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大型材料分析仪器的远程共享与协作

时间:2017/7/8 9:36:00   来源:本网   添加人:admin

  11背景新材料被认为是二十一世纪的四大支柱产业之一,因此世界各国都投入了大量的人力、作者:胡家骏(19841),男,上海交通大学材料学院研究生通信作者:庄明珠(1952、9)女,上海交通大学分析测试中心副主任物力进行新材料的研发。随着对新材料认识的不断深入,人们越来越认识到微观乃至原子尺度的材料特征对其宏观性能具有决定性的作用,因此高精度的材料微观特性检测仪器在新材料的开发中起到举足轻重的作用。如场发射扫描电镜、原子力显微镜、高分辨率透射电镜、超高真空扫描隧道显微镜等均是如此。

  这些仪器由于基本上都依赖进口,价格都在数百万元以上,因此只有少数建设经费充足的单位才能购买。

  很多普通的科研人员以及中小企业由于时间、地域的障碍,使用这些仪器非常不便,很难顺利地开展科研工作。而另一方面,有些有仪器的单位则由于分析测试任务并非饱和而造成仪器闲置,使大量的优质资源浪费。如果能够改变这种需求与服务不均衡的现状,用户足不出户地便捷地使用这些仪器,就可以大大提高现有仪器设备的使用率,推动科研事业的发展。

  此外,现在许多科学研究需要用到多种仪器,这就需要集各类学科专家的智慧于:WebSevie服务提供方通过WSDL描述所提供规模的系统,在客户端数量不是很大的情况下,C/S的服务,并将这一描述告知WebSeles注册服务器。

  胡家蚺,等:大型材料分析仪器的远程共享与协作服务目录服务WebSevices的体系构架注册服务器依据W33L的描述,依照UDD协定更新服务目录并在nternet上发布。用户在使用WebSevies前先向注册服务器发出请求,获得WbSevCeS提供者的地址和服务接口信息,之后使用SAP协议与WebSevCej提供者建立连接,进行通信。

  3仪器远程共享与协作平台的实现目前仪器远程共享与协作的实现平台主要分为两大阵营,一是MCooft的。ne,t另一个则是以SN为代表的JEE这两大阵营已就一些底层的协议达成了共识,包括前面已经提到的SAPWSDLUDD辱,但是在实现的体系结构,开发方法以及编程语言上还是有所不同。

  JEE在1999年就形成了其成熟的架构,它本身是一系列规范,而不是产品,任何符合这一规范的产品都是JEE兼容的,这使得JEE从制订之初就得到了广泛的支持。BMace等都相继开发了符合JEE的应用服务器,它们的产品相互之间甚至可以兼容……ne则大量地吸收了JEE的优点,并借助MCooff勺全套平台和工具,这使得它的代码更简单,应用程序更快更容易升级,能够用更少的时间来构建和配置。与此同时它的缺点也是很明显的,那就是不能很好的在Window平台之外的平台上使用,即便有Websevices来解决异构平台上服务连通性的问题,如何在异构的平台上构造具有可扩展性,高可靠性,高可用性,故障冗余,错误恢复能力等问题,还是不能得到完善的解决。而JEE具有良好跨平台性,它可以通过jaa虚拟机来消除平台差别。实际上如果要搭建跨UnixWindows等多个操作系统平台,JEE平台几乎是唯一的选择。就扩展性而言,广为业界接受的事实是。net平台的扩展思想是基于软件的横向扩展,而JEE平台的扩展思想则是基于硬件的纵向扩展。

  在具体应用中,我们可以根据实际需要在两种技术中取舍。例如JEE技术因其推出时间长,具有平NE!则借助于Windows的广泛应用,具有丰富的用户界面。因而,在构建远程共享与协作平台的时候,我们可以在服务器端使用JEE技术,在客户端使用。NT框架,使应用既具有标准开放性,又具有丰富的用户界面。

  4安全问题41仪器远程控制中安全的重要意义通常基于网络的应用,服务器系统响应用户的服务请求前,需要检验用户的合法身份,确定用户是否具有操作权限。而仪器远程访问的安全性问题更为重要,不但要防止未授权的操作请求。还包括该仪器提供的所有操作指令是否可以执行,如运行、停止、读取参数、设置参数、获取测试结果等。不同的用户对仪器具有不同的权限,只有授权的用户才能获得服务。非授权的用户欲执行非法控制操作,系统“屏蔽”或拒绝提供服务。

  系统安全控制实现的关键在于灵活有效地把握远程用户对网络仪器的使用权限,在系统设计和配置中,充分考虑仪器操作和测试数据的安全性。

  42仪器远程控制中安全的设计方法综合采用多种方法保证网络的安全性,以确保远程共享系统的网路安全和仪器的运行安全。单机操作物理隔离,断开本地控制机的网络连接。严格的身份认证机制,远程操作、登陆服务器只有通过P验证后方可对仪器进行物理操作,有以下几种方法:(1)采用用户名密码验证机制。该机制是目前服务器安全的核心机制。只有通过验证的连接才能被服务器认可,建立用户线程,否则,连接随即被关闭。

  (2)采用特定的协议包格式。这使得随意的网络数据流不为服务器程序所接收和解析,更不会产生误操作。

  (3)服务器中,对每个正确登陆的用户在独立的线程中运行。当由于意外因素导致错误时,至多导致该线程结束,而不会危及其他用户和整个服务器程序的运行,用户仅需重新登陆服务器即可。

  (4)所有的操作记录都被记录到数据库中一旦出现错误,开发人员可以根据记录进行调整,使系统不断趋于稳定。

  (5)监控程序独立的进行监控。监控的具体状态包括:与服务器的网络连接是否畅通,控制程序进程是否正常。同时也可以接受服务器的命令,停止或启动控制端程序。

  (6)实行权限优先级限制。本地实验员具有最高网络权限,能够及时断开不合法的用户的网络连接。

  5仪器远程共享与协作平台的应用台独立性和标准开放性,已在服务器端广泛部署,而,5 1系统介绍实验室研究与探索上海交通大学分析测试中心为了合理开发和利用现有的大型仪器设备,促进资源共享,打造科技协作大平台,设计并建立了一套通用性跨平台多应用远程控制系统(RCSS)。

  这套系统提供了一个可靠的、可伸缩的和易用的基于Wb的远程控制与共享平台,用户通过网络接入到RCS服务器后,事先不需要安装任何特殊的客户端软件。RCS服务平台提供自动的ACVX插件安装功能,能使得用户可以用十分简单的方式实现他们的远程控制与共享。

  在网络安全方面,该系统采取对设备、网络、人员的多层防御与有效管理机制,应用访问控制、检查安全漏洞、攻击监控、加密通讯、三重认证等措施共同保障系统的使用安全。

  52应用实例现已建成的系统可以实现对三台设备的远程共享,这三台设备分别是场发射扫描电镜、原子力显微镜和液相色谱一质谱联用仪。2006年5月,上海交通大学分析测试中心与东华大学分析测试中心实现了部分仪器远程共享,东华大学的师生在自己学校的实验室内就能自如地使用位于上海交大分析测试中心内的三台设备,还可与对方共同探讨分析测试中的任何问题,并实时获得报告。在实际应用中,解决了有机物纳米包覆SOZ的粒子团聚及界面观测等疑难问题,效果良好。除此之外,该系统还为中国科学院上海应用物理研究所、英特尔产品上海)有限公司等诸多用户提供远程测试服务。目前,正在探索与云南大学合作,实现上海交通大学与云南大学设备的双向交互式远程控制。这样,我们一方面充分利用现有的仪器资源,进行跨地域的技术交流,促进东西部地区的科技合作,形成科研工作的良性互动。同时,为国家节约了有限的教育资金(台大型仪器价值达数千万元)另一方面可以缩短客户的测试周期,节约大量的差旅费用和宝贵时间。

  6总结与展望随着计算机网络的迅速发展,仪器共享与协作得到越来越多的应用。它已不仅仅局限于仪器设备基本信息的共享,而是能实现更高层次的软硬件资源的共享。而仪器的远程控制问题,是仪器共享与协作的重要问题,解决这个问题,需要完善的网络基础设施,先进的网络体系结构,智能化的中间件技术,良好的交互形式和广泛可理解的通信内容1171,这些技术都是研究的重点。除此之外,一个可靠的安全管理机制,不同的仪器许可不同的人使用,而且每个人使用的权限不一样,这种基于策略的访问控制机制也是至关重要的。

  说,已经基本实现了网站建设、视频会议、多媒体交互(文字、语音、视频)专家系统、试验设备远程控制等诸多功能,为高精度的材料微观特性分析以及其他学科的研究开发提供了方便快捷的远程服务。未来我们将着重强调系统的协作功能,使它需要具备良好的互操作性,能够实现多个地点的仪器相互协作,使科学家们可以畅通无阻的交流,共同来完成大的科研项目,得到更高的效率,获得更多的成果,进一步提升仪器共享与协作平台的内在价值。

  7致谢本文工作得到上海市科委研发公共服务平台建设专项、上海市科委西部合作项目、上海交通大学211建设专项的大力支持,谨表诚挚的谢意。