基于Web的贵重仪器设备共享系统研究与实现

近年来，随着网络技术的迅速发展，各个单位（企业、高校等）之间的合作越来越频繁，不可避免的涉及到单位之间资源共享的问题。由于责重仪器设备的购买成本很高，因此如何共享责重仪器设备逐渐成为人们关注的热点。目前责重仪器设备在投入和使用方面存在很多问题。首先，一些资金缺乏的单位，没有能力购买需要的责重仪器设备严重阻碍了自身发展；而一些实力雄厚的单位虽然拥有资源却得不到充分利用其次对于某些用户需要使用仪器设备的部分功能或者使用频率很低，花大量成本购买仪器设备是不合算的。如何能够共享责重仪器设备，使资源得到充分合理利用是目前亟待解决的问题。

本文首先分析了目前责重仪器设备共享中存在问题，在此基础上对仪器设备共享中涉及到的多个问题进行研究，提出并实现了基于Web的责重仪器设备共享系统。

1问题提出目前责重仪器设备共享中主要存在如下问题①信息管理问题：共享责重仪器设备，首先要共享这些仪器设备的信息对信息进行动态更新和统一管理，实现仪器设备的预约管理等。目前许多单位虽然有各自独立的仪器设备信息管理平台，通过平台可以查询到仪器设备的相关信息，但是它们之间的数据不能共享不支持仪器设备的预约和管理，有的也不支持数据的动态更新。②责重仪器设备远程操作和共享问题：共享责重仪器设备，其本质目的是共享仪器设备本身。仪器设备在地域上分布广泛软硬件平台异构给共享带来了很大的困难。目前共享仪器设备的主要方法是本地操作或委托设备拥有者进行操作，这些方法效率很低，成本昂责，不能满足对责重仪器设备共享的需求。构建通用平台实现基于Web的-），女，山西太原人，博士研究生，研究方向为网络化制造、虚拟制造和语义网等；黄雪梅，女，博士后，研究方向为可重构制造和制造系统建模等；徐云，女，博士研究生，研究方向为网络化制造、虚拟制造和网格等；肖田元，男，教授，博士生导师，研究方向为网络化制造、虚拟制造和仿真等。

责重仪器设备远程操作和共享，可以提高仪器设备的使用效率，降低成本，充分整合现有资源。

根据以上分析为了实现责重仪器设备的共享提高资源使用率，降低生产和科研成本，责重仪器设备共享系统需要重点研究如下几方面问题。

（1）责重仪器设备共享模式的研究责重仪器设备地理位置分布广泛，而且仪器设备的软硬件平台各异。针对这些问题，需要对责重仪器设备的共享模式进行研究，该模式应该能够克服责重仪器设备在地域上分布广泛软硬件平台异构的问题，有利于仪器设备信息资源的动态更新和统一管理，能够支持远程操作和共享，同时能够满足系统在易用性、通用性和可扩展性方面的需求。

责重仪器设备数量庞大，共享系统需要维护大量资源，许多用户同时访问系统中资源，并在不同功能模块下开展协同工作。为了保证数据和系统的安全性，保证正确的人以正确的方式在正确的时间看到正确的信息或执行正确的操作，需要对系统的访问控制技术进行研究。

（3）责重仪器设备远程操作和共享的研究责重仪器设备依据和计算机的集成情况大致可以分为3类①和计算机高度集成，通过专业软件对仪器设备进行控制和操作，结果返回、数据处理等都由相应的软件芫成，除了设备的开机、关机以及初期准备工作，在仪器设备正式工作的过程中不需要人直接操作仪器设备，只需要操作相应的专业软件②和计算机较为紧密的集成，通过专业软件对仪器设备进行控制、操作、结果返回、数据处理，但是除了设备的开机、关机以及初期的准备工作，在正式工作的过程中，同样也需要人对仪器设备进行直接操作来芫成相应的工作；不能和计算机连接所有的操作需要通过面板进行操作，需要人的直接参与来芫成。

第三类无法和计算机相连因此无法实现远程操作和共享。针对前两种仪器设备，个别仪器设备的生产厂商也提供了共享方法，但都与具体仪器设备或对应操作软件相关实现成本较高，不具有通用性。国内拥有众多责重仪器设备，针对每一种仪器设备研究其共享方法成本昂责而且不现实。因此责重仪器设备共享系统不应该针对每种仪器设备进行独立开发，而应构建通用软件平台实现对大多数责重仪器设备的远程操作和共享。因此需要对责重仪器设备远程操作和共享的通用方法进行研究。

2系统分析2.1基于Web的工作机制为了解决责重仪器设备地理分散和平台异构的问题，系统采用基于Web的三层Browser/Server结构（B/S）。

（3）混合式共享模式3混合式共享模式和纯分散式一样资源也是比较分散，各节点之间也可以直接建立连接，但是在混合式共享模，网络的构建需要中心服劳器，通过集中认证，建立索引机制。混合式共享模服劳器和集中式共享模的中心服劳器地位和作用都不相同，在混合式共享模接成功，节点之间就可以直接进行通信，弱化了服劳器的作用。这种混合式共享模式结合了集中式和纯分散式模式的优点，易于发现网络节点、易于管理且安全性较好。

在混合式共享模，依据各个节点（不包括服劳器）在共享中的地位和作用不同又可以分为两种①各个节点地位和作用相同，即是服劳使用者也是服劳提供者（对同一服劳而言）。P2P应用中带有中心服劳器的模式属于此类，例如洪享MP3音乐的Nepster.各个节点的地位和作用不同。基于Web服劳构建的资源共享应用属于这种共享模式，含有中心服劳器，但服劳器的作用弱化。

责重仪器设备地理位置分布广泛不适合采用集中式共享模式似器设备相关信息需要动态更新和统一管理，资源提供者和使用者的地位和作用各不相同，不适合采用纯分散式共享模式和混合共享的**种模式。混合共享的第二种模式通过集中认证，建立索引机制，有利于信息的统一管理和动态更新；中心服劳器辅助各个节点之间建立连接，节点之间直接进行通信，有利于资源的发现和管理，能够支持资源动态加入和自主管理从共享模式层次上保证了系统的鲁棒性、通用型和可扩展性。因此系统采用混合共享的第二种模式如所示。

在中心服劳器上发布更新信息，管理预约信息。资源使用者通过Internet向中心服劳器发出请求，查询和预约资源，当预约信息被批准后，资源使用者可以利用服劳器提供的信息和资源提供者直接建立连接使用资源。2.3基于角色的访问控制技术目前访问控制技术可以分为3类洎主访问控制技术、强制访问控制技术以及基于角色的访问控制技术w.在基于Web的责重仪器设备共享系统中，随着用户群的逐渐增加用户访问控制管理的难度也显著增加。自主访问控制由于其安全级别较低，在大规模环境下，很容易出现安全漏洞；而强制访问控制技术需要对资源和用户定义详细的安全级别，在大型系统中，管理难度比较大，因而这两种方式都逐渐不适应网络环境下大规模的用户管理，不能满足本系统需求。基于角色的访问控制技术，将用户和访问权限相分离，引入了角色的概念，实现了权限和用户之间的解耦。如所示。

权限和用户的解耦系统在基于角色的访问控制技术的基础上，提出并实现问控制技术，通过用户和角色之间的授权、角色和权限之间的对应实现了用户和权限之间的灵活映射，即可以满足不同用户多样化的需求，又可以保重数据和系统的安全性，而且降低了用户权限管理的难度。

考虑到目前大多数的责重仪器设备和计算机集成度较高，都是通过相应专此软件来控制仪器设备（前面提到的一类和二类仪器设备），因此可以将责重仪器设备的远程操作和共享转换为相应专此软件的远程操作和共享，通过软件的远程操作和共享实现责重仪器设备的远程操作和共享。

目前软件共享有两种主要方法：（1）对软件进行二次开发提供网络版。

（2）借助第三方软件，实现软件的远程共享。此模式下有4种共享技术M基于桌面的共享技术、远程调用技术、远程登录技术以及基于CORBA封装的软件共享技术。近几年出现技术M为软件封装提供了新的途径，但目前基本处于功能模块的远程调用阶段。

**种方法需要针对不同仪器设备的软件进行开发，周期长，通用性差，推广困难。远程调用或软件封装的共享技术只能实现软件部分功能的远程调用；远程登录技术具有独占性，每个用户只能看到自己的操作界面，不能和其它用户开展协同工作。这些技术都不能满足责重仪器设备远程操作和共享的需求，不具有通用性。

基于桌面共享的技术通用性较强，对共享软件基本没有特殊要求。目前此类软件有Microsoft的NetmeetingSymantec的公司的PCAnywhere以及ATT剑桥研究所开发的VNC等。

这些软件在一定程度上实现了软件共享，但侧重于桌面使用，没有考虑远程操作的特点，缺乏对协同工作的考虑。

基于Web的责重仪器设备共享系统中充分考虑了仪器设备远程操作的特点深用桌面共享技术开发第三方软件；f仅实现了仪器设备软件的远程操作和共享，而且可以支持多用户的协同工作。该软件基于J2EE构建，不受操作系统限制，能够解决平台异构性问题具有很强的通用性篇本不受仪器设备软件自身特点的限制。中较为详细的分析了其中涉及的关键技术。资源提供者只需要将该软件安装到共享软件所在计算机上即可提供服劳；资源使用者通过Web浏览器即可对共享软件进行远程操作，实现仪器设备的远程操作和共享。

3系统实现在上述研究和分析的基础上，以全国高校仪器设备和优质资源共享项目为契机，设计实现了基于Web责重仪器设备共享系统。系统采用J2EE技术，设计为典型的B/S结构表示层是浏览器，显示用户界面；应用层为服劳器和应用程序，应储了仪器设备的相关信息。通过该系统，各高校之间可以通过Internet便撞的共享责重仪器设备资源，提高责重仪器的使用率，实现高校之间优势资源互补提高国内高校综合实力和竞争能力。

4结束语基于Web责重仪器设备共享系统充分体现了责重仪器设备远程操作和共享的特点。系统采用基于Web的工作机制和混合式共享模式有利于信息的动态更新和统一管理，有利于解决地理位置分布性和软硬件平台异构性的问题，保证了系统的鲁棒性、通用性和可扩展性为责重仪器设备的远程操作和共享奠定了基础。系统采用基于角色的访问控制技术，实现了‘用户-角色-权限“管理模式，保证了数据和系统的安全性，降低了管理难度，而且可以满足用户多样化需求；采用屏幕共享技术开发了第三方共享软件，实现了通过Internet对责重仪器设备的远程操作和共享，保证了软件的通用性。系统可以避免责重仪器设备的重复购置提高现有资源的使用率，为*终建立全国范围内共性的和跨地区、跨高校的网上仪器设备资源共享应用服劳平台提供良好的基础。