通信原理远程虚拟实验室系统设计与实现
目 录
1 绪论 1
1.1 课题的研究背景与意义 1
1.2 系统概述 2
1.3 虚拟实验室系统研究与发展现状 2
1.4 系统的开发背景介绍 3
1.5 论文的主要内容与章节安排 3
2 系统结构 3
2.1 系统方案设计 3
2.2 系统硬件结构 4
2.3 系统软件结构 5
2.4 Matlab下的Web应用 6
2.5 基于Matlab的Web应用程序的工作模式 7
2.6 系统开发环境 9
3 系统实现 11
3.1 Matlab Web Server的系统需求和装置 11
3.2 Matlab Web Server的工作原理 11
3.3 Matlab Web Server和Apache Web Server配置 12
3.4 Matlab Web服务器应用程序开发 17
3.5 搭建局域网实现远程登录访问 21
4 系统实现功能 24
4.1 总体功能模块图 24
4.2 各功能模块实现功能及关键代码 24
4.3 关于调频，调幅，调相 36
5 系统开发的关键技术 37
5.1 系统的优化设计 37
5.2 系统的安全设计 38
5.3 关键技术 39
结 论 40
致 谢 41
参考文献 42
1 绪论
1.1 课题的研究背景与意义
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
> 目前，我们处在一个高速发展的信息时代，人们可以通过Internet根据需求灵活得学习自己感兴趣的的知识，方便快捷，因此，远程教育成为了与传统教育相辅的教育方式。使用者通过Web页根据需求，有目的的进行各种教学交互，在不知不觉中提高了学习的效率。然而，相比于实验现场设备，远程教育的实践操作性和显示效果都有所欠缺，并且不适合于一些实践较多的学科。然而，现实中实验设备成本是非常昂贵的，对于一些设备，由于操作人员的不熟悉，可能存在安全隐患，因此必须要有专门的技术人员得指导。这些都是需要解决的问题。
随着互联网技术和通信技术的发展和完善，远程仿真实验室的建立，可依靠计算机网络这一媒介，并把计算机动画和科学计算引擎二者结合，实现虚拟现实设备。不受师资、位置、人员资金、安全等问题的制约，用户根据自己的时间分配，随时访问Internet，在WWW环境下进行科学实验，从浏览器中直接获取试验结果。此系统同时具备了Web页教育及现实设备实验的优点，可以使实验现象得到直观、形象、准确的表现，能够很好的解决上述问题，完善远程教育模式。
目前主要有两种类型的计算模式的应用程序：一种是C/S模式，即客户/服务器模式）；另一种是被简称为B/S的浏览器/服务器模式。对于B/S模式，只需要有浏览器软件，客户通过浏览器发出请求，传送到Web服务器中，请求经过处理后，返回到浏览器端。在这一过程中用户不需要知道传送的工作流程，以及服务器的配置和程序的开发等问题，只要接收需要的结果即可。因此，这一模式占据了计算机应用程序中最重要的地位。现在能够完成Web服务器编程功能的技术有许多，被称为CGI（Common Gate Interface）技术，这项技术开发程序虽然使用方便，但其无法实现大量数值的计算，以及无法实现一些复杂的算法。
自从1984年美国MathWorks公司推出Matlab/Simulink以来，这种科学计算软件以其强大的数学计算功能和工程建模仿真功能一直备受相关操作人员的青睐。在公司进行的多次修改和完善的情况下，Matlab已经可以实现多个领域多个学科的软件设计工作。数学计算和符号计算、数据分析和可视化是MATLAB的主要功能。它提供了一个工具，为用户提供专门的功能的专业领域，用户可减少编程时间。Simulink作为可供用户使用的图形化仿真工具，其大大方便了各门学科的研究工作，在不用编写代码的情况下就可以完成系统仿真、数学建模这类复杂工作。Matlab可以实现是理论到实践应用，也被称为最可信赖的科技资源之一。如今已经成为在工程计算中进行科学研究必须掌握的计算工具。在本系统的仿实现中，无论你身处何地，只要通过Internet将数据发送给Matlab Web Server，就可得到相应的计算结果以及图形结果等。
1.2 系统概述
Matlab强大的功能可以实现绘图，系统建模，进行各种科学计算，随着各种工具箱的研发，Matlab 以其强大的科学计算和可视化功能著称，现今已经成为高级课程的基本教学工具，其涉及各个学科。但其在网络方面的服务功能还是鲜为人知的，MathWorks公司的Matlab 6.0版本和Matlab 7.0版本提供网络服务，借助网络，用户可把其需要的参数或数据送至Matlab进行计算，并从网页中得到经Matlab程序处理得到的结果，并且此基础上还可以进行特定目的的二次开发。
本系统就 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
是依据Matlab Web Server组件进行的二次开发，高校在进行通信原理课程时，可通过此系统辅助教学。系统从学习教育的角度出发，采用了单纯的按钮式菜单选择操作，避免了使用者自己设计程序进行实验的方法，使得使用者可在网页界面直接使用Matlab 语言进行数学实验，为学习者提供了简便的实验学习环境。
数值实验，图像处理，微分方程求解，是“网络化的数学实验室”的核心功能，对于概率统计等数学实验的内容有详细的帮助。
操作简单、易掌握以及容错处理能力是编程中需考虑的最重要的因素。
1.3 虚拟实验室系统研究与发展现状
国外有关远程仿真系统的研究已有长足的发展，而且已经到了实用的阶段。而国内的起步相对较晚，目前还是以研究为主。根据此系统的不同应用领域，有各种各样的实现方案。在国外，通过Matlab、Java Applet及VRML、图形等插件，德国波鸿鲁尔大学电子工程与信息科学系工程实验室完成了数字及符号计算和仿真。澳大利亚Graham C.Goodwin的《Control System Design》随书教学光盘中的虚拟实验中的各种控制系统的典型实验采用Java Applet来完成。新加坡国立大学建立的远程仿真系统（http://Vlab.ee.nus.edu.sg/Vlab/），通过Java Applet来实现远程控制。还有通过另Microsoft最新Com+ 组件技术实现虚拟仪器的构建，这一虚拟仪器被组建起来，由三层结构组成网络虚拟实验室。在国内，电子科技大学基于Matlab Web Server在电子科技大学工科数学教学基地网站上建立了网络数学实验室，为高校学生提供数学实验的网络教学服务。
图2.1 系统的硬件结构
这种结构的优点在于，现有的资源和设备都可被使用到，安全系数高，环境配置可根据使用者的需求灵活设置，从而形成低成本高效率得网络虚拟实验室因为：
峰形图绘制：根据所选参数生成相应图形，并把图形在浏览器上呈现。
模拟股市走势：蒙特卡罗方法的应用，并返回所模拟的股市走势图。
1 绪论 1
1.1 课题的研究背景与意义 1
1.2 系统概述 2
1.3 虚拟实验室系统研究与发展现状 2
1.4 系统的开发背景介绍 3
1.5 论文的主要内容与章节安排 3
2 系统结构 3
2.1 系统方案设计 3
2.2 系统硬件结构 4
2.3 系统软件结构 5
2.4 Matlab下的Web应用 6
2.5 基于Matlab的Web应用程序的工作模式 7
2.6 系统开发环境 9
3 系统实现 11
3.1 Matlab Web Server的系统需求和装置 11
3.2 Matlab Web Server的工作原理 11
3.3 Matlab Web Server和Apache Web Server配置 12
3.4 Matlab Web服务器应用程序开发 17
3.5 搭建局域网实现远程登录访问 21
4 系统实现功能 24
4.1 总体功能模块图 24
4.2 各功能模块实现功能及关键代码 24
4.3 关于调频，调幅，调相 36
5 系统开发的关键技术 37
5.1 系统的优化设计 37
5.2 系统的安全设计 38
5.3 关键技术 39
结 论 40
致 谢 41
参考文献 42
1 绪论
1.1 课题的研究背景与意义
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
> 目前，我们处在一个高速发展的信息时代，人们可以通过Internet根据需求灵活得学习自己感兴趣的的知识，方便快捷，因此，远程教育成为了与传统教育相辅的教育方式。使用者通过Web页根据需求，有目的的进行各种教学交互，在不知不觉中提高了学习的效率。然而，相比于实验现场设备，远程教育的实践操作性和显示效果都有所欠缺，并且不适合于一些实践较多的学科。然而，现实中实验设备成本是非常昂贵的，对于一些设备，由于操作人员的不熟悉，可能存在安全隐患，因此必须要有专门的技术人员得指导。这些都是需要解决的问题。
随着互联网技术和通信技术的发展和完善，远程仿真实验室的建立，可依靠计算机网络这一媒介，并把计算机动画和科学计算引擎二者结合，实现虚拟现实设备。不受师资、位置、人员资金、安全等问题的制约，用户根据自己的时间分配，随时访问Internet，在WWW环境下进行科学实验，从浏览器中直接获取试验结果。此系统同时具备了Web页教育及现实设备实验的优点，可以使实验现象得到直观、形象、准确的表现，能够很好的解决上述问题，完善远程教育模式。
目前主要有两种类型的计算模式的应用程序：一种是C/S模式，即客户/服务器模式）；另一种是被简称为B/S的浏览器/服务器模式。对于B/S模式，只需要有浏览器软件，客户通过浏览器发出请求，传送到Web服务器中，请求经过处理后，返回到浏览器端。在这一过程中用户不需要知道传送的工作流程，以及服务器的配置和程序的开发等问题，只要接收需要的结果即可。因此，这一模式占据了计算机应用程序中最重要的地位。现在能够完成Web服务器编程功能的技术有许多，被称为CGI（Common Gate Interface）技术，这项技术开发程序虽然使用方便，但其无法实现大量数值的计算，以及无法实现一些复杂的算法。
自从1984年美国MathWorks公司推出Matlab/Simulink以来，这种科学计算软件以其强大的数学计算功能和工程建模仿真功能一直备受相关操作人员的青睐。在公司进行的多次修改和完善的情况下，Matlab已经可以实现多个领域多个学科的软件设计工作。数学计算和符号计算、数据分析和可视化是MATLAB的主要功能。它提供了一个工具，为用户提供专门的功能的专业领域，用户可减少编程时间。Simulink作为可供用户使用的图形化仿真工具，其大大方便了各门学科的研究工作，在不用编写代码的情况下就可以完成系统仿真、数学建模这类复杂工作。Matlab可以实现是理论到实践应用，也被称为最可信赖的科技资源之一。如今已经成为在工程计算中进行科学研究必须掌握的计算工具。在本系统的仿实现中，无论你身处何地，只要通过Internet将数据发送给Matlab Web Server，就可得到相应的计算结果以及图形结果等。
1.2 系统概述
Matlab强大的功能可以实现绘图，系统建模，进行各种科学计算，随着各种工具箱的研发，Matlab 以其强大的科学计算和可视化功能著称，现今已经成为高级课程的基本教学工具，其涉及各个学科。但其在网络方面的服务功能还是鲜为人知的，MathWorks公司的Matlab 6.0版本和Matlab 7.0版本提供网络服务，借助网络，用户可把其需要的参数或数据送至Matlab进行计算，并从网页中得到经Matlab程序处理得到的结果，并且此基础上还可以进行特定目的的二次开发。
本系统就 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
是依据Matlab Web Server组件进行的二次开发，高校在进行通信原理课程时，可通过此系统辅助教学。系统从学习教育的角度出发，采用了单纯的按钮式菜单选择操作，避免了使用者自己设计程序进行实验的方法，使得使用者可在网页界面直接使用Matlab 语言进行数学实验，为学习者提供了简便的实验学习环境。
数值实验，图像处理，微分方程求解，是“网络化的数学实验室”的核心功能，对于概率统计等数学实验的内容有详细的帮助。
操作简单、易掌握以及容错处理能力是编程中需考虑的最重要的因素。
1.3 虚拟实验室系统研究与发展现状
国外有关远程仿真系统的研究已有长足的发展，而且已经到了实用的阶段。而国内的起步相对较晚，目前还是以研究为主。根据此系统的不同应用领域，有各种各样的实现方案。在国外，通过Matlab、Java Applet及VRML、图形等插件，德国波鸿鲁尔大学电子工程与信息科学系工程实验室完成了数字及符号计算和仿真。澳大利亚Graham C.Goodwin的《Control System Design》随书教学光盘中的虚拟实验中的各种控制系统的典型实验采用Java Applet来完成。新加坡国立大学建立的远程仿真系统（http://Vlab.ee.nus.edu.sg/Vlab/），通过Java Applet来实现远程控制。还有通过另Microsoft最新Com+ 组件技术实现虚拟仪器的构建，这一虚拟仪器被组建起来，由三层结构组成网络虚拟实验室。在国内，电子科技大学基于Matlab Web Server在电子科技大学工科数学教学基地网站上建立了网络数学实验室，为高校学生提供数学实验的网络教学服务。
图2.1 系统的硬件结构
这种结构的优点在于，现有的资源和设备都可被使用到，安全系数高，环境配置可根据使用者的需求灵活设置，从而形成低成本高效率得网络虚拟实验室因为：
峰形图绘制：根据所选参数生成相应图形，并把图形在浏览器上呈现。
模拟股市走势：蒙特卡罗方法的应用，并返回所模拟的股市走势图。
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