مع تطور التجارب عن بُعد، والتدريس عبر الإنترنت، وتقنيات إنترنت الأشياء، أصبح توفير الوصول القائم على الويب إلى نماذج المحاكاة المحلية أو الأجهزة التجريبية توجهاً هاماً لتطوير المنصات التجريبية1,2,3,4. وقد دمجت الأعمال الحديثة بشكل أكبر المختبرات المجهزة بتقنيات إنترنت الأشياء مع التعلم القائم على المشاريع والوصول المحلي أو عن بُعد، مما يبرهن على التطوير المستمر لمنصات تجريبية مرنة ومرتبطة شبكياً في التعليم الهندسي5. وفيما يتعلق بتجارب أنظمة التحكم، يحتاج المستخدمون عادةً إلى ضبط معاملات الإدخال في المتصفح ومراقبة حالات الإخراج في الوقت الفعلي6,7. وتتطلب الطرق التقليدية عادةً صفحة ويب منفصلة، ومنطق ربط تحكم، وواجهة اتصال بيانات لكل كائن تجريبي8,9. وعندما تتغير المتغيرات في النموذج الخلفي، غالباً ما يجب تعديل الصفحة الأمامية وفقاً لذلك، مما يتسبب في أعمال تطوير متكررة وكبيرة ويحد من التوسع السريع للمنصة التجريبية.
يوفر بروتوكول التشغيل البيني عن بُعد (RIP) طبقة برمجيات وسيطة بين النماذج التجريبية في الخلفية والواجهات الأمامية للويب10,11. في نهج التوليد التلقائي لواجهة المستخدم القائم على RIP والموصوف في أعمال سابقة، يوفر خادم RIP بيانات وصفية لكل تجربة، بما في ذلك أسماء المتغيرات، وسمات الإدخال/الإخراج، وأنواع البيانات، والقيم الدنيا، والقيم القصوى، والدقة، والأوصاف، وطرق القراءة/الكتابة المتاحة11. ويمكن لعميل الويب بعد ذلك استخدام هذه البيانات الوصفية لإنشاء عناصر HTML المقابلة، مثل التسميات، وحقول الإدخال الرقمية، وأشرطة التمرير، وعناصر التحكم البوليانية، وشاشات العرض للإخراج، وذلك أثناء تحميل الصفحة أو تحديثها11. ولا يقوم البروتوكول الحالي بإعادة تنفيذ أو إعادة تعريف مواصفات RIP، بل يستخدم خدمة RIP مفتوحة المصدر الحالية ومنطق توليد واجهة المستخدم من البيانات الوصفية إلى HTML القائم على RIP كأساس للاتصال وتوليد الواجهة، ويركز على البناء القابل للتكرار، والتسجيل، ونشر الوكيل، والتحقق من مثالين لبرنامج LabVIEW VI.
مقارنةً بتطوير واجهات الويب المخصصة التقليدية، يقلل التوليد التلقائي لواجهة المستخدم القائم على RIP من الحاجة إلى تنفيذ تخطيطات التحكم، ومنطق ربط المتغيرات، ووظائف الاتصال الأساسية عندما تظهر تجارب LabVIEW متعددة متغيرات إدخال وإخراج قياسية مماثلة8,9,10,11. وبعد تسجيل VI جديد وتوفر متغيراته لخادم RIP، يمكن إعادة استخدام منطق قراءة البيانات الوصفية وتوليد عناصر التحكم ذاته لبناء واجهة الويب الأساسية10,11. وتعد هذه الميزة مفيدة للنشر السريع، والعروض التوضيحية التعليمية، ومنصات المختبرات عن بُعد التي تتطلب وصولاً متسقاً إلى عدة تجارب متشابهة3,8,9. ومع ذلك، فإن الواجهة المولدة تلقائياً تعاني أيضاً من بعض القيود؛ فهي لا تستنتج العلاقات الفيزيائية بين المتغيرات بشكل كامل، ولا تحدد تعيينات المخططات تلقائياً، ولا تصمم تصورات مرئية أو تفاعلات أمان خاصة بالمجال11. بناءً على ذلك، يظل تطوير واجهة الويب يدوياً هو الخيار المفضل عندما تتطلب التجربة رسومات مخصصة للغاية، أو تدفقات عمل معقدة للمستخدم، أو تصورات مرئية متقدمة، أو أقفال أمان للأجهزة، أو تحكيماً في الكتابة متعدد المستخدمين.
تم تلخيص سير العمل العام للبروتوكول في الشكل 1. في سير العمل هذا، تقوم أداة LabVIEW VI أولاً بتحديد عناصر التحكم في المدخلات ومؤشرات المخرجات المطلوبة على اللوحة الأمامية (Front Panel). ثم يتم تسجيل أداة VI في تكوين خادم RIP من خلال تحديد اسم التجربة ومسار أداة VI. بعد التسجيل، يقرأ خادم RIP البيانات الوصفية للتجربة المختارة ويوفر إمكانية القراءة والكتابة للمتغيرات المتاحة. وتستخدم صفحة الويب XHTML البيانات الوصفية المسترجعة لإنشاء عناصر التحكم في المدخلات وشاشات العرض للمخرجات المقابلة تلقائياً، بينما يوفر Caddy مسار وصول موحد لصفحة الويب الثابتة ومسارات اتصال RIP. تم استخدام نماذج المروحة ومحرك التيار المباشر في هذه الدراسة كتطبيقين لسير العمل نفسه. بالنسبة لتجارب LabVIEW الأخرى التي توفر متغيرات قياسية ورقمية ومنطقية (Boolean) متوافقة، يمكن للمطورين اتباع سير عمل "البناء-التسجيل-النشر-التحقق" نفسه لإنشاء واجهة ويب مُولدة تلقائياً، مع إضافة تصورات خاصة بالتجربة، أو منطق سلامة، أو معالجة بيانات معقدة عند الحاجة.
لا يقترح هذا المقال بنية جديدة لـ RIP أو يوسع نطاق أنواع البيانات المدعومة بالفعل بواسطة RIP. بدلاً من ذلك، يستخدم RIP كآلية قائمة على البيانات الوصفية والاتصالات لإنشاء واجهة المستخدم (UI)، ويركز على التحقق من صحة العملية نفسها باستخدام نظامين مختلفين من LabVIEW مع توثيق بروتوكول تنفيذ قابل للتكرار. وقد قدم عمل سابق طريقة أساسية للتوليد التلقائي لواجهة المستخدم على الويب بناءً على البيانات الوصفية لـ RIP واستخدم تجربة محرك سيرفو عبر الإنترنت كدراسة حالة11. كما تم الإبلاغ في دراسات سابقة عن بنيات للمختبرات عن بُعد مفعلة عبر الويب تجمع بين الواجهات التفاعلية والبرمجيات الهندسية وLabVIEW9,12. ومع ذلك، أثناء إعادة الإنتاج العملي، تأثرت بعض نماذج LabVIEW في الحالة الأصلية بإصدار البرمجيات وتوافق الوحدات، مما جعل من الصعب استخدامها مباشرة في بيئة أحدث. لذلك، يقوم العمل الحالي بإعادة بناء اثنين من أدوات LabVIEW الافتراضية (VIs) المتوافقة في الخلفية—نموذج مروحة ونموذج تحكم تناسبي تكاملي تفاضلي (PID) لموضع محرك التيار المستمر (DC)—ويطبق عملية إنشاء واجهة المستخدم المعتمدة على البيانات الوصفية نفسها على كليهما. وتتمثل المساهمة في التحقق من صحة سير عمل RIP المعتمد عبر أنظمة مختلفة وتوفير بروتوكول مفصل لإعادة إنتاج هذه العملية، بدلاً من توسيع عمومية RIP.
المستخدمون المستهدفون لهذا البروتوكول هم الباحثون، والمعلمون، ومطورو المختبرات الذين يستخدمون بالفعل أدوات LabVIEW VIs ويحتاجون إلى إتاحة نماذج المحاكاة أو الأنظمة التجريبية منخفضة المخاطر عبر متصفح الويب دون الحاجة إلى تنفيذ واجهة أمامية مخصصة وكاملة لكل نموذج بشكل مستقل. يعد هذا البروتوكول مناسباً بشكل خاص للتجارب التي تستخدم المتغيرات الرقمية والمنطقية (Boolean) القياسية، وتعديل المعاملات، ومراقبة الحالة في الوقت الفعلي10,11. وهو أقل ملاءمة كحل مستقل للتجارب التي تتطلب هياكل بيانات معقدة، أو تصورات بصرية متخصصة، أو أقفال أمان صارمة للأجهزة، أو تحكيم كتابة متعدد المستخدمين11. الهدف من هذا العمل هو التحقق من صحة التوليد التلقائي لواجهة المستخدم عبر الويب القائمة على RIP باستخدام نظامين مختلفين من LabVIEW، وتوفير بروتوكول كامل وقابل للتكرار بدءاً من بناء VI في الخلفية وصولاً إلى التفاعل عبر المتصفح. يتضمن البروتوكول تعريف متغيرات الإدخال والإخراج، وتسجيل التجربة في خادم RIP Server، وتوليد واجهة المستخدم بناءً على البيانات الوصفية (metadata)، ونشر وكيل Caddy proxy، والتحقق من القراءة/الكتابة عن بُعد. يوضح تطبيق سير العمل نفسه على نماذج المروحة ومحرك التيار المستمر (DC motor) أن العملية المحددة يمكن تكرارها دون الحاجة إلى إعادة كتابة واجهة ويب أمامية كاملة يدوياً لكل مثال9,10,11.