基于VMWARE的科技协同创新实验平台建设研究

王小黎

（中原工学院，郑州450007）

实验室是科研人员进行科技创新的重要基地和平台，在人才培育、教育教学方面也有不可替代的作用.在开放管理的体制下，如何充分合理利用实验资源是亟需解决的重要问题.

目前，国内外虽然有很多关于实验室建设方面的研究，但是对于实验资源的概念描述还不多见.通过对长期的实验管理和建设进行归纳总结，从涵盖范围而言，本文认为实验资源应该包含4个方面：一是实验室固定资产设备，包含安装于设备中的软件系统资源等；二是实验资料，是实验人员运行实验设备及系统的记录及实验过程和结果数据记录；三是运行和管理实验设备的技术人员和管理人员；四是在实验室管理过程中形成的规范性方法和制度，如实验人员、实验操作规范、实验评价等制度和方法.

当前，许多科研机构都在进行国家级和省级实验示范中心的建设，形成了比较优异的实验资源和环境.各类实验室建设大部分依赖于计算机硬件、软件、数据库资源及专家的智力风暴资源.虽然众多实验示范中心采购的资源设备相同或相近，但由于各实验示范中心有各自不同研究方向的需要，加上地域或其他方面的原因，故各实验示范中心之间不能有效地进行实验资源的共享和开放协作，从而造成部分实验资源的闲置或不被充分利用［1］.本文针对社科类实验室，探讨基于VMWARE虚拟管理技术的科技协同创新实验平台的设计.

1 开放实验室科研协作困境

在科技迅猛发展的今天，科研人员仅靠个人的天赋及努力而形成创新性成果的情况微乎其微，绝大部分科研人员会依赖于一个群体或团队，利用群体或团队的合力来开展科学研究.如何快速而方便地从研究群体或团队中获取需要的资源，是科研人员面临的问题，主要表现在以下两个方面：

（1）缺乏快速获取和学习创新知识的途径.很多研究人员往往关注某个领域某个方向，尽管可以通过一些网络服务商建设的专业性论坛或网络社区进行交流，但其中的交流往往带有偶然性和随机性，不能直接交流和相互了解.构建可靠性比较高的类似于虚拟实验室的协同体系，可以面对某个议题或项目、新技术、新课题研究方向，形成良好的交流渠道，从而避免上述问题和矛盾［2］.

（2）实验资源难以开放与共享.有些实验项目是为了验证其他科研人员的实验成果，然而由于物理距离等原因，科研人员需前往外单位的开放实验室进行交流，往往在路上花费很多时间.如果有成熟的实验过程数据和影像记录，那么在自有条件下，基于资源共享平台，就可以进行参照实验，极大地提高工作效率.

实验资源实现开放和共享的方式主要体现在如下两个方面：

（1）特殊专业设备及软件的使用.在一些特殊情况下，科研人员想通过一定的实验条件得到一些实验数据和结果，而附近实验资源缺乏.基于资源共享平台，可以通过在线交流、视频控制、软件控制等形式引导外单位的开放实验室人员进行实验，并且进行控制.如果科研人员仅需要使用专业软件及数据资源，可以构建虚拟服务器，将实验资源配置到网络上，通过身份认证进行控制，从而达到利用开放实验资源的目的.

（2）文献数据等的传递与共享.很多研究机构由于经费的限制，仅购买了有限的资源数据库，研究人员为了获取其他资源数据，就需要到拥有这些资源数据的研究机构去采集，这同时也造成不必要的人力和物力成本的耗费.

目前，国内文献数据的传递方式有多种形式，但大部分局限于图书、期刊等文献数据传递，因而对于一些经过科研人员加工处理后的专门领域数据库资源的获取则比较困难.研究人员在进行专利数据挖掘分析时就遇到这样的情况：有的政府或大型服务、研究机构构建了全行业的专利数据库，但是它们只提供基本的数据统计分析，缺乏对于专利数据的深度挖掘和分析服务，要进行专利技术的聚集分析、趋势分析、可视化分析等，就力所不及.解决这类问题的途径有两个：一是自行建立完整的研究环境，这样又会造成与许多研究机构实验资源的重复建设及有限资金的浪费；二是通过构建良好的实验室科研协作平台，通过数据传递、远程控制、开放数据访问接口等方式进行协同创新研究，这是一个不错的选择.

2 基于VMWARE的科技协同创新实验平台设计

构建科技协同创新实验平台首先要解决的问题是构建一个中心服务器，用以连接各协同实验室，配置管理协同实验群体的实验室资源［3］.基于VMWARE的虚拟管理和云计算服务技术具有全球高占有率和先进性，本文立足于该技术进行科技协同创新实验平台框架设计.

中心服务器可以部署在科技协同创新实验群体中的核心单位，也可以采用当前的云计算技术部署在云端，利用云服务提供商的管理平台进行控制和管理.根据资源的经济成本及最大化使用需求，目前大多数单位倾向于使用云服务器技术，只需要协同实验群体中各个单位分摊代理管理费，而不用担心服务器资源的购置、管理、维护、使用年限等因素［4］.基于此，本文设计如图1所示的平台架构.

图1 基于云服务的科技协同创新实验平台架构

统一身份认证是部署在云服务器上的组件之一，终端用户通过网络连接云端的统一身份认证模块，得到认证后，进行各项虚拟应用操作.统一身份认证模块结构如图2所示.

图2 统一身份认证模块示意图

云服务器面对终端用户，除了统一身份认证外，其主要职能是多任务虚拟化应用系统的部署与资源分配，每个虚拟机（VM，Virtual Machine）包含独立的应用系统与操作系统.虚拟机监视器（VMM，Virtual Machine Monitor）一方面对虚拟机进行管理，另一方面合理分配服务器的硬件资源［5］，其应用结构如图3所示.其中虚拟机n＋1作为专门的虚拟运用交互式平台，一方面接受虚拟机监视器的管理，另一方面为部署应用系统的虚拟机提供互动交流平台及工具集，如合作研讨、远程会议、交互式科学传播、各种信息资源和专家支持等.

3 科技协同创新实验平台构建策略

就目前的IT技术而言，科技协同创新实验平台的构建与部署是比较容易实现的，但是能否长期有效地运转下去，并且发挥效能、推动科研创新，还需要做许多工作.本文认为，科技协同创新实验平台的建设需要做好以下3个方面的工作.

（1）构建基本实验开放条件和环境.协同创新实验平台应用系统的开放利用是其中的核心，协同实验群体中必须有一个成员负责完成应用系统的设计或购置、部署，以及信息资源、管理工具集等的收集与共享发布、专家资源的邀约与管理等［6］.一般来讲，协同创新实验平台的设计或购置、部署等问题很容易解决，而完整的信息资源建设则要花很多功夫，其中最难的是在一个平台中成功邀约到权威的专家进行现场或网络远程指导.这就需要实验室所在机构花大力气去引进科研协作人才和构建良好的协作环境.

（2）构建实验室协作管理制度.在协同创新实验平台中，如果只是在虚拟机上进行应用系统的使用，要达到协同创新研究目的是不可能的，只有充分利用平台的信息资源、交流工具，得到专家支持才行.这样就涉及到两个方面的问题：一是科研人员创新性成果的认证与保护；二是科研人员和专家协同支持的认可.要处理好这两个方面的问题，需要做很多工作，本文在此仅做一些粗略的制度性建设探讨.

图3 云服务器应用结构图

①科研人员创新性成果的认证与保护.科研成果和数据，如果是未公开出版和发布的，可通过发布资源日志登记的形式，确认其首创性.创新性成果在协同创新实验群体之外的传播，有严格的登记制度和剽窃惩罚办法.已经公开出版的创新性成果，国家有对应的知识产权法律和规定，这里就不作讨论.

②科研人员和专家协同支持的认可.毋庸置疑，如果科研人员和专家协同没有得到一定的激励，让其提供技术支持，是很难做到的，当然，基于社会交际积累的情感而提供支持的因素除外.这就涉及到一个现实的问题，就是报酬机制问题.良好的报酬机制会在一定程度上提高技术人员参与协同实验的积极性，有利于开放实验的协同与运作.

（3）创新性实验资源、实验项目的建设.很多从事科研活动的研究人员都想知道当前顶尖的科学家在研究哪些前沿问题，哪些方向是将来的热点问题等，但由于传播渠道和接触顶尖科学家的距离远近等因素，存在“看不见，摸不着”的现象.协同创新实验群体中的成员，能够不断地将所执行的重要研究项目、实验室科研团队研究方向的进展、重大科技研究热点等，形成共享的创新性实验资源.科学家在开展科学研究的时候，可以将其所遇到的科学研究难题、症结发布出来进行协同研究，形成创新性实验项目；也可以对大课题进行分解，在协同创新实验平台中寻求子课题的任务协同.因此，创新性实验资源、实验项目的建设将会对本领域的创新性科学研究形成一个推动力.

4 结 语

实验室协同运作和管理是一项比较复杂的系统工程，本文立足于当前成熟的VMWARE虚拟管理和云计算技术，提出协同创新实验平台的建设构想，一方面可以给科研工作者提供选择、创新、自主学习、发挥研究潜能的实验环境，弥补独立实验室的不足；另一方面，可以形成良好的科研氛围，提高科研人员的创新能力.本文研究的仅是社科类实验室群体的协同，研究范围还有待于进一步扩大.（本课题为中原工学院教学改革研究项目）

［1］吴荣斌.科研机构与高校知识创新协同研究［D］.武汉：华中科技大学，2012.

［2］陈怡.虚拟实验室平台设计的研究与实现［D］.成都：西南交通大学，2010.

［3］张晓林.研究图书馆2020：嵌入式协作化知识实验室？［J］.中国图书馆学报，2012（1）：11－20.

［4］王海斌.动态虚拟集群部署与管理［D］.长春：吉林大学，2011.

［5］包敬海，周小珠，樊东红.基于VMWare构建虚拟网络实验室的研究［J］.计算机技术与发展，2010（6）：242－245.

［6］姜燕宁，郝书池.校际“共享型”实验室建设与管理研究［J］.实验室研究与探索，2012（8）：142－146.