（光学工程专业论文）bacnet系统操作员工作站软件的设计与实现.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 r 随着计算机技术、网络技术、控制技术和通讯技术的发展，智能大厦的系统集成 正硅向网络化、信息化迈进。然而，由于建筑智能化技术发展历史的原因和商业竞争的 考虑，长期以来，即使在同一个建筑物内，设备也是来自几十家甚至上百家生产厂商。 这些设备采用各自不同的应用软件及通信协议，造成楼字自控网络中各系统互相封闭 运行，技术和产品互不兼容、互不通用，无法实现全开放和互操作。实现真正意义上的 系统集成更是成为奢谈。，十一7 一 7 b a c n e t 协议就是在人们对楼字自动控制网络的开放性、互联性的迫切要求下产 生的。它是一个用于楼宇自动控制网络的数据通信协议，最根本目的就是提供楼宇自动 控系统实现互操作的方法。b a c n e t 定义了一整套从网络结构、网络传输、设备语义 抽象到设备通信抽象的规范。b a c n e t 操作员工作站是b a c n e t 系统七种设备之一，是 操作员进入b a c n e t 系统的窗口。在工作站，操作员可以完成数据共享、报警和事件管 理、趋势登录、时序安排、设备和网络管理血大互操作域( b i b b s ) 功能。本文就是 讨论b a c n e t 系统操作员工作站的一种基于w e b 的实现方式。 本文采用目前先进的浏览器服务器三层体系结构，实现了一个基于w e b 的、智 能建筑智能小区的b a c n e t 系统操作员工作站。，通过此平台，用户可以在任何时间、任 何地点、从任何一个标准浏览器登录到本系统，娶现对权限设备的操作、监控和参数 设置。) 系统服务器端采用j s p + j a v as e r v l e t s + j a v a b e a n s 的m v c 设计模式，处理客户端 请求。用m y s q l 数据库实现了对用户权限的管理和工作站趋势登录的功能。 客户端 页面嵌入j a v aa p p l e t 实现g u i 界面显示，利用j a v a 语言的多线程特性实现了数据的 动态更新。 本系统为楼宇自动控制网络系统的开发提供了一个很好的参考模式。 关键词：b a c n e t 操作员工作站b i b b s 浏览器服务器 、h 一”一。、_ h 一 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h e d e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g y 、n e t w o r kt e c h n o l o g y a n dc o n t r o l t e c h n o l o g y ，s y s t e m s i n i n t e l l i g i e n tb u i l d i n g s a r et ob e i n t e g r e t e d i n t oa n e t w o r k w h i l e ，b e c a u s eo ft h ed e v e l o p m e n to fi n t e l l i g e n tb u i l d i n g st e c h n o l o g ya n d b u s i n e s sc o m p e t i t i o n ，d e v i c e si na b u i l d i n gc o m ef r o md o z e n so fp r o d u c e r s ，e v e nh u n d r e n s o f p r o d u c e r s d e v i c e s u s ea l lk i n d so f a p p l i c a t i o n s o f t w a r ea n dc o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l s s y s t e m s i n b u i l d i n g a u t o m a t i o na n dc o n t r o ln e t w o r k sr u n s a b s o l u t e l y w i t h d i f f e r e n tt e c h n o l o g i e sa n dp r o d u c t i o n i ti sn o tt ob ef u l l yo p e na n di n t e r o p e r a t i v ea n dr e a l i n t e g r a t i o no fs y s t e m s i sn o ta v a i l b l e b a c n e t p r o t o c o lc o m e sf r o md e m a n d s o ft h eo p e n e s sa n di n t e r c o n n e c t i o no f b u i l d i n g a u t o m a t i o na n dc o n t r o ln e t w o r k s i t sad a t ac o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l f o r b u i l d i n g a u t o m a t i o na n dc o n t r o ln e t w o r k st om a k e b u i l d i n g a u t o m a t i o na n dc o n t r o l s y s t e m s i n t e r o p e r a t i v e b a c n e t d e f i n e sas e to fs p e c i f i c a t i o ni n c l u d i n gn e t w o r ka r c h i t e c t u r e 、 n e t w o r kt r a n s m i s s i o n 、a b s t r a c t i o no f d e v i c ea n dc o m m u n i c a t i o nb e t w e e nd e v i c e s a so n eo f s e v e nb a c n e td e v i c e s ，b a c n e to p e r a t o rw o r k s t a t i o ni saw i n d o wb yw h i c ho p e r a t o r s a c c e s si nb a c n e t s y s t e m o p e r a t o r s c a r li m p l e m e n tf i v eb i b b ss u c ha sd a t as h a r i n g 、a l a r m a n de v e n tm a n a g e m e n t 、s c h e d u l i n g 、t r e n d i n g 、d e v i c ea n dn e t w o r km a n a g e m e n t t h e p a p e r d i s c u s s e st h ew e b b a s e dm e t h o dt oi m p l e m e n tt h eo p e r a t o rw o r k s t a t i o n t h i s p a p e ri m p l e m e n t e d aw e b b a s e db a c n e ts y s t e m o p e r a t o r w o r k s t a t i o nf o r i n t e l l i g e n tb u i l d i n g a n di n t e l l i g e n t s o c i e t y ，u s i n gc u r r e n t t l y a d v a n c e db r o w s e r s e r v e r t h r e e l a y e ra r c h i t e c t u r e au s e rc a na c c e s si nt h es y s t e mt oc o n t r o la n dc o n f i ga u t h o r i z e d d e v i c e sf r o mas t a n d a r db r o w s e ri na n y w h e r e ，i na n yt i m e t h es e r v e ru s e sam v cm o d e lb yj s p 、j a v as e r v l e t sa n dj a v a b e a n st oh a n d l er e q u e s t s o fc l i e n t s a m y s q ld a t a b a s e i su s e dt o m a n a g e u s e r s a u t h o r i t i e sa n d i m p l e m e n t t r e n d i n g j a v aa p p l e t si m b e d e d i np a g e so fc l i e n t ss h o wg u ii n t e r f a c e s j a v am u l t i t h r e a di s u s e dt ok e e pu p d a t i n gd a t ad y n a m j c l y t h es y s t e mp r o v i d e sa l le x c e l l e n tm o d e lf o rd e v e l o p i n gb u i l d i n ga u t o m a t i o na n d c o n t r o ln e t w o r k s k e y w o r d s ：b a c n e t o p e r a t o rw o r k s t a t i o n b i b b sb r o w s e r s e r v e rj a v a i i 华中科技大学硕士学位论文 1绪论 1 1课题研究的背景及理论基础 1 1 1b a c n e t 协议的产生 由于经济的不断发展和科技的突飞猛进，人们对建筑工程要求数量上大发展的同 时，对建筑工程美观、品质、安全、环境和功能方面提出了更大、更高的要求。面对 这样繁重而复杂的任务，建筑设计与营造必须要具有现代化理念，开发采用现代化技 术和运用现代化管理。其中智能化融入于建筑之中，是当今现代化建筑发展的一项重 要内容和发展趋势i l “。 智能建筑中的自动化控制网络是指用于设备运行过程的状态监视和完成自动化 控制任务的网络，它的网络节点除了普通计算机、工作站之外，还有具有计算与通信 能力的现场控制器和测控仪表。这些自控设备分布在大厦的各个专业监控系统中，如 楼宇设备自控系统、综合保安系统、闭路电视监控系统、火灾报警系统、广播系统、 停车场管理系统等“。 中国智能建筑是从上世纪九十年代初开始发展的。到现在智能建筑已得到迅猛地 发展。但是，一直以来，楼宇自控网络均使用封闭的各生产商专用协议和设备，系统 难以互操作和集成。楼宇自动化系统、保安监控系统、消防自动化系统等子系统多由 不同厂家的产品组成，它们独立承担职责。即使进行集成，由于通信协议的限制，只 能达到简单的设备联动。而且用户选择了一家厂商的系统，就只能选用该厂商的配套 设备，以后系统的升级和设备的更换也只能从该厂商选择，具有很大的风险性b 2 1 ”1 。 一个开放性的，具有互操作性的楼宇自控系统能给用户带来很多好处【1 5 】。 因为多个子系统能够共享一个传感器或控制设备，所以整个系统中的传感器和控 制器的数量就会减少，成本也会降低很多。如楼宇自动化系统中，区域供暖系统、门 禁控制系统、安防系统和火灾报警系统都能够共享系统中人员移动红外传感器的信 息。 系统间共享更多信息的能力使许多重要的应用成为可能，如能量控制。暖通空调 ( h v a c ) 和照明系统根据门禁控制读卡器所读数据和目光传感器的数据信息、以及 工作人员的需要和能量的成本，自动调节小区域的舒适度和照明度。此外，大工作间 中的光线强弱还能够根据局部工作人员的需要进行局部调节。例如：靠近窗子的工作 华中科技大学硕士学位论文 人员和计算机操作员对室内照明的要求就会与别的工作人员不一样。这一过程可以自 动进行，也可以由工作人员从其p c 机中发出的指令，然后通过公司的l a n 网完成。 供暖和空气调节过程与此类似。再如，根据烟雾探测器发出的信号，暖通空调系统能 够在火灾发生地点产生正或负的空气压力，使火势离开人员较多的地方，同时照明系 统照亮距离事发地点最近的出口通道。智能楼宇控制系统的智慧性，可由设计师充分 地发挥出来。 工厂业主能够从多个厂家选择互操作的产品，不再象以前那样被任何一家厂商的 封闭技术所束缚。开放的市场竞争不但为业主带来了成本的降低，而且业主也很放心， 因为如果任何一家厂商倒闭或不再生产这种产品的话，还会有其它替换产品。此外， 服务合同可以公开进行招标，因而避免了所有服务合同只能与一家签订的周面。 设备生产厂商也能够从互操作性得到好处，因为产品的评价将根据产品的质量和 功能，而不是看产品是否能够满足封闭而专有的规范。互操作性使所有产品在使用上 都是平等的，从而加强了竞争，确保了产品性能的不断提高，保证了工程上使用的设 备都是最好的。 因此一个具有互操作性的、开放性的集成楼宇自控系统成为广大厂商的迫切要 求。 实现无缝隙的集成控制系统，需要系统中的所有部件都具有互操作性。互操作性 是不同行业、不同厂家的产品在互换信息时所需要的。如果节点具有互操作性，系统 就不再需要网关和协议转换器等设备。实现互操作性，需要在不同厂家的节点之间以 及网络管理工具和网络维护之间实现通讯的标准化，这需要在系统级采取一些方法， 如公用的通讯协议、各种通讯介质的收发器、路由器、对象模型以及管理和故障排除 工具。 b a c n e t 协议正是在这一背景下产生的。b a c n e t ( ad a t ac o m m u n i c a t i o n p r o t o c o lf o rb u i l d i n ga u t o m a t i o na n dc o n t r o ln e t w o r k s ) 协议是一个用于楼宇自动控制 网络的数据通信协议。它由美国冷暖空调工程师协会组织的标准项目委员会1 3 5 p ( s t a n d a r dp r o j e c t c o m m i t t e e ：s p c1 3 5 p ) 于1 9 9 5 年6 月正式通过。b a c n e t 自制定后 引起世界各国的广泛关注并得到积极支持和拥护。1 9 9 5 年1 2 月正式成为美国国家标 准，还得到欧盟标准委员会的承认，成为欧盟标准草案。令人振奋的是，b a c n e t 协 议终于在世人的期待中，于2 0 0 3 年1 月正式成为i s o 标准。标准号为i s o1 6 4 8 4 5 ， 我国是支持国之一【】7 】f 1 8 】。 华中科技大学硕士学位论文 = = = = = = = = = ；= = = = = 2 = = = = = = = = = = = = = = = = ；一= = b a c n e t 协议最根本的目的是提供楼宇自控系统实现互操作的方法。这里的互操 作是使得分布的系统控制设备通过相关信息的数字交换，能够协调工作。b a c n e t 协 议详细地阐述了楼宇自控网络的功能，阐明了系统组成单元相互分享数据实现的途 径、使用的通讯媒介、可以使用的功能以及信息如何翻译的全部规则。它确立了不必 考虑生产厂家、各种兼容系统在不依赖任何专用芯片组的情况下，相互开放通信的基 本规则，并且具备技术先进和易于实现的特点。b a c n e t 协议代表了目前国际智能建 筑发展的方向和主流技术【”之3 1 。 1 1 2b a c n e t 协议的对象模型和服务模型 b a c n e t 系统中，设备功能和结构各异，于不同的平台和环境中工作。如何将这 些设备的信息抽象出来，变成一种能够在b a c n e t 设备之间信息交换的通用的数据结 构，成为b a c n e t 协议关键的也是首要的难题。b a c n e t 协议采用了面向对象的思想， 将b a c n e t 设备抽象为b a c n e t 对象( o b j e c t ) 的集合【2 0 1 1 2 3 - 2 7 】。每一个设备由一个 “d e v i c e ”对象标识。而每个对象又用一些b a c n e t 属性( p r o p e r t y ) 描述。每个对象 用一个“对象标识符”属性标识。对象标识符和b a c n e t 互联网全局唯一的b a c n e t 设备对象标识符的结合，就提供了一种在整个b a c n e t 互联网中引用b a c n e t 对象的 方法。属性表示了b a c n e t 设备的硬件、软件以及操作等各个方面。b a c n e t 定义了一 些表示数据采集和输出的标准对象，如模拟输入模拟输出对象，模拟值对象，二进制 输入- - 进制出对象，二进制值对象，多态输入多态输出对象，多态值对象等。表示 日期和时间的日期表对象和时间表对象。还有一些对象表示对象之间的关系，如命令 对象，程序对象，环对象等。到目前为止b a c n e t 已经定义了2 3 个标准对象。对象都 是由不同的b a c n e t 属性集构成。 对象的使用使得在不需要了解设备内部设计或配置细节的情况下，识别和访问设 备成为可能。b a c n e t 将大部分应用层服务作为对这些标准对象类型的属性进行访问 和操作。设备之间的通信通过读写某些对象的某些属性以及其他b a c n e t 服务完成 【2 0 】【2 8 _ 3 “。报警和事件通告服务提供了一组处理b a c n e t 设备之间的信息通告方式。 文件访问服务提供了一组方式访问和操作b a c n e t 设备中的文件，可以实现b a c n e t 设备配置的网络维护。对象访问服务提供了一组访问和操作b a c n e t 对象的方法。另 外还有远程设备管理服务和虚拟终端服务。 虽然b a c n e t 协议对服务和对象的定义已经非常全面，在实际系统中生产商仍然 华中科技大学硕士学位论文 可以根据需要定义新的对象和服务1 9 1 1 2 们。 1 i 3 b a c n e t 网络体系结构 b a c n e t 在满足楼宇自动控制系统需要的前提下，为了减小报文的长度，降低通 信处理的开销，采用了一个简化了的四层体系结构【1 9 j 【2 叫 3 2 1 ，分别相当于o s i 参考模 型中的物理层、数据链路层、网络层和应用层。b a c n e t 定义了自己的应用层，并且 实现了一个简化了的网络层。对于数据链路层和物理层，提供了以下五种选择方案。 b a c n e t 的协议层次 b a c n e t 应用层 b a c n e t 网络层 i s 08 8 0 2 - 2m s 厂r pp t p ( i e e e8 0 2 2 ) 类型1( 主从令牌传递)( 点到点协议) i s 08 8 0 2 3 a r c n e t l o n t a l k e i a 4 8 5e i a 2 3 2 ( i e e e8 0 2 _ 3 ) ( r s 4 8 5 )f r $ 2 3 2 ) 图1 1b a c n e t 简化的体系结构层次图 对应的 o s i 层次 应用层 网络层 数据 链路层 物理层 第一种选择是i s o8 8 0 2 2 类型1 定义的逻辑链路控制( l l c ) 协议，加上i s o 8 8 0 2 3 介质访问控制( m a c ) 协议和物理层协议。i s o8 8 0 2 2 类型1 提供了无连接 ( c o n n e c t i o n l e s s ) 无确认( u n a c k n o w l e d g e d ) 的服务，i s o8 8 0 2 3 则是著名的以太网 协议的国际标准。 第二种选择是i s o8 8 0 2 2 类型1 定义的逻辑链路控制协议，加上a r c n e t ( a 1 a a n s i8 7 8 1 ) 。 第三种选择是主从令牌传递( m s 厂r p ) 协议加上e i a 4 8 5 协议。m s t p 协议是专 门针对楼宇自动控制设备设计的，同i s o8 8 0 2 2 类型1 一样，它通过控制e i a 4 8 5 的 物理层，向网络层提供接口。 第四种选择是点对点( p t p ) 协议加上e i a 2 3 2 协议，为拨号串行异步通信提供 了通信机制。 第五种选择是l o n t a l k 协议。 这些选择都支持主从m a c 、确定性令牌传递m a c 、高速争用m a c 以及拨号访 4 华中科技大学硕士学位论文 问。拓扑结构上，支持星型和总线型拓扑。物理介质上，支持双绞线、同轴电缆、光 缆。 b a c n e t 物理层提供连接设备和传输数据载波信号的方式。 b a c n e t 数据链路层负责将数据组织成帧( f r a m e ) 或分组( p a c k e t ) 、管理通讯介 质的访问、寻址，以及完成一些差错校正和流量控制的任务。 b a c n e t 网络层负责网络层报文封装和解封装，提供不同m a c 网络的互联，实现 b a c n e t 设备地址和m a c 地址的转换。b a c n e t 网络拓扑一个最大特点是，在各个设 备之间只存在一条逻辑通路，不需要最优路由的算法。 b a c n e t 网络拓扑结构如图1 2 所示： b = 网桥r t= 路由器 r = 中继器i 2 r t = 半路由器 图卜2b a c n e t 互联网结构图 b a c n e t 应用层实现b a c n e t 对象和服务 1 9 1 1 2 0 l , 负责组装和拆装b a c n e t 服务原语、 超时重传、设备行为与b a c n e t 对象映射、进程管理和b a c n e t 设备标识符的管理等 华中科技大学硕士学位论文 等还负责应用层a p d u 的编码和解码。 整个b a c n e t 协议栈数据流程如图i 3 所示： 应用程序 应 用 层 网 络 层 与网络层、数据链路 层、m a c 层相关的参 数 b a c n e t 服务请求 l 应用层b a c n e t 请求 与服务有关的参数 a p c il 与服务相关的数据块ia p d u n u n i t d a t a 请求 与数据链路层、 m a c 层相关的参 数 n p c il 网络层服务数据单元( n s d u ) ln p d u d l u n l t d a t a 请求 与m a c 层 相关的参 数 数据链路m a m a c 物理层 l p c ii 数据链路层服务数据单元( l s d u ) f l p d u u n i t d a 队请求 m p c iim a c 层服务数据单元( m s d u ) m p d u p l 州i t d a t a 请求 e 亟 二二j 西亟巫区亟五函 阡d u p c i ：协议控制信息( p r o t o c o lc o n t r o li n f o r m a t i o n ) p d u ：协议数据单元( p r o t o c o ld a t au n i t ) 图1 - 3b a c n e t 协议栈及数据流 6 ，t + 。，t 华中科技大学硕士学位论文 = = ；= = = ；= = = = ；= = = = = ；= ；= ；= = = = = = = 一= 1 2 b a c n e t 国内外发展状况 b a c n e t 产品于1 9 9 6 年2 月在亚特兰大召开的国际空调、供热、制冷博览会上第 一次展出，至今已在1 4 个国家数干栋建筑中得到了具体应用。几乎所有的楼控厂商， 特别是有重要影响的大厂商都表态支持b a c n e t ，并逐步调整自己的产品以适应开放 系统的要求，如a l e r t o n 、a l c 、c i m e t r i c s 、d e l t a 、h o n e y w e l l 、j o h n s o n 等，产品含盖 控制器、路由器、网关、工作站等【1 7 1 。目前国外已经有很多典型的b a c n e t 工程，b a c n e t 正显示出其强大的优越性。美国旧金山第二大建筑4 5 0g o l d e ng a t e ，a l e r t o n 公司花 费了$ 3 ，0 0 0 ，0 0 0 更新了其控制系统和e m s 系统，将原有的气动系统全部改造为 b a c n e t 系统，每年节省能源价值$ 5 0 0 ，0 0 0 。美国p o r c s m o u 出城，工程包括5 座中央 大楼和3 座辅助大楼，也将原有的气动系统改为b a c n e t 系统。系统采用a l t e r t o n 的 b a c t a l k 工作站控制空调机、冷冻机和锅炉。凭借着b a c n e t 的灵活性和高速 数据传输，工作站扫描现场和每个设备图像产生用户图表，可从中央控制室监控所有 楼宇设施的运行。在国内，b a c n e t 也得到飞速的发展，有很多著名的工程，如香港 顺丰大厦、北京洲际大厦、北京多伦多国际医院、武汉长江广场、上海城商厦，i o 控制总点数在4 0 0 0 以上的上海科技城，等等。不过，目前国内的b a c n e t 工程基本上 都依赖从国外引进系统和设备，自主开发b a c n e t 系统和设备基本处于空白。上海科 技城就是采用美国a l c 公司的系统，工作站使用a l c 的w e b c t r l l 3 3 】。 1 3 课题研究的主要内容及意义 1 3 1 本课题研究的主要内容 通过对系统功能需求的分析和对现有技术的综合比较，确定本系统的软件开发技 术和方案，具体分析这些技术在系统中的应用。实现一个操作员工作站，用图形化用 户界面表现出b a c n e t 互操作域对操作员工作站定义的五大互操作域功能。本课题最 终要实现的目标是：按照浏览器服务器软件体系结构。构建一个基于w e b 技术的智 能建筑智能小区自动控制网络系统，以友好的统一图形用户界面，实现对远程b a c n e t 设备的操作、监控和配置。 l - 3 2 本课题研究的重要意义 目前，基于w 曲的i n t r a n e t 正成为大厦( 企业) 内部信息网络的主流o “。 i n t r a n e t 华中科技大学硕士学位论文 显示出了其旺盛的生命力，因为它不仅仅是一种组网技术，t c p i p 网络，而且还代表 着提供的信息服务方式。采用w e b 技术的i n t r a n e t ，可以轻松地进行浏览、发布以及 进行应用程序和网络数据库的分布式访问。 而基于w e b 技术的b a c n e t 楼宇自控系统由于采用了i n t e r n e t 技术、计算机技术、 分布式数据库技术、多媒体技术、自动控制技术，可以很好地实现控制网络与信息网 络的无缝集成【3 4 3 “。系统管理人员可以充分利用控制网络的监控信息，信息网络的运 营管理信息，结合专家系统等智能控制高级算法进行控制优化与决策分析，达到对系 统运行的最优控制，实现优化设备运行、节约自毫源、提高物业管理效率、增强建筑物 的利用与服务等功能。合法用户可以不受时蚓、空间和联网方式( 有线或无线) 限制， 进入该系统，实现对权限设备的配置和监控。由于基于w e b 技术，系统还可以实现远 程异地办公以及开展电子商务等功能，有着极为广阔的应用前景【3 7 39 1 。 1 4 小结 本章首先介绍了本课题的背景和理论基础。在其中详细分析7 b a c n e t 协议产生的 背景、b a c n e t n 络体系结构、b a c r i e t 对象模型和服务模型。接着描述- f b a c n e t 系统 在国内外应用和发展状况。最后介绍了本课题研究的主要内容及应用前景。 华中科技大学硕士学位论文 2 系统体系结构设计方案 2 1 系统服务器端设计方案 2 2 1浏览器服务器体系结构 本系统采用浏览器t i t 务器( b r o w s e r s e r v e r ) 体系结构。i n t e r n e t 之所以普及，就 在于简单易用的w e b 浏览器的出现。基于w e b 的实时互动沟通技术和服务正极大地改 变人们的工作方式【4 0 】。在当今人们极度依赖w e b 浏览器的时代，所有的应用，如果想 最大限度地普及、深入人心，就必须基于w e b ，这已经是个不争的事实。 浏览器服务器架构最显著的特点就是客户端操作界面，采用浏览器形式。客户端 的后面是w e b 服务器、应用服务器和数据库服务器。客户端通过浏览器访问服务器以 及与服务器相连的后台数据库，发出数据请求，由w 曲服务器、应用服务器向后台数 据库服务器取出数据并进行计算，将结果返回浏览器，完成整个操作过程。 浏览器j t r 务器为三层体系结构：表示层( p r e s e n t a t i o n ) 、业务层( b u s i n e s sl o g i c ) 、 数据层( d a t as e r v i c e ) 1 4 1 1 。 图2 - 1 二层b s 结构 数据层 表示层：w e b 浏览器。在表示层中包含系统的显示逻辑，位于客户端。其任务是 由w e b 浏览器向网络上的w e b 服务器提出服务请求，w e b 服务器对用户身份进行鉴 别后用h t t p 协议把所需的主页传送给客户端。客户端将页面显示在浏览器中。 业务层：w e b 服务器和应用服务器，有的系统含有可扩展的中间件来进行业务逻辑 处理。其任务是接收用户的请求，进行相应的处理，如访问数据库等。应用服务器将 9 华中科技大学硕士学位论文 一：= ：= = = 目= = ；= = = = = = = = = = = ；= = = = = = = = = = = = ；= 一 处理的结果交给w e b 服务器，再由w e b 服务器返回给客户端。 数据层：数据库服务器。负责数据的存储，并提供数据库访问接口。 相对于客户机朋务器( c l i e n t s e r v e r ) 结构，浏览器j r 务器结构具有如下优点： 表2 1b s 结构相对与c s 结构的特点与优势 浏览器j l 务器架构特点浏览器服务器架构优势 客户端软件研发费用完全避免 客户端不需要安装任何软件，有i e 浏览器客户端零管理，节省管理费用和人员精力 即可 使用简单，j 匿得上网即懂软件操作，易用性好 缩短产品研发和项目实施周期，见效快 便丁集中管理、统一维护。在服务器端可实现整个系 所有内容均运行、存放在服务器端 统的维护、升级和扩充。 具有良好的可扩充性，可实现与i n t e m e t 以及企业内 与i n t e r n e t i n t r a n e t 的根本一致性 部网i n t r a n e t 的无缝集成。 本系统最终要构建这样一个网络 图2 - 2b a c n e t 系统及操作员工作站 大楼小区内部i n t r a n e t 通过一个防火墙与外部i n t e m e t 隔离，以防止系统受到恶意 攻击，起到安全保护的作用。系统中，有一台中央操作员工作站，客户端可以为仅有 浏览器的“瘦“客户机。 2 1 2 服务器动态网站开发技术的选择 现有的成熟动态网站开发技术有c g i 、a s p 、p h p 、j a v as e r v l e t s 、j s p 等。下面 分析每一种技术的特点，以选出适合本系统的开发技术。 1 0 华中科技大学硕士学位论文 c g i 技术h “。对每个c g i 请求，采用c g i 的w e b 服务器都将创建一个新的进程。 在重负载的情况下，使用c g i 的w e b 服务器性能远比其他方法差得多。另外，一旦 c g i 程序开始运行之后，就不能再与w e b 服务器进行交互，因为c g i 程序运行在分 离的进程中。 a s p 技术为微软公司推出的一种动态网站开发技术，一个明显的缺点就是一跨平 台性非常差。仅适用于o s 为w i n d o w s 系列，w e b 服务器为i i s 、p w s 【4 ”。 p h p 免费、灵活。但它不支持未来企业计算的三层结构模型一表示层、业务层、 核，c 、层，缺乏整体架构能力和分布式特性，只能作为中、小型网站的开发工具。 j a v as e r v l e t s 只占服务器很少资源，速度也很快，具有跨平台性 4 6 】。但用完全 用j a v as e r v l e t s 开发w e b 系统，整个业务处理逻辑及页面表示都必须在s e r v l e t 中实 现。若程序设计人员或者页面开发人员修改了文件，就不得不重新编译该s e r v l e t ，设 计与更新基于s e r v l e t 的w e b 应用程序变成了一件非常棘手的事情。 j s p 运行时，是以s e r v l e t 的形式运行的【4 7 】【4 趴。但与s e r v l e t 不同的是，j s p 最大 优点是用户界面设计同业务内容分离。在j 2 e e 分布式应用体系中j s p 是表示层的表 现方式。j s p 技术是一种开放的、跨平台结构，w e b 服务器、平台及其他的组件能很 容易升级或切换，不会影响j s p 基本的应用程序。但是如果让j s p 页面独自响应请求 并将处理结果返回客户，则会导致页面被嵌入大量的s c r i p t 或者j a v a 代码。特别是像 本课题这样需要处理较复杂的商业逻辑时，情况会变得很严重。代码维护也很困难。多 少总会导致定义不清的响应。 另外，还有很重要的一点是，必须要考虑至l j b a c n e t 协议栈的跨平台性问题。由于 b a c n e t 现场控制器种类繁多，作用各异，需要位于不同的系统平台。为了达至l j b a c n e t 协议栈的通用性，必须要求协议栈实现技术具有跨平台性，协议栈可以不需修改或少 量修改就可以移植到任何平台上。“w r i t eo n c e ，r u n a n y w h e r e ”的j a v a 语言恰好可以满 足这一点。 j a v a b e a n s 是j a v a 语言的一种组件技术，类似于m i c r o s o f t 的c o m 组件概念 4 9 】。在 j a v a 模型中，通过j a v a b e a n s 可以无限扩充j a v a 程序的功能，通过j a v a b e a n s 的组合可以 快速的生成新的应用程序，实现了代码可重复利用。 j s p 程序中，j a v a b e a n s 封装了事务逻辑、数据库操作等，很好地实现了业务逻辑 和前台程序( j s p 文件) 的分离，使得系统具有更好的健壮性和灵活性，也大大增强了程 序的易维护性。 l l 华中科技大学硕士学位论文 j a v a b e a n s j 豆_ 过j a v a n 拟机( j a v av i s u a lm a c h i n e ) 可以得到正确的执行，运行 j a v a b e a n s 最d 、的需求是j d k ! 1 或者以上的版本。 基于以上分析，本系统采用j s p + j a v as e r v l e t s + j a v a b e a n s 技术。如下图示： 图2 - 3j s p 、j a v as e r v l e t s 、j a v a b e a n s 构成m v c 设计模式 用j s p 表现页面，s e r v l e t 完成大量处理。s e r v l e t 扮演一个控制者的角色，并负责响 麻客户请求。s e r v l e t 创建j s p 需要的b e a n s 和对象，再根据用户的行为，将j s p 页面发 送给用户。j s p 页面中没有商业处理逻辑，只是简单地检索s e r v i e t 先前创建的b e a n s 或者对象，再将动态内容插入模板中。这一模式具有清晰的页面表现，项目越复杂，好处 越突出1 4 5 。 系统整体体系结构如图2 - 4 ： 图2 - 4 系统体系结构图 s e r v l e t 接收客户端请求，创建j s p 需要的b e a n s 和对象，根据用户的行为，将j s p 华中科技大学硕士学位论文 页面发送给用户。j s p 页面检索s e r v l e t 先前创建的b e a n s 和对象，将动态内容插入模 板中，返回到客户端。j a v a b e a r l s 封装了b a c n e t 对象和服务的初始化，调用b a c n e t 协议栈与b a c n e t 设备通信，并与数据库连接实现数据存储访问。 2 1 3 服务器软件的确定 服务器采用a p a c h e 结合t o m c a t ，不但能支持j s p ，而且具有很强的稳定性【4 9 - 5 1 1 。 在i n t e r n e t 中的w e b 服务器领域内，a p a c h e 占有无可争议的领先地位。根据n e t c r a f t ( h t t p ：w w w n e t c r a f t c o m ) 的调查，有6 0 的，w e b 服务器是使用的a p a c h e ，由于 a p a c h e 的强大功能，很多i s p 使用它来提供虚拟主机服务。t o m c a t 是a p a c h e 下的一 个开发小组开发的j s p 服务器软件，能与a p a c h ew e b 服务器很好地集成在一起，其 前景被业界十分看好。a p a c h ej s e r v 是为a p a c h ew e bs e r v e r 开发的一个能够支持j a v a s e r v l e t s 的模块。a p a c h ej s e r v 由两部分构成：一部分是用”c ”开发的模块 m o d j s e r v ，另一部分是用j a v a 开发的执行s e r v t e t 的模块。两个模块之间通过a p a c h e j s e r vp r o t o c o i ( a j p ) 协议通讯，a j p 协议是建立在t c p i p 上的协议，默认端口为8 0 0 7 。 当浏览器请求一个s e r v l e t 时，a p a c h e 将浏览器端的r e q u e s t 请求通过r o o dj s e r v 传给 j s e r v 的j a v a 模块，j a v a 模块执行s e r v l e t ，将r e s p o n s e 结果再通过r o o di s e r v 传给 a p a c h e ，再返回给浏览器。 2 2 系统客户端设计方案 由于在客户端浏览器中要表示动态信息，不能靠j s p 动态刷新页面实现数据动态 访问。在客户端网页中必须嵌入j a v a a p p l e t 小应用程序，在a p p t e t 中实现数据动态访 问，不刷新整个页面口2 j 1 53 1 。由于j a v aa p p l e t 只能周原始主机通信，若a p p l e t 与数据库 直接连接，则数据库和系统服务器都必须位于同一台服务器上。这意味着服务器要承 担双重负担，既是个w e b 服务器，也是一个数据库服务器。系统采用a p p l e t 与s e r v l e t 交互，s e r v l e t 与数据库交互。a p p l e t 与s e r v l e t 采用流连接方式进行通信。考虑到连接 效率和并发性，采用数据库连接池技术。为了加快a p p l e t 下载速度，将a p p l e t 资源打 包。 华中科技大学硕士学位论文 2 3系统数据库设计方案 2 3 1 m y s q l 数据库的选择 现在流行的数据库有很多种，有o r a c l e 、d b 2 、m y s q l 、s q ls e r v e r 、f o x p r o 、 m i c r o s o f t a c c e s s 等等。m y s q l 是一个多用户、多线程的支持标准s q l 语句的关系 型数据库。它支持大文件及图像的存储，并且提供一个丰富和极其有用的功能集。它 的特点是速度快、易用、稳定性能好，所以很适合应用在i n t e r n e t 网络上存取数据。 而且m y s q l 还是一个尺寸小巧、轻量级的免费自由软件。m y s q l 的这些特点使得它 非常适合网络数据库的开发应用。更可贵的是m y s q l 可以直接用j d b c 与数据库连 接1 5 4 1 。 本系统决定采用m y s q l 数据库，并使用p h p m y a d m i n 柬管理m y s q l 。 p h p m y a d m i n 需p h p 支持。p h p 作为a p a c h e 服务器的一个模块使用。具体安装 方法是，安装p h p 4 后，将安装目录下的p h p 4 t s d 1 1 文件移到w i n d o w s s y s t e m ( w i n d o w s 9 x m e ) 或w i n n t s y s