【资料】计算机在分析领域的应用(共2讲)

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2009/10/30

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事件聚焦

大分子配体触点分析--计算机方法

由于生物学中各类技术的进步和诸如生物技术、生物信息学等新领域的发展，我们对分子功能的了解进展很快，生物学也已进入了信息时代。随着生物技术的进步，确定疾病相关生物分子靶体也得到快速提高。最近，基于结构的药物设计研究已经着重于靶体临床、细胞、生物化学、结构和生物物理知识的整合。随着人类基因组测序的进展，使用X线和NMR技术的化学合成和生物靶体结构的确定和高处理计算的发展，来自实验学领域和理论学的科学家都注重药物结构的设计。由于科学家来自如此广泛的学科，我们必须了解来自各科的数据和互相沟通彼此学科的优势和劣势。自从1990年，我们就开始使用计算机可视化的测试配体结合。

这种量化不仅对医学化学家设计配体有帮助，而且对分子生物学家设计合理的蛋白质设计实验来研究配体结合中氨基酸变化的影响也十分有用。

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第1楼2009/10/30

网络技术在分布式测试系统上的应用（上）

具有分布式结构的VXI解决方案可以快速有效地处理因地域差异带来的问题。例如,德克萨斯的石油工程师监测位于迈阿密的一口油井,人们想知道这口井能够生产多少石油、气和水,判断它是否需要校准、维护或其它人工干预。传统的方法需要一个技术员携带所需要的仪器来到油井边,在准备好的表格上记录测量结果,然后将信息传真到办公室,或在计算机上记录数据,并将其通过调制解调器连接到电话线上,用电子邮件来传递信息。

　　测试工程师也可采用以下这种方案:
从德克萨斯的办公室上互联网
打开Web页自制一个用于记录结果的表格
点击指定的空白区域
　　此时,位于井边的仪器自动执行适当的测试并在表格上显示文本或图形数据,同样,这种方式也可在无人情况下完成设备校准、故障清除等远程服务。

模式变迁

　　根据测试方法,测试结构被划分为两种类型：
线形分布式结构
远程分布式结构
　　在线形分布式结构体系中,所有的测试工具和测试仪器——服务器、数据库管理器、数据统计进程控制硬件和软件等——都顺次连接在一个局域网上。远程分布式结构则假设仪器和控制机之间的地理距离在同一端,有关它们的进程控制则在另一端进行。这种方式包括远程监测和远程控制。

　　计算机通讯技术的发展使建立这种测试体系成为可能。目前,局域网技术已经得到广泛应用,远程仪器I/O标准也接收了TCP/IP协议,数据库服务器已经可以升级为远程数据服务器。这些都使各种类型的通讯成为可能。不管在一座楼内还是地球的两端,测试工程师们现在都可以利用它们来协调生产进程。已经有一些标准协议和产品如超文本传输协议(http)等提供了基本构架。很多开发环境也允许开发无缝的分布式应用程序。然而,虽然像Microsoft Visual Basic这类开发环境提供了网络应用程序的开发功能,但它们缺乏测试方面所需的一些特殊要求.惠普公司开发的可视化工程环境(简称HP VEE)和美国国家仪器公司开发的LabView等一些图形化的编程环境可用来解决这个问题。利用这些工具,测试工程师在构筑测试解决方案时只需知道域名或IP地址。再通过Netware或其它的互联网浏览器连接远程端点,简化用于两地通讯所需的软件设计工作量。

图形化编程

　　传统的程序设计语言需要知道关键字并遵循复杂的语法规则才能产生出成百上千行代码——这些代码很容易出现语法问题以及逻辑错误。相比之下,图形编程工具有效地利用了当今图形用户接口的点击特性。编写程序只包含以下的一些简单步骤：
用鼠标选择仪器函数作为对象
描述测试步骤和对象之间的关系
建立初始条件
　　运行结束后,环境会自动以图形方式显示测量结果。而用传统的编程方法实现一些特定的工作如创建图形显示方式、支持鼠标和键盘控制、选择输入输出显示特性、增加程序的保密性等,可能需要几天的时间。

　　这种更加直观的方法可以降低80%以上的编程时间,更重要的是测试工程师认为图形技术更加方便有趣,从而鼓励他们在更多的场合应用这些工具。另外,此软件还支持众多厂家生产的仪器驱动器,包括遵循VXI即插即用标准的所有仪器模块。它还用直接I/O方式控制如下类型的仪器:
GPIB
RS-232
VXI
基于局域网
GPIO
　　利用HP VEE、PC和工作站还可直接控制VXI的背板总线。

对用户的透明度

　　远程分布式结构体系之所以得到广泛认可的原因应归功于它大大降低了用户和他访问的信息以及信息本身之间存在的臣离所引起的问题。简单地说,不管测试仪器在同一个房间.在其它建筑物内,在另一个州或在地球的另一端.软件的操作方式都是一样的。

　　假设分布在全球各地的地面监测站需要控制位于一个卫星上的仪器。操作者必须知道卫星运动的方式以及需要实时监测的功能。因此,每个操作者必须知道监测链上前一位操作者所做的工作。

　　惠普公司通过利用VXI技术设计了一种灵活的解决方案，它使操作者之间、操作者和卫星之间密切配合,代替了以往那种操作权转移方式。这种技术还可以应用在一些危险环境中进行的测量过程，比如炼钢厂或其它充满高温或腐蚀性空气的环境,不适合工作人员在同一所房间内监测和控制仪器。另外一个应用是从一个大的测试单元检查测试参数.比如一架天线或飞机的翅膀.这些都需要在不同地点设置多个VXI机箱来执行所需的测试，而网络技术则允许在一个中心控制点来处理所有仪器。还有一个就是仪器共享问题。假设一个工作组中有若干个科学家.他们都需要用到位于指定地点的一个价格昂贵的仪器集。VXI技术和互联网技术的结合使得他们可以在各自的实验室使用这些仪器。

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第2楼2009/10/30

网络技术在分布式测试系统上的应用（下）

我们可以想象这样一个过程:生产者将生产线上所有的测试点连接到指定服务器上,这台服务器上有一个Oracle数据库和所有结点需要的测试程序。这样,生产线上的操作者在扫描粘贴在传送带设备单元上的条形码并传送给服务器后,由它来选择合适的测试方案并通知相应的测试设备,并决定所要测量的部件和参数。操作者只需将设备单元安装到固定的机架上，按下按钮即可，测试结果会自动返回给服务器。

远程诊断

　　测试工程师可以利用互联网技术来排除远在12000英里以外的设备故障，从而提高设备的利用率，并降低维修费用。例如,我们在服务器上设置了设备诊断、校准和自检专家库,为位于吉隆坡的测试点分配一个IP地址,这样,远在美国圣大菲的测试工程师就可以通过测试点提供的信息来运行设备的诊断和校准程序，当然,所有这些都需要通过专用软件才能进行。

　　在不远的将来，服务器将支持在一个测试点上运行多种传输协议。通过膝上型电脑,测试人员可以浏览各个测试点信息，并在相应测试设备上运行诊断系统。“热链接”(超级链接)技术允许访问驻留在第三方系统上的校正系统,测试点可直接下载而不需测试人员身临其境。

扩展仪器功能

　　假设我们拥有一个Web页,一个拥有自己的http服务器和html页的仪器,将仪器的IP地址通过“热链接”技术同Web页连接起来。用鼠标点击热点“校准”就可以访问到校准Web页,它包含仪器的标准规范和校准程序。如果需要寻求仪器生产厂家的支持,第三方的超级链接可直接连接到提供此项服务的主页上。它可以自动将我们使用的软件或硬件升级到最新版本。

　　如果仪器在其内部有一个http服务器和Web页,那么就很容易得到厂家的技术支持,用户的操作也相应被简化。仪器的Web页应包含其基本的使用说明文档，同时为了帮助那些身体残疾的客户,这种在线帮助系统甚至还可以使用视频或音频校准功能。当然，它还应支持硬拷贝和打印功能。在这种结构中,仪器就不需要连接到GPIB总线或VXI机架上,而只需象协调其动作的PC一样，连接到局域网上即可。

创建一个解决方案

　　回过头我们再看一下上面提到的有关卫星的那个例子。惠普公司最初的解决方案是利用叠架式仪器。它采用一个支持VXI组织TCP/INST协议的局域网/GPIB总线转换器,即HP E2050来实现以上测试过程，这种系统通过HP E2050连接到局城网上，然后用GPIB母线和仪器连成一体。再把分布在世界各地的、驻留有测试仪器控制程序的测试点工作站组建一个测试广域网,实现远程分布式测试。

　　基于VXI的解决方案是把HP E2050转换器连接到0槽控制器上,或把内嵌式控制器配置为一个支持TCP/INST协议的服务器,这样控制器通过端口就可以和局域网连接起来。TCP/INST协议是HP实验室的研究员在标准RPC机制的基础上开发出来的一种局域网传输协议。随后,VXI组织将其接纳并作为分布式VISA的基础。采用此协议的HP VISA可通过HP E2050访问仪器或运行在服务器上并具有VXI、串口、GPIO接口的控制器,而所有这些只需知道HP E2050或控制器所属的域名或IP地址。

需要解决的问题

　　虽然组建分布式测试体系的可能性已经存在,特别是一些计算机技术的出现为其注入了新的活力,然而它还达不到我们理想中的完美程度。这主要是因为互联网上数据的传输率低且不受控制,其结果是从远地通过不同路径在电话线上传输的数据包不会按照正确的顺序到达指定地点。这个瓶颈通常来自一些特殊的局域网,尤其是小公司组建的局域网。另外,在数据包横跨美国大陆时,一些不可靠的传输协议会导致70%左右的内容丢失,其结果使数据的传输变得更加缓慢。另外,工业标准变动过快也是一个不容忽视的问题。

　　这些因素都影响到了分布式测试程序的正常运行。因为在一个分布式解决方案中包含计算机间的通讯进程,所以应用程序内存驻留数据在网上传输和在另一个计算机进程的内存中等待所需要的时间都会影响到测试结果。传输率不仅和机器本身的速度有关,也和局域网上所运行的协议有关。例如,理论上，以太网的传输速率可达到10Mbps,但如果考虑到以上这些因素,实际上它只能达到1Mbps甚至更低,远远低于一些数据采集方案的要求。

　　在一些数传速率要求不高的场合,可以考虑采用无钱解决方案,使远程地点不再需要传统的电话线才能通讯,从而降低费用。它只需要以下这些设备，如一台PC、所需的仪器系统、移动电话调制解调器和太阳能电池板就可以组建一个完整的、自包容的且价格低廉的监测站，使分布式测量得到广泛应用。

智能化体系

　　目前的分布式系统——包括远程主机和远程进程仍然采用一种主从式结构,它极大地限制了软件对另一端的控制能力。对于测试过程和测试参数的监测,必须在智能化前端机进行的系统,这种结构由于互联网的低数传速率和不可控制等因素的存在，使其无法得到应用。

　　增加前端机测试软件的功能，减少测试仪器到服务器的数据传输量也许可以解决这个问题。这种方案要求仪器在不需要远程服务器干涉的情况下,本身就具有独立采集数据和分析数据的能力。比如，每台仪器拥有一个JAVA虚拟机，可以通过当前的Web协议下载JAVA进程。

结论

　　很明显，互联网技术的发展将引起测试技术的重大变革,当仪器和测试系统都普遍拥有Web接口的时候,熟悉Web浏览功能的工程师组建测试系统将变得更加灵活。同时，依靠现有的软硬件技术,将仪器同www上的计算机连接起来也是未来测试技术发展的一大方向。