（测试计量技术及仪器专业论文）基于cs模式的网络远程监控系统.pdf

蕊京航空舷天大学壤士学位论文 搐彝 o i 轴 奉文主要讨论了个萋于c ! i e n v s e r v e r 模式翡阏络远狸盗控系统的设计和实鞴。 f 零系统综台利用待感嚣搜恭、数瓣采綮技苯、阏络通信技术、多媒体技术及丽商对象 霸翟技术，具有设备接割、消黔保安等功戆，霹以圈畦在运覆橇和服务器上通过语音、 信号好、别表、波澎等多种方式垦示鞠处理监控和报警信息。该蘸控系统以监控信息 购实时操作和实对控制为中心，充分剩照? 现富赡羼域网瓷源淘广域瓣赉澡，整个系 统采用分层的、蕊向对象的设计方法，具有结构模块化、层次化、接躁麓单、适应性 强、升级扩展方便等特点，著可根据本系统的通讯设计规范对特殊的网络结构进行二 次开发，具有良好的开放性。 本文走要分为两个部分对系统进行介绍：系统概述、系统各功能模块的实现。在 系统概述部分，主要讨论了阐络测控系统的研究背景，客户栅服务器模式的结构和 发展，通讯协议的选择，奉系统各个功能模块的划分等。褒系统各功能模块的实现部 势牵，主簧讨论w i n s o c k e t 技* 、篓釜坌巡鲞稻书符纯技术、_ 瑟囱对象缡程技术及 系统逐讯模块、硬粹接蜀耩块、签测髂患髭示模块、报警模块簿具体模块的实现，漫 蘑褥到一个署蛾的计算枫嬲络监控系统。 妻竺孽二，萎邋篓量篓杈避程监控系统：磁鸱删献技术，客户扎慑务器模式k 接门规范；类矿面向对象 、 基于c s 壤式的阏络远程竣控豢缝 一 a b s t r a c t t h i sd i s s e r t a t i o nd i s c u s s e st h ed e s i g na n d 凇l i z a t i o no fac l i e n t s e r v e r - b a s e dn e t w o r k i n t e g r a t e dm o n i t o r i n gs y s t e m 。s 辨霸黼溉魄t h et e c h n o l o g yo fs e 4 1 s o r , d a t aa c q u i s i t i o n ， n e t w o r kc o m m u n i c a t i o n ，m u ! t i m e d i a a n do o p ( o b j e c to r i e n t e dp r o 卿i n g ) ，t h i s s y s t e mc a np r o v i d ed e v i c ec o n t r o la n df i r ea l a r ma n d c a na sw e l ld i s p l a ya n dp r o c e s st h e m o n i t o r i n g a n d a t a r r n i n gi n f o r m a t i o n o nb o t hs e r v e ra n d c l i e n t , b y 掇霉遗热黼m e t h o d s ，s u c h a ss p e a k e r , s i p l a m p ，l i s t , o s c i l l o g r a p ha r i d 鳓。t 撼霪m o n i t o r i n gs y s t e mi sf o e u s 醚o n r e a l - t i m ec o n t r o la n dm o n i t o ri nl o c a ln e t w o r ka n dw i 臻慧a r e an e t w o r k 。w i t ht h e o b j e c t - o r i e n t e dd e s i g na n dl a y e r e ds t r u c t u r e ，i tp o s s e s s e st h e s ef e a t u r e s ：m o d e l e d ，i a y e r e d ， s i m p l ei n t e r f a c e ，e a s yo p e r a t i o n ，s t r o n ga d a p t a t i o n ，u p g r a d a b l ea n ds oo n a d d i t i o n a l l y , t h e s e c o n d d e v e l o p e a nb ed o n et os p e e i a ln e t w o r kw i t h k e e p i n g t ot h ec o m m u n i c a t i o no ft h i s s y s t e m 。 ， 靳i sd i s s e r t a t i o nc a nb ed i v i d e di n t ot w o s e c t i o n s ：s y s t e m s u m m a r i z a t i o na n dt h e r e a l i z a t i o no f s y s t e m sf u n c t i o nm o d e l s i nt h ef o r m e rs e c t i o n ，t h e s ea r ed i s c u s s e di nd e t m l ： r e s e a r c hb a c k g r o u n do fn e t w o r k m o n i t o r i n gs y s t e m , c o n f i g u r a t i o no f c l i e n t s e r v e rm o d e l ， t h es e l e c t i o no fc o m m u n i c a t i o np r o t o c o l c o m p a r t m e n t a l i z a t i o no fs y s t e m sf u n c t i o n m o d u l e sa n de t c 。i nt h el a t e rs e c t i o n , t h eo t h e r sa r ed i s e u 熊e d ：w i n s o e k e tt e c h n o l o g y , c s o c k e t 霉l 瓣麟s e r i 蘸i z a t i o n t e c h n o l o g y , o o pt e c l - m o l o g ya n d t h er e a l i z a t i o no f s y s t e m c o m m u n i c a t i o nm o d u l e , h a r d w a r ei n t e r f a c e m o d u l e , d i s p l a ym o d u l e o fm o n i t o r i n g i n f o r m a t i o na n d a l a r m i n g m o d u l e a n d 最n a l l y 积a n 蝴n e t w o r km o n i t o r i n gs y s t e m + k e yw o r d s ：n e t w o r kc o m m u n i c a t i o n ，t c p i p , r c r n o t em o n i t o r i n gs y s t e m ，w i n s o e k e t t e c h n o l o g y , c l i e m s e r v e rm o d e l ，i n t e r f a c e p a l e s ，c l a s s ，o o p ( o b j t o n e n t e m p r o g r a m m i n g ) 塞 塑窒堕窒塾垂盔兰堡主堂堡笙奎一 一一 第一章绪论 t t 基于c l i e n v s 睨 v e r 模式的网络监控系统”主要研究了基于网络实时监控的关键 技术以及一个基于c s 模式的实时网络监控系统的具体实现。利用通信技术、w i n s o c k 技术，数据采集技术及面向对象等软件技术实现了整个系统的系统管理，用户管理， 设备监控，数据显示及报警等模块，其优点是充分利用了现有的局域网资源和广域网 资源，以最高的性能价格比，以信息的实时操纵和实时控制为中心，实现信息、资源 和任务的综合共享和全局一体化的管理。 第一章主要介绍本课题的提出、课题的研究背景、本系统软硬件实现等内容，最 后指出了本系统的应用领域及特点。 i 1 网络监控系统概述 自从1 9 4 6 年冯若依曼提出“程序存储”和“程序计算”，从而制造出人类历史 上第一台计算机以来，计算机就以无可抵挡的威力深入到人们生活的各个领域。经过 半个多世纪的发展，其革命性的成果给世界注入了无限生机。现在，计算机领域又经 历了一场新的革命，它结合了现代通讯技术、控制技术、图形技术，其目标是随时随 地给人们提供无缝的、高质量的、易用的、廉价的信息通信，使其能真正进入人们的 生活，即所谓的“u b i q u i t o u sa c c e s s ”。可以预见，随着各种技术的深人应用，以及各 项应用的充分开发，一个真正的“g l o b a lv i l l a g e ”将带领我们走人二十一世纪的个人 信息社会( p e r s o n a lc o m m u n i c a t i o n ) 。在计算机技术、电子技术和通信技术迅猛发展的 过程中，监控系统的技术水平也从初期的模拟信息传输与控制飞速发展到了数字化、 两络化信息传输与控制。 网络监控就是建立在现代的计算机技术、通信技术、控制技术以及图形技术上的 一个新的应用它采用多元的信息传输、监控、管理和一体化的集成，实现了信息、 资源和任务的共享，达到了监控的实时、快速和有效，并能够跟其他的计算机网络系 统互连，向人们提供了一个更高效、更全面、更安全、更快捷的服务模式，改变了传 统的监控模式。 本文利用网络通信技术、数据采集技术、w 证s o c k 技术实现了一个基于网络的实 时监视和控制系统，程序的开发采用面向对象( o o e ) 的开发技术，利用v i s u a l c + + 6 0 在w i n d o w s2 0 0 0 平台上开发，程序的界面和框架利用m f c ( m i c r o s o f tf o u n d a t i o n c l a s s ) 实现，远程监控部分采用基于客户机服务器的模式来开发，网络通信部分采 用面向连接的t c p ( t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 传输协议，利用w i n s o e k 接口和 串行化技术来开发。整个系统采用开放的、分层的、面向对象的体系结构，可以根据 苎王! 尘堡塞箜堕垒墨堡些篓墨竺一 ，_ _ 一一 不同的需求和环境进行灵活的组合和配置，是一个简单、实用、高效的监控系统 1 2 网络监控系统的研究背景 监控系统的演变，是一个从集中监控向网络监控的发展历史。最早的监控系统， 采用大型仪表集中对各个重要的设备的状态进行监视，并通过操作盘来进行集中式的 操作。但是，在配线上，仍采用个别配线的方式。如果需要将某一个设备的状态信号 以及操作功能全部显示在中央监控室内，就必须一对一的设置配线。这样，如果要对 所有的设备进行监控，配线将达到很多，从经济的利益考虑，最后只能选择一些最重 要的设备在中央监控室内显示和操作，而大多数设备则需要在现场操作和记录。随着 高层、超高层建筑中设备的多样化和功能的复杂化，传统的中央监控、一对一配线和 操作方式就越来越难满足监控系统的要求。 后来由于计算机和信号传送技术的进步，对各种设备的状态监铡不再需要一对一 的配置线路，一对信号线路就可传送多种信号。因此，所有的设备状态都可以显示在 中央监控室内，很容易进行操作和管理。但是，大部分的系统运算和处理功能，仍需 要集中到中央控制室内由计算机主机进行处理，中央监控系统的功能仅仅限于初级的 设备状态变化显示，时间表和赢接控制管理，以及对现场传来的数据进行运算，此时 的中央监控系统只具备初级的监控功能。 九十年代之后p c 机的迅速发展以及各种局域网和广域网的广泛建立，使用监控 系统也从传统的中央集中监视、集中控制扩展到网络化的集中监视、集中管理和分散 式控制。中央监控主机由原来的中心控制机改为提供各种数据报表和专项的统计，以 提供报表和紧急应变处理。通过任务的模块化分割，可用多台p c 机来替代监控中心 的大型机或小型机，降低系统的造价和运营成本，节省资源。以太网互联网等网络 构架已逐渐在自动化产业内被广泛的采用，取代传统的串口通信而成为自动化系统通 信的主流。在这种趋势下，以t c p p 和以太网为代表、成熟度较高的开放式网络 技术，正逐渐地被应用在各个自动化系统，连接并控制所有的设备。将e t h e m e t 技术 引入测控领域，通过连接不同的网络，形成一致的网络结构可以十分自然地将网络规 范应用于测曩与控制设备领域，将i n f r a n e t 与i n t r a n e t 、i n t e r n e t 相连，实现信息的完 整共享该项技术的应用为网络传感器技术、家庭环境自动控制、局部环境自动控制、 信息家电( i n f o r m a t i o n a p p l i a n c e ) 、智能小区管理以及网络化交通管理等i n t e r n e t 化提供了技术保证。 随着网络技术的飞速发展和监控范围的扩大，监控系统由过去的单机监控过渡到 网络监控已成为必然，国内不少高校及科研单位已投入设计和开发各类远程监控系 统。西安交大电子信息学院开发了基于组态王组态软件的三蛱大坝浇筑分布式网络监 控系统，上层网络采用标准以太网，底层网络采用r s - 4 8 5 协议总线技术，加上服务 壹壅堕窒堕鲞盔堂堡主兰垡垒苎 器、监测工作站，构成一个适合工业现场的局域网远程控制系统。南京长r r - - 桥建设 规划部设计了二桥远程综合监控系统，可同时监控三个变电站的供配电设施、南汉大 桥埋地式密封变压器、照明灯、各种障碍灯、桥涵灯、大桥钢箱梁内温湿度和除湿机 状态。该系统以l o n w o r k s 技术( 美国埃旌朗公司开发的一种完整的、全开放、 可互操作的分布式控制网络技术) 为核心，所有数据通过光纤网络传送到综合监控主 机，该综合监控主机再通过以太网，与其它监控工作站进行数据共享。除此之外各种 住宅小区、智能大厦的网络化监控系统也得到了越来越广泛的应用。上海交通大学、 西南师范大学、华南理工大学等高校以及其他科研单位也投入人力财力从事该领域研 究，并取得一定成效。 网络通信技术在测控系统中的应用还渗透到了传感器领域，将网络接口芯片与智 能传感器集成起来并把通信协议固化到智能传感器的r o m 中导致了网络传感器的 产生。网络传感器继承了智能传感器的全部功能，并且能够和计算机网络进行通信， 因而在现场总线控制系统中得到了广泛的应用，成为现场级数字化传感器。国外有不 少仪器公司已研制出了各种各样的网络化传感器。美国a g i l e n tt e c h n o l o g i e s 和 t e l e m o n i t o r 联合开发了t m l l 4 5 1 2 - k c 6 网络传感器。a n a l o gd c “c 伪推出了基于 m i c m c o n v e r t e r 系列产品。国内在网络传感器方面的研究尚处于原理研究阶段。中国 科学院智能机械研究所、北京英贝多嵌入式网络技术有限公司都投入到该领域的研 究，但还没有成型的网络化传感器出现。 “基于c s 模式的网络监控系统”就是在这样一种监控系统网络化、集成化的趋 势中提出的。它充分利用现有的网络资源，使用廉价的个人计算机作为控制设备，通 过面向对象的、模块化的设计，以较低的成本，达到较高的实用性、可靠性和可扩展 性，实现一个包括远程监控的广义网络监控系统。 1 3 本课题的研究内容 “基于c l s 模式的远程监控系统”涉及网络技术、数据采集技术、n t e m e t 内的 数据实时双向传输、串行化技术、面向对象编程技术等诸多技术。本节将围绕这些技 术，讨论该系统的软硬件结构和模块化设计，以及本系统的特点和应用领域。 1 3 1 远程监控系统的软硬件结构及功能模块介绍 “基于c s 模式的网络远程监控系统”对硬件组成要求低廉，在本系统中必需的 硬件有： 各类传感器，如：烟雾传感器、温度传感器、红外传感器，压电传感器、光 电传感器、微波传感器等： 信号条理设备，如：滤波器、电荷放大器、信号条理板等； 基王! ! ! 堡茎塑塑鳌墨矍堕塑墨竺一 一 信号采集设备，如：数据采集卡等； 监测中心设备，如：普通的个人p c 机即可： 网络设备，如：网卡、集线器、网关等； 远程监控设备，如：若干台普通的个人p c 机。 本系统结构图如图i - 1 所示： 圈1 - l 远程监控系统结构图 “基于c s 模式的网络远程监控系统”是一个基于网络的、一体化集成的监控系 统，整个系统主要划分为以下几个功能模块： _ 系统监测模块( 管理模块) ：整个系统的内部桥梁，它负责协调各个模块的工 作，其具体任务是：分析监测数据决定是否启动报警；判断是否向各终端发 送数据；收到远程终端的连接和控制请求后调用相应处理模块。 硬件接口模块：负责所有和硬件打交道的部分，包括选择硬件设备，打开特 定设备，关闭设备，启动中断触发的连续转换，软件触发的单次转换等； _ 数据显示模块：负责远程监控系统监控信息的显示； 用户接口模块：完成图形用户界面的初始化，等待接收并处理用户命令，根 据用户命令设置参数并将这些信息传递给监控模块，由监控模块来调用硬件 驱动模块； 4 壹塞塾窒堕丕查堂堡主兰丝奎一 - 通讯模块：由c l i s t e n s o c k e t 类和c c l i c n t s o c k e t 类来共同完成，分别负责处理 远程客户的连接请求和数据通讯。 1 3 2 本监控系统的特点 本文利用现有的网络技术、w i n s o c k 技术，数据采集技术及面向对象等软件技术 实现了基于c s 模式的远程监控系统。该系统的主要特点有： _ 配置灵活：用户可根据实际情况取舍各个应用模块，灵活配置适合本身监控 需求的监控系统： 组网方便：系统采用总线型拓扑结构，可任意的扩充监控设备，扩大监控范 围和系统容量； _ 组态性好：系统采用模块化的结构，各部分功能相互独立：用户可根据实际 应用灵活取舍监控配置设备、以及监控功能模块； 一报警功能强：报警及时、准确；能自动地将把异常报告作备份提供决策者及 时、准确的监控势态全貌，从而优化管理： - 技术先进：采用c l i e n t s e r v e r 的结构，可靠性强，保密性好，实用简单；并 且底层通信协议，采用业界公认的t c p i p 协议： 一用户界面友好：操作界面形象美观，控制方式灵活方便，全中文化的界面， 简单易用； _ 开放性好；提供了规范的底层通讯接口，可以方便的和其他监控系统互连以 及进行二次开发。 1 3 3 本系统的应用领域 网络远程监控技术实现了数据共享，具有信息传递快捷和交互性强等特点，它推动 着测控技术向着网络化、分布性和开放性的方向发展，这种发展趋势使测控系统功能 的扩展更加灵活，性能不断提高，使用更加简便。实现远程监控可以节省人力资源， 降低监控系统的运营成本，具有很大的实用价值和现实意义。 本系统可以同时监控3 2 种不同的传感器信号，并自动对它们进行轮流监视。当 某一种传感器出现异常情况时，将启动与之对应的报警程序。本系统可以应用到智能 大厦管理系统中的前端子系统，利用多媒体计算机技术、网络通信技术、智能传感器 技术和数据采集技术实现对建筑区域的监控，防火防盗是智能监控系统的一项主要任 务。防火监控利用烟雾传感器、温度传感器和红外传感器进行现场监控，利用采集设 备获得数据，若有警情发生，在监控中心显示的同时，启动报警模块。防盗保安是监 控系统另一个重要功能。监控系统可以通过玻璃破碎传感器、光电传感器探测门窗， 防止从外部的非法侵入，利用红外传感器、微波传感器探测是否有人非法进入某些区 基于c s 模式的网络远程监控系统 域，当警情发生时，报警信号被发送到监控中心，并启动报警，以便值班人员做出迅 速的反应。 由于本系统采用模块化设计，各部分功能相互独立，可以很方便得对监控手段和 远程命令通讯模块进行扩充和改造，以适应新监控系统的要求。基于i n t e m e t 的远程 测控技术还可以在核电站监控、石油的输送管道远程监测、电网运行监控、机器人的 远程控制、深海探测、井下作业、空间探测、远距离保安及家居监视等领域得到广泛 应用。 6 塑塞堕皇堕盔查堂堕主堂! i 笙苎 第二章远程网络监控系统的总体设计 随着i n t c r n c t 网络应用技术的发展，基于客户，服务器的系统设计已被广泛地应用 于各种类型的软件系统的设计与开发中，其基本思想是把应用分布在客户机和服务器 上，它主要用于跨多机的应用程序，其中的每一台计算机负责维护一项特别的功能。 这种编程方式改变了我们传统的单机应用设计和系统实现方式。简单的说，这种模型 的工作方式就是c l i e n t 端向s e r v e r 端提交访问请求，或是提交一个任务s e r v e r 端接 受该任务后，经过一些处理，将处理结果返回给c l i e n t 端。一般用“n 层结构”来描 述应用在客户端和服务器端的逻辑划分方式。自然，s e r v e r 和c l i e n t 是相对而言的， 一个应用程序既可以是s e r v e r ，也可以作为c l i e n t 存在。 随着来自大量任务系统对应用的性能和功能的强大需求，测控系统也在逐渐从小 规模项目向大规模工程推进，网络上访问客户的猛增和曰益扩大的数据通讯量使得同 时保持灵活性和适应性成为不可缺少的条件，在这种情况下三层客户服务器系统结 构和中间件技术也开始被应用到测试领域。 本章第一节针对基于客户服务器的系统设计问题，对两层口c 1 i e n t s e r v e r 结构进行了分析，给出合理的测试系统应用方案选择。第二节简单讨论了三层客户 服务器系统结构。这两节也是第三章网络通信技术开发的理论和工程依据。第三节讨 论了实现本系统客户机和服务器之间通信所必需的通信协议的选择。最后一节介绍了 本系统中服务器和客户机程序设计和模块实现。 2 1 c l i e n t s e r v e r 结构特点及其发展 客户机服务器结构在最初阶段是以终端主机( t e r m i n a l m a i n f r a m e ) 结构的形 式出现的。这种体系结构使用用户能够尽可能地使用共享资源。这里不仅包括了数据 的共享，也包括了应用的共享。终端所要傲的事只是输入命令( 通常是以命令行的形 式) ，显示结果，而有关的切数据处理都交给了主机去完成。在这样的结构中，由 于终端不需要做什么处理工作，所以它可以很简单，也不必随着信息业的发展频繁更 新，因此也称“哑”终端但是主机就不一样了，它几乎包揽了有关数据的一切处理工 作。这就自求它具有十分高的性能，并且能够随着信息量( 包括数据库的加大和终端 的增加) 的增加不断更新。 这种终端主机( t e r m i n a l m a i n f r a m e ) 结构特点是资源得到充分共享，但用户 界面不友好，主机负载过大。在这种情况下，客户机服务器模式应运而生了。 从客户服务器意义上来讲，一层就代表一个具有定义好的特定功能平台。反过 来，也就是说，一个平台指的就是一台计算机所使用的软件和硬件的组合。在一个两 7 基王c 尘堡茎塑壁垒垩矍竺墼墨竺一 层系统中，第一层包含一个运行主应用程序的客户工作站。这个客户支配的程序( 或 者这些程序) 除了系统所要求的所有逻辑功能以外，由所有的用户接口功能组成。程 序上的考虑( 诸如某一特定的算法是如何实现的) 都可以在客户程序中找到。因为客 户程序负责处理许多核心的功能，所以在两层结构的环境中的应用程序通常被称为胖 客户，胖客户是在被认为加载了应用程序的核心功能的一个两层客户服务器环境中 的一个客户计算机。这种结构如图2 1 所示。 客户机服务器结构通常化分为四层。从客户机到服务器分别为： 1 ) 数据捕获层：人机交互的捕获和转换，包括键盘、鼠标、虚拟现实接1 3 设 备和未来的语音、手势和神经传导，以及输出设备如显示器、打印机、磁 带机等。在该层的编程操作是将数据以预定的格式展现出来。 2 ) 业务规则层：该层负责将数据转换为业务关联数据。增加有关业务规则的 信息。业务规则层并不处理数据，仅仅是涉及规则。 3 ) 应用接口层：该层负责将业务关联数据转换为技术关联数据。如s q l 语句， 以供应用服务器层使用。 4 ) 应用服务器层：该层负责处理数据，如存储数据和计算出结果。 这种体系结构最初的出现是为了缓解终端主机结构中主机繁重的工作负担，通 过在客户和服务器之间划分各自所包含的层次，则可以提高应用的计算效率。于是将 主机要做的一部分工作转移到了客户机上，显然这也就增加了对客户机的要求，但随 着p c 业的发展，这一点已经构不成什么问题了。 在两层结构的系统里，业务规则可能混杂在客户端的用户界面控制流中，也可能 嵌入在服务器端的数据库中。更常见的是，客户端和服务器端各实现一部分业务逻辑。 通过网络，客户端把s q l 语句，文件系统的调用以及其他请求送到服务器中。服务器 对请求进行相应处理，然后把原始结果回送到客户端。 置词 客户机服务器 网复 图2 - l 两层客户服务器系统结构 两层结构最大的特点在于： 具有成熟的设计开发方法和工具。经过多年的积累，基于c l i e n t s e r v e r 模 式的系统设计开发方法已被用户所熟悉和掌握。并且，众多的数据库和软件 生产厂商提供了各种可视化工具和编程语言来支持它的开发。 - 交互性强、界面友好。各个c l i e n t 机上运行的应用程序是针对特定的用户和 8 查窒堕窒墼壅盔兰夔主兰垡堡塞 任务设计的，同时具有在线帮助和出错提示等等之类的功能。 数据通信小、安全性高。 两层结构对于规模相对来说较小、专用型的系统应用程序来说非常合适。但是， 当某些成功的应用逐渐推广到测控系统的关键任务环境时，问题开始出现了。首先是 系统的可扩展性面i 临挑战。在小规模环境下运行良好的这些应用，一旦进入大规模应 用系统后升级和维护成千上万的客户端p c 机软硬件是一笔昂贵的开销。在这种情 况下，浏览器i i i i l 务器结构更加适用。 2 2 三层及多层c l i e n t s e r v e r 结构( b r o w s e r s e r v e r 结构) 三层结构是把应用逻辑划分为三个部分：第一层是用户界面( u s e ri n t e r f a c e ) 也 称应用程序，提供用户与系统的友好交互。第二层是应用服务器，亦即事务管理器， 专门管理业务逻辑的实现。第三层是数据服务器，也是资源管理器，负责数据信息的 存储、访问及其优化。由于系统业务逻辑被提取到应用服务器上，因而这种结构也叫 瘦客户( t 1 l i i l c l i e n t ) 结构。它的系统机构如图2 2 所示。 资源管理器是提供应用程序要求的事务间的服务。一般情况下是一个数据库，在 我们的系统中，可以是各个板卡的驱动程序。事务管理器提供管理事务的服务，包括 资源管理的两阶段确认服务和通讯管理器的服务。通讯管理器提供通讯服务的接口以 及管理应用层协议。三层结构设计思想的主要耳的，就是为了解决两层结构中原发性 的问题。其最主要价值在于产生一套切实可行的解决方案，把客户服务器结构下的 应用可靠地推广到更加复杂多变的系统中，并利用这一技术所带来的高效率、多功能 与灵活性。增强系统信息网络的性能和扩展能力。 业务逻辑中心控制 客户机应用 用户接口 应用服务器数据库服务器 圈2 - 2 三层客户服务豢系统结构 9 基王型! 墼塞塑塑堑望堡些丝墨堕一一 _ p 一一 实际上，要支持大量用户的任务系统，必须有效地把处理数据的应用逻辑进程管 理起来，通过管理与协调提高它们的利用率，从而达到提高系统吞吐量的目的。根据 这一思想，可采用联机事务处理( o l t p ) 方式，通过一个集成软件平台一一事务监 控器( t pm o n i t o r ) 对进程进行管理和对程序进行编排，把庞大的应用分成相对独立 的功能模块( 即服务) ，利用交易( t r a n s a c t i o n ) 把多个服务组装成一个保证交易完 整性和数据一致性的逻辑工作单位。 通过在服务的基础上采取多路复用、异步传输、消息队列、优先级管理和数据库 连接池技术，事务监控器大大地提高了客户服务器系统的可扩展性和可管理性。 随着基于o l t p 的三层结构应用进入信息系统的主流，用户提出了更迸一步的需 求，那就是要把系统中众多的异构系统如u n i x 、w i n d o w sn t 、a s 4 0 0 和异 构数据库，如o r a c l e 、i n f o r v l i x 、s y b a s e 以至现有的专用系统，如m m 的大 型机，紧密地联系起来，并在系统的应用层提供互换性( i n t e r c h a n g a b l e ) 和互操作性 ( i n t c r o p o r a t i o n ) 的功能。 多层客户服务器指的是这样个体系结构，在这个结构中客户与中间服务器交 互。反过来这些中间服务器又和其他的中间服务器交互，再反过来其他的中间服务器 再与另外的中间服务器交互，如此下去。换言之，n 层的系统表示将一个结构限制为 三个定义好的层，而是随意的混合匹配所需要的服务，这样作的原因是由于我们想把 不同的业务逻辑规则分离到不同的中间服务器上去。它是对三层模型的一个概括是向 分布式的一个过渡。 基于w e b 的浏览器服务器( b s ) 结构是由客户服务器结构转化而来的，b s 模式可以看作是传统c s 模式的一个子集。以下对b s 模式和传统c s 模式进行了比 较： 一、b s 模式的优点： 1 ) 由于w e b 支持底层的t c p i p 协议，使w e b 网与目前使用的几乎所有 局域网都可以连接，解决了异构系统间的连接问题： 2 ) 由于“瘦客户端”，使系统开放性得到很大改善，系统对访问的用户数的 限制有所放松； 3 ) 界面统一( 全部为浏览器方式) ，操作相对简单。 二、c s 模式的优点 1 ) c l i e n t s e r v e r 方式有很强的实时处理能力，与w e b 方式相比，c l i e n t s e r v r 结构更适合于对数据库的实时处理和大批量的数据更新； 2 ) c l i e n t s e r v e r 方式的面向对象技术十分完善。并且有众多与之配套的开 发工具，这些开发工具已经做得非常优秀，这一点对目前w e b 技术来说 绝对是个挑战； 3 ) 由于c l i e n t s e r v e r 方式必须安装客户端软件，系统相对封闭，这反而使 堕塞塾窒堕鲞查堂堡兰堂壁丝茎 一 _ _ _ - 一一 它的保密性能优于w e b 方式。 综上所述，由于本系统在传送波形对数据交换实时性要求比较高，同时通过安装 客户端软件和配置用户使用权限能够增加系统的保密性，因此本系统采用客户机朋臣 务器模式来进行主机和远程机的通讯。 2 3 客户机朋匪务器通讯协议的选择 2 3 1t c p i p 协议规范 t c p i p ( t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c o l i n t e r a c tp r o t o c o l ，传输控制协议，网际协议) 由底层的m 协议和t c p 协议组成，是发展至今最成功的通信协议之。t c p i p 协议 其实是一个协议集合，它包括了t c p 协i , 发( t r a n s p o r t c o n t r o lp r o t o c o l ，传输控制协议) 、 d 协议( i n t e m e t p r o t o c o li n t e r n e t 协议) 及其他一些协议。 2 3 1 1t c p i p 参考模型与o s i 参考模型 一、t c p p 参考模型 t c w i p 协议是一个四层协议，互联网分层模型或互联网分层参考模型，如下图： 表2 - it c p i p 协议簇的体系结构 应用层 传输层 网络层 链路层 各种应用层协议 ( t e l n e t 、f 1 p 等) u d p 设备驱动程序及接口卡 每一层负责的功能如下： - 链路层：也被称作数据链路层或网络接口层，通常包括操作系统中的设备驱 动程序和计算机中对应的网络接口卡，它们一起处理与电缆( 或其它任何传输媒介) 的物理接口细节。该层包含的协议有：a r p ( 地址转换协议) 和r a r p ( 反向地址转 换协议) 。 _ 网络层：办称作互联网层，负责分组在网络中的活动，包括庳协议( 冈际协 议) 、i c m p 协议( i n t e r n e t 互联网控制报文协议) 以及1 g m p ( n t e r n e t 组管理协议) 。 _ 传输层：该层主要为两台主枫上的应用程序提供端到端的数据通讯，它分为 苎王! ! ! 篓苎丝塑竺墨型竺墼墨丝 一 两个不同的协议：t c p ( 传输控制协议) 和u d p ( 用户数据报协议) 。t c p 协议提供端 到端的质量保证的数据传输，该层负责数据的分组、质量控制和超时重发等，应用层 则可以忽略这些工作。u d p 协议则只提供简单的把数据报从一端发送到另一端，至 于数据是否到达或按时到达、数据是否损坏都必须由应用层来傲。 应用层：该层负责处理实际的应用程序细节，包括t c l n e t ( 远程联接服务的 标准协议) 、h r r p ( 超文本文件传输协议) 、s m t p ( 简单邮件传输协议) 、f t p ( 简 单文件传输协议) 、s n m p ( 简单网络管理协议) 等著名协议。 二、t c m p 参考模型与o s l 参考模型 为了实现各种网络的互联，国际标准化组织( i s o ) 制定了开放系统互联( o p e n s y s t e mi n t e r c o n n e c t i o n , o s d 参考模型。所谓开放，就是只要符合o s i 标准，一个系统 可以和位于世界上的任何地方的同样遵守这一标准的其它任何系统互联。o s i 模型提 供了一个讨论不同网络协议的参考点。图2 2 给出t c p 1 p 参考模型及与o s i 参考模 型的层次对应关系。 表2 - 2t c p i p 参考模型与o s i 参考模型 o s i 参考模型t c p i p 参考模型 t c p i p 参考模型与o s i 参考模型的共同之处是：它们都采用了层次结构的概念， 在传输层中二者定义了相似的功能。但是，二者在层划分与使用的协议上，有很大区 别。o s i 参考模型将“服务”与“协议”定义结合起来，使得参考模型变得格外复杂， 将它实现起来是很困难的，严格按照层次模型编程的软件效率很低，不适合计算机与 软件的工作方式。 与t c p l p 参考模型相比较，o s i 的七层模型结构严密、功能强大而复杂。尽管 o s i 的体系结构从理论上讲是比较完整的，七个层协议也考虑得很周到，而使用 t c p i p 协议的产品却大量涌入市场，几乎所有的工作站都配有t c p i p 协议，这使得 t c p i p 协议成为计算机网络事实上的国际标准。因此在本远程监控系统中都采用 t c p i p 为网络编程参考模型。 2 堕塞堕至堕丕奎矍! 堡主鲎垡迨塞一 一一 2 3 2 传输层协议的选择( t c p 数据报与u d p 数据报) 2 3 2 1 传输协议概述 t c p f i p 体系结构为传输层制定了传输控制协议( t c p ) 和用户数据报协议( u d p ) 。 u d p 提供无连接的数据报协议，为应用程序发送和接收数据报。一个数据报是从发 送方传输到接收方的一个信息单元。数据报以独立包的形式传送，服务不提供无错保 证，数据可能丢失、重复或失序；数据报的长度也受一次处理最大长度的限制( 默认 值为8 1 9 2 字节，最大值为3 2 7 6 8 字节) ，不进行包的拆分和重组操作。与t c p 不同的 事，u d p 是不可靠的，它不能保证数据报能安全无误地到达最终目的地。而t c p 协 议是一种可靠的全双工的字节流的面向连接的协议，t c p 和u c p 相比传输可靠、数 据无差错、无重复，可按发送顺序接收，数据为字节流，其长度不受限制，为用户提供 虚电路服务。并为数据的可靠传输提供检验。 在选择远程监控系统通信协议时，应从四个方面来考虑，即实时性、可靠性、性 能和数据传输量。考虑到在本系统中安装了报警系统，如果传送来的数据有差错将有 可能导致误报警，这对远程监控是很不利的，因此本系统还是选用t c p 协议。下面 对t c p 数据报进行简单介绍，并与u d p 数据报进行比较。 2 3 2 2t c p 数据报 t c p 是一种面向连接的传输层协议。t c p 的功能包括：提供面向连接的、可信 的端对端数据传输式服务和滑动窗式流量控制。t c p 数据报包括头部和数据区。它负 责把要传送的数据分成若干个数据包，并给每个数据包加上包头，包上有相应的编号， 这样可以在数据接收端将数据还原为原来的格式。在传送过程中可能出现数据包丢失 或损坏的情况，如果接收方在规定时间内不能收到这些数据包，t c p 协议会让发送方 重新发送丢失的数据包，直到数据包正确到达接收方或出现网络超时。如果发送方传 送数据的速度大大快于接收方接收数据的速度，t c p 协议可以采用数据流控制机制减 慢数据的传送速度。协调发送和接收方的数据响应。 i t c p 数据报格式如下图示： 苎三! ! ! 堡塞塑旦鳖垄堡堕苎堕蔓壅一 表2 - 3t c p 数据报头格式 源端口号耳的端口号 顺序号 确认号 头t c 长p l 保留f 基l 至f i f ；( i f 主f 窗口大小 校验和紧急指针 选项( o 或更多) 数据( 可选项) t c p 数据报头包含以下内容：源端口、目的端口、序列号、确认序列号、头部 长度、保留位、码元比特、窗口、检验和、紧急指针、可选项、紧急指针、可选项、 填充位、数据区，下面分别讨论： ( 1 ) 序列码：占用3 2 位，报头段在发送方字节流中的位置。 ( 2 ) 确认序列码：接收方希望接收的下一个报文段序号。 ( 3 ) 头部长度( h e a d l e n g t h ) 字段：给出以3 2 位( 4 b y t e s ) 表示的头部数据长 度。 ( 4 ) 保留：6 位，这些位必须是o ： ( 5 ) 码元比特：一个六位的标志字段，该字段每个比特( 从左到右) 置1 时意义如下： 一u r g ：紧急指针可用： a c k ：确认字段可用； - p s h ：本报文段请求紧迫p u s h 操作： r s t ：连接复位； _ s y n ：序号同步； - f i n ：发送方字节流结束： ( 6 ) 紧急指针字段：处理带外数据( d o o b ) ，占1 6 位。 ( 7 ) 选项：长度不定，但长度必须以字节记，选项的具体内容我们结合具体命 令来看。 ( 8 ) 填充：不定长，填充的内容必须为0 ，它是为了保证包头的结合和数据的 开始处偏移量能够被3 2 整除。 2 可靠的数据传输 t c p 提供了一个完全可靠的、面向连接的、全双工的、流传输服务。允许两个 应用程序建立一个连接，并在全双工方向上发送数据，然后终止连接，每一个t c p 连接可靠地建立并完善地终止，在终止发生前，所有数据都会被可靠地被传送。t c p 1 4 堕塞堕窒堕鲞盔堂堡主堂垡堡壅 一 一一 传输服务具有如下特征： _ 面向数据流：数据流( s t r e a m ) 就是两个应用程序间传输的数据； 一虚电路连接：包括连接的建立，通信的开始，连接的结束建立的连接是 可靠的，连接结束完美( 在连接终止前传送的所有数据均可靠) ： 一带缓冲的传送； - 无结构的数据流，不考虑数据内容； _ 全双工连接：包含两个独立且方向相反的连接： 3 三次握手 三次握手指通信双方彼此交换三次信息。三次握手是在存在数据报丢失、重复和 延迟的情况下，确保通信双方信息交换确定性的充分必要条件。以下是常用的几个名 词： c r ：请求连接； a c c ：接收连接请求； s e q ：信息序列号； d r ：终止连接。 三次握手的操作过程如下： ( 1 ) 建立连接时的三次握手 发送方 ( 2 ) 释 发送方 接收方1 ) c r ( s e q = ) 。 2 ) a c k = x ，a c c ( s e q = y ) 3 ) a c k =