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数字化信息技术的迅速发展,为远程实验教育带来了发展机遇,但由于远程实验通信机制的不完善,使得实验通信过程中消息传输的实时性与可靠性差、网络与仪器安全控制不足、缺乏应对大规模用户并发访问的能力,导致远程实验不能全方位面向社会开放,严重阻碍了实验教学资源的进一步共享与学生实践能力的提升。鉴于此,本文利用消息队列遥测传输(MQTT)技术的快速、轻量级、低功耗、低延时和低带宽等优势,开展基于MQTT的远程实验通信机制研究,设计并实现了一个基于该机制的远程实验通信系统,课题主要研究内容如下。(1)仪器与用户并发访问机制研究。搭建基于MQTT的EMQ消息服务器集群来提高通信消息的中转、处理与并发能力,设计实验通信主题确保每组通信的独立性,结合嵌入式网关与WebSocket来降低仪器和Web用户端的计算资源与网络流量。(2)实时可靠消息传输机制研究。根据远程实验通信数据传输要求,研究MQTT三种QoS等级下的消息传输机制,针对不同实验应用场景提供相应的通信服务质量保证;同时研究消息顺序控制机制,确保网络不稳定时通信消息的顺序传递。(3)网络通信安全控制机制研究。传输层采用SSL/TLS协议实现MQTT通信的加密与可信连接,应用层采用教育电子身份号(E2ID)确保用户的实名安全控制,同时设计用户访问控制列表,实现对用户访问和仪器操作授权的动态管理。(4)实验仪器安全保障机制研究。建立遗嘱消息保护、通信连接检测和实验安全阈值管理来保障实验通信失效时的仪器安全,同时设计通信自愈与故障报警机制,在通信断开时,系统具备自动切换通信线路,尝试重建通信连接的能力。最后,结合现有远程实验平台在模拟大规模用户实时并发访问的环境下,对基于以上远程实验通信机制实现的实验通信系统进行性能测试。测试结果表明该机制不仅能满足实验通信的高并发需求,还能有效确保消息的实时可靠传输与安全控制,大大提高实验操作的交互效果,促进实验平台的对外开放,具有较高的应用价值。