1.交互式平台功能

依托强大的网络和实验设备，在虚拟现实与多媒体技术的支持下，中心融合多种互动硬件设备，自主研发了车辆专业网络虚拟仿真实验中心，并拥有中心专有的服务器机群。开发的虚拟仿真教学实验平台涵盖汽车结构、汽车动力总成、汽车电子、汽车车身、先进制造等五大内容模块，可充分满足车辆工程专业实验教学的需要。中心拥有强大的实验教学功能，主要包括虚拟实验、实验资源、实验管理、实验交流、学员中心、系统管理六大部分，提供网上虚拟实验、实验资源共享、实验组织管理、实时实验指导、学生信息维护等功能，实现实验资源的集中管理和开放共享。

图1 虚拟仿真实验教学中心系统功能框图

 

虚拟实验：提供虚拟实验的入口，按类型列出虚拟实验项目，同时提供课程与实验项目关联表。进行实验时区分自选、必修，必修实验在规定时限内必须进行一次，自选实验没有时间和次数限制。

实验资源：按多媒体课件、应用软件、仿真案例等分类提供信息资源的浏览、下载功能，并提供信息资源的上传功能。上传的信息资源经系统管理员审核后列入相关栏目。

实验管理：主要包括实验计划安排、实验成绩评定等内容。由教员实现在线化的实验计划安排、系统化的自动批阅、集中化的成绩管理等功能。

实验交流：主要包括发表话题、经验交流、个人作品和实验问题等四个栏目，为用户进行实验互动提供平台。登录后的用户可以选择发表话题，其他人员参与讨论交流，也可查阅其他人员发起的经验交流、个人作品、实验问题等话题，并发表个人的意见。

学员中心：主要包括个人信息、必修实验、选修实验以及实验交流情况。学员在登录后可修改个人密码等信息，可在必修实验规定的报告完成时限前进行修改提交，也可将完成的选修实验报告提交教员检查。

系统管理：主要包括学员管理、教员管理、信息发布、资源管理、实验统计等内容。系统用户区分系统管理员、教员和学员三个角色，分别拥有不同的权限。实验课程教学班次的学员由系统管理员根据名册进行注册，教员和其他学员实名提交注册申请，由系统管理员核准。信息发布的主要内容包括实验计划、实验成绩、实验中心相关新闻等。资源管理主要是对虚拟实验设备、虚拟实验项目以及相关实验资源进行维护。实验统计主要对实验开设情况、考核成绩等信息进行统计分析。

虚拟仿真实验教学中心的逻辑结构分为服务器群、本地实验室、远程实验室等三大部分。服务器群由实验室服务器、实验教学支撑系统、教员管理终端组成，具有实验教学资源管理、实验室虚拟仿真实验和实验教学演示等功能，是实验教学平台的核心组成部分。本地实验室由实验室终端及相关仪器设备组成，主要提供本地虚拟仿真实验和基于仪器设备的半实物虚拟仿真实验功能。远程实验室通过网络与实验室服务器群相联结，远程用户通过浏览器登录实验室服务器，可以进行相关虚拟仿真实验。

 

                               图2 虚拟仿真实验教学管理模式逻辑结构

 

已经初步建成的虚拟仿真实验教学中心网络平台主要包含实验教学、师生互动、LabVIEW三大模块，具有多实验课程集中管理、虚拟实验内容动态添加、虚拟设备动态操作、实验数据智能生成、实验过程自动记录、实验报告及时评价，平台网络设备实时监测等功能特点，将真实实验的网络预约、进程管理、成绩考核与虚拟实验的数据记录、指导评价、实验结果有机融合在一起，可有效提高教学质量。

 

图3 虚拟仿真实验中心网络教学平台

 

该平台可为每个正式注册学生提供长期的网络实验自主学习空间，可组成网络实验虚拟小组、虚拟班级。可实现全部虚拟实验的全程实时数据记录、跟踪评价、智能指导、结果保存，实现实时查询虚拟实验学习过程、实验结果与成绩。

该平台具有授权教师可自主动态设定每个虚拟实验的难度、条件与各项参数的功能，教师可实时察看系统自动记录的学生实验结果与过程。该平台已面向社会、企业及其它高校，可以为正式注册的学员提供虚拟仿真实验，全方位带动车辆专业人才的培养。

2.设备支持

中心及学校教育网拥有功能完善的软、硬件设备支持系统，能够为车辆工程专业实验教学与科学研究提供可靠的虚拟实验环境。

大连理工大学校园网采用扁平化二层结构，即高速互联的大容量骨干核心路由器构成的核心层，由高性能楼内汇聚交换机和接入交换机构成的接入层，为校园信息化应用提供多业务的支撑网。校园网门户网站具有用户身份管理、认证和计费管理系统，具有网络防病毒、信息过滤和入侵检测功能，提供用户认证和权限等级识别，网络的安全运行、管理和维护有充分保障。

我校高性能计算平台采用联想深腾7000集群系统，配备刀片式计算节点64套，并将原有物理服务器上的应用逐步迁移到虚拟化服务器上，现在已有280余台虚拟机在运行。2009年对虚拟化服务器群进一步扩容，2010 年对第一批虚拟化服务器进行了内存和万兆网卡升级, 并部署了数据中心交换机Cisco Nexus 7018。目前数据中心已经部署了16台54 CPU虚拟化服务器群，所有物理服务器采用双10GbE网卡、双4Gb FC HBA上联，物理服务器群保持了合理的负载，为虚拟仿真实验平台的搭建提供了坚实的硬件基础。

 

图4 系统网络支撑框架示意图

 

        对服务器进行了内存和万兆网卡升级, 并部署了数据中心交换机Cisco Nexus 7018。目前数据中心已经部署了16台54 CPU虚拟化服务器群，所有物理服务器采用双10GbE网卡、双4Gb FC HBA上联，物理服务器群保持了合理的负载，为虚拟仿真实验平台的搭建提供了坚实的硬件基础。

 

  

图5 校园网结构

 

  

 图6 高性能计算平台

 

3.网络与信息安全

中心按照“依托技术优势、规范管理制度、健全保障体系”的建设方针，在深入研究网络信息安全管理和防护的基础上，从人员、制度、技术等三个方面采取了一系列安全措施，逐步建立起完整的网络与信息安全保障体系，力争从网络环境、应用平台和信息资源等多方面保障实验教学的正常运行。

 

图7 网络与信息安全保障体系示意图

 

人员保障：中心成立了安全领导小组、安全技术小组和安全评估小组。安全领导小组由中心主任、办公室主任等人员组成，安全技术小组由精通网络、信息系统安全技术的人员组成，安全评估小组由学院网络信息安全领域的技术专家组成，分别从决策、实施、监督三个层面为网络信息安全工作提供保障。

制度保障：中心建立了规范、严谨、完善的制度体系，主要包括《中心网络管理规定》、《中心网络安全管理规定》、《中心密码安全管理办法》、《中心应急处置预案》等制度规范，确保了网络信息安全工作的有章可循、有据可查。

技术保障：中心采用了一系列先进的网络信息安全技术和手段，具体包括：

（1）部署旁路监听设备，记录用户网络访问行为；

（2）通过网络版、单机版的防病毒软件和在线杀毒软件减少病毒的影响；

（3）所有计算机均安装锐捷客户端程序、保密管理系统、涉密电子文件标签和水印管理系统；

（4）使用漏洞扫描设备定期对系统进行漏洞扫描，并生成报告提醒管理员对存在漏洞的系统进行整改；

（5）使用防火墙防护服务器群，使用流量监控软件对服务器进行流量、CPU/内存/IO使用情况监控；

（6）建立校园网络信息安全服务网站,发布计算机病毒预报和安全漏洞等安全公告、分发安全补丁并提供WSUS服务等；

（7） 建立异地数据备份和冗余方案、LogServer日志记录和NTP服务器等。

4.应用实例

    以汽车电子远程测控虚拟仿真平台为例，该平台具备教师页面、学生页面、管理员页面和BBS页面四大功能。系统使用者分为学生、老师和管理员三种类型。学生可以查看新闻公告，注册用户信息，登录系统后可以预习实验、做实验，管理预约，查看实验，查看记录功能，提交实验报告，查看实验成绩。教师可以编辑实验内容，测试实验，查看学生实验情况、实验内容，管理学生预约，评阅实验报告，发布公告。管理员可以管理用户账号，管理公告。任何有合法权限的用户，在客户端电脑上通过网络浏览器，即可以交互式控制完成远程实验。该教学平台实现了实验信息的管理和交互式学习。创新性地将远程控制集成到实验管理系统中，为教师和学生提供了友好开放的实验平台。交互式操作，学生可自由设定实验条件，亲自操作设备；变化的实验结果，每人结果各不相同；实时跟踪、记录、指导、评价功能，为每个学生提供了自由学习空间。基于该远程测控实验信息管理系统，车辆工程实验在互联网上远程实施，这种教学方式提高了实验教学的伸缩性和适应性，克服实验场地、实验经费、实验课时数少等对学生实践能力培养的限制，提供了国内、国外高校之间信息交流的互动平台，提高了实验教学的综合水平。

 

图8 虚拟仿真实验的教学平台-远程测控案例