（交通信息工程及控制专业论文）应答器报文编制与管理软件的研究.pdf

中文摘要 摘要：查询应答器( b a l i s e ) 和地面电子单元( l i n ee l e c t r o n i cu n i t ) 是中国列车控 制系统c t c s ( c h i n at r a i nc o n t r o ls y s t e m ) 中的关键设备。查询应答器基于电磁 耦合的原理，用于在特定地点校准列车位置，以实现车一地间的高速的数据信息交 换。它向a t p 车载设备传输的列控安全信息有线路信息、进站信息、定位信息、 限速信息等。这些信息都存储在应答器报文中。所以，应答器报文直接涉及到行 车安全。 但是由于我国应答器系统的研制起步较晚，应答器设备配套使用的维护手段 和管理的经验明显不足。尤其是大量的应答器报文信息的编制与管理工作尚处于 人工操作为主的阶段，这不仅效率低下而且容易发生错误。本文对应答器报文的 编制和应答器报文管理工作进行了研究，并设计与实现了适合于应答器报文编制 及管理的软件。 本论文的主要工作如下： 1 先是简要分析了查询应答器的发展状况，特别是国内外列控系统中应答器报文 编制与管理的现状，阐明了本论文的研究意义； 2 分析了应答器报文编制与管理软件的总体需求，提出了软件的总体设计方案， 并详细阐述了应答器报文编制与管理系统的网络结构设计和功能模块划分； 3 系统软件整体设计包括两部分：一部分软件基于b s 模式，实现应答器报文信 息管理工作；另一部分软件基于c s 模式，实现应答器报文编制及部分数据管 理工作。论文详细描述了实现这两部分软件的相关技术和具体的数据结构、模 块功能、人机界面等内容； 4 简要介绍了欧洲应答器报文的编码策略，分析了编码规则对应答器报文安全性 的影响。同时针对软件系统的安全性，也进行了一些研究； 5 基于j s p 和v i s u a lc + + 6 0 编程环境，开发了应答器报文信息管理软件和应答 器报文编制软件，基本实现了设计功能；最后对软件应用的前景作了分析。 关键词：查询应答器；报文编制；报文管理；编码策略；软件安全性； 分类号：u 2 9 3 9 j 丝塞交道太堂亟堂僮论奎旦墨! b g ! a b s t r a c t a b s t r a c t ：b a l i s ea n dl i n ee l e c t r o n i cu n i ta r et h ek e yd e v i c e so fc h i n at r a i n c o n t r o ls y s t e m ( c t c s ) b a l i s ei sb a s e do nt h ep r i n c i p l eo ft h ee l e c t r o m a g n e t i c c o u p l i n g , u s e dt oc a l i b r a t et h el o c a lo ft h et r a i na tt h es p e c i f i cl o c a t i o n s ，t r a n s m i td a t a b e t w e e nt r a c k s i d ed e v i c ea n do n - b o a r dd e v i c ea th i g hs p e e d t h ei n f o r m a t i o na b o u t s a f e t yo ft r a i nc o n t r o l ，w h i c hb a l i s et r a n s f e rt ot h ea t pv e h i c l ee q u i p m e n t i n c l u d e s t h el i n ei n f o r m a t i o n ，t h ef i x e di n f o r m a t i o n ，t h el i m i t e ds p e e di n f o r n l a t i o na n d8 0o n a n da l lt h ei n f o r m a t i o ni ss t o r e dw i t ht h eb a l i s et e l e g r a m s ot h eb a l i s et e l e g r a m d i r e c t l yr e l a t e st ot h et r a f f i cs a f e t y b u tb e c a u s eo fl a t er e s e a r c ho nb a l i s e ss y s t e mi nc h i n a t h es a f e g u a r dm e a n sa n d t h em a n a g e m e n te x p e r i e n c ea r el a c k e df o ru s e s p e c i a l l yl a r g en u m b e r so ft e l e g r a m p r o g r a m m i n ga n dm a n a g e m e n tt a s ki so nt h ea r t i f i c i a l1 e v e l ，a n di ti si n e f f i c i e n ta n d f a l l i b l e t h et h e s i si so nt h er e s e a r c ho ft h ep r o c e s so ft h et e l e g r a mp r o g r a m m i n ga n d m a n a g e m e n t ，a n dt h es o f t w a r ei sd e s i g n e da n dc o m p l e t e d f o l l o w sa r et h ew o r kt h a th a sb e e nd o n e ： 1 f i r s t ，i n t r o d u c et h eb a l i s ed e v e l o p m e n t ，s p e c i a l l yt h e t e l e g r a mp r o g r a m m i n ga n dm a n a g e m e n ti nc h i n aa n do t h e r i l l u s t r a t et h es e n s eo ft h et h e s i s ； s i t u a t i o no ft h eb a l i s e f o r e i g nc o u n t r i e s ，a n d 2 a n a l y z et h er e q u i r e m e n t so ft h ep r o c e s so ft h eb a l i s et e l e g r a mp r o g r a m m i n g a n dm a n a g e m e n ta l t o g e t h e r , b r i n gf o r w a r dt h es o f t w a r ei nt h ew h o l e ，a n dd e s c r i b et h e s y s t e mn e t w o r ks t r u c t u r ea n df u n c t i o nm o d u l e ； 3 t h es y s t e mc o m p r i s e st w op a r to ft h es o f t w a r e o n ei sa b o u tt e l e g r a m i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ，b a s e do nb sm o d e l ；t h eo t h e ri sa b o u tb a l i s et e l e g r a m p r o g r a m m i n ga n dt h em a n a g e m e n to fp a r to fd a t a , b a s e do nb sm o d e l t h et h e s i s e x p a t i a t et h er e l a t e dm e t h o da n dd e s i g nt h es o f t w a r ed a t es t r u c t u r e s ，m o d u l ef u n c t i o n s ， h u m a n - m a c h i n ei n t e r f a c ea n ds oo n ； 4 g i v eap r e s e n t a t i o no fb a l i s et e l e g r a mc o d i n gs t r a t e g y , a n da n a l y z ei t se f f e c to f t h et e l e g r a ms a f e t y a i m e da tt h es a f e t yo ft h es y s t e ms o t t w a r e ，d os o m er e s e a r c h ； 5 b a s e do nj s pa n dv i s u a lc + + 6 0s o t t w a r ed e v e l o p m e n tc o n d i t i o n s ，p r o g r a m ； t h eb a l i s e t e l e g r a mp r o g r a m m i n ga n dm a n a g e m e n ts o f t w a r e ,a n dc o m p l e t et h e e l e m e n t a r yf u n c t i o n s ；f i n a l l y , a n a l y z et h ef o r e g r o u n do ft h es o f t w a r e k e y w o r d s ：b a l i s e ；t e l e g r a mp r o g r a m m i n g ；t e l e g r a mm a n a g e m e n t ；c o d i n g s t r a t e g y ；s a f e t yo ft h es o f t w a r e ； c l a s s n o ：u 2 9 3 9 v 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 秘足 导师签名： 、 仉 签字日期：勿旧莎年1 , 9i 二日 签字日期：砂8 年月f 佣 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：签字日期：年月日 致谢 本论文的工作是在我的导师赵会兵教授的亲切关怀和悉心指导下完成的，导 师严谨的学风、渊博的学识和孜孜不倦的工作精神给我留下了深刻的印象，导师 也用言行教会了我如何治学、做事和做人，这都将是我终生享用不尽的财富。在 论文完成之际，我在此谨向恩师致以最衷心的感谢。 另外还要特别感谢张勇老师，他为论文的完成提供了技术指导，对我的科研工 作和论文提出了许多的宝贵意见。 在实验室工作及撰写论文期间，刘欢、谢立鹏、肖甜、吴晓丹等同学对我论 文中的应答器编制及管理软件的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的 感激之情。 另外也感谢我的家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 1 绪论 1 1 查询应答器发展状况 1 1 1 查询应答器的工作原理 点式查询应答器是一种电子设备，由车载查询器( b t m ) 、地面点式应答器 ( b a l i s e ) 和轨旁电子单元( l e u ) 组成。b a l i s e 一般固定安装在两根钢轨中央的轨枕上， 车载查询器装在机车底部与应答器对应的位置上。【1 1 应答器工作原理如下图所示： 图1 - 1 欧洲标准查询应答器系统接口 f i g u r e l - li n t e r f a c e so f t h ee u r o b a l i s es y s t e m b a li s e 内部的寄存器按协议存放有实现列车速度监控和其他行车功能所需的 数据。当列车驶入b a l i s e 的捕获区域时，查询器首先以一定的频率通过电磁感应 的方法将能量传递给应答器，并将所储存的数据以某种调制方式通过电磁感应发 射出来。查询器接收应答器发射出来的信息，经解码后传递给车载列控系统主机。 由于点式应答器个体较小，安装位置固定，而且可以储存该安装点的位置信息， 因此，查询应答器可以用作列车精确定位。 查询应答器具体的分为有源应答器和无源应答器两种。前者可以提供行车许可 等变化信息，后者用于提供线路参数等固定信息。它们都有列车定位功能。 1 1 2 查询应答器的发展历史及在我国的应用 应答器最早见于卫星通信中继以及航空位置识别。而查询应答器从2 0 世纪7 0 年代中期被应用到铁路列车控制系统中后，欧洲就有众多应答器类型产生。为了 统一标准适应欧洲铁路一体化进程，19 9 6 年欧洲铁路联盟在制定e t c s 列控系统技 术规范的同时，也制定了欧洲铁路应答器的相关技术标准，使欧洲不同类型的应 答器统一为更加完善的欧洲应答器( e u r o b a l i s e ) 。欧洲应答器可以应用于e t c s 系统的各个级别，在e t c s0 级和l 级中，欧洲应答器主要用来传输运行权限信息和 线路参数信息；在e t c s2 级和3 级，欧洲应答器主要用来完成列车定位的工作。【2 别 由于欧洲应答器具有灵活性强、信息量大、可靠性高等特点，因此，中国列 车控制系统( c t c s ) 借鉴欧洲应答器的技术规范，制定了适合我国铁路系统的应答 器。在c t c s l 级中，应答器实现列车运行安全监控功能；c t c s 2 级中，应答器用 来向列车传输定位信息、进路参数、线路参数、限速和停车信息；c t c s 3 、4 级中， 主要用来完成与列车定位相关的一些工作。【2 j 目前，我国自行研制并通过鉴定的查询应答器系统( 技术指标不符合欧洲 e t c s 标准) ，已经在一些领域得到应用。像l c f 型列车超速防护系统中的查询应 答器s x f t - i 型便是由北京交通大学委托，沈阳铁路信号工厂组织研究开发，查询 一应答器科研小组完成的我国自主创新的产品。而从国外引进的符合欧洲标准的查 询一应答器系统也在长春轻轨，京山线上有所运用，初步显示了其优良的性能和广 阔的推广前景。【4 j 1 1 3 应答器报文编制与管理发展现状 1 查询应答器报文生成的主要流程包括： 1 ) 由铁路局负责提供“应答器用户数据表”，依据运基信号 2 0 0 6 1 4 号文【5 j 进行 编制。其中用户数据表的内容包括：制表依据文件清单，应答器位置表， 区间信号点、轨道区段数据表，区间线路坡度表，区间线路速度表，铁路 线路里程断链明细表，车站列车进路数据表。 2 ) 依据运基信号 2 0 0 5 2 2 4 号文【6 j 、系统要求、用户设计表生成。 2 3 ) 依据科技运函 2 0 0 4 1 1 4 号文【7 】及相关技术规范，设备制造商把用户报文编 码生成应答器传输报文( 1 0 2 3 位，3 4 1 位) 。 4 ) 数据管理，每个应答器、l e o 对应专门的应答器传输报文。 5 ) 报文下载到应答器，由专业人员用专门设备向应答器写入报文。应答器数 据写入流程宜包含写入一读取一校核的过程；另外在写入报文后，供应商应 采取措施，明确标识出应答器的安装位置。 6 ) 应答器验收，用报文读写工具逐一读取应答器报文，并与用户数据表及相 关文件校核。 一般情况下的报文数据编制流程如下图所示： 图1 - 2 应答器报文编制流程图 f i gl 2b a l i s et e l e g r a mp r o g r a m m i n gh o w c h a r t 2 查询应答器报文的管理现状 按照现有的应答器报文存储方案，每个车站列控中心需要存储上万条的应答器 报文。应答器报文静态存储有效地降低了车站列控中心的软件复杂度，提高了系 统的可靠性和安全性。 但这些大量的应答器报文信息的管理工作尚处于人工操作为主的阶段。根据上 面应答器报文编制流程图，容易出现以下的一些问题： 1 ) 未经过铁路局报文管理室，就把报文发给电务段； 2 ) 局报文管理室提供了错误的报文给电务段，或是电务段本身的申请就是错 误的，而这个过程中局报文管理室无法发现这个问题； 3 ) 备用应答器在需要更换时没有经过局报文管理室的确认； 3 4 ) 局报文管理室需要人工核对这些报文，工作量巨大，且容易出错； 1 1 4 国外公司应答器的报文开发应用情况 从国外引进的符合欧洲标准的应答器系统运用在国内的一些情况如下。 1 法国阿尔斯通( a l s t o m ) 公司应答器和地面电子单元( l e u ) ，是铁道部“时 速2 0 0 公里动车组列控系统地面应答器设备”技术引进项目，由北京全路通信信号 研究设计院和北京铁路信号工厂共同承担该项目的国产化工作。该项目由应答器、 地面电子单元l e u 和b e p t ( 应答器和编码器编程及测试工具) 构成，此次该厂生 产的应答器己经作为六大干线中的重要设备投入使用，也将应用于时速2 0 0 k m 及以 上的线路。 2 而德国西门子公司应答器系统的应用情况是，西门子西安信号有限公司对 欧洲铁路控制系统”进行了应用和改造。由于为中国铁道部出台”中国铁路控制系 统”做出了巨大贡献，2 0 0 3 年1 月中国铁道部选择西门予为供货商，在中国的第一 条准高速铁路秦沈线上成功安装、测试和交付了中国首条采用了该系统的西门子 应答器系统。西门子的应答器通道解决方案，不但可以有效地解决秦沈线上现有 两种不同制式的信号系统间进行切换的关键难题，而且是唯一带有与中国标准车 载设备相接口的系统。 西门子具体报文开发过程如下： 1 ) 线路数据搜集和校对数据合理性； 由设计单位，电务段和工管中心提供的用户数据首先由项目设计人员对数据 合理性进行初次的校对和审核，如果数据合理则作为报文原始数据输入，否则提 出疑义，以待解决。 2 ) 报文设计； 根据每个查询应答器功能选择相应的e t c s c t c s 数据包，经过计算填写数 据包，设计完成的数据表格互相检查，签字确认并归档。 3 ) 输出报文，报文校验和； 报文设计完成后，使用专门的报文编制软件进行报文生成，同时生成报文校 验和( m d 4 ) 。生成的报文文件可以转化为数据表格与原始的数据表格进行比较， 保障信息生成的过程没有故障且与设计信息一致。 4 ) 查询一应答器l e u 编程； 查询应答器、l e u 需要使用专用工具编程，如手持终端p s i o n 、编程测试设 备t p g 等。一般情况下一个报文文件对应一个查询应答器或l e u ，编程时应该一 一对应并有明确的工程标识，以便于相应的测试。 4 5 ) 报文检验测试； 对查询应答器l e u 进行功能测试，包括以下两部分：报文校验和m d 4 ；报 文内容。报文检验测试由相关的检验人员完成。 6 ) 现场测试： 现场测试的目的在于对应答器和l e u 的报文数据进行最终的审核，以保证报 文数据与设备一一对应。现场工程人员完成测试查询应答器l e u 报文m d 4 校验 和，比较m d 4 校验和。 1 2 研究意义 正如前面一节所介绍的，由于我国应答器系统的研制起步较晚，虽然目前列 控中心已经使用了查询应答器使用和维护系统，但是对查询应答器的数据管理还 不是很完善，【s 】许多的操作还需要人工手动完成。在保证地面应答器报文安全性方 面和大量的应答器报文信息的编制与管理工作方面需做进一步的改进。 虽然目前从国外引进的符合欧洲标准的应答器技术和标准可以使我国应答器 系统能够跳跃式的发展。但是由于各个国外公司对报文管理的具体方式方法不同， 并且与现有我国的应答器报文管理体制、效率等方面存在诸多的差异，所以我们 并不能直接的把某一个公司的应答器规范作为技术标准来使用，而是必须建立一 套适应于自己的应答器报文编制及管理规范与流程。 所以在这个背景之下，通过对应答器报文编制与管理软件的研究，可以实现 应答器报文数据编制和管理过程的网络化和信息化，可以完善报文编制开发流程， 方便工作人员进行应答器设备的安装及维护。拟通过现有的计算机网络技术和数 据库等技术开发应答器报文编制及管理软件。 其中基于b r o w s e r s e r v e r 模式应答器报文管理信息软件，实现的功能是对现场 应答器的初始报文安装、变更应答器报文的管理；而报文编制软件，完成则是应 答器报文编码、译码、比对和报文数据管理等工作。 另外，报文编制软件还也可以作为独立的软件，应用在查询应答器分析测试 平台系统中。软件可以完成以下测试平台的一些功能： ( 1 ) 根据规范的报文编码要求，产生测试报文和对接收到的报文进行检查和 译码。 ( 2 ) 将录入的用户信息编码为应答器报文，同时将操作过程中的数据保存进 数据库中，在数据库中对数据进行处理的功能。 5 1 3 论文主要内容 论文完成的主要工作就是对查询应答器报文编制与管理软件进行详细的研 究，并对实现软件所用到的关键技术进行了阐述。 论文主要的内容和结构为： 第一章为绪论部分，介绍了论文的研究背景及具体研究的意义。 第二章为需求分析及总体设计分析，通过需求分析来对系统进行总体的功能 和结构的设计。 第三章对应着应答器报文信息管理软件的设计与实现，分别介绍了系统软件 实现的主要方法及系统的详细设计。 第四章介绍了报文编制软件实现的主要方法及系统的详细设计。 第五章为对整个软件系统进行一些调试和测试。 第六章为结论与展望。 6 2 系统总体设计 本章主要针对该应答器报文编制与管理软件系统进行总体介绍，包括总体设 计、需求和功能等内容，说明了该系统设计的特点。 2 1 系统设计目标 应答器报文编制与管理软件的开发，其目的是要改进现有报文编制及管理的 现状，将先进的计算机及网络技术运用到应答器报文的数据管理中来。通过该系 统，能完成应答器报文初始安装和更改授权的远程化处理。通过该系统的实施， 可以把应答器报文数据信息统一规划，同时提高应答器报文编制及管理工作水平 和信息化水平。 具体设计目标包括以下几点： 1 所授权的报文主管部门可以对所采集的应答器报文数据进行汇总、统计、 查询等，并形成各种有价值的信息，实现应答器报文数据信息宏观管理； 2 负责维护应答器设备的电务段能方便、快捷地上报设备信息，以便铁路局 电务检测所可及时了解、汇总应答器设备信息的情况； 3 共享的应答器报文数据可通过c e r n e t 网利用w e b 对外发布，根据用户 的权限可实现浏览查询； 4 系统数据安全，具有良好的权限管理机制，应该具有一定的通用性、灵活 性、实用性和可靠性，以满足铁路用户对应答器报文数据信息管理的要求； 5 根据规范的报文编码要求，软件可完成应答器报文编制及部分数据进行处 理等功能。 2 2 系统需求分析 由于报文编制及管理软件是借助计算机辅助设备管理，通过网络技术可以充 分改善报文数据管理系统现状，满足数据管理信息化的要求。 系统的业务及主要功能需求如下： 1 系统面向的用户的具体需求为：电务段可以通过i n t e r n e t 提交报文，申请报 文授权，也可以浏览数据，实现数据的共享。对于铁路局电务检测所也可以通过 查找统计分析数据，对查询应答器设备报文初始安装和报文更换等工作给以授权； 2 系统面向系统管理员的具体需求为：在服务器端根据系统需要提供适当的界 面供管理员完成对应答器报文编制及对部分数据进行管理； 7 3 其他的一些需求分析，为了实现保护应用和投资延续性的原则，应该充分利 用现有的计算机设备资源和网络资源，合理利用国内外高新技术成果，使整个系 统能最大地发挥现有的投资效应，以实现信息的高度共享。 2 3 系统总体功能结构设计 根据系统实现功能的需求，设计系统的整体结构如下图2 1 所示。 r 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一i ：应答器报文管理信息软件 ： !：i n t e m e t： lil 图2 1 应答器报文编制及管理软件整体结构 f i g2 一lb a l i s e1 e l e 孕。a mp r o g r a m m i n ga n dm a n a g 锄e n ts o a r es t n l c m r e 2 3 1 系统网络结构设计 网站采用的是b s 结构服务体系，即客户端艄协服务器数据库服务 器三层体系结构。在实际部署中，可以分为两个大的部分：客户端和服务器端。 将应用程序服务器、w e b 服务器和数据库服务器部署在局域网内部，通过防火墙 接入h l t e r i l e t ，可以保证服务器的安全性。用户可以来自i n t e m e t 或者局域网内部， 只要是能上网、带有浏览器的p c 机都具备客户端的条件。 在局域网内安装有报文编制及管理软件可以直接与数据库交互，为系统管理 人员对报文数据进行编制，查找数据等工作提供了便利。 下面的网络结构图2 2 决定了系统软件运行的软硬件运行环境： 1 客户端： 硬件：普通p c 机 软件：操作系统：w i n d o w s 2 0 0 0 n t 浏览器：l e 或其他浏览器 2 服务器端： 硬件：采用专用的服务器或者是性能比较好的p c 机作为服务器 软件：数据库服务器s q ls e r v e r2 0 0 0 w 曲服务器- t 0 m c a t 图2 - 2 应答器报文编制及管理系统网络结构图 f i g2 - 2b a l i s et e l e g r a mp r o g r a m m i n g a n dm a n a g e m e n ts y s t e mn e t w o r ks t r u c t u r e 2 3 2 系统功能设计 综合分析系统软件的需求，应答器报文编制与管理系统应具备以下两部分功 能，即应答器报文管理信息系统软件和应答器报文编制及管理功能软件，分析具 体功能如下图2 3 所示： 9 应答器报文编制及管理软件 应答器报文信息管理软件 用 户 注 册 模 块 数 据 上 传 下 载 模 块 报 文 授 权 模 块 数 据 查 询 模 块 数 据 管 理 模 块 用 户 管 理 模 块 日 士 j t ! p 管 理 模 块 应答器报文编制软件 原 始 录 入 数 据 处 理 模 块 图2 3 系统功能结构图 f i g2 - 3s y s t e mf u n c t i o n a ls t r u c t u r e 报 文 编 码 译 码 模 块 报 文 检 验 模 块 报 文 数 据 库 管 理 模 块 1 应答器报文信息管理软件 该子系统主要包括用户注册模块，数据上传下载模块，数据查询模块和报文 授权，数据管理，用户管理等模块。下面介绍部分模块的作用。 用户注册模块：用户在注册界面上必须正确和完整地填写如单位、姓名、职 位等信息，这时用户可以成为待注册用户。然后只有系统管理员通过更改用户类 型成为j 下式用户才算j 下式注册成功。 数据上传下载模块：为已经登录系统的权限用户提供上传数据报文的功能， 在用户上传文件之后，由系统相关管理人员对报文的正确性及合理性进行判断， 并且提取信息按对应字段存储到数据库中。 报文授权模块：如果确认了报文正确性并且合理，系统管理员可以给用户该 报文操作的授权。 数据查询模块：根据用户权限查询所需数据，主要为固定查询和自定义查询 两部分。 1 ) 固定查询：用户通过选择设备信息的某一个字段，并输入相关关键字内容 后即可查询出结果。相关的关键字大概有上传单位、用户名、应答器名称、上传 1 0 时间等： 2 ) 自定义查询：用户可以把以上几个查询的条件结合起来，提供一定灵活性 的组合查询。此外，可以对查询结果进行范围限制，也可以对查询结果按照某个 字段值进行排序。用户根据需求查询到文件后，还可以根据权限下载报文数据。 用户管理模块：也是针对系统相关管理人员对用户的注册、权限等工作进行 操作，提供对系统角色和用户的管理。具体完成用户的管理、用户的权限设置； 通过该模块，可以有效屏蔽非授权用户的各种操作。 日志管理模块：系统相关管理人员对日志的操作，主要完成记录用户对系统 的重要操作( 如上传报文、更改用户信息等) 及其结果的记录、查询和统计，以确 保系统操作的可追述性。 报文编制功能模块：由于该模块的用途比较多，所以将其设计成c s 模式， 即可以嵌入应答器报文信息管理软件中作为一个模块使用；也可以单独作为一个 软件使用。其中包括以下一些具体的功能模块： 1 ) 报文编码译码模块：主要有以下功能，载入用户报文进行编码并存储应答 器报文到文件中，对应答器报文进行译码并进行校验；同样可以检查一串比特( 3 4 1 个比特或1 0 2 3 个比特) ，完成译码要求；可以存储译码后的用户报文到文件中。 2 ) 原始数据录入模块：可以以直接录入方式产生用户报文； 3 ) 报文检验模块：主要完成报文数据的比对工作； 4 ) 报文数据库管理模块：可以对用户数据，用户报文及应答器报文进行数据 的管理。 另外整个系统软件应该提供数据备份恢复功能；根据设置，备份系统中的数 据库( 表) 。严格定期备份，可以保障己有数据的安全性，在数据库崩溃和硬件系 统瘫痪时不会造成大的损失。为了保证系统的安全性，只有系统管理员才能使用 该功能。 2 3 3 系统数据库设计 由于数据库技术是管理信息资源最有效的手段，所以数据库的设计也成为应 答器报文信息管理系统软件的重要部分，是实现整个系统数据管理和具体功能重 要的载体。【9 】在应答器报文信息管理系统软件中，数据库系统不仅完成报文数据的 存储管理、用户操作和管理员操作等具体的功能，系统功能中的报文数据信息插 入、删除、修改、查询操作都是结合数据库管理系统才能够方便有效地完成。 数据库设计就是要求对一个给定的应用环境，构造最优的数据库模型，建立数 据库及其相关应用，使之有效地存储数据，满足用户的信息需求和处理需求。i l u j 其中用户的信息需求表达了对数据库内容及结构的静态要求，而处理需求则是表 达了数据库数据处理的动态要求。 数据库的设计基本过程如下图2 - 4 所示 信息需求处理需求 图2 - 4 数据库设计基本流程 f i g2 - 4d a t a b a s ed e s i g nf l o wc h a r t 数据库设计的好坏将直接影响整个系统的效率。一个成功的数据库设计不但 能够极大地提高系统的整体性能，提高开发效率和开发质量，而且方便了r 后系 统的进一步升级和扩展。【1 1 】所以要在初步设计的基础上，通过对数据库进行优化， 使其达到以下目标：数据库能准确地表示业务数据；数据库容易使用和维护；数据 库对最终用户的响应时间合理；便于数据库结构的改进；便于数据检索和修改； 很少的数据库维护工作；有效的安全机制确保数据安全；冗余数据最少；便于数 据备份和恢复；数据库结构对最终用户透明。 1 需求分析 在系统总体设计时，已经对系统的功能需求进行了分析，基本也完成了数据 1 2 库需求分析。 2 概念设计 在需求分析的基础上，用概念数据模型，表示数据及其相互之间的联系。可 以设计出能够满足用户需求的各种实体，以及它们之间的关系，为后面的逻辑结 构设计打下基础。 采用e - r 图的方法来进行数据库概念结构设计，e - r 图是描述数据实休及其关 系的一种直观的描述工具。一般说来，e - r 图有三个基本元素，即实体、联系和属 性，分别用矩形框、菱形框和椭圆形框表示，并且将对应的名字填入框内以作标 识。 实体是一个相互独立且客观存在的事件或物体。属性是实体所具有的特征， 它是描述实体的最小单位，它的取值范围称为属性值集。实体之间的关系称为联 系。实体和实体之间的联系较多，常见的联系有1 ：1 ，li n ，m ：n 三种。 根据需求分析，在系统中需要规划出的实体主要有：用户实体、应答器报文实 体等，下面为部分实体的e r 图。 图2 - 5 用户实体图 f i g2 - 5d e f i n i t i o no fu s e re n t i t y 图2 - 6 应答器报文实体 f i g2 - 6d e f i n i t i o no fb a l i s et e l e g r a me n t i t y 1 3 图2 - 7 报文文件信息实体 f i g2 - 7d e f i n i t i o no f t e l e g r a md o c u m e n ti n f o r m a t i o ne n t i t y 3 数据库逻辑结构设计 该过程将上面的数据库概念结构转化为数据库系统所支持的实际模型，也就 是数据库的逻辑结构。根据实体内容以及它们之间的关系，建立数据库中的表格 以及各个表格之间的联系。 在此，我们给出部分表的设计结果，每个表格表示在数据库中的一个表( 见表 2 1 、2 2 和2 3 ) 表2 - 1 用户信息表 t h b2 1d e f i n i t i o no f u s c ri n f o r m a t i o n 字段中文名字段名称字段类型长度是否为空 用户名u s e m 锄e v a r c h a r2 0n o t n u l l 用户密码 u s e p a s s w o r dv a r c h a r2 0n o t n u l l 用户姓名u s e r t r u e n a m e v a r c h a r2 0n o tn u l l 用户单位 u s e r u n i tv a r c h a r8 0n o t n u l l 用户电话 u s e r p h o n ev a r c h a r3 0n o t n u l l 电子邮件 u s e r e m a i lv a r c h a r8 0n u l l 用户类型 u s e r t y p e v a r c h a r2 0n o tn u l l 职位 d u t y v a r c h a r2 0n o t n u l l 1 4 表2 - 2 报文文件信息表 t a b2 - 2d e f i n i t i o no f t e l e g r a md o c u m e n ti n f o r m a t i o n 字段中文名字段名称字段类型长度是否为空 上传用户u s e m 锄ev a r c h a r2 0n o t n u l l 上传单位 u s c r u n i tv a r c h a r8 0n o t n u l l 应答器编号 f i l e n u mv a x c h a r5 0n o t n u l l 上传时间 u p t i m e d a t e t i m e8n o t n u l l 报文类型 f i l e t y p e c h a r 1 0 n o t n u l l 上传类型 u p t y p e c h a r 1 0 n o t n u l l 报文附件r e c o r d f i l ev a r c h a r8 0n o tn u l l 记录状态 r e c o r d s t a t ev a r c h a r2 0n o t n u l l 表2 - 3 用户操作信息记录表 t a b 2 - 3d e f i n i t i o no fu s e ro p e r a t i o nn o t ei n f o r m a t i o n 字段中文名字段名称字段类型长度是否为空 用户名 u s e m a m ev a r c h a r2 0n o t n u l l 操作动作 u s c r a c t i o nv a r c h a r8 0n o tn u l l 执行时间 r e c o r d t i m ed a t e t i m e8n o t n u l l 3 报文信息管理软件的设计 3 1 系统网络的设计方法 3 1 1b s 模式的特点 1 b s 模式的概念及特点 b s 模式( 架构风格) u p 浏览器服务器模式，其具体结构是由客户端浏览器、 w e b 服务器、应用服务器和后端的数据库服务器组成。【1 2 j 2 b s 模式较c s 模式具有很多自己优点： 1 ) b s 模式简化了客户端。它无需像c s 模式那样在不同的客户机上安装不 同的客户应用程序，而只需安装通用的浏览器软件。这样不但可以节省客户机的 硬盘空间与内存，而且使安装过程更加简便，网络结构更加灵活。 2 ) b s 是用户的操作变得更简单。对于c s 模式，客户应用程序有自己特定 的规格，使用者需要接受专门培训。而采用b s 模式时，客户端只是一个简单易 用的浏览器软件。无论是决策层还是操作层的人员都无需培训，就可以直接使用。 b s 模式的这种特性，还使信息管理系统维护的限制因素更少。 3 ) b s 特别适用于网上信息发布，使得传统的m i s 的功能有所扩展。这是 c s 所无法实现的。而这种新增的网上信息发布功能恰是现代企业所需的。这使得 企业的大部分书面文件可以被电子文件取代，从而提高了企业的工作效率，使企 业行政手续简化，节省人力物力。 1 3 , 1 4 】 3 1 2 系统网络实现相关技术 1 j s p 技术 动态网页开发技术发展中，出现了客户端动态网页和服务器端动态网页两种 技术。与客户端模型相比，服务器端动态模型中h t m l 源代码与混合在其中的一 套指令一起被传回到w e b 服务器。当用户请求该页时，这些指令在服务器上被处 理，然后只有描述最终页的h t m l 代码才会再返回到客户端浏览器，并且这可以 保证大多数的浏览器都能够显示该页。目前常用的用于开发服务器动态网页技术 的有j s p 、a s p 、p h p 等。【1 5 】 本系统采用j s p 技术开发，j s p 的全称为j a v as e r v e rp a g e s ，是由s u n 公司主 导的j a v a 社群推出的用于w e b 应用服务的一种编程技术。j s p 采用在h t m l 中嵌 入j a v a 代码的方法，能够比较容易地建立起功能强大、有弹性的动态内容。 j s p 的具体执行过程如下图： 1 6 图3 1j s p 的具体执行过程 f i g3 - 1t h ej s pe x e c u t ef l o wc h a r t 2 j a v a b e a n 组件技术 在系统的分析阶段，通过对系统的综合研究，对问题域进行抽象，准确地理 解系统的需求和内部运行机制。在正确地定义问题域后，通过建立系统的功能模 型和对象模型，充分理解了用户对系统的需求。我们不难发现，系统中所有的行 为都是围绕对象( 如用户、报文数据文件等) 及其对象的动作( 如用户注册、上传报 文数据、权限检查等) 展开的，而相同或相似的对象及其动作往往需要在多个不同 的功能模块中重复出现。这样往往功能几乎完全相同的程序代码段需要在很多地 方重复出现，不但影响了开发的效率，也使得程序出错的可能增大，降低了程序 质量，并且给程序代码的维护、扩展工作也带来很多不必要的麻烦和额外的工作 量。为了解决这一问题，我们采用了组件技术。0 6 组件( 又称为部件或构件) 是具有一定功能的、能够独立工作或同其他组件组合 起来协调工作的软件模块。每个组件包含一组属性、事件和方法，使用者通过组 件的接口使用组件，而不用关心其内部实现和运行的方式。组件可以一次编写， 随处执行，随处重用，只需要更新或替换相应组件就可以完成对组件或程序的维 护。 组件技术是指用可重用的组件来构造应用程序。软件的组件化不需要代码的 重新编译和连接，而是直接将组件作为功能模块在二进制代码级用于软件系统的 1 7 装配。使用组件技术方便性在于：每一个组件都可以在不影响其他组件的情况下被 升级，可实现软件的快速升级，减少系统的维护工作；同时，由于一个组件可用 于多个系统模块，故程序具有很高的可重用性。近几年来，组件在基于w e b 应用 的开发中得到了广泛应用，应用组件技术可以明显地提高开发效率和开发质量， 极大地增强软件的重用能力，同时也使得程序的后期维护也变得极其方便。 在系统丌发过程中，我们充分利用了j a v a 的组件技术，将一些通用应用逻辑 封装到j a v a b e a n 或j a v a 类中，增强了代码的重用能力，提高了开发效率，减轻了 维护量。将以上描述的系统功能以组件方式实现，系统设计的组件有：查询组件、 上传组件，以及几乎在所有功能模块中重用的功能类：数据库连接管理类、权限 检查等。通过组件的开发，减少了代码重复，提高了开发效率，也增强了系统的 安全性。 j a v a b e a n 是用j a v a 语言编写的可重用的软件组件。实际上，j a v a b e a n 就是一 种j a v a 类( c l a s s ) ，通过封装属性和方法成为具有某种功能或者处理某个业务的对 象j a v a b e a n 与j a v a 程序的类之间的区别是：任何一个符合某种属性和事件接口定 义