La instrumentación virtual remota en la Intranet académica con fines

La instrumentación virtual remota en la Intranet académica con fines
docentes
Luis Gabriel Viciedo Caraballoso *
Ernesto Valdés Zaldivar **
Angel Emilio Castañeda Hevia ***
* Departamento de Informática, Facultad de Informática, Universidad de Ciego de Avila, Carretera de
Morón Km. 9, Ciego de Avila, Cuba.
e-mail: viciedo@facinfo.unica.cu
neocimarron@yahoo.com
** Centro de Investigaciones en Investigaciones en Microelectrónica
e-mail: enrique@cime.ispjae.edu.cu
*** Centro de Referencia para la Educación de Avanzada
e-mail: emilio@tesla.ispjae.edu.cu
RESUMEN
En este trabajo se proponen los elementos básicos de una estrategia de
enseñanza para el desarrollo de prácticas de laboratorios en la disciplina de
Instrumentación en el tercer año de la carrera de Automática. Partiendo del
LabVIEW 6i se interactúa con los VI (Virtual Instruments) en paginas Web
desde lugares distantes de la Intranet académica, empleando herramientas
para el control remoto como VNC (Virtual Network Computer) y el LabVNC
disponibles como Open Source en Internet. Igualmente se analizan dentro de la
estrategia algunas consideraciones de seguridad, reutilización y modificación
de los VI en diferentes prácticas de laboratorio.
INTRODUCCIÓN
Como parte de la búsqueda de estrategias de enseñanza para el desarrollo de la
instrumentación virtual remota en la disciplina de Instrumentación en la carrera de
Ingeniería en Automática en el Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría,
se analizaron varias herramientas para que los estudiantes puedan controlar
instrumentos virtuales desde Intranet académica.
La compañía National Instruments ha definido un instrumento virtual (IV) de la siguiente
manera:
“Un instrumento que no es real, se ejecuta en una computadora y tienes sus
funciones definidas por software.” (National Instruments, 2001).
Precisamente a este software, creado en el año 1986 por Truchard y Kodosky, se le dio
el
nombre
de
Laboratory
Virtual
Instrument
Engineering
Workbench,
o
comúnmente LabVIEW, por lo que podemos plantear que la instrumentación virtual es
un sistema de medición, análisis y control de señales físicas con una computadora por
medio de instrumentos virtuales.
Una de las mayores dificultades para realizar una práctica de laboratorio con este tipo
de instrumentos consiste en la posibilidad de que sean visualizados simultáneamente
por los estudiantes desde lugares remotos de la red y que existan determinadas pautas
de seguridad en la interactividad, de manera tal de que no se comprometa la evolución
lógica del experimento.
En líneas generales, en el puesto de trabajo donde se efectúa el montaje experimental
se incluye una computadora que hará las funciones de servidor, con lo que se brinda a
los estudiantes el medio para intervenir en el control de la práctica de manera efectiva y
segura, por medio de un navegador o una ventana de visualización.
Computadora Cliente
Control del panel remoto
Intranet
académica o
Internet
Computadora Servidor
Panel principal y aplicaciones
Computadora Cliente
Visualización del panel remoto
En el campo de la instrumentación virtual remota, existe una abrumadora cantidad de
literatura especializada dirigida a aplicaciones en la industria y en menor medida, a
analizar la conversión de esta a situaciones de tecnología educativa, en este último
caso, en ocasiones se transfieren estrategias del primer tipo al segundo sin considerar
las características de ambos campos, con lo que efectivamente, funcionan las
aplicaciones igual que en la industria, pero pueden no ser muy apropiadas para la
enseñanza o no tienen posibilidades de adaptarse a los cambios tecnológicos que
suelen suceder con celeridad.
Al definirse dentro del diseño de la estrategia de enseñanza el LabVIEW 6.0.2 como
lenguaje de programación para estructurar los instrumentos virtuales, se toman en
cuenta varios procederes para manejar el control y visualización de los estudiantes en
los experimentos:
1. Una primera opción es la tradicional opción cliente servidor en que a traves del CGI
(Common Gateway Interface) se controlan los instrumentos virtuales que
aparecen en un navegador determinado. Esta opción limita la interacción de los
estudiantes a la escritura de datos en el navegador del cliente y a un mínimo
CGI
CGI VIs
Web Browser
Web Server
LabVIEW
intercambio con los controles de los instrumentos. Otra restricción está en la
imposibilidad de trabajo con datos en tiempo real, ya que la página del navegador
está obligada a actualizaciones cada cierto tiempo.
2. La segunda opción es la de controles ActiveX y una herramienta del LabVIEW
denominada Data Socket que permite enviar los datos entre el usuario y el
experimento en cuestión. Como puede inferirse, los elementos de seguridad
disminuyen pero los niveles de interactividad son más altos, si se esta a la
búsqueda de un trabajo más independiente y cercano a la realidad. Con el uso de
los controles ActiveX esta opción está limitada a aquellas computadoras con
Windows como sistema operativo.
Active X
Web Browser
Data Socket
3. Esta opción más reciente incluye el uso del Data Socket y de Java. Las
posibilidades de interacción con los controles de los instrumentos virtuales son
Java
Web Browser
LabVIEW
Data Socket
amplias y los niveles de seguridad están en dependencia de la programación hecha en
Java.
Para
nuestro
trabajo,
combinamos
la
filosofía
de
cliente-servidor
con
las
potencialidades de interacción de Java, con ayuda de las herramientas VNC y LabVNC.
MATERIALES Y METODOS
Para el acceso remoto y control de los instrumentos virtuales fueron empleados como
herramientas de trabajo el VNC (Virtual Network Computer,
http://www.uk.research.att.com/vnc/index.html) y el LabVNC (Virtual Network Computer for
LabVIEW, http://www.jeffreytravis.com/lost/labvnc.html),
•
Virtual Network Computer (VNC)
El protocolo VNC, acrónimo de Virtual Network Computing, permite usar entornos
gráficos (o entornos X) de máquinas remotas que no necesariamente cuentan con el
mismo sistema operativo. Construido sobre la arquitectura cliente-servidor, para
realizar la conexión a una máquina remota es imprescindible que ésta esté corriendo
un servidor VNC, denominado VNC Server y para conectarse a ella necesitamos el
VNC Viewer como cliente VNC.
Una ventaja importante que emerge en este protocolo en sus diferentes versiones, es la
posibilidad de que cualquier computadora en un momento determinado permita el trabajo con la
ventana de visualización y en otro como servidor de los instrumentos virtuales, pero nunca
ambas funciones a la vez.
Igualmente está la perspectiva de que pueden concurrir en la visualización de los instrumentos
virtuales tantas personas como sean necesarias, siempre y cuando posean la clave de entrada
correspondiente.
Las opciones visualización se obtienen en la ventana de propiedades de servidor VNC como se
muestra en la figura 4
Obsérvese que en Connection Setting se ofrece la posibilidad de autorizar o no el control de los
instrumentos virtuales desde la computadora remota o del servidor, por medio del teclado y el
mouse, lo que ofrece importantes elementos de seguridad.
En cuanto a la ventana de visualización para los estudiantes es importante que
se seleccione siempre la opción Shared, precisamente para no desconectar
otros estudiantes de la ventana en la medida de que se incorporen a la misma.
Existen dos maneras de acceder a la ventana de visualización: la primera es
por medio de un navegador tal como Internet Explorer o Netscape, en este
caso, debe escribirse en la ventana de direcciones URL lo siguiente:
http:// <nombre o número de IP del servidor>:5800/
y a continuación aparecerá la ventana solicitando la clave de entrada,
accediéndose
a los instrumentos virtuales directamente en área de visualización del
navegador.
•
Virtual Network Computer for LabVIEW (LabVNC)
El LabVNC usa un applet de Java, en el que una representación exacta del
instrumento virtual que usted escogió, funcionará en un navegador remoto
donde el cliente tiene control completo del VI como si estuviera en su escritorio.
Basado en el protocolo VNC, el LabVNC se ofrece bajo los términos del GLP
(GNU Public License).
El LabVNC contiene un instrumento virtual que funciona como panel de
control, algunas DLLs y un ejecutable binario que es el LabVNC Server, que
dada sus características debe tener instalado el LabVIEW 6.0 o superior en la
computadora que hace las funciones de servidor.
La otra opción es usando el directamente la ventana de visualización, en ese
caso antes de iniciar la visualización, debe asegurarse que la computadora que
ejerce las funciones del servidor tiene funcionado el VNC Server . A
continuación en la computadora a visualizar los instrumentos virtuales, se
ejecuta el VNC Viewer donde aparece una ventana que solicita el nombre ó
número de IP del servidor, seguidamente, otra ventana donde se demanda la
clave de entrada y aparecerá la ventana de visualización correspondiente.
RESULTADOS
Las prácticas de laboratorios visualizadas en la Intranet académica del ISPJAE con las herramientas
LabVNC y VNC fueron realizadas con éxito en ambos casos, aunque la opción VNC ofrece mayores variantes
en cuanto a seguridad y visualización.
Las opciones de visualización y control remoto de los controles de los instrumentos no
mostró ninguna diferencia entre la opción del navegador (se usó Internet Explorer 5.5 y
Netscape 6 ), y la ventana de visualización del VNC y del LabVNC.
Al inicio de la experiencia, la mayor incidencia desfavorable reportada fue que los
estudiantes no marcaban la opción de compartir la ventana de visualización y esto
provocaba la desconexión automática de todos aquellos que estaban ya conectados y
trabajando sobre la ventana. Una vez ganada la habilidad correspondiente este
problema quedó resuelto.
Quedo evidenciada la necesidad de reestructuración de algunas prácticas de
laboratorios de la asignatura de Instrumentación en Automática, para explotar con
mayor profundidad la eventualidad de conexiones espaciadas en tiempo de los
estudiantes en la Intranet académica y la de introducir la opción de chat para resolver
dudas y fomentar el trabajo colaborativo entre los estudiantes.
.
RECOMENDACIONES
•
Organizar la página Web de las prácticas de laboratorio de la asignatura de
Instrumentación para que esta sirva de portal para acceder a las prácticas de
laboratorios previstas a efectuar a bajo la modalidad de experimentación asistida
por computadora.
•
La práctica de laboratorio previa debe tener una estructura de curso a distancia,
para preparar a los estudiantes y profesores en las potencialidades de las
herramientas utilizadas.
•
Cada práctica de laboratorio debe incluir un forum de discusión a través del chat,
organizado en la página Web correspondiente, para el fomento del trabajo
colaborativo y intercambio de información entre estudiantes, profesores y expertos
que accedan a la práctica remota.
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