在广域网上操作科学仪器的系统和方法

摘要

一种方法,装置和制造的产品用于操作在广域网比如因特网的远程设备。该系统包括用于与用户交互作用以便接受命令和显示结果的客户计算机,一个代理服务器计算机,用于执行命令和结果的中间的处理,和耦合到该远程设备的一个设备服务器计算机,它执行该命令和产生该结果。

说明书

本发明通常涉及包含因特网的应用，特别涉及在广域网比如因特网上操作科学仪器的系统和方法。

接入复杂的科学仪器对于大多数的研究人员来说经常是困难的和有问题的。通常，仅仅富有的组织可以买得起这样的仪器，使得在较小或者较不富裕的组织的研究人员难于执行必要的试验。特别教育机构很少可以买得起需要提供适当的科学的训练的所有的设备。另外，在一个地理学的区域或者世界上普遍经常仅仅有一个或者少数这样的仪器可用，要求研究人员移动以便使用该仪器。结果，这样的仪器不可能有效地或者连续地使用。

因特网的来到允诺解决这些和其它问题。更具体地讲，本发明通过使用因特网提供实时接入远程设备比如科学仪器解决这些问题。

为了克服上面描述的现有技术中的限制和其它限制，阅读和理解本说明书之后将变成明显了，本发明揭露了在广域网比如因特网操作远程设备的一种方法，装置和制造产品。本发明的一个目的是允许在因特网具有足够的接入特许的任何用户在一个远程设备实时地执行命令。本发明的另外的目的是使得该远程设备的操作结果通过因特网广播功能对许多观察者是可用的。

现在参见附图，其中相似的编号表示相应的部分：

图1是用于实现本发明的优选实施例的示例硬件环境；

图2是举例说明执行本发明步骤的客户计算机的一般逻辑的流程图；

图3是举例说明执行本发明步骤的代理服务器的一般逻辑的流程图；和

图4举例说明执行本发明步骤的一个设备服务器计算机的一般逻辑的流程图。

在下面的描述中，参考形成其一部分的附图，和利用说明这些附图表示本发明的几个实施例。不言而喻可以利用其它实施例和在没有偏离本发明范围的情况下可以进行结构的变化。

本发明通称网(Web)范围(WS)，提供在广域网比如因特网操作远程设备的系统和方法。在优选实施例中，该网范围用于提供实时接入能够以位于远地的用户的名义执行命令的复杂的科学仪器。

该网范围在两个重要的方面不同于现有的分析设备。第一，该网范围允许在因特网的已经给予足够的接入许可的任何用户实时地进行试验。使用网范围，该用户简单地发出命令给该科学仪器执行确定的操作，然后接收每个操作的结果。

取决于该仪器的性质，该网范围的命令集可以广泛地变化。例如附加的扫描隧道显微镜(STM)的网络能够扫描取样的表面和响应远程用户的命令能够在一个表面上移动原子。在这个例子中，用户可以发出命令给该STM以便实时地操作该取样和以操作的取样的图象反向响应。

第二，可以通过在因特网的广播功能使得该科学仪器的操作对大量的，不同的用户公众是可用的。结果，在因特网具有″观看″许可的任何用户能够观测该科学仪器的操作和试验的进展。这个广播设备可以被用于科学的以及教育的目的。

在因特网这样的实时接入远程设备特别是复杂和昂贵的科学仪器对科学仪器的使用和应用具有潜在的严重的冲击。另外，本发明给因特网提供具有更动态应用，例如，该科学仪器实时试用得到的生动的内容。

硬件环境

图1图解举例说明在本发明的优选实施例中使用的示例的硬件环境。本发明使用一个网络100连接一个或者更多个客户计算机102到一个或者更多个服务器计算机104实现。在这个实施例中，服务器计算机104之一包含一个代理服务器计算机104，它提供该远程设备106的命令的中间处理，和另外的服务器计算机104包含一个设备服务器计算机104，它实际上控制该远程设备106。资源的典型的组合可以包括包含个人计算机或者工作站的客户计算机102和包含个人计算机，工作站微计算机或者大型机的服务器计算机104。连接这些计算机的网络100可以包含一个局域网，广域网，因特网，等等。

通常，本发明使用由该客户计算机102以及/或者服务器计算机104执行的一个或者更多个计算机程序实现。在图1的示例的实施例中，这些计算机程序包括：(1)由客户计算机102执行的一个浏览器程序108和客户命令处理程序110；(2)一个代理命令处理程序112，包括访问控制表(ACL)116的一个用户管理器程序114，会话管理器程序118，和由代理服务器计算机104执行的一个任务管理器程序120；和(3)一个设备命令处理程序122以及由设备服务器计算机104执行的硬件接口程序124。

每一个计算机程序包含指令，当由他们的各自的计算机阅读和执行时，使得该计算机执行本发明的步骤或单元。该计算机程序通常在计算机可读的设备，媒介或者载体例如一个本地或者远程数据存储设备或者直接地耦合到该计算机或者通过一个数据通信设备耦合到该计算机的存储器件中实现或者从中可读出。

因此，本发明可以使用标准编程以及/或者工程学技术产生软件，固件，硬件或者其任何组合作为一种方法，装置或者制造的产品实现。在此处使用的术语″制造的产品″(或者选择地″计算机程序载体或者产品″)是要包含从任何设备，媒介或者载体可进入的一个或者更多个计算机程序。

当然，本领域的技术人员将认识到，图1所示的示例的环境不是要限制本发明。例如代理服务器计算机104和设备服务器计算机104的功能可以由单个服务器计算机104执行。而且，客户机/服务器结构是不要求的，并且本发明可以在单个计算机比如一个工作站上完全实现。的确，本领域的技术人员将认识到，在没有偏离本发明的范围的情况下可以使用其它替代的硬件环境。

网范围的操作

网范围在它的操作中使用许多新颖的部件。这些部件包括一个用户接口，命令处理程器，一个用户管理器，一个会话管理器，和一个任务管理器。

用户接口

由该浏览器108和客户命令处理器110提供的该用户接口允许单独的用户操作和观看远程设备106的当前状态。典型地，这样一个接口是特定给一个特别的设备106或者仪器，它可以包含一个扫描隧道显微镜，一个望远镜，在远程位置的一个机器人，或者位于远地的其它设备。本质上，这个接口反映生动的试验的状态并且可以由在多个客户计算机102的多个用户同时地调用。

在该优选实施例中，该用户接口包含一个图形用户接口(GUI)，它提供对于控制该远程设备106和观看该远程设备106的结果的图形的图象。另外，音频或者其它多媒体单元可用于增强该用户的试验。

通常，在这个接口中一个用户可以控制两个密钥单元：(1)设备特定参数和(2)设备操作。关于设备特定参数，该远程设备106的状态和它的软件可以由在任何时刻的一组参数定义。这些参数通常是数据对象比如编号，字符串，布尔变量，阵列等等。

注意，可能的参数是由该远程设备106的应用需要和特性确定的。例如，如果该远程设备106包含一个扫描隧道显微镜，则取决于该应用，一个取样可以使用各种的参数由该扫描隧道显微镜分析。大多数的设备特定参数是静态的性质和不时常变化的。然而，一个用户可能需要观看以不同表示法的各种动态参数并且可能需要操作这样的参数，以便进行试验。

就设备106操作而言，该用户接口允许用户实时地操作该远程设备106。在这样的操作期间，发送给该设备106的命令可以以状态和结果信息确认。例如，如果一个用户控制一个扫描隧道显微镜的未端，以使具有该用户接口的鼠标输入设备运动可以直接地控制在该显微镜的未端的运动，它反过来直接地影响该样品。另外，信息可以传送回到该用户接口，指示该操作的结果，例如，指示该原子是否跟随鼠标的运动。而且，上面例子的该用户接口可以包括表示该样品的当前结构的一个图象显示器，和可用于与该图象显示器的单元交互作用的一个鼠标指针，并且该结果反映在该图象显示器。该用户接口包括其它多媒体单元，比如音频，将增强该远程设备106的观察，这也是想象到的。

命令处理器

该命令处理器110，112和122是分布部件，促进命令从该用户到远程设备106的传输和结果与状态信息的粘聚的信息流从远程设备106到该用户的传输。命令处理器110，112，与122基本上在体系结构的所有的三个级别上操作，即客户计算机102，代理服务器计算机104与设备服务器计算机104。

典型地，命令是在中间的机器即该代理服务器计算机104上处理的，以适应远程设备106的特定的特性。有大量的策略可用于处理命令，比如翻译复数命令为基本的指令序列或者映射到不同的坐标系。

命令处理器110，112与122的一个重要的特性是每个命令反馈到该用户。例如，当设备106是一个扫描隧道显微镜时，从原子运动命令的该用户接口的传输最后导致在该用户接口收到确认，指示该原子是否通过设备106移动。而且，设备106的当前状态可以通过多个用户同时地监视。

用户管理器

本发明的用户管理器114用于到远程设备106的存取控制。自然地，在因特网上的大量的用户可能感兴趣的操作远程设备106。为了以受控制的方式发出命令，每个用户以及/或者命令可能具有与其相关的存取控制表(ACL)116。该用户管理器114授予或者拒绝许可给由单独的用户或者用户群根据ACL 116发出的命令。当然，远程设备106的性质可能限制在任何时刻能够控制远程设备106的用户的数量(典型地一次仅仅一个可以发出命令给远程设备106)，虽然任何数量的用户能够观测来自设备106的结果与状态。

会话管理器

会话管理器118保证不多于最大数量的用户能够控制远程设备106；极限也可以根据观测的用户数量设定。当指定给用户的时间期间已经超过时，会话管理器118也终止用户会话。而且，会话管理器118也查明关于远程设备106的更新结果与状态信息是分配给当前观测远程设备106的操作的所有用户。仅仅由因特网连接的带宽限制的，这样的观察者能够实时或者实质上接近于实时地研究远程设备108的操作或者进展。

任务管理器

当来自该用户的命令由该用户管理器114与在代理服务器计算机104的会话管理器118授权时，则调用任务管理器120。任务管理器120可以翻译该命令为一个或者多个设备106从属的子命令。

另外，该任务管理器120在一个优先排队126中存储这些命令或者子命令。优先排队126是在命令达到远程设备106之前用于排队命令的一个临时数据结构，以保证慢设备106不超载太多命令。通过增加优先级给这样的一个排队126，对于″超级用户″随时接收设备106的控制是可能的。

在设备服务器计算机104的命令处理器122轮询输入的队列126，和一次接收一个命令并且通过硬件接口124将它发送给设备106用于执行。来自远程设备106的结果和状态信息通过命令处理器122送回给在代理服务器计算机104的会话管理器118，保证该结果和状态信息广播给所有的观察用户。通过在代理服务器计算机104的会话管理器118保持的超时机构保证当远程设备106不响应时通知该用户。

网范围的逻辑

举例说明本发明的网范围的逻辑的流程图表示在图2，3和4中。本领域的技术人员将认识到，这个逻辑仅仅是用于说明的目的而且不同的逻辑可用来完成同样的结果。

客户计算机

图2举例说明当执行本发明的步骤时客户计算机102的一般逻辑的流程图。

方框200表示初始化浏览器108和命令处理器110的客户计算机102。浏览器108和命令处理器110经常用于与在客户计算机102的该用户交互作用。这样的交互作用特别可以包括访问服务器和在因特网的页面，包括代理服务器计算机104和设备服务器计算机104。

方框202表示客户计算机102等候下一个事件出现，即等候来自该用户以及/或者经过因特网连接的下水道计算机(sewer computers)104的下一个输入。

方框204是判定方框，表示客户计算机102确定该事件是否包含收到由该用户通过浏览器108调用的网范围命令。如果是的话，控制转移到方框206；否则控制转移到方框208。

方框206表示命令处理器110分析该浏览器108和该用户之间的交互作用，格式化远程设备106的命令，然后发送远程设备106的命令到代理服务器计算机104。其后，控制转移到方框202。

方框208是一个判定方框，表示客户计算机102确定该事件是否包含收到来自代理服务器计算机104的结果和状态信息。如果是，控制转移到方框210；否则，控制转移到方框212。

方框210表示命令处理器110分析从代理服务器计算机104收到关于该远程设备106的该结果和状态信息，格式化该信息，然后提供格式的信息到浏览器108，以便给客户计算机102的该用户显示。其后控制转移到方框202。

方框212表示客户计算机102执行其它处理。其后，控制转移到方框202。

代理服务器计算机

图3是举例说明当执行本发明步骤时代理服务器计算机104的一般逻辑的流程图。

方框300表示代理服务器计算机104初始化命令处理器112，用户管理器114，会话管理器118和任务管理器120。

方框302表示代理服务器计算机104等候下一个事件出现，即等候来自客户计算机102以及/或者设备服务器计算机104的下一个输入。

方框304是一个判定方框，表示代理服务器计算机104确定是否该事件包含收到来自客户计算机102的一个命令。如果是，控制转移到方框306；否则，控制转移到方框314。

方框306表示在代理服务器计算机104的命令处理器112发送从客户计算机102收到的命令给该用户管理器。

方框308表示在代理服务器计算机104的该用户管理器114按照它的存取控制表116分析该命令，和基于该分析确定是否授予或者拒绝许可给该用户的命令。

方框310表示在代理服务器计算机104的会话管理器118接收来自该用户管理器114的许可信息和特别基于该用户是否请求远程设备106的控制，当该用户已经控制该远程设备时，该用户是否请求观测远程设备106等等的操作，保证该接收命令可以继续处理。而且，当该用户已经控制该远程设备106时会话管理器118终止超过他们的分配时间期间的用户会话。

方框312表示在代理服务器计算机104的任务管理器120接收来自该用户管理器114和会话管理器118的许可和授权信息，然后在优先队列126中排队该命令，用于由在该设备服务器计算机104的命令处理器122后来的存取。其后，控制转移到方框302。

方框314是一个判定方框，表示代理服务器计算机104确定该事件是否是与用户会话相关的一个计时器期满。如果是，控制转移到方框316；否则控制转移到方框320。

方框316表示会话管理器118计时器期满，然后确定应该采取什么行动，例如应该那些用户的期满。

方框318表示在代理服务器计算机104的命令处理器112接收来自会话管理器118的定时器期满信息，然后分配该信息给一个或者多个客户计算机102和他们的用户。其后，控制转移到方框302。

方框320是一个判定方框，表示代理服务器计算机104确定该事件是否包含收到来自在设备服务器计算机104的命令处理器122的结果和状态信息。如果是，控制转移到方框322；否则，控制转移到方框326。

方框322表示在代理服务器计算机104的会话管理器118接收来自在设备服务器计算机104的命令管理器122的结果和状态信息和确定如何分配这样的信息到一个或者多个客户计算机102以及他们的用户。

方框324表示在代理服务器计算机104的命令处理器112接收来自会话管理器118的结果以及状态信息，然后分配该信息到一个或者多个客户计算机102以及他们的用户。其后，控制转移到方框302。

方框326表示代理服务器计算机104执行其它处理。其后，控制转移到方框302。

设备服务器计算机

图4是举例说明当执行本发明的步骤时设备服务器计算机104的一般逻辑的流程图。

方框400表示设备服务器计算机104初始化命令处理器122以及用于远程设备106的硬件接口124。

方框402表示设备服务器计算机104等候下一个事件出现，即等候来自代理服务器计算机104以及/或者该远程设备106的下一个输入。

方框404是一个判定方框，表示设备服务器计算机104确定该事件是否包含收到来自代理服务器计算机104的优先排队126的命令。如果是，控制转移到方框406；否则，控制转移到方框412。

方框406表示在设备服务器计算机104的命令处理器122发送该命令给硬件接口124，用于由远程设备106本身随后执行。

方框408表示在设备服务器计算机104的硬件接口408格式化用于远程设备106的该命令，以及发送该格式的命令给远程设备106。

方框410表示耦合到设备服务器计算机104的远程设备106执行该命令。其后，控制转移给方框402。

方框412是一个判定方框，表示设备服务器计算机104确定该事件是否包含收到来自远程设备106的结果以及信息。如果是，控制转移到方框414；否则，控制转移到方框418。

方框414表示在设备服务器计算机104的硬件接口124接收来自远程设备106的该结果以及状态信息，然后发送该信息到命令处理器122。

方框416表示在设备服务器计算机104的命令处理器122接收来自硬件接口124的结果以及状态信息，然后发送该信息到在代理服务器计算机104的会话管理器118，用于随后分配给一个或者多个客户计算机102以及他们的用户。其后，控制转移给方框402。

方框418表示该设备服务器计算机104执行其它处理。其后，控制转移到方框402。

结论

这结束了本发明的优选实施例的描述。下列描述用于完成本发明的一些替代的实施例。

例如，任何类型的远程设备可与本发明一起使用。另外，任何类型的计算机配置以及/或者网络配置可以受益于本发明。

本领域的技术人员将认识到，通过预先记录信息的显示可以增加的信息的实时显示。的确预期到了，用户与远程设备106交互作用以及来自远程设备106的结果与状态信息将被记录用于稍后阅读。

简言之，本发明揭露在广域网比如因特网上操作远程设备的一个系统。该系统包括用于与用户交互作用的客户计算机，以便接受命令和显示结果，用于执行中间的命令与结果的处理的一个代理服务器计算机，以及耦合到该远程设备的一个设备服务器计算机，它执行该命令并且产生该结果。

为了说明和描述的目的，已经提供了本发明优选实施例的前面的描述。它不是详尽的或者限制本发明为揭露的精确的形式。按照上面的教导许多修改和变化是可能的。本发明的范围不是由这个详细的描述限定，而是由所附的权利要求限定。