（机械制造及其自动化专业论文）基于web的工程试验监控及数据管理系统的研究.pdf

武汉理工大学硕士学何论文 摘要 本文介绍了远程控制的概念、原理和发展现状，以及常见的远程控制软件 和所能实现的功能；在此基础上论文从理论角度对基于因特网的远程控制技术 进行了研究，分析了实现基于因特网远程控制所采用的数据传输策略和控制策 略，并从控制方式、影响控制正常运行的因素以及远程设备的接入技术三个方 面对一个远程控制系统进行了一定程度的探讨。在充分讨论通用远程控制软件 的设计需求及如何保证远程控制可靠性、安全性的基础上，针对摩擦试验远程 监测实时性强的特点，建立了远程监测控制系统体系结构和基于w e b 数据库的 远程数据管理和查询系统。该系统可满足在摩擦试验的过程中，对其工况参数 ( 温度、速度、载荷) 实施远程监测。该论文的主要成果如下； 1 在进行系统的整体方案设计时，考虑了所需实现的功能，将基于w e b 的工程试验远程监控系统分成三个相对独立的功能模块，并根据它们之间的联 系和关系，设计出合理的总体结构，使系统设计方案清晰、简洁、适用。 2 详细讨论了通用远程控制软件的设计需求以及实现远程控制安全性和 可靠性的措施。 3 基于c s 、b s 结构远程控制全部功能的实现。 4 在深入研究远程控制原理、实现机制和了解工程试验系统控制原理的 基础上，提出在高温摩擦磨损系统上实现远程监控的解决方案。 【关键词】：远程控制，b s ，c s ，工程试验，数据采集 武汉理工人学硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h et h e s i s ，t h ec o n t r o ls t r a t e g ya n dd a t at r a n s p o r tm e t h o da b o u tr e m o t ec o n t r o l s y s t e ma r ei n v e s t i g a t e db a s eo nt h eb a s i cc o n c e p ta n dr e s e a r c ht e n d e n c ya th o m ea n d a b r o a di nt h ef i e l d t h e nd e t a i l e dr e s e a r c ho nar e m o t ec o n t r o ls y s t e mi sc o n d u c tf r o m t h r e ea s p e c t s ，w h i c ha r ec o n t r o lm e t h o d s ，f a c t o r si n f l u e n c i n gs y s t e mo p e r a t i o n p e r f o r m a n c e s f o rc a r r y i n go u tt h ec o n t r o lo ft h et r i b o l o g i c a lt e s ts y s t e m ，i nw h i c h i t i si m p o r t a n tt oa s s u r et h er e l i a b i l i t ya n dr e a l - t i i n ec h a r a c t e ri nt h ed a d ac o l l e c t i n g a n o v e lw e b b a s e de n g i n e e r i n ge x p e r i m e n t a ll o n gd i s t a n c es u p e r v i s o r yc o n t r o l s y s t e m ( l d s c s ) h a sb e e nd e v e l o p e d t h es y s t e mh a st h ef u n c t i o nt oc a r r yo u t r e m o t em a n a g e m e n t q u e r yo ft e s td a t a f u r t h e r m o r e t h es y s t e mi ss u c c e s s f u l l y u s e dt oc o n t r o lr e m o t e l yi t st e s tp a r a m e t e r s ( t e m p e r a t u r e ，s p e e da n dl o a d ) f o ran e w d cf r i c f i o n a la n dw e a rt e s t e r t h em a i na c h i e v e m e n t sa r e 髂f o l l o w s ： 1 i nt h es y s t e m ，t h r e ef u n c t i o nm o d u l e sa r ei n d e p e n d e n t l yd e s i g n e d ，b u th a v e e a c ho t h e rc o n n e c t i o na m o n gt h e mb a s e do nf u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t s t h e r e f o r e ，t h e s y s t e mp r o c e s s e st h ec h a r a c t e r i s t i c so f t h ec l e a r ，s u c c i n c ta n da p p l i c a b l e 2 a sac o m m o nu s e dc o n t r o ls o f t w a r e ，t h ed e s i g np r i n c i p a l so fb o t hs e c u r i t ya n d r e l i a b i l i t ya r eu s e di nt h ed e s i g n o fs y s t e m 3 t h er e a l i z a t i o no ft h er e m o t ec o n t r o lf u n c t i o nb a s eo nc s ，b ss t r u c t u r e 4 b a s e do nt h ec o m b i n a t i o nt h er e m o t ec o n t r o ls y s t e ma n dt h ee n g i n e e r i n g e x p e r i m e n t a ls y s t e m ，t h ee f f e c t i v e n e s so ft h er e m o t ec o n t r o ls y s t e mh a sb e e n v e r i f i e d b yu s i n g i ti nad cf r i c t i o n a la n dw e a rt e s t e r k e y w o r d s ：r e m o t ec o n t r o l ，b r o w s e r s e r v e r ，c l i e n t s e r v e r ， p r o j e c tt e s t ，d a t ac o l l e c t i o n ， 武汉理工大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景和意义 网络从一诞生就已经具备了远程访问的能力，在网络上访问共享资源本身 就是促使网络产生的基本原因。这些共享资源包括网络上的共享文件，共享的 打印机，因特网上可供查找的资料，以及现在某些科研计划中所利用的计算能 力等等。而远程控制技术，始于d o s 时代，只不过当时由于技术上没有什么大 的突破，网络不发达，市场没有更高的要求，所以远程控制技术没有引起更多 人的注意。但是，随着网络的高度发展和g u i 技术的成熟以及计算机的管理及 技术支持的需要，远程操作及控制技术越来越引起人们的关注。并逐步从传统 的客户机月匣务器( c l i e n t s e r v e r ) 结构发展到了新型的浏览器服务器 ( b r o w s e r s e r v e r ) 结构“。 本课题的提出来源于实验室的一个湖北省自然科学基金资助项目，实验室 自主研发了x p 5 型数控高温摩擦磨损试验机，它主要用于销一盘摩擦副材料 的摩擦磨损试验。其实现的主要功能包括：可靠的数据采集与处理；对试验数 据与试验结果的实时监测；并在远程监控端实现有效、快捷、方便地远程监 控，从而使试验人员能方便地了解各个试验阶段的摩擦系数、摩擦力、正压力 的变化，大幅度降低了试验人员的工作强度；最后在需要时可将试验所得摩擦 系数曲线及有关试验数据存入计算机，打印出试验报告。本论文主要就此工程 试验的远程监控系统和最后试验报表的打印给出了分析和解决方案。 本论文建立的基于w c b 的工程试验远程监控系统，可使用户直接通过互联 网实现对远程试验机的监控、数据管理和查询。该系统能大幅度地提高了工程 试验技术水平、效率和可靠性，具有较大的理论与工程意义。 1 2 国内外的研究现状和需要解决的问题 1 2 1 国内外的研究现状 目前，基于因特网的远程控制国内外都有不同程度的研究。相对来说，由 丁- 西方固家在信息技术和计算机控制技术的发展上的优势，他们在研究基于吲 武汉理：l 人学硕+ 学位论文 特网的远程控制方面相对早一些，而且有些公司有相关的初级产品问丝。围内 由于因特网的飞速发展，近几年也开始积极的研究。国内外在基于因特网的远 程机器人控制方面的研究相对其它领域要多一些。例如美国伯克立大学研制的 是一个通过因特网远程控制的种植花草的工业机器人手臂。用户通过机器人手 臂上的摄像机所传输的图像，对这个花园内进行简单的操作，如种植花草、浇 水等。国内的哈尔滨工业大学也在研制基于因特网控制的机器人【2 i 。 这些基于因特网的机器人控制系统普遍都采用了客户服务器网络模型， 现场采用摄像机来监视，并通过网络发出控制命令。当前，由于网络基础设施 还不够完善，所以监视图像由于数据量大，其传输时间过长。即使是采用了数 据压缩技术，也仍然有很大的数据量需要传输，因而由此产生的远程控制时间 延迟也必然很大。此外，这类系统普遍采用瘦客户朋巴服务器的网络模型，监控 端的控制操作功能过于简单，都只是发一些简单的指令，而不畿实现一些复杂 的必需的逻辑处理功能。第三，这类系统在处理上由于时间延迟影响现场控制 系统不稳定时，仍然采用的执行一等待一执行一等待的单步执行流程，现场设 备运行效率相当低下。第四，大量的采用以图像监视为主的方式，虽然可以使 得监控人员更能直观的感受到现场情况，便于监控人员的控制；但是我们应该 注意到，有些设备的被监控状态是难以用图像方式表示出来的，比如温度、速 度、压力这类精确的数值量；此外有些采用图像传输的数据量也可以采用通过 传输关键数据以便在监控端进行实况模拟图，这样就会减少数据量，而是数据 传输速度大大提高。 1 2 2 基于因特网的远程控制中需要解决的问题 当前困扰研究基于因特网的远程控制的问题主要有三个：一是安全性问 题：二是传输速度即实时性的问题；三是传输效率的问题1 。 由于因特网的本身的特点，即完全开放性的，所以容易受到不法“黑客” 的恶意攻击，对于一些关键的控制设备来说，安全性和保密性都很重要。任何 对所传输控制信息的篡改和破坏都可能对控制设备产生毁灭性的后果；第二个 问题，是传输速度即实时性问题。利用现有的因特网技术进行远程控制，不同 于传统的远程控制系统。它涉及到现代网络技术和控制本身的理论问题。如何 有机地将两者结合起来。 2 武汉理r 大学硕f ：学位论文 这其中还存在着许多尚未解决的问题。网络技术已经取得了较大的进展， 传输声音、图像不再是难事，但用在工业控制上却面临着许多问题，因为工业 控制系统需要稳定的信号传输率。而在目前的网络环境，特别是因特网上，传 输速率却由于传输数据量的大小和网络负载的原因而波动很大。另一方面，由 于因特网是基于文件传输和资源共享的目的而建立的网络，所以，传输的准确 性是它考虑的首要因素，对于传输速度的要求，则几乎完全依赖底层网络的建 设。而对远程控制来说，实时性是一个很重要的方面。第三个问题就是传输效 率的问题，我们需要传输的远程控制信息一般都是一些短小的控制命令和设备 状念信息，比如开关量【4 】。而因特网是传输大数据量的网络，传输以数据包的 形式传输。为了传输准确，在传输的数据包上包括了对传输过程进行控制的各 种其他信息，比如校验位、目的地址、源地址等。通常情况下，这些控制信息 被称为数据包的包头。在因特网上，包头一般包括了物理层、链路层、网络层 和传输层的控制信息，而且都比较大。而一个远程控制命令的数据也就几个字 节。如果在一个数据包中来传输这几个字节，传输效率必然很低。就像“大马 拉小车”，为了传输几个字节，而附带的传输了几十个字节甚至几百个字节的 数据，严重的影响了传输效率。 虽然诸多问题的存在，但是我们应该认识到，因特网是发展的技术，今天 的存在的问题并不能阻碍基于因特网的远程控制技术的研究。 远程控制软件有几种划分方式，如从体系结构上来划分，可以分成基于 c s 方式和基于b s 方式两种；如从控制方式来说大体上可以分为点对点访问 控制和点对多访问控制两大类；如从功能上划分，可分为办公软件、网络管理 软件、远程教学软件、黑客软件等等【5 j 。 1 3 远程控制原理及运用 1 3 1 远程控制原理 远程控制是在网络t 由一台电脑( 主控端r 哪o t e 客户端) 远距离去控制另一 台电脑( 被控端h o s t 服务器端) 的技术，这里的远程不是字面意思的远距离， 般指通过网络控制远端电脑，不过，大多数时候我们所说的远程控制往往指在 局域网中的远程控制而言。当操作者使用主控端电脑控制被控端电脑时，就如 武汉理工人学硕士学位论文 同坐在被控端电脑的屏幕前一样，可以启动被控端电脑的应用程序，可以使用 被控端电脑的文件资料，甚至可以利用被控端电脑的外部打印设备( 打印机) 和 通信设备( 调制解调器或者专线等) 来进行扣印和访问互联网，就像你利用遥控 器遥控电视的音量、变换频道或者丌关电视机一样。不过，有一个概念需要明 确，那就是主控端电脑只是将键盘和鼠标的指令传送给远程电脑，同时将被控 端电脑的返回信息例如屏幕画面、系统信息等通过通信线路回传过来。也就是 说，我们控制被控端电脑进行操作似乎是在眼前的电脑上进行的，实质是在远 程的电脑中实现的，不论打开文件，还是上网浏览、下载，所有的资料和 c o o k i e s 等都是存储在远程的被控端电脑中的。 远程控制的原理是：用户连接到网络上，通过远程访问的客户端程序发送 客户身份验证信息和要与远程主机连接的要求，远程主机的服务器端程序验证 客户身份，如果验证通过，向用户发送验证通过和己经建立连接的信息吼此 时，用户便可以通过客户端程序监控或向远程主机发送要执行的指令，而服务 器端则执行这些指令，并把键盘、鼠标和屏幕刷新数据传送给客户端程序，客 户端程序通过相关运算把主机的屏幕等信息显示给用户，使得用户就像亲自在 远程主机上进行工作一样。如果没有通过身份验证的话，就是没有与用户建立 连接，用户也就不能远程控制远程主机了。 远程控制软件一般可以分为两个部分：一个客户端程序c l i e n t ，一个服务 器端程序s e r v e r ，在使用前需要将服务器端程序安装在被控端电脑上，将客户 端程序安装到主控端电脑上。它的控制过程一般是先在主控端上执行客户端程 序，像一个普通客户一样向被控端电脑中的服务器端程序发出信号，建立一个 特殊的远程服务，然后通过这个远程服务，使用各种远程控制功能发送远程控 制命令，控制被控端电脑中的各种应用程序运行，这种远程控制方式也称为基 于远程服务的远程控带l j ( r e m o t ec o n t r o lo v e rr e m o t es e r v i c e ) 。 由于现在实用的大多数远程控制软件都支持t c 州i p 协议，所以通过 i n t e m e t 对远程计算机进行远程控制是最简单易行的方式。只要两台p c 同时接 入i n t e m e t 并运行远程控制软件，就可以通过i n t e m e t 对远程p c 进行控制。 随着网络的高度发展，电脑的管理及技术支持的需要，远程操作及控制技 术越来越引起人们的关注。远程控制一般支持下面的这些网络方式：l a n 、 w a n 、拨号方式、互联网方式。此外，有的远程控制软件还支持通过串口、并 口、红外端口来对远程机进行控制( 不过，这罩说的远程电脑，只能是有限距离 武汉理工大学硕+ 学位论文 范围内的电脑了) 。传统的远程控制软件一般使用n e t b e u i 、n e t b i o s 、 i p ) ( s p x 、t c p i p 等协议来实现远程控制，不过，随着网络技术的发展，目前 很多远程控制软件提供通过w e b 页面以j a v a 技术来控制远程电脑，这样可以 实现不同操作系统下的远程控制，例如3 a ml a b o r a t o r i e sp l 公司开发的 r e m o t e l ya n y w h e r e 和台湾一加一科技股份有限公司开发的全球第一套基于中 文j a v a 的跨平台远程控制软件一易控( 在台湾叫遥控王) 等等【7 l o 1 ，3 2 远程控制应用 远程控制软件能够使用户突破地域的限制，在世界的每一个角落让远程主 机执行特定的指令。下面是远程控制技术的一些应用： 1 ) 远程办公：这种工作方式不仅大大缓解了城市的交通状况，免去了上下 班奔波的辛劳，更可以提高企业员工的工作效率和工作兴趣，是实现s o h o ( “s m a l lo f f i c ea n dh o m eo f f i c e ”的缩写，意即“在家上班”1 工作方式的一种 有效途径。 2 ) 远程技术支持：有了远程控制技术，技术人员可以远程控制用户的电脑 或设备，就像本人在现场一样，只需要用户的简单帮助就可以得到该机器存在 问题的第一手资料，很快就可以找到问题的所在，并加以解决。 3 ) 远程交流：利用远程技术，商业公司可以实现与用户的远程交流，采用 交互式的教学模式，通过实际操作来培训用户，使用户从技术支持人员那里学 习示例知识变得十分容易。而教师和学生之间可以利用这种远程控制技术实现 教学问题的交流，学生可以得到教师的手把手辅导和听到讲授，教师也能看到 学生的思路和步骤并加以实时的指导。 4 1 远程维护和管理：网络管理员或者普通用户可以通过远程控制技术为远 端的电脑安装和配置软件。下载并安装软件修补程序、配置应用程序和进行系 统软件设置。 1 4 课题主要研究内容 进行本系统的总体设计是根据系统所要实现的功能，将基于w e b 的工程 试验监控及数据管理系统详细的分成几个相对独立的功能模块。根据它们之问 武汉理工大学硕+ 学位论文 的联系和关系，设计出合理的总体结构，使其清晰、简洁、合理，本文研究的 主要内容如下： 1 现场监控( 或称被控方) 系统。 2 网络( 远距离数据传输) 系统。 3 监控远程方( 或称被控方，借助远程数据对控制过程进行监视和控制1 系 统。 1 。5 本章小结 本章的主要内容包括几个部分：首先分析了本课题的背景、意义以及和本 课题相关技术的国内外研究现状，包括发展水平和存在问题等；然后对远程控 制的概念和原理进行了描述，并介绍了课题的主要研究内容。 武汉理t 大学硕士学何论文 第二章摩擦试验监控系统的总体设计方案 2 1 基于w e b 的远程控制的特点 因特网是今天分布最广的网络之， 连，把它作为信息共享的一种主要手段。 于因特网的远程控制系统成为一种可能。 几点【8 l ： 大多数企事业单位都己经与因特网互 因此，因特网的分布广泛使得建设基 基于因特网的远程控制的特点有以下 1 传输通道是因特网。使用的协议是t c p i p 协议。所有使用t c p i p 协议 的网络都可以使用现有的基于因特网开发的远程控制产品，作为使用t c p i p 协 议而建立起来的i n 黜t ，也可以作远程控制的载体。因此，对于采用因特 网技术开发出来的远程控制技术，可以在采用t c p 1 p 协议的网络上使用，一般 不需要修改。 2 系统开发周期短、充分利用了现有的网络资源。大多数的企事业单位有 自己的园区网，这些园区网也都基本上与因特网实现了互连。可以以此为基 础，开发基于因特网的远程控制技术，既减少了资金投入，又可以充分利用了 现有资源。 3 维护费用小。维护费用是考核一种产品或技术能够广泛推行的标志之 一。基于因特网的远程控制技术是以现有的因特网为载体，而因特网是一项成 熟的技术，并广泛的应用到商业企业中。对于企事业单位的园区网，基本都有 专业的维护人员。所以不需要另外的专门人员来维护，减少了维护的费用。 4 可靠性高，很少因为线路传输问题而使得通信中断。 5 具有很高的灵活性，实现了真正的无处不在的远程控制。监控端的用户 可以不受地理条件的限制，只要可以能找到一个与因特网的互联的插口，就可 以控制远端的设备，从而实现远程控制。 6 基于因特网的远程控制技术是不断发展的技术。随着因特网技术的发 展，基于因特网的远程控制技术也在不断的发展。所以基于因特网的远程控制 技术也将不断的完善，并深入到其他的领域。现今由于因特网在传输控制信息 二还存在速度、传输效率以及安全性的问题，所以，因特网的应用领域还受到 这些问题的限制。而随着因特网的发展，这些问题也可以随之解决。 武汉理二l 大学硕士学位论文 7 监控端和现场控制部分都是以计算机为基础，传输系统的开发主要是软 件的开发。不受一些硬件关键技术的影响。 8 存在不确定的时延问题。由于网络有限带宽和不确定路由造成的大且变 化的网络时延，网络阻塞也可能造成的数据包丢失。 2 2 系统的整体设计方案 基于网络远程控制的上述优点，开发出了摩擦试验的远程监控系统。在对 远程控制进行总体分析后，认为一个远程控制系统应该由现场监控( 或称被控 方、主要负责控制过程的实施) 、网络( 距离数据传输) 、监控远程方( 或称施控 方，借助远程数据访问控制过程，进行监视、指导和控制1 三个子系统构成 ， 其基本结构如图2 1 所示： 控制数据状态数据 现场监控( 被控方)距离数据传输监控远程方( 施控方) 图2 1 远程控制系统的基本结构 远程控制的各部分分工协作，共同实现对设备的远程控制。三个子系统实 现的主要功能如下： n 、监控远程方系统 监控远程方系统f 以下简称监控终端或监控端) 是用户与现场设备的进行交 互的界面。从功能角度来看，主要包括远程设备状态的终端显示，控制命令及 参数的输入，对命令参数和状念数据进行必要的处理，以及其他操作。对于摩 擦磨损工程试验的远程监控端，主要需实现的功能是：一方面，用户通过浏览 器向数据管理层发出服务请求，获得设备的状态信息( 温度、速度、载荷) 服 务；另一方面，用户将控制命令提交数据管理层，由数据管理层作出处理。目 前，由于微机的广泛应用和价格越来越低廉，并且用于远程监控的微机远离工 业现场，所以基于微机的远程控制终端软件技术发展迅速，微机成为远程监控 终端系统的主要操作平台。 f 2 1 距离数据传输系统 武汉理工大学硕十学位论文 远距离数据传输系统作为远程控制的信息的传输通道，进行各类控制数据 的传输。传输系统的目的就是将现场的设备状态信息尽快的传输到监控端，使 操作人员通过对现场设备状态的了解，决定下一步的措施f 比如通过传输系统发 出控制命令等) ；另外还需要将监控端的控制信息传输到现场的控制主机，以便 对设备进行控制。当然，视频图像在某些远程监控应用中起很重要的作用，而 图像信息量特别大、传输的质量要求高、不出现间断，对通信线路有一定的要 求。目前，一般采用将视频音频信号和数据信号分开传递，使它们占用不同的 通道、波段或频段。例如，在采用i s d n 方式时，i s d n 的2 b 通道用来传递视 频和音频信号，d 通道用来传输数据信息。 增加，基于因特网的远程控制更具有前景。 信协议、通信软件硬件系统等组成【1 0 1 。 ( 3 ) 现场监控系统 将来随着因特网的带宽和可靠性的 一个通信系统通常由通信介质、通 现场设备监测与控制系统简称为现场监控系统。是直接对现场设备进行监 测控制的系统。主要任务是根据监控终端的控制数据对设备进行控制，同时监 测设备的状态，并作必要的分析，再将这些状态通过传输通道反馈到监控端。 现场监控系统实际是一个计算机控制系统，是以计算机为中心的集现场控制、 管理、数据采集为一体的控制系统。 2 3 远程控制系统的控制方式 虽然一个远程控制系统属于计算机控制系统，但是不同的控制系统有其不 同的特点。目前，从控制方式上来说，远程控制可以分为四种控制方式：保持 型的远程监控方式、完成型的远程监控方式、完全型的远程监控方式、人机交 互远程监控方式。 保持型的远程监控方式 在不断的提高设备本身智能化水平、提高设备对突发事件的应对能力和系 统的稳定性的情况下，远程监控端仅仅向设备控制系统发出控制命令，而由设 备自主的完成这个命令，监控设备只对设备进行监视，在必要时对设备进行干 预。这样就要求设备不断向远程监控系统发送设备运行信息，远程监控系统保 持对设备的监控能力。这样远程监控系统必须维持和设备建立起来的通讯连 接，信息的传输允许有一定的滞后。因为现场设备有“1 定的智能，有能力处理 武汉理工人学硕士学位论文 现场的意外事件，防止事故和故障的进一步扩展。在事故发生时可及时处理， 或暂停任务，等待远程监控系统的解决方法。这种模式可实现远程设备的无人 控制，可应用于危险环境和人力不能到达的地方等。 完成型的远程监控方式 远程监控系统仅仅向设备控制系统发出控制命令，而由设各自主的完成这 个命令，远程监控系统不对设备的具体实现过程进行监控，设备完成任务后向 远程监控系统报告。设备的操作控制完全由本地进行，设备在本地操作人员的 监控下完成任务。 完全型的远程监控方式 设备的本地控制系统仅仅控制设备的执行机构，全部的操作控制由远程监 控系统完成。这种方式设备的控制系统和设备是分离的，而在设备控制系统内 信号的传递速度要求很高，控制系统能够立刻对现场进行反应，要求通讯线路 高速可靠。这种控制方式用在一些特殊的行业。 人机交互远程监控方式 设备在本地操作人员和远程监控系统的协同控制下工作，往往在远程监控 系统的指挥下工作，由本地操作人员对设备进行控制和维护工作。在任务的执 行过程中，可随时建立连接，进行设备之间和人员之间的交互，设备的状态信 息可随时在远程监控端采集。根据实际的控制情况，基于因特网的远程控制方 式可以采取上面1 、2 、4 三种方式来解决问题。而对于完全型的远程监控方 式，由于因特网的传输时间的不确定性，所以实现起来相对比较困难。 基于以上讨论，结合摩擦磨损试验机要求实时性强的远程监控特点，在本 系统设计中采用上述的第四种监控方式。在工程试验过程中，远程监控端和本 地操作人员可随时建立连接，设备的工况参数( 温度、速度、载荷) 可随时在远 程监控端采集，并可根据采集数据值，对试验设备发出控制指令。 2 4 远程控制系统的设备接入技术 如何和现场设备控制系统进行通讯是远程设备控制的难点之一，设备的控 制系统种类繁多，不同厂家都有自己的控制方式，而且以前出厂没有联网能力 的设备仍然在大量使用。目前常用的解决问题的措施有下列两种【1 2 】： 武汉理_ j ：大学硕十学位论文 1 对现场设备进行接口改造，通过p c 机完成对现场信息的提取以及对设 备的控制，然后通过p c 机联网进行通讯。 2 许多设备带有r s - - 2 3 2 接口或其他串并行接1 ：3 ，将这些接口和p c 连 接，实现设备的联网。 远程控制一般采用点对点的方式，也可采用一对多或多对一的结构，多点 远程设备监控增加了系统的复杂程度，但在某些场合这样的应用又是必须的。 虽然目前采用的远程设备监控软硬件通常不支持同时的多点连接，但可采用数 据循环采集的思想，宏观上保持多点连接，微观上同时只有点对点的连接，一 个点的采集控制完成后，再转向下一个点进行连接。 一对多的连接方式通常用在异地制造中对设备状态的监控，处在不同地方 的设备由负责制造协调的成员进行调度，安排加工任务，并监测执行的状态。 多对一的方式一般用在专家会诊，对设备故障的排除，要求设备方的远程 监控管理能够协调远程设备监控，主要的应用有【1 3 】： 1 设备的远程调试和配置：设备到位后，需要安装调试。如果建立远程设 备监控系统，制造商或供应商就可通过视频图像，对现场的安装和调试工作进 行指导，进一步可和现场设备连接，直接对设备进行系统数据配置、调试操 作，通过对现场设备运行数据的采集，通过通讯网络连接到制造商或供应商专 有仪器上，由专家进行会诊和判断，得出系统的优化参数，然后对设备进行优 化配置，保证设备正常进入生产环节。 2 设备的远程数据采集和控制：通过对现场设备的视频和运行状态信息的 采集，得到设备的实际状态，远程监控系统就可对现场设备进行控制。 3 设备的远程诊断和维修。 本次工程试验远程监控系统的设备接入技术主要采用上述第二种接入方 式。p c 机和下位机之间采用串口通信技术，通过串口线将两者连接起来，从而 进行数据交换。程序采用自定义串口通信协议类c c o m 来建立连接，并和多媒 体定时器一起来处理底层串口通信细节，从而实现信息的传输和交换功能。 数据库服务器与数据采集服务器之间也采用串口线相连，从而进行数据交 换。程序采用多线程类c s e r i a l p o r t e x 来处理底层串口通信，按照自定义串口 通信协议( s p c p ) 建立连接，从而实现信息传输交换。 武汉理t 大学硕十学位论文 2 5 本章小结 本章从全局角度介绍了基于w e b 的工程试验远程监控系统的结构。认为一 个远程控制系统应该包括三个子系统：监控终端系统、远距离传输系统、现场 设备监控系统，并且对三个子系统进行了简单的分析。同时从控制方式上对远 程控制系统进行了研究。最后，探讨了远程控制系统中设备的接入技术问题。 武汉理 大学硕亡学位论文 第三章摩擦试验远程控制的主要功能需求及安全 性、可靠性分析 3 1 网络远程控制的主要功能需求分析 远程控制软件为内部桌面帮助和远程技术维护提供了特别有用的工具，但 同时也在安全和可管理性方面对i t 人员提出了新的要求。个好的远程控制软 件必须满足一些重要的准则，如高性能的远程控制操作，能充分利用已有的网 络基础结构，完备的安全机制，提供集中化管理以及与其它桌面帮助系统集成 等。下面就分别从这几个方面对摩擦试验远程控制软件的主要需求进行分析： 3 1 1 高性能的远程控制操作 远程控制软件的主要功能就是远程控制，所以对于一个远程控制软件来 说，拥有高性能的远程控制功能是必不可少的，而且这种远程控制功能要能够 支持目前流行的各种操作平台和网络环境，这能够保证远程控制的方便实现。 远程控制软件应该能够满足使用环境要求实现的所有功能。这些功能与使用环 境密切相关。通用的远程控制软件应该实现以下功能【1 4 】： 1 1 远程屏幕抓取的实现； 2 1 远程关机或重新启动； 3 ) 网络邻居及】p 地址的获取； 4 1 程序的自动启动与隐藏； 5 1 键盘与鼠标的控制； 6 ) 键盘交谈功能的实现； 7 1 远程文件管理的实现； 8 1 系统信息的获取与修改； 9 1 拨号功能的实现； 1 0 1 执行和关闭外部应用程序。 3 1 2 支持已有的网络基础结构 武汉理1 ：大学硕士学位论文 大多数企业网络都是由不同成分组成的，包括各种各样的操作平台和网络 环境，远程控制解决方案应该支持已有的网络基础结构，这包括所有的桌面和 移动操作平台、支持各种网络环境和连接方式，从直接连接到红外线、无线连 接。对各种不同环境的支持不仅可以充分利用，另外远程控制软件还要能充分 利用网络的带宽1 1 ”。目前，远程控制软件的个重要问题就是网络带宽，如果 网络带宽不足，远程控制就无法实现实时性。较差的连接性能会产生长时间延 迟和会话中断，从而妨碍远程解决疑难问题，这在拨号连接中尤为突出。因 此，保证软件中具有提高可靠性和稳定性的特性是很重要的，软件应针对低带 宽的连接进行优化。 3 1 3 有力的、基于网络的安全性 由于远程控制软件允许对用户的被控端p c 进行远程访问，因此就有可能 将p c 暴露给未授权的用户进行访问，这将使入侵者能够访问该p c 上的机密信 息，并经由该p c 获得所有网络资源。远程控制软件应该保护被控端计算机， 防止任何未经授权的访问。 远程控制软件应该适应并充分利用已有的网络安全解决方案，支持基于网 络的而不是基于桌面的安全性，如支持w i n d o w sn t 的认证。另外，软件应该 支持虚拟专用网络( v p 技术，来提供经由防火墙的i n t e m e t 上的安全连接。产 品还应该提供一种方法以防止用户( 或入侵者) 修改远程控制客户端软件，这可 以防止用户无意中将他们的系统暴露给未授权的访问，同时也可以防止未经授 权用户出于某些目的重新配置软件。最后，软件必须能够确保那些在p c 上保 存了机密信息的用户受到保护，免受未授权访问的侵害【“】。 远程控制软件产品应该允许监视远程控制活动，以便能快速地检测到潜在 的安全漏洞，包括生成所有远程控制事件的审计日志，这些事件中包含未经授 权的连接尝试。 3 1 4 集中化管理 远程控制软件应该能够快速简便地配置、启动停止并最终连接网络上任何 已启用远程控制的被控端。集中分发、安装和配置远程控制的客户端软件是快 武汉理f 大学硕十学位论文 速经济地进行部署所必需的。集中化的r 志和审计等功能使管理员能方便地监 视和管理远程控制会话 1 7 】。 与其他管理工具和控制台集成例如m i c r o s o f ts m s ，t i v o l it m e 和c a u n i c e n t e rt n e 一也是必需的，因为这可以使远程控制管理出于和其它网络管 理工具相同的结构中。这种集成可以简化管理，同时充分利用了公司在企业网 络管理解决方案上的投入。 3 1 5 提高远程技术支持人员的工作效率 为了让用户和技术人员能够加快解决问题的速度并减少失误，产品必须保 证快速的连接和高性能；提供桌面帮助的工作人员必须能在网络上方便地找到 被控端，这可以通过支持诸如n d s ( n o v e l l 目录服务1 和m a d ( 微软活动目录1 这 样的目录服务来完成1 1 8 】：技术人员应该能够通过简单地点取和单击来建立连 接；远程控制软件应该能定位目录中的用户并连接用户的位置，建立连接不需 要被控端用户的介入。 差的连接可靠性和性能都会产生长时间延时和会话中断，从而妨碍远程解 决疑难问题，这在拨号连接中尤为突出。因此，保证产品中具有提高可靠性和 性能的特性是很重要的，产品应针对低带宽的连接进行优化。 3 1 6 与桌面帮助自动化系统集成 桌面帮助自动化系统( h e l pd e s ka u t o m a t i o ns y s t e m ) 通过下列特性柬提高桌 面帮助工作人员的工作效率： 工作流处理，确保没有遗漏； 己知方案的知识基础，它有助于加快闯题的解决； 自动积累问题以帮助问题的解决。 虽然一些桌面帮助系统含有远程控制工具，但是这些工具的功能和使用范 围有一定的局限，如只提供有限的网络支持，这使桌面帮助的工作人员无法通 过远程控制会话到达所有用户。远程控制软件是这些系统的理想补充，应该易 于与其集成，以便提供最有效的操作，例如，技术人员应该能在桌面帮助系统 中激活远程控制软件。 武汉理t 大学硕士学位论文 3 2 影响远程控制正常运行的一些因素分析 一个远程控制系统必须快速、准确、稳定、可靠的运行。影响一个远程控 制系统正常运行的因素主要的有时间因素、可靠性因素、系统稳定性因素1 1 9 l 。 3 2 1 时间因素分析 实时性是远程控制系统的一个比较重要的性能指标。如果由于各种原因， 使得监控用户发送的控制命令不能立即使设备产生作用，造成了设备动作的不 连续，影响控制系统的正常工作。同时，设备的一些状态信息不能及时反馈给 用户，必然导致用户在判断现场设备运行时出现偏差。这些都可以导致远程控 制系统的性能不可靠。一个系统的实时性通常采用“响应时间”来定量描述。 响应时间是指某一系统对输入做出响应所需的时间。以i l l s 、s 、r a i n 、h 来作为 计量单位，响应时间越短，就标志着系统的实时性越好( 删。对于远程控制来 说，响应时间包括了名方面的因素，在这里我们对影响远程控制的响应时间的 因素进行分析。这样的分析对基于因特网的远程控制意义尤其重要。在远程控 制系统中，需要传输的数据有多种，但主要是反馈的设备状态数据和用户的控 制命令这两种数据的传输对实时性产生影响。 3 2 2 可靠性因素的分析 一个远程控制系统的可靠性主要的是指远程监控终端系统、传输系统的传 输可靠性和现场监控系统的可靠性【2 1 1 。可靠性是一个控制系统的基本要求之 一。对于远程控制来说，传输系统的可靠性是最为重要的一个方面。而传输系 统的可靠性在于传输的介质与传输方式等因素。 3 2 3 稳定性因素 稳定性因素是指现场监控系统在监控终端的监控下，能够稳定运行，不产 生震动、中断、跳交等不正常现象。一方面，由于时延的影响，现场监控系统 在上一步命令执行完成，而没有接收到下一步执行的控制命令时，必然产生一 定控制过程中断。如果现场监控系统没有对该中断做出一定的弥补修改措施， 必然导致不可预测的结果。另外现场控制系统控制产生了异常错误，要求监控 武汉理 ：人学硕士学位论文 终端给予快速修正。但是，由于传输时延影响，到达了监控终端需要一定的时 间，从而使得异常错误在现场没有得到有效的终止，有可能导致不可预测的结 果。第三方面，数据传输的错误有可能导致系统出现不稳定状况，传输系统可 能由于外界干扰等原因使得数据传输错误，导致了对设备控制出现不可预测的 结果，从而影响系统的控制稳定性。当然，根据实际情况，可能还有许多其它 因素影响着远程控制系统的稳定性，只有具体问题具体分析。 3 3 网络远程控制的安全性分析 远程控制作为大型企业信息系统的管理技术是不可或缺的，特别是随着近 年来i n t e m e t 的日趋成熟。远程控制技术不仅成为i n t r a n e t 中重要的服务和管理 手段，而且已经开始成为通过i n t e r n e t 提供网络应用及服务的主要方式，作用 的范围也越来越广泛。目前，许多企业和增值分销商正在把远程控制功能作为 一种有效的技术服务支持与系统管理的工具。那么，在通过网络进行操控的过 程中，系统的安全是否有保障，远程控制软件又是如何提供这种保障的呢? 为了 回答上述问题，我们首先回顾一下有关远程控制的概念。 所谓远程控制，是指管理人员在异地通过计算机网络、异地拨号或双方都 接入i n t e m e t 等手段，连接被遥控的计算机，将被控计算机的桌面环境显示到 自己的计算机上，通过本地计算机对远方计算机进行配置、软件程序安装、修 改等工作。远程控制的内容基本包括：远程遥控、文件传输、远程屏幕浏览、 键盘交谈、i n t e m e t 连接，有的还可以进行语音交谈、故障报警，并通过w e b 页面进行远程控制，甚至还可以进行远程重启计算机、远程格式化硬盘、远程 系统安装、远程软件安装等【2 ”。 由此可见，正是出于远程控制软件允许对用户的被控端p c 进行远程访 问，并提供了强大的控制功能，因此就有可能将p c 暴露给未经授权的用户进 行访问，并经由该p c 获得所有网络资源。所以远程控制技术所带来的安全性 问题已不再只是杞人忧天，特别对于企业用户来说，如果忽略了其系统的安全 措施，将使原本可借远程控制网络获得的管理和运营优势承担莫大的风险，一 旦系统失密，企业的损失将无法估最。更重要的是企业将可能会因此损失许多 宝贵的资源，致使自身声誉受损，失去客户、合作伙伴及员工的信赖，甚至可 武汉理j 大学硕1 1 学位论文 能涉及严重的法律诉讼。所以，在努力推广远程控制技术的同时，企业和信息 产品服务供应商将共同面临许多重大挑战。 首先，作为企业信息系统的基础，电脑网络的安全和可靠性将成为首要的 条件。例如防止服务中断或是黑客入侵已经成为企业信息系统正常运作的关 键。而防止因电脑运作环境防护不当、操作陷阱、客户隐私不足、传输效率过 低等因素造成企业的信用及声誉的损害，就显得至关重要。企业信息系统没有 远程控制，服务和资源共享就会成为一句空话；而一旦企业信息系统开发了远 程控制功能，就必须有足够的安全措施保证企业不致因为远程控制技术使得内 部电脑受到不当或非法使用，同时保护企业机密、财务信息等敏感信息不至于 流入不当之处。 下面分别从几个不同侧面来研究加强网络远程控制的安全性的几个措施： 3 3 1 远程试验管理模块中的安全技术 1 ) w e b 服务器提供用户认证及用户访问权限，非注册用户无权登录网站， 注册用户权限分为三级：管理员、试验员、一般用户，管理员有权对网站进行 管理及更新，修改内部参数等。试验员有权对设备进行控制，一般用户只能浏 览网页。 2 1p c 机上的监控软件提供对接收的参数进行安全检测，不符合要求的参 数由监控模块按默认值或要求重设等方式处理。 3 1 所有数据由w e b 服务器转发，远程用户不能直接与现场控制计算机通 信。 3 3 2 通信线路的安全性 远程控制所使用的通信线路，不外乎两种，种是通过远程拨号连接，另 一种是通过i n t e r n e t 连接f 包括局域网) 1 2 3 】。这两种方式也都是通过t c p i p 来通 信的，我们就从t c p i p 的七层协议上来探讨能实现安全的措施。可以实现安全 的层次包括以下几个： 1 物理层：主要是防止对网络的破坏。措施很简单，锁上机房的门，在安 全的空间铺设电缆。 武汉理工人学硕十学位论文 2 网络层：这一部分可能不在你的控制之下，但是必须注意提供远程控制 服务的w e b 站点的路由表，防止将数据发往错误的地方。措施，需要有计划地 更新网络路由表