的函数和各种参数是如何传回服务器端的MATLABWEBSERVER的；服务器端的MATLAB进程将这些数据处理后得出的结果（数据、图片或者视频）是怎样传回WEB页面让用户看见的；当有多个用户同时访问本系统的时候，如何将处理后的结果一一对应给正确的用户。以上都是本系统在设计过程中可能遇到的数据通信的问题。3若同时访问系统的人数较多，
11、还要考虑作为服务器的计算机的计算能力、计算5速度。这直接影响到数据的传输和处理速度。三、研究的方法与技术路线（一）开发环境及工具工具计算机一台，MATLAB、APACHE、WAMPSERVER软件各一套。开发环境服务器端系统WINDOWSXP系统MATLAB版本65APACHE版本1320网络协议TCP/IP客户端NETSCAPECOMMUNICATORRELEASE47或者MICROSOFTINTERNETEXPLORER50（二）设计方案总体思路如图3所示数值计算虚拟实验室学生练习模块师生交流模块注册以及学生、老师资料管理模块基于MATLABWEBSERVER的数值计算远程实验室系统网页的
12、输入和输出模块的搭建每个算法程序的编写和导入解决网页和MATLABSERVER的通信问题整个系统的测试和优化图3总体思路1网页的基本设计首先，网页的设计主要分2块。数据的输入和结果的显示。6其中在设计参数输入的页面的时候，必须有语句；其中的MYMFILE指的是这个参数将传递给哪个M文件进行运行。在该网页中，所有的待输入的参数类型都必须是INPUT。然后设计一个按钮提交这些数据，如。在设计结果显示页面的时候，须在传递回来的参数两边加“”符号，如传递回来一个整形数A，那么在结果显示网页中如果想要看到A所代表的数A即可。2M文件的编写这里的M文件指的是使用用户给定参数运行的某个函数，既然是函数，最基
13、本的，文件名必须与函数名一致。与其他函数有所不同的是，这个函数不论是从网页获得的数据还是将要传回网页的数据，都是以结构的形式存在的。如，在编写一个M文件的时候我们可以这么写FUNCTIONRSBISECTH这时，H就表示了所有从网页传回的数据都包含在结构H中，若要访问结构中的成员H成员名即可。可以看出，这个函数返回的数据是RS，这里我们需要把我们想要返回给网页的变量都定义在结构RS中，这样才能成功的传回网页。3在ASP环境下开发搭建资料管理模块、师生交流模块和学生练习模块，同时将它们与虚拟实验室模块整合在一起，做成一个完整的系统。4将系统放置于局域网中这里可以使用WAMPSERVER，并且操作
14、非常简单。运行WAMPSERVER，先将服务中的APACHE1320停止，然后在WAMPSERVER中STARTALLSERVICES，再点击PUTONLINE，接着将服务中的APACHE1320启动，这样在同一个局域网下的所有PC机就都可以访问本机了。（三）难点解决1若用户输入的参数使得M文件在运行时进入死循环，就有可能造成系统的瘫痪，此时须手动重新启动MATLABWEBSERVER才能使系统恢复正常。解决方案尽量在M文件编写时考虑到用户输入数据的各种可能性，尽量避免死循环；尝试添加一个对本系统的监视程序，完成遇到死循环就跳出的功能。2若有多个用户来访问本系统的时候，对MATLAB的计算速度
15、和服务器的计算速度提出了较高的要求。解决方案使用性能较好的计算机作为本系统的服务器。73若有多个用户来访问本系统，那么MATLAB无法将网页传来的多组数据和将要传回网页的多组数据一一对应，可能会出现系统瘫痪或得不到正确结果的问题。解决方案给网页传去M文件的每组数据加上一个时间标签，这样就不会出错了。（四）预期结果在同一个局域网中的其他电脑，可以顺利的访问本系统。先通过用户登入界面进入系统，能成功访问各种功能模块。在虚拟实验室模块中任选一算法并输入相应的参数，点击提交后，系统不但能返回该算法的计算结果，并能返回一个视频，动态的解释这个计算结果是怎样的出来的；在师生交流模块中，老师和学生之间、学生
16、与学生之间能方便的进行文字交流；在学生练习模块中，学生能在线做一些练习。学生能在系统中修改自己的昵称和密码，老师不仅能在系统中修改自己的昵称和密码并且能在线管理学生的资料。大致的功能结构如图2所示。四、研究的总体安排与进度201010201011搜集资料,课题调研,对任务进行初步了解，并且翻译英文文献201011201012确立系统结构及功能，进行系统编程开发。编写开题报告、综述和翻译英文文献；201112103进行系统的调试、运行；2011420114将系统运用于学院局域网中，对所做工作总结，写毕业论文。五、主要参考文献1黄安贻,张婧婧网络虚拟实验室的实现方案J武汉船舶职业技术学院学报,20
17、08,25278802周传胜,王连明,邢雪峰基于MATLAB的网络交互式虚拟现实实验系统的研究J实验技术与管理,2007,2491021053李世银,辛晓丽,罗驱波基于MATLABWEBSERVER的通信原理远程仿真系统开发J电气电子教学学报,2005,2731031054KENANSAVAS,KAZIMYILDIZAWEBBASEDCLUSTERINGANALYSISTOOLBOXSWBCADESIGNUSINGMATLABJPROCEDIASOCIALANDBEHAVIORALSCIENCES,2010,2527652805周薇娜,胡文骅,卢秀芝基于MATLABWEBSERVER的神经网络
18、目标识别方法J8计算机应用,2008,28123693716李伟红,龚卫国,秦岚,刘嘉敏基于MATLAB和WEB技术的远程数据处理方法J测控技术,2004,23423257LPETROPOULAKIS,BSTEPHENWEBCLASSSOFTWARETOWEBENABLEMATLABFORCOLLABORATIVEUSEJADVANCESINENGINEERINGSOFTWARE,2005,364975038王平泽基于WEB环境与MATLAB技术进行期权价值分析计算机与信息技术,2005,16547509蒋霞基于MATLAB的通信系统动态仿真应用塔里木大学学报,2006,182697210张晓
19、光,王艳芬,王刚基于MATLABWEBSERVER的数字信号处理远程仿真J电气电子教学学报,2009,311861079毕业设计文献综述电气工程与自动化基于MATLABWEBSEVER的数值计算远程实验室系统摘要远程虚拟实验室是一种基于WEB技术、虚拟仿真技术构建的开放式网络化的虚拟实验室教学系统。随着WEB技术和仿真技术的成熟，人们开始认识到虚拟实验室在教育领域的应用价值，它除了可以辅助高校的科研工作，在实验教学方面也具有利用率高、易维护等优点。MATLABWEBSERVER是MATLAB的一个工具箱,通过它可以为远程用户提供MATLAB的计算服务，即用MATLABWEBSERVER实现客户
20、服务器的运算模式。本文主要介绍了基于MATLABWEBSERVER的远程虚拟实验室系统的研究历史、研究现状、发展潮流等。关键词MATLABWEBSERVER数值方法虚拟实验室一、引言在传统的学校教学过程中，实验室是必不可少的。在做每一个实验的过程中，不仅是让学生对书本上的理论知识有一个更直观的了解，而且能让学生自己动手、学以致用。通过做实验，还能培养学生的创新能力。但是传统的实验室里，必须为每一个学生配备一套实验设施（如电脑、实验箱、各种元器件和芯片等），所以传统的实验室的建设是昂贵的。并且学生如果要做实验，必须到实验室做，这在地域上也有一定的局限性。远程虚拟实验室系统可以同时避免以上两个问题
21、，它不仅建设成本低，且维护方便，学生只要能连接上网络，就能随时随地的访问虚拟实验室系统。远程虚拟实验室系统的方便、快捷、低成本、易维护等优点都是传统实验室无法比拟的。远程虚拟实验室实际上是一种基于WEB技术、虚拟仿真技术构建的开放式网络化的虚拟网络实验室教学系统，是现有各种教学实验室的数字化和虚拟化。随着WEB技术和仿真技术的成熟，人们开始认识到虚拟实验室在教育领域的应用价值，它除了可以辅助高校的科研工作，在实验教学方面也具有利用率高、易维护等优点1。近几年来，国内的许多高校都根据自身科研和教学的需求建立了远程虚拟实验室系统。10二、研究历史与现状网络教学已经成为现在教育的一种重要的手段，远程
22、实验室系统是网络教学的一个重要组成部分，目前的网络实验室系统大致可以分为以下几种方式。网络演示系统事先将实验的过程完整拍摄下来或者事先将实验过程制作成FLASH、PPT等形式放在网络上供学生和教师使用，这种方法比较死板，不会变通，难以解决现实的问题；利用网络进行数据传递和处理的实验室系统这种方法是指学生通过与网络连接的计算机输入数据，服务器接收数据，进行处理，然后将获得的结果返回给学生机的WEB界面，这种方式是实时的根据学生的不同问题给出不同的解答，比较灵活；基于虚拟仪器的网络实验室系统在这样的系统里，每个模块或者图标代表某个特定的元器件或者仪器，可以为学生提供一个自主研发的平台2。MATLA
23、BWEBSERVER是一个多线程的TCP/IP模式的服务器端服务程序，它可以在MATWEBCONF中配置到任何合法的TCP/IP端口3。基于MATLABWEBSERVER的虚拟实验室系统实际上是一个MATLABWEB技术的应用。主要由两部分组成，一部分是MATLABWEB服务器，它是一个可执行的应用程序MATLABSERVEREXE，是MATLAB应用程序运行的环境；另一部分是WEB服务代理，一个可执行程序MATWEBEXE，它将所有对MATLAB的请求重定向到MATLABSERVEREXE进行处理4。MATWEBEXE是MATLABWEBSERVER的核心，负责解释客户机通过HTML页面发送
24、的请求，MATLAB应用程序通过MATWEBCONF文件找出MATLAB程序路径，把参数传给该进程进行计算，并将处理结果通过MATWEBEXE返回给客户。基于MATLABWEBSERVER搭建虚拟实验室的优势就在于避免了安装MATLAB软件和烦琐的程序输入，系统可以根据用户的不用问题做出相应的解答，能使老师和学生随时随地利用INTERNET方便快捷地进行远程交互式仿真实验6,7。前人在研究虚拟实验室搭建的时候涉及到两种模式B/S模式和C/S模式。B/S模式下的系统主要是基于HTTP模式的，它在系统需要升级的时候只需要在服务器上进行升级就可以了，且B/S可以允许用户量较大的系统，可以将数据集中存
25、放于总部的数据库中，能适用于任何网络，这些方面都是C/S模式下难以做到的，B/S结构在代码重用性、系统维护和升级方面也比C/S模式有明显的优势1。11目前基于MATLAB的WEB技术的其他应用还有布莱克斯克尔斯期权定价模型8、基于MATLABWEBSERVER的神经网络目标识别3、基于生态学习惯的管理运筹学网站设计与开发、在线作图等。三、发展潮流通过MATLABWEB服务代理，使得在WEB环境下调用MATLAB成为可能。世界各地的人们只需通过INTERNET将数据发送给MATLABWEB服务器，借助MATLAB的强大计算与图形展示功能，可以很容易地获得计算结果（包括了数据、图像和视频等）9。功
26、能的强大和使用的便捷使得更多的人关注到MATLAB的WEB技术。MATLAB的WEB技术的应用有向智能化、实时化、便捷化的趋势发展。如金融分析、工业实时监测、虚拟实验室形式的远程教学等4。基于前文介绍到的几种虚拟网络实验室的形式，在今后，还是有改进和发展的空间的。一方面，可以考虑将远程虚拟实验室系统和远程实物联系起来，服务器经过数据的分析和处理，给出对远程实物一些实际的操作信号；另一方面，虚拟实验室系统可以做成一个涵盖为用户提供信息管理、实验、系统集成等在内的多项功能的综合性的实验教学与实验管理平台10。四、总结通过以上分析可以看出，MATLAB本身具备强大的计算、绘图和视频制作功能。它的WE
27、B技术应用更是能将网络传回的数据进行实时处理，这在课堂教学方面，打破了以前课件死板不变的形式，在远程教学方面，这一技术方便了学员的自主学习和自主研究。我国目前国力还不是特别雄厚的前提下大力提倡职业教育及远程网络教育，这一技术势必能大大减少相应的教育资源，同时也使远程学员能方便快捷的通过网络互动的模式掌握原本需复杂计算及图形展示相关的课程。同时，MATLAB的WEB技术还可以应用在金融、医学、工业等多个领域，但是，要实现应用推广的同时也对MATLAB软件的兼容性、计算能力、计算速度和传输数据的安全性、实时性提出了更高的要求。五、参考文献1黄安贻,张婧婧网络虚拟实验室的实现方案J武汉船舶职业技术学
28、院学报,2008,25278802周传胜，王连明，邢雪峰基于MATLAB的网络交互式虚拟现实实验系统的研12究J实验技术与管理,2007,2491021053李世银,辛晓丽,罗驱波基于MATLABWEBSERVER的通信原理远程仿真系统开发J电气电子教学学报,2005,2731031054KENANSAVAS,KAZIMYILDIZAWEBBASEDCLUSTERINGANALYSISTOOLBOSWBCADESIGNUSINGMATLABJPROCEDIASOCIALANDBEHAVIORALSCIENCES,2010,2527652805周薇娜,胡文骅,卢秀芝基于MATLABWEBSERV
29、ER的神经网络目标识别方法J计算机应用,2008,28123693716李伟红,龚卫国,秦岚,刘嘉敏基于MATLAB和WEB技术的远程数据处理方法J测控技术,2004,23423257LPETROPOULAKIS,BSTEPHENWEBCLASSSOFTWARETOWEBENABLEMATLABFORCOLLABORATIVEUSEJADVANCESINENGINEERINGSOFTWARE,2005,364975038王平泽基于WEB环境与MATLAB技术进行期权价值分析计算机与信息技术,2005,16547509蒋霞基于MATLAB的通信系统动态仿真应用塔里木大学学报,2006,18269
30、7210张晓光,王艳芬,王刚基于MATLABWEBSERVER的数字信号处理远程仿真J电气电子教学学报,2009,3118610713本科毕业设计（20届）基于MATLABWEBSERVER的数值计算远程实验室系统14摘要【摘要】在高度重视教育的今天，远程虚拟实验室已经成为一些科目日常教学必不可少的环节之一。远程虚拟实验室是一种基于WEB技术、虚拟仿真技术构建的开放式网络化的虚拟实验室教学系统。随着WEB技术和仿真技术的成熟，人们开始认识到虚拟实验室在教育领域的应用价值，它除了可以辅助高校的科研工作，在实验教学方面也具有利用率高、易维护等优点。本文在分析数值计算算法的基础上，结合网站设计特点，
31、设计了一套远程实验系统，内容涵盖数值计算课程。系统运行测试表明，该系统稳定可靠，可正式应用于教学。【关键词】数值计算；虚拟实验室；WEB；仿真；MATLABWEBSERVER15ABSTRACT【ABSTRACT】ATTACHINGGREATIMPORTANCETOEDUCATIONNOWADAYS,THEREMOTEVIRTUALLABORATORYHASBECOMEANESSENTIALPARTOFDAILYTEACHINGTHEREMOTEVIRTUALLABORATORYISANOPENNETWORKBASEDVIRTUALLABORATORYTEACHINGSYSTEMITISBAS
32、EDONWEBTECHNOLOGYANDVIRTUALSIMULATIONTECHNOLOGYWITHTHEMATURINGOFTHISTWOTECHNOLOGY,PEOPLEBEGINTOREALIZETHEVIRTUALLABORATORYCANBEAPPLIEDINEDUCATIONFIELDITNOTONLYCANASSISTTHERESEARCHWORKOFUNIVERSITIES,BUTALSOEASYTOMAINTENANCEANDEFFICIENTINEXPERIMENTTEACHINGTHISARTICLEWILLPRESENTAREMOTEVIRTUALLABORATORY
33、BASEDONNUMERICALCOMPUTATIONCOURSESANDASPTHESYSTEMTESTSHOWSTHATTHISREMOTEVIRTUALLABORATORYISENOUGHSTABLEANDRELIABLETOAPPLYINDAILYTEACHING【KEYWORDS】NUMERICALCOMPUTATIONVIRTUALLABORATORYWEBSIMULATIONMATLABWEBSERVER16目录1引言172系统组件概述1921MATLAB与MATLABSERVER简介1922动态网页的搭建环境ASP2023网页编程语言VBSCRIPT2024网页编辑工具FRON
34、TPAGE2025ACCESS简介2126对比IIS与APACHE213系统工作环境的搭建2231IIS的安装2232MATLABWEBSERVER环境搭建234系统功能与工作原理2741整体功能分析2742工作原理27421ASP环境下构建网站28422基于MATLABWEBSERVER的数值计算远程实验室模块305系统设计及技术要点3251总体设计思路3252输入页面设计3353结果返回页面设计3454针对每个算法的详细设计356系统运行结果与分析3861组网3862测试39621在线做题模块测试40622基于MATLABWEBSERVER的数值计算远程实验室系统测试42623留言板模块测
35、试457总结和展望46参考文献47致谢错误未定义书签。1引言21世纪，人类进人信息时代，数值计算已和理论研究、科学实验并列为科学研究的三大分支。另一方面，计算机已成为科学与工程技术等领域不可缺少的工具。应用数学方法、以计算机作为工具来提高解决各种实际问题的能力是新世纪现代化建设的需要，也是知识更新的必要环节。因此，现在数值计算方法课程几乎已成为所有理工科学生的必修的专业基础课程。这门课程内容丰富、有自身理论体系，既有纯数学高度抽象性与严密科学性的特点，又有应用的广泛性与实际实验的高度技术性的特点，是一门与计算机使用密切结合的实用性很强的课程。在传统的学校教学过程中，实验室是必不可少的。在做每一
36、个实验的过程中，不仅是让学生对书本上的理论知识有一个更直观的了解，而且能让学生自己动手、学以致用。通过做实验，还能培养学生的创新能力。但是传统的实验室里，必须为每一个学生配备一套实验设施（如电脑、实验箱、各种元器件和芯片等），所以传统的实验室的建设是昂贵的。并且学生如果要做实验，必须到实验室做，这在地域上也有一定的局限性。远程虚拟实验室系统可以同时避免以上两个问题，它不仅建设成本低，且维护方便，学生只要能连接上网络，就能随时随地的访问虚拟实验室系统。远程虚拟实验室系统的方便、快捷、低成本、易维护等优点都是传统实验室无法比拟的。远程虚拟实验室实际上是一种基于WEB技术、虚拟仿真技术构建的开放式网
37、络化的虚拟网络实验室教学系统，是现有各种教学实验室的数字化和虚拟化。随着WEB技术和仿真技术的成熟，人们开始认识到虚拟实验室在教育领域的应用价值，它除了可以辅助高校的科研工作，在实验教学方面也具有利用率高、易维护等优点1。近几年来，国内的许多高校都根据自身科研和教学的需求建立了远程虚拟实验室系统。网络教学已经成为现在教育的一种重要的手段，远程实验室系统是网络教学的一个重要组成部分，目前的网络实验室系统大致可以分为以下几种方式。网络演示系统事先将实验的过程完整拍摄下来或者事先将实验过程制作成FLASH、PPT等形式放在网络上供学生和教师使用，这种方法比较死板，不会变通，难以解决现实的问题；利用网
38、络进行数据传递和处理的实验室系统这种方法是指学生通过与网络连接的计算机输入数据，服务器接收数据，进行处理，然后将获得的结果返回给学生机的WEB界面，这种方式是实时的根据学生的不同问题给出不同的解答，比较灵活；基于虚拟仪器的网络实验室系统在这样的系统里，每个模块或者图标代表某个特定的元器件或者仪器，可以为学生提供一个自主研发的平台2。MATLAB本身具备强大的计算、绘图和视频制作功能。它的WEB技术应用更是能将网络传回的数据进行实时处理，这在课堂教学方面，打破了以前课件死板不变的形式，在远程教学方面，这一技术方便了学员的自主学习和自主研究。我国目前国力还不是特别雄厚的前提下大力提倡职业教育及远程
39、网络教育，这一技术势必能大大减少相应的教育资源，同时也使远程学员能方便快捷的通过网络互动的模式掌握原本需复杂计算及图形展示相关的课程。前人在研究虚拟实验室搭建的时候涉及到两种模式B/S模式和C/S模式。B/S模式下的系统主要是基于HTTP模式的，它在系统需要升级的时候只需要在服务器上进行升级就可以了，且B/S可以允许用户量较大的系统，可以将数据集中存放于总部的数据库中，能适用于任何网络，这些方面都是C/S模式下难以做到的，B/S结构在代码重用性、系统维护和升级方面也比C/S模式有明显的优势1。目前基于MATLAB的WEB技术的其他应用还有布莱克斯克尔斯期权定价模型8、基于MATLABWEBSE
40、RVER的神经网络目标识别3、基于生态学习惯的管理运筹学网站设计与开发、在线作图等。2系统组件概述基于MATLABWEBSERVER的数值计算远程实验室系统由登陆模块、虚拟实验室模块、留言板模块和文件上传模块四大部分组成。其中虚拟实验室模块是本次涉及的核心内容。整个系统使用到的关键元素有MATLABWEBSERVER、ASP、VBSCRIPT、FRONTPAGE、ACCESS、IIS和APACHE等。21MATLAB与MATLABSERVER简介MATLAB是目前最流行的科学计算语言之一。它是一种高性能的科学计算语言，它集计算、编程和数据可视化于一体。目前在国外的大学，MATLAB是数学、工程
41、学科的入门课程。在工程上，MATLAB是产品研制、开发和分析的工具。随着INTERNET的日益普及，网络逐渐朝着多元化的方向发展，在有后台程序的支持下，人们已经可以直接在网络上进行复杂的运算和各种图形的绘制。在传统思维下，是需要在网页中插入专门的嵌入式程序作为计算或者绘图模块，但是这种做法工作量太大，且程序的通用性和可移植性较弱。而在MATLAB中，利用它现成的工具MATLABWEBSERVER就能实现以上工作。MATLABWEBSERVER是MATHWORKS公司顺应网络发展而开发的MATLAB工具箱,通过它可以为远程用户提供MATLAB的计算服务,即用MATLABWEBSERVER实现客户
42、服务器的运算模式，用户向服务器端发送数据，服务器进行计算分析，把结果（数据、图片或者视频）返回到客户端的浏览器上显示。利用MATLABWEBSERVER来建立的远程仿真系统，避免了安装MATLAB软件且同时突破了输入烦琐程序的局限性，学生只要在有互联网的地方就可以方便快捷的进行远程交互式仿真实验。MATLABWEBSERVER是一个多线程的TCP/IP模式的服务器端服务程序，它可以在MATWEBCONF中配置到任何合法的TCP/IP端口3。基于MATLABWEBSERVER的虚拟实验室系统实际上是一个MATLABWEB技术的应用。主要由两个部分组成，其中一部分是MATLABSERVER服务器，
43、它是一个可执行程序MATLABSERVEREXE，是MATLAB应用程序运行的环境；另一个部分是WEB服务代理，一个可执行程序MATWEBEXE，它将所有对MATLAB的请求重定向到MATLABSERVEREXE进行处理4。MATWEBEXE是MATLABWEBSERVER的核心，负责解释客户机通过HTML页面发送的请求，MATLAB应用程序通过MATWEBCONF文件找出MATLAB程序路径，把参数传给该进程进行计算，并将处理结果通过MATWEBEXE返回给客户。基于MATLABWEBSERVER搭建虚拟实验室的优势就在于避免了安装MATLAB软件和烦琐的程序输入，系统可以根据用户的不用问题
44、做出相应的解答，能使老师和学生随时随地利用INTERNET方便快捷地进行远程交互式仿真实验6,7。22动态网页的搭建环境ASPASP是ACTIVESERVERPAGE的缩写，意为“动态服务器页面”。ASP是微软公司开发的代替CGI脚本程序的一种应用，它可以与数据库等其它程序进行交互，是一种简单、方便的编程工具。ASP的网页文件的格式是“ASP”，常用于各种动态网站中。ASP确切的说是一种服务器端脚本编写环境，在这个环境中可以用创建和运行动态网页或WEB应用程序，其中包括各种HTML标记、文本、脚本和COM组件等。与HTML相比，ASP网页具有下面这些特点。1ASP突破了静态网页的功能限制，支持
45、动态网页的实现；2ASP文件是包含在HTML代码中的，方便修改和测试；3ASP程序是在服务器端执行的，并能将结果以HTML格式传送到客户端的浏览器界面上，因此使用各种浏览器都支持ASP所产生的网页；4ASP提供了一些内置对象，这些内置对象使服务器端的脚本功能变得更强大；5ASP可以使用服务器端的ACTIVEX组件来执行许多之前利用纯HTML语句难以完成的任务，如存取数据库和访问文件系统等。23网页编程语言VBSCRIPTVBSCRIPT是VISUALBASICSCRIPT的简称，即VISUALBASIC脚本语言，是ASP动态网页技术默认的也是最基础的编程语言，配合ASP的内置对象，用户能很快的
46、掌握访问数据库的ASP动态网页开发技术。它具有以下三个优点由于VBSCRIPT是在网页浏览器端执行的，减小了服务器的负担；语言结构简单、易懂，容易上手；在所有WINDOWS2000以后的WINDOWS版本都可直接使用。24网页编辑工具FRONTPAGEFRONTPAGE，简称FP，是美国微软公司推出的一款网页设计、制作、发布和管理的软件。它使用起来方便简单，会用WORD就能做网页。FRONTPAGE由于良好的易用性，被认为是最优秀的网页初学者的工具之一，但若对网页功能要求较高的，则不适合用该软件开发。25ACCESS简介MICROSOFTOFFICEACCESS是由微软发布的数据库管理系统。它
47、结合了MICROSOFTJETDATABASEENGINE和图形用户界面两项特点。MICROSOFTACCESS在很多地方得到广泛使用，常被用来开发简单的WEB应用程序，这些应用程序都利用ASP技术在INTERNETINFORMATIONSERVICES运行。26对比IIS与APACHE目前最流行的建立WWW服务工具就要属APACHE与IIS了。利用这两种网络服务工具都能实现本次设计，但是在稳定性、扩展性和难易性方面，这两个工具还是略有区别的。稳定性。WWW服务需要一天24小时随时运转正常，一周七天为公众开放。所以稳定性是非常重要的。IIS在实际使用中经常出现代码为500的错误，而且有时还会出
48、现莫名其妙的出现假死现象。用户需要不定期的重新启动IIS服务才能保证网站的正常，。从配置上来说，APACHE比IIS要复杂，不过一旦设置完毕就可以非常稳定的长期工作了。现在一些大型网站都流行使用APACHE作为自己的WWW服务提供工具，因为它比较稳定。APACHE的所有配置都保存在配置文件中，使用过程中完全按照配置文件中记录的信息执行，很少会出现假死情况。但是有一种特殊情况就是，在WINDOWS2003系统下使用时，IIS比用APACHE性能要好。结论除非在WINDOWS2003系统下，否则APACHE稳定，IIS有时假死，前者占优。扩展性。扩展性是指WWW服务提供工具是否能应用于各种有可能的
49、场合。IIS只能在微软公司的WINDOWS操作系统下使用，无法移植到其他的操作系统中。而APACHE却是个多面手，他不仅仅应用于各种WINDOWS系统，在UNIX，LINUX以及FREEBSD等多种操作系统中它都可以胜任工作，而且不同操作系统的配置步骤基本类似，可移植性很高。结论IIS只能在WINDOWS下运行，APACHE应用范围广。难易性。一个工具使用的难易程度直接影响了其用户的多少，特别是网页开发和发布工具。一般新手都会选择相对容易上手的工具来搭建自己的站点。IIS看起来比较简单，很容易就可以让IIS工作并对外发布网站。不过管理员很容易出现错误配置和误操作问题。不过总的来说IIS还是非常易学的。而APACHE的使用则要比IIS难许多，需要有一定计算机及网络基础的人才有能力使用。它的配置也不是图形化的，需要通过编辑配置文件来实现。结论APACHE相对困难，但IIS虽容易上手，要想精通也是一件困难事。3系统工作环境的搭建基于MATLABWEBSERVER的数值计算远程实验室的搭建核心问题在于，服务器端的MATLAB应用程序如何与客户端的WEB浏览器进行数据通信，并顺利返回我们想要的结果。其中，IIS和APACHE给本设计带来了两种设计方案。但是由于APACHE不支持ASP，使用APACHE就不能在ASP环境下搭建留言板、在线做题等模块，所以本次设计最后
