VR虚拟现实网络虚拟实验平台的构建与测试 精品Word格式文档下载.docx
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关键词:
远程指导;
P2P;
WindowsSocket编程;
HOOK;
多线程
DesignandImplementationofRemoteGuidanceModuleBasedonNetworkVirtualExperimentPlatform
Abstract
Underthefoundationofnetworkmunications,thenetwork-basedVirtualExperimentalPlatformcouldintegratevariousputervirtualdevicesintoapleteexperimentalenvironmentaccordingtotheexperimentrequirements,andconnecttheexperimentcircuitanddemonstratetheprocessofexperiment.Theremoteguidingmodulewasoneoffunctionmodules,whichwasdividedintoguidingendandtheguidedend.WithHOOK,theguidingendcapturedtheinformationoflocalmouseandkeyboard,andpackedtheinformationtosendtotheguidedpartthroughpeer-to-peernetworkmunicationmechanism.Theguidedendwillunpacktheinformation,andcontrolthemouseandkeyboardoftheguidedendbymouse_event,keybd_eventfunctionstoimplementsomeremotecontrolactions.DevelopedunderVCenvironment,theremoteguidancemoduleusedWindowsSocketprogrammingtechnology,P2Pprogrammingideas,HOOKtechnology,multithreadingtechnology,andetc.Becausetherearemanymodulesforthewholesystem,anindependenttestingprocedurewasprogrammedtotestthemodules,whichhadbeenproventoachievethedesiredobjectives
Keywords:
Remoteguidance;
Peer-to-Peer;
WindowsSocketprogramming;
Multithreading
论文总页数:
23页
1引言
近年来,随着信息技术的发展,计算机的普及,网络为我们带了更多的便利。
网络技术的发展,引发了控制领域的深刻技术变革,控制系统结构沿着网络化方向与控制系统体系沿着开放性方向发展将是控制系统技术创新的大潮流。
计算机局域网络、企业网络、现代信号处理等等使自动化系统与工业控制系统从体系结构、控制方法、产品系列、人机协作方法等都发生了重大的变化。
进入21世纪的控制系统以网络为主要特征:
一方面是在自动化与工业控制中需要更深层次地渗透通信与网络技术,另一方面是在通信网络的管理与控制中也要求更多的采用控制理论与策略并且由于系统中需要大量的数据交换,服务器的负担很重,所以我们就研究出了基于网络的虚拟实验平台。
作为基于网络的虚拟实验平台的远程指导模块,本文通过WindowsSocket编程,以HOOK技术,多线程技术作为基础,再利用其他的API函数来实现被指导端对指导端发送请求信息,将信息打包以后通过网络传输到服务器端,指导端收到信息以后,将信息解包,根据信息提示来对被指导端进行相关指导:
获取客户的相关信息、锁定鼠标和键盘,对鼠标进行动态的控制和指导键盘的信息输入。
1.1项目背景
全球信息化的发展,计算机网络给我们提供了优越的通信平台,优秀的软件系统必须要具有网络功能。
虚拟实验平台正是应这个大需求而诞生。
并且随着信息技术的发展,网络无疑为我们带了更多的便利,同时一个优秀的系统必须要具有网络功能,要完成这些功能,那就要把各种网络通过某种方式连接起来,在网络实现过程中存在穿透NAT的问题,此问题存在较长时间,后来因为网络地址不够而产生了P2P技术,伴随着P2P技术的出现,利用UDP实现P2P网络穿越NAT的即时通讯技术,而问题即被解决。
1.2项目介绍
1.2.1基于网络的虚拟实验平台
计算机技术、大规模集成电路技术和通讯技术的飞速发展,为虚拟实验的发展奠定了坚实的基础。
虚拟实验就是在通用计算机上加载相应的软件或硬件,使得使用者在操作这台计算机时,就像是在操作一台专用的传统试验设备一样。
在虚拟实验系统中,软件是整个系统的关键,任何使用者都可以通过软件的相关设置来达到要实现实验的效果。
虚拟实验就是利用外部输入(如鼠标的点击、拖动和键盘的敲击等),将计算机上虚拟的各种仪器,按实验要求、过程,组装成一个完整的实验环境,同时在这个环境中完成实验操作,包括实验器材的添加、实验条件的改变、数据采集以及实验结果的模拟、分析。
它包含了虚拟仿真技术、计算机技术、实验技术、网络技术与专业等多方面理论知识。
1.2.2远程指导模块
远程指导模块是基于网络的虚拟实验平台的一个通信模块,是基于WindowsSocket编程,使用Client/Server(客户端/服务器)结构来实现模块的功能,以VC为开发环境,同时以HOOK技术和多线程技术作为基础,再利用API相关函数来实现指导端和被指导端的互动。
1.3项目要求
1.3.1功能要求
完成远程指导的基本功能,指导端和被指导端能够进行P2P网络通信,指导端能够控制被指导端的鼠标和键盘,并且能够存储相关信息,还能够对鼠标进行动态控制和指导键盘的输入。
1.3.2Client/Server(客户端/服务器)结构工作过程
Client/Server(客户端/服务器)结构,通过将任务合理分配到Client端和Server端,降低了系统的通讯开销,可以充分利用两端硬件环境的优势,在TCP/IP网络应用中,通信的两个进程间相互作用的主要模式是客户机/服务器模式(client/server),即客户向服务器提出请求,服务器接收到请求后,提供相应的服务。
客户机/服务器模式的建立基于以下两点:
首先,建立网络的起因是网络中软硬件资源、运算能力和信息不均等,需要共享,从而造就拥有众多资源的主机提供服务,资源较少的客户请求服务这一非对等作用。
其次,网络之间进程通信完全是异步的,相互通信的进程间既不存在父子关系,又不共享内存缓冲区,因此需要一种机制为希望通信的进程间建立联系,为二者的数据交换提供同步,这就是基于客户机/服务器模式的TCP/IP:
客户机/服务器模式在操作过程中采取的是主动请求的方式。
首先服务器方要先启动,并根据请求提供相应的服务:
打开一个通信通道并告知本地主机,它愿意在某一地址和端口上接收客户请求。
等待客户请求到达该端口。
接收到重复服务请求,处理该请求并发送应答信号。
接收到并发服务请求,要激活一个新的进程(或线程)来处理这个客户请求。
新进程(或线程)处理此客户请求,并不需要对其它请求做出应答。
服务完成后,关闭此新进程与客户的通信链路,并终止。
返回第二步,等待另一客户请求,关闭服务器。
客户方:
打开一个通信通道,并连接到服务器所在主机的特定端口。
向服务器发送服务请求报文,等待并接收应答;
继续提出请求。
请求结束后关闭通信通道并终止。
2网络基础知识简介
2.1OSI与TCP/IP参考模型的对应关系
2.1.1OSI参考模型
国际标准化组织(ISO)开发了开放式系统互联(OSI)参考模型,以促进计算机系统的开放互联。
开放式互联就是可在多个厂家的环境中支持互联。
该模型为计算机间开放式通信所需要定义的功能层次建立了全球标准。
OSI模型将通信会话需要的各种进程划分成7个相对独立的功能层次,这些层次的组织是以在一个通信会话中事件发生的自然顺序为基础的。
表1描述了OSI,1-3层提供了网络访问,4-7层用于支持端端通信。
1、物理层是OSI模型的最低层,它建立在物理通信介质的基础上,规定了机械的、电气的功能;
该层负责建立、保持和拆除物理链路;
规定如何在此链路上传送原始比特流;
比特如何编码,使用的电平,极性,连接插头插座的插脚如何分配等。
所以在物理层数据的传送单位是比特(bit)。
2、数据链路层它把相邻两个节点间不可靠的物理链路变成可靠的无差错的逻辑链路,包括把原始比特流分帧(frame)、顺序、排序、设置检错、确认、重发、流控等功能;
数据链路层传动信息的单位是frame,每帧(frame)包括一定数量的数据和一些必要的控制信息,在每帧(frame)的控制信息中,包括同步信息、地址信息、流量信息等;
同物理层相似,数据链路层负责建立、维护和释放数据链路。
3、网络层,它连接网络中任何两个计算机点,从一个节点上接收数据,正确的传送到另一个节点;
在网络层,传送的信息单位是分组或包(packet)。
网络层的主要任务是要选择合适的路由和交换节点,透明地向目的站交付发送站所发的分组或包,这里的透明表示收发两端好像是直接连通的,另外网络层还要解决网络互连、拥挤控制等问题。
上述三层组成了所谓的通信子网,用户计算机连接到此子网上。
通信子网负责把一个地方的数据可靠地传送到另一个地方,但并未实现两个地方主机上进行进程之间的通信,通信子网的主要功能是面向通信的。
4、传输层上真正地实现了端对端通信,把数据可靠地从一方的用户进程或程序送到另一方的用户进程或程序。
这一层的控制通常由通信两端的计算机完成。
中间节点一般不提供这一层的服务,这一层的通信与通信子网无关。
从这一层开始的以上各层全部是针对通信的最终的源端目的端计算机的进程之间的。
传输层传送的信息单位是报文(message)。
传输层向上一层提供一个可靠的端一端服务,使上一层看不见下面几层的通信细节。
正因为如此,传输层成为网络体系结构中关键的一层,对于传输层的功能,主要在主机内实现。
而对于物理层、数据链路层以及网络层的功能均能在报文接口机中实现。
对于传输层之上的各个层次的功能通常在主机中实现。
5、会话层又称对话层会话层允许两个计算机上的用户进程建立对话连接,双方相互确认身份,协商对话连接的细节;
它可管理对话是双向同时进行的,还是任何时刻只能一个方向
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