计算机硬件云实验平台关键技术研究与实现

论文摘要

在这个科技腾飞的时代,教育实践的根本变化是什么?是开放和创新。只要人们谈到教育改革,远程教育就是一个不可避免的话题,它有着强劲的发展势头,己经发展成为备受高度重视的新型教育模式。然而在现代远程教育实践中,实验教学该如何开放、如何创新、如何与理论课程相配套?一直以来被广大学者所探讨。然而又随着近几年来云计算的兴起及其技术的快速发展,我们紧抓这一机遇,深入研究了计算机传统实验并分析其缺陷,已不能适应未来高素质人才培养的客观需求。针对计算机传统实验的明显不足,实验冗余,资金投入大,实验资源得不到充分利用,硬件环境多变,缺乏连贯性,实验被限制在固定的时间和固定的场所,无法根据自己的情况自主开展实验,限制了实验的灵活性并且目前主流远程实验室提供的多为虚拟设备,缺乏真实性。因此我们结合云计算的思想,采用多种云计算的关键性技术,融合远程实验的优势,开发了一种“云”+“实物”+“网络”的创新型实验平台。把硬件实验设备作为一种服务提供给用户,使用户可以通过网络7*24*365全天候申请实验设备展开自主实验,满足实践教学内容不断强化的需求,满足实践教学设计性、综合性和创新性的需求,满足实践教学提升实验效率的需求。设计这种基于云计算技术的远程实验平台最主要的目标是让用户能够通过网络远程获得所需的真实硬件实验环境,在提高实验灵活性和自主性的条件下保证实验的准确性和真实性。为了有效实现“实验云”提供实验服务的核心能力,结合计算机硬件实验的特点,我们在“实验云”中研究了实验快照及实验迁移、实验预约和远程视频监控等多种关键技术,为“实验云”的顺利应用提供了技术保障。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 远程教育与虚拟实验的发展
• 1.1.2 传统实验存在的问题
• 1.2 研究意义
• 1.3 课题介绍
• 1.3.1 课题研究现状
• 1.3.2 远程实验关键技术研究
• 1.3.2.1 虚拟化技术
• 1.3.2.2 虚拟现实技术及特征
• 1.3.2.3 远程实际实验研究
• 1.4 主要内容与创新点
• 1.5 论文结构
• 第二章 云计算及其相关技术
• 2.1 云计算相关技术介绍
• 2.1.1 云计算的定义
• 2.1.2 云计算发展现状
• 2.1.3 云计算系统的特征
• 2.1.4 云计算的体系架构
• 2.1.5 云计算关键技术
• 2.2 云计算在远程实验中的应用
• 2.2.1 建立基于云计算的远程教育系统的意义
• 2.2.2 系统的整体结构设计
• 2.3 本章小结
• 第三章 计算机硬件云实验平台介绍
• 3.1 计算机硬件云实验总体设计
• 3.1.1 设计目标
• 3.1.2 总体结构
• 3.1.3 天河阳光实验板简介
• 3.1.4 系统功能和边界
• 3.2 计算机硬件云实验服务端设计
• 3.3 计算机硬件云实验任务节点端设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 计算机硬件云实验平台关键技术研究
• 4.1 实验快照及迁移关键技术研究
• 4.1.1 引言
• 4.1.2 总体思路
• 4.1.3 边界扫描电路
• 4.1.4 边界扫描测试
• 4.1.4.1 待测FPGA的边界扫描参数
• 4.1.4.2 基于边界扫描的FPGA配置算法
• 4.1.4.3 基于边界扫描的FPGA功能测试
• 4.1.4.4 边界扫描操作的代码实现
• 4.1.5 实验迁移
• 4.1.6 实验快照及迁移技术遇到的的应用问题及其解决方案
• 4.2 实验预约关键技术研究
• 4.2.1 引言
• 4.2.2 实验预约关键思想和功能描述
• 4.2.2.1 实验预约的关键思想
• 4.2.2.2 功能描述
• 4.2.3 实验预约总体设计
• 4.2.3.1 数据分析
• 4.2.3.2 系统架构设计
• 4.2.3.3 系统功能模块的设计
• 4.2.4 数据库设计
• 4.2.4.1 数据库的物理设计
• 4.3 视频监控关键技术研究
• 4.3.1 引言
• 4.3.2 视频监控技术的分类
• 4.3.3 关键技术的研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 计算机硬件云实验平台测试
• 5.1 测试环境
• 5.2 功能测试
• 5.2.1“天河阳光”实验板端实验功能模块测试
• 5.2.2“天河阳光”实验板端网络通信模块测试
• 5.2.3 服务器端实验板管理模块测试
• 5.2.4 B/S结构客户端功能测试
• 5.3 本章总结
• 第六章 结束语
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果