下面文章基于多信息和通信方式虛擬通信系統展開研究，并提出相應的虛擬實驗室設計方案，這也是由于傳統的信息通信技術已經不能滿足人們現在的需求，通過多信息以及虛擬化的通信系統建立，實現了多方位數據采集管理，通過虛擬通信實驗室建立，能夠良好的監理遠程操作點。這對于用戶自主性運用及資源共享也是很有幫助的。

　　[關鍵詞]多信息和通信方式, 通信子系統,虛擬設計

　　1 多信息通信子系統信息類型與通信方式設計

　　1.1.系統的信息類型設計

　　對于虛擬通信系統的設計，在實驗室中需要存在大量的客戶端與服務端之間的信息交互。此類信息種類繁多，對于網絡通信的要求各不相同，部分要求高可靠性及順序性，而另一部分可能更注重于實時性。

　　(1)數據文本信息

　　主要指用戶所發送的實驗數據和服務器處理后的實驗數據。在本系統中，客戶端將用戶的操作及實驗數據以文本文件的形式傳送給應用服務器，服務器進行處理后，也是以文本文件的形式將處理結果傳回客戶端。由于該數據量不是很大，所以通常用TCP形式實現。

　　(2)白板信息

　　白板可以使每一個實驗成員利用圖形、文字等協同合作一個實驗。傳送的白板數據是對繪圖對象的操作，其先后相關性體現在各個繪圖對象的屬性變化上，任何數據的傳輸速度如果過慢的話，將體現不出協同和合作的特性，因此必須保證傳送的實時性，通常以UDP的形式實現。

　　(3)音頻、視頻信息

　　這兩種信息對于傳輸的實時性要求較高，對可靠性要求較低，因此通常以UDP的形式實現。但是為了提高可靠性，要在UDP的基礎上加上質量保證控制機制。

　　(4)文字信息

　　文字信息提供以文字形式交流的手段，多個用戶進行實驗時，可以互相進行簡單的文字交流，在虛擬實驗室當中，文字信息數據量小，以TCP形式實現。控制信息：控制信息是實現協同和管理的根本保證，必須以可靠的形式傳輸。由于其數據量很小，所以通常以TCP形式實現。

　　1.2 系統的通信方式設計

　　在虛擬實驗室當中，服務器和客戶端在通信中要求能夠實現單播、組播和廣播。單播是將數據從一個發送點傳輸到一個接收點，是點到點的通信方式。廣播是將數據發送給網絡中的所有節點，是點到所有節點的通信方式。組播是介于單播與廣播之間的一種點到點的通信方式，它是將數據從一個節點發送給特定“組”內的所有節點。

　　(1)單播通信方式

　　單播通信，就是一個用戶在同一時間只能與另一用戶進行通信。其拓撲結構如圖1所示。當用戶1向用戶3發送信息時，用戶在信息包中聲明需要服務器提供點對點通信方式，同時在信息包中必須提供用戶3的IP地址。這樣服務器就為雙方建立了通信連接，信息就可以在兩個用戶之間傳遞，而網上其他用戶是無法得知信息內容的。圖中虛線表明信息的流動方向。單獨完成某個實驗時，不需要和其他人合作完成，每個人各自完成自己所選的實驗，而互不干擾。因此，在這種情況下，采用單播的通信方式。

　　(2)廣播方式

　　廣播方式就是，一個用戶發出的信息包，被發往網上所有用戶。在本系統中，服務器需要向所有的客戶端發出一些簡單的消息，在這樣的情況下，使用廣播方式可以減輕服務器的負載，提高系統的效率。

　　(3)通信子系統的框架設計

　　根據虛擬教學實驗室系統的不同要求，為了屏蔽底層通信方式的差異，提供具有特定服務質量的通信服務。通過以上對多種信息類型和多種通信方式的分析，設計了一個系統，稱為通信子系統，它提供對單播、組播和廣播的支持，并且能夠完成系統客戶端和服務器端之間的通信。 由于在本系統中，虛擬實驗模塊所產生的數據無論是用戶的注冊/登錄信息還是實驗據信息，都是文本數據，都采用TCP來實現。在協同實驗當中，白板模塊所產生的信息有可能是文字信息，也有可能是圖像信息，在本文中我們采用UDP的形式來實現。控制信息和文字信息都是以TCP來實現的。

　　2 虛擬實驗室通信子系統的功能實現

　　2.1 信息處理模塊

　　(1)發送信息拷貝到信息緩存區，從而允許發送進程繼續運行。

　　(2)當信息發送成功后中斷發送進程，以便告之它可以繼續使用發送緩沖區，這種方法不需要信息的拷貝，從而節省時間。但用戶級的中斷會使程序變得較復雜，并會引入競爭條件，使得程序的執行不具有可重復性。

　　在一般情況下，第一種選擇是最好的，容易理解而且實現起來也最簡單，不需要另外的緩沖區，可以很快地發送信息。另外，如果對于某些應用必須將處理和信息傳輸并行操作，那么，第二種是最好的。

　　2.2 系統管理模塊

　　在虛擬教學實驗室系統中，由于存在多個客戶同時訪問服務器的可能性，如果有多個用戶同時訪問服務器端，那么就會出現多個線程，那么就必須對這些線程進行統一的管理，要為所有的用戶維護接收和發送線程，還必須對這些用戶的線程進行調度，使這些線程按照一定的策略運行，維護著系統的運行。服務端還必須有一個主控線程負責對用戶列表進行初始化，建立各個通信中需要用到的套接字，創建控制線程、白板轉發線程：負責監聽來自客戶端的建立控制連接或白板連接的請求，有請求到來時建立通信連接。

　　2.3 應用接口

　　應用接口實現通信子系統與應用層程序的交互。它包括兩方面內容，一是應用程序的編寫應遵循通信子系統所規定的標準;二是應用程序可以通過通信子系統提供的應用程序接口使用通信子系統。應用通信子系統構建虛擬教學實驗室系統的目的是為了滿足系統對開放性、實時性、靈活性、可擴充性和易操作性的要求。

　　結束語：

　　綜上所述， 本虛擬實驗系統操作界面友好，交互性強。覆蓋了模擬通信系統理論教學中的大部分知識點，做到了將抽象的內容具體化，復雜的概念簡單化。與傳統的硬件實驗設備相比較，由于本系統應用了模塊化設計的思想，使得系統具有良好的擴展功能，能夠很好地滿足模擬通信系統驗證性實驗的需求，是一套很好的輔助教學工具。

　　參考文獻

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