Laboratorio para Acceso Remoto por Internet

Transcripción

1 Laboratorio para Acceso Remoto por Internet Ramón Rodríguez Pecharromán Rafael Palacios Hielscher Diciembre 2003

2 Antecedentes 2

3 Antecedentes 1. Laboratorio de Control en entorno Matlab: Entorno Matlab: Matlab + Simulink + + RTW (Real Time Workshop) + + RTT (Real Time Toolbox) ó RTWT (Real Time Windows Target) Plantas a controlar: Sistema térmico (control de temperatura de un flujo de aire) Servomecanismo de posición y velocidad Sistema hidráulico Brazo robot 3

4 Antecedentes Control de nivel Control de velocidad y posición 4

5 Antecedentes 2. Experiencia en: Programación web: Configuración de servidores Comunicaciones Formularios Actuaciones Hardware vía web: Portero automático remoto vía Internet R. Palacios, "Remote Automatic Doorman via the Internet", Communications of the ACM, October 2002/ Vol 45. Nº 10, pp

6 Antecedentes 3. Proyecto Punto Omega de la Upco: Utilización de las TIC en el ámbito de la docencia Plataforma SIFO (Solución Integral para la Formación On-line) Proyectos piloto: Proyecto sobre laboratorios virtuales / remotos 6

7 Descripción General 7

8 Esquema general de funcionamiento nternet http Servidor web http Ordenador del laboratorio Ordenador del laboratorio 8 LAN upco.es

9 Descripción del funcionamiento Por razones de seguridad, el sistema se ha diseñado de la siguiente manera: Todos los usuarios tienen un único punto de entrada a la red local de la Universidad El acceso se realiza exclusivamente en protocolo http por medio de un servidor web bien configurado y que sea seguro El servidor web se encarga de establecer las conexiones con los distintos ordenadores que controlan los experimentos (esta conexión es de tipo local) El servidor web envía los parámetros del experimento y recoge los resultados Por último comunica los resultados a los alumnos (ver animaciones más adelante) 9

10 Trabajo individual y en grupo El sistema contempla dos modalidades de trabajo: Trabajo individual: Sólo hay un alumno para definir parámetros y recibir los resultados. Trabajo en grupo: Varios alumnos forman un grupo y acuerdan una fecha/hora para conectarse al sistema. Uno de los alumnos hace el papel de líder en cada momento, y se encarga de enviar los parámetros del experimento. Todos los alumnos reciben los resultados porque comparten claves de acceso comunes Los resultados se comentan por correo electrónico o por chat y se acuerdan los nuevos parámetros del experimento El líder del grupo es el encargado de ir recogiendo la información y las sugerencias del grupo para generar el informe de la práctica 10

11 Prácticas Individuales (animación) nternet Servidor web parámetros Activación del experimento Servidor del laboratorio 11 LAN upco.es

12 Prácticas en Grupo (animación) Servidor web Activación del experimento Internet parámetros Servidor del laboratorio 12 LAN upco.es

13 Tipos de escenarios 13

14 Tipos de escenarios Se contemplan dos tipos de escenarios según el grado de interacción del usuario: Simulación/Ensayo rápido (dura segundos) Simulación/Ensayo lento o continuo Se contemplan también dos tipos de entornos según los recursos utilizados: Simulación del proceso, utilizando el ordenador del laboratorio Ensayo directo sobre un sistema físico, conectado al ordenador del laboratorio 14

15 Simulación/Ensayo rápido El usuario fija los parámetros del ensayo en un formulario A continuación hace la petición de ejecución y su navegador se queda esperando la respuesta A los pocos segundos recibe la respuesta (resultados numéricos y gráficas) En función de los resultados puede volver a ajustar los parámetros para completar el experimento 15

16 Simulación/Ensayo lento o continuo El usuario fija los parámetros iniciales del ensayo en un formulario A continuación hace la petición de ejecución y recupera el control inmediatamente. (También puede ocurrir que el sistema ya esté corriendo y no sea necesario arrancarlo) En cualquier momento se puede consultar el estado del sistema (resultados numéricos y gráficas) En función del estado del sistema puede decidir cambiar los parámetros (sin interrumpir el experimento) mediante un formulario 16

17 Simulación 17

18 Características de la Simulación La simulación corre en el ordenador del laboratorio sin que el usuario necesite instalar ningún software, ni solicitar ninguna licencia. Un solo ordenador de laboratorio puede correr varias simulaciones simultáneas, por lo tanto se puede atender a varios alumnos a la vez. Las simulaciones normalmente son rápidas, el navegador del alumno queda bloqueado unos segundos a la espera de los resultados. 18

19 Simulación Larga Si un programa de simulación fuese muy largo: Hay que programarlo de manera que se guarden resultados parciales periódicamente. De esta manera los alumnos puede ver la evolución del programa No es normal que las simulaciones de las prácticas que se imparten en laboratorio sean largas. Un ejemplo de este escenario son los cursos de formación de operadores de una central. 19

20 Simulación Larga Hay dos maneras de generar gráficas de resultados parciales: 1. Las gráficas se generan a petición del usuario 2. El sistema actualiza las gráficas automáticamente El método 1 es más adecuado para trabajo individual, ya que sólo se generan las gráficas cuando hacen falta El método 2 es el más adecuado para trabajo en grupo, ya que carga menos el sistema 20

21 Ensayos 21

22 Características de los Ensayos El ensayo se realiza sobre un equipo concreto como si el alumno estuviese en el laboratorio. El número de equipos de ensayo es limitado y por lo tanto hay que restringir el número de alumnos y establecer turnos de uso. Generalmente cada equipo está conectado a un ordenador de laboratorio, que tiene instalados los programas y drivers necesarios. El alumno no necesita instalar nada en el ordenador remoto. Es necesario verificar los parámetros para que el equipo no pueda resultar dañado. 22

23 Ensayo Rápido Si el ensayo es rápido el funcionamiento es igual que en simulación: El alumno espera los resultados durante unos segundos mientras tiene el navegador bloqueado. Al obtener los resultados, se analizan individualmente o en grupo y se proponen nuevos parámetros para el siguiente ensayo. 23

24 Ensayo Lento o Continuo Si es lento/continuo, resulta interesante poder modificar parámetros sin interrumpir el ensayo La modificación de parámetros exige establecer un canal de comunicación especial con el proceso de control (que es un proceso que corre en tiempo real). Un mecanismo muy utilizado en estos controles es la creación de un socket, que permite enviar parámetros al proceso de control y recuperar variables de estado. Una alternativa es intercambiar parámetros y variables de estado mediante archivos 24

25 Comunicación por sockets Para ensayo individual Una primera posibilidad consistiría en cargar un applet java en el navegador del alumno que establezca comunicación directa con el programa de control El socket se crearía por internet y por lo tanto habría que relajar las medidas de seguridad del Firewall que protege la red local. Esto es algo que en principio conviene evitar. socket 1 2 Servidor web Servidor del 25

26 Comunicación segura por sockets Para ensayo individual o en grupo Aunque se complica ligeramente el desarrollo software, resulta más seguro utilizar un programa intermedio para establecer la comunicación. El socket se crearía dentro de la red local de la Universidad y por lo tanto no hace falta abrir puertos especiales en el Firewall. socket Servidor del Programa de comunicaciones 26

27 Comunicación por archivos Para ensayo individual o en grupo Resulta más ineficiente por utilizar dispositivos externos El retraso es mínimo si el volumen de información es pequeño Es sencillo de implantar y garantiza la seguridad Permite interrumpir y retomar la conexión en cualquier momento Varios usuarios pueden interaccionar a la vez para trabajo en grupo Servidor del 27

28 Ensayo continuo sin cambio de parámetros Un caso particular de ensayo continuo son aquellos que no requieren cambio de parámetros. El ordenador conectado al equipo experimental debe ir guardando datos del estado A petición del alumno se refrescan los datos en pantalla. Esta petición puede ser manual (pulsando un botón) o bien automática (mediante código JavaScript embebido en la pagina web del alumno) 28

29 Ensayo continuo sin cambio de parámetros Ejemplo 1: Imágenes de una cámara de video Programa de captura de fotos 29

30 Ensayo continuo sin cambio de parámetros Ejemplo 2: Monitorizar el estado de un sistema Generador de resultados equipo Programa de control Variables de estado 30

31 Resumen 31

32 Resumen Clasificación por recursos utilizados Simulación Ensayo Tipo de interacción del usuario Lento o Continuo Rápido Utiliza un simulador Cambia parámetros on-line Raro en control Utiliza un simulador Ejecuta en batch: el navegador queda en espera de la respuesta Matlab WebServer Utiliza un equipo real Cambia parámetros on-line Requiere mecanismos especiales de comunicación Utiliza un equipo real Ejecuta en batch: el navegador queda en espera de la respuesta 32

33 Resumen Dónde estamos? En pleno desarrollo Recién solucionados los problemas técnicos básicos Manejo de Matlab + Simulink + RTWT desde comandos Comunicación de parámetros y gráficos mediante archivos Falta incorporar imagen y sonido El caso de simulación lenta nos interesa menos Falta desarrollar la parte pedagógica Página en construcción (de momento sólo simulación) 33