（计算机科学与技术专业论文）基于wince的移动数据集中器研究.pdf

武汉理j = 火学硕+ 学位论文 摘要 公共事业网络表系统是远程自动抄表系统在燃气管理领域内的实际应用与 扩展。它由表具数据采集与监控子系统和燃气服务信息子系统两大部分组成。 表具数据采集与监控子系统，提供表具实时运行状态和用气数据，物理上由中 心服务器、通信网络、中继器( 或者移动设备) 、终端网络和网络燃气表组成。 燃气服务信息子系统，提供各种信息服务，物理上由网络表服务器和远程终端 组成。 本课题研究是基于公共事业网络表项目背景，开发一个w i n d o w sc e 嵌入式 操作系统下的移动数据集中器。开发该移动设备的主要目的在于进步完善网 络表系统的实用性和灵活性，使其可以在系统应急情况下承担服务器和终端表 具之间的通讯桥梁作用，同时完成一些系统应用中经常需要的业务功能，比如 表具设备安装、维修管理、应急抄表等。本文主要围绕移动数据集中器的开发 展开研究，具体主要研究工作体现在以下几个方面： ( 1 ) 分析了l i n u x 、w i n d o w sc e 等嵌入式操作系统的特点。着重剖析了 w i n d o w sc e 的体系结构、通信能力以及移动应用开发技术。 ( 2 ) 针对移动数据集中器的通信需求，研究了多种常见通信技术，包括串 口通信、以太网网络通信，g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e i c e ，通j l j 分组无线 服务技术) 广域网和w i f i ( w h l e s sf i d e l 畸) 局域网无线通信技术等。 ( 3 ) 本文还研究了n e t 框架及其精简框架n e tc o m p a c tf r a i i l e w o r k ( 简 称n e tc f ) 的异同。着重分析了n e tc f 的智能设备开发技术。 ( 4 ) 为了使服务器和终端表具之间，能按照统一的格式进行通信，设计了 一种用于规范数据的通信命令帧。针对移动数据集中器中数据需要存储的问题， 研究了s q ls e r v e rc e 的本地数据访问技术和远程数据库同步技术。 ( 5 ) 基于上述各项技术的研究，最后对具有网络通信和数据采集能力的移 动数据集中器进行开发。并将其应用到公共事业网络表系统中，用v i u a l s t u d i 0 2 0 0 5 的设备仿真器和物理设备n l s p t 9 8 0 分两阶段进行系统的功能和性 能测试。 关键词：移动数据集中器，串口，g p r s ，w i f i ，嵌入式系统 a b s t r a c t n 咖o r km e t e rs y s t e mi sap r a c t i c a la p p l i c a t i o n 觚de x p a l l s i o no fr e i i l o t e a u t o m a t i cm e t e rr e a d i n gs y s t 锄i l le i l e r g yc o n t r 0 1f i e l d i tc o i l s i s t so fm e 衙d a t a c o l l e 甜n g 觚dm o l l i t 0 血gs u b s y s t e i n ，g a ss e r v i c es u b s y s t 锄t 1 1 ef o 册e rs u b s y s t 锄 c o i l s i s t so fs e r v c o i i l 】r n u i l i c a t i o i l sn e t 、o r k ，r e p e a t e r0 rm o b i l ee q u i p m e 鸲t 锄i n a l m ：弧r o r ka n dg 舔m e t e rw l l i c hs u p p l ym e t e rr e a lt i m er 咖【芏l i n gs t a t ea i l dg a sd a t a t h e l a t t e rc o n s i s t so fn e t w o r ks e e r 、 r e m o t et e n n i n a lw h i c hp r o v i d ea l lk i n d so f i n f o n n a t i o ns e i c e s t h i sm e s i sp r e s e n t s 廿l ew o r ko fd e v e l o p i n gam o b i l ed a t ac o n c 锄t o ri i l n e 帆o r km e t e rs y s t 锄u s i n gw i n d o w sc ec n m e d d e do p 耐i n gs y s t e m t h ep r i m a 巧 p u 巾o s et od e v e l o pt h i sm o b i l ee q u i p m e i l ti st of b | m l e ri m p r o v es y s t e l l lp m 幽c a b i l i t y a n df l e x i b i l 时o nt l l ew h o l e 锄dm a l ( ei tac o m m u n i c a t i o nb r i d g eb e t w e e l ls e r v e r 觚d t e 订= i l i n a lm e t e ri nc a s eo fe n l e r g e n c y 锄da c c o m p l i s hs o m ec 0 m m o n 如n c t i o i l si n a p p l i c a t i o n a tt h es 锄et i m e ，s u c h 笛n 咖。出m 酏e rc q u i p m e n ti n s t a l l a t i o 玛 m a i l l t 胁趾c em a i l a g e m e n t ，r e a d i n gm e t i e r si n 锄e r g e n c 弘e t c i nm et 量l 商s ，m e d e v e l o p 脒m to fm i ss y s t e mi sa i l a l y z e di n 驴a te i e t a i l t i l em 勾0 rr e s e a r c hw o r ki s 懿 t l l e 如1 l o w i n 缪： ( 1 ) l i n u xa i l dw j l l d o w sc e 叩砒g s y s t e ma r e 觚a l y z e da n d 廿l e 枷t e c t u r e ， c o m 肌l i l i c a t i o nc a p a c i t ya i l dm o b n ea p p l i c a t i o nd c v e l o p m e mt e c h n i q u eo fw i n d o w s c ea r ed i s c i = 略s o di i ld e t a i l ( 2 ) a na i l a l y s i so fm u l t i p l ec o m m o n c 0 删m l l l i c a t i o nt e c ：i l i l o l o 酉e s ，i n c l u d es 耐a l c o m 彻m i c a t i o me m 咖e tc o m m l m i c a t i o i l ，g p r sw a n 鲫dw i f il a nw 渊e s s c o m m u n i c a t i o n ，雒dm ec o m m u i l i c a t i o nr e q u i r e m e n to fm o b i l ed a t a c o n c e 蝴ra r e c 删e d o 此 ( 3 ) t h es i m i l 撕t i e s 锄dd i 舵舰c e sb 咖e e n n e tf r 锄e w o r k 锄d n e t c o m p a c tf r 觚l e w o r ka r e 锄a 1 ) ，z e d t h el a t t e ri sa n a l y z e dm o r o u 曲l yi i lt l l em a 钍e ro f i i l t e l l i g e i l te q u i p m e n td e v e l o p m e n tt e c h n 0 1 0 9 y ( 4 ) al l i l i f o mo fd a t a u n i c a t i o n 蝴a n d 纳m e si sd e s i 鹊e dt om a k e a u 1 1 i t ec o m m u n j c a t i o nf o n n a ta m o n gs e r v e r d a t ar e p e a t e ra 1 1 dt e r m i n a lm e t e r s q l h 武汉理 大学硕十学位论文 s e r v e rc e s l o c a ld a t aa c c e s sa i l dr e l l l o t ed a t a b a s es y n c h r o n o u st e c h n o l o 百e si n c o t l n e c t i o nw i md a t as t o r a g eo f m o b i l ed a t ac o n c e n t r a t o ra r ea i l a l y z e d ( 5 ) f i n a l l y am o b i l e d a t ac o n c e i l t r a t o rw h i c hc a p a b i l i t i e so fn e t 、o r k c o 咖叭m i c a t i o na i l dd a t ac o l l e c t i n ga r ed e v e l o p e d n e i la p p l yi tt 0n e 附o r km e t e r s y s t e m n sf 1 1 n c t i o na n dp e r f b 胁a i l c ea r et 鹤t e di nt 、) l r ow a y sw i t i lv i s u “s t u d i 0 2 0 0 5 a n dp h y s i c a le q u i p m e n tn l s p t 9 8 0 k e y w o r d s ：m o b i l ed a t ac o n c e l l 打a t o r ，s 酣a lp o n ，g p r s ，w i f i ，e n l b e d d c ds y s t e m s l 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，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 含为获得武汉理工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。 签名：日期： 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定， 即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位 论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认 可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会 公众提供信息服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：昂“年 导师( 签名) ：j i 两哪日期 武汉理t 火学硕士学位论文 第l 章绪论 1 1 自动抄表系统的研究背景及现状 随着社会的发展，水电气仪表在人们的r 常生活中得到了大量普及，不仅 在数量上成倍增加，仪表自身的工作方式也从早期的机械表，发展到后来的i c 卡表【l j 。然而，一直以来对能源仪表的数据抄收和统计是能源管理使用过程中的 一个大问题。 在机械表时代，能源仪表抄收体系是以人工入户抄收为主。在这一阶段困 扰能源服务提供商的问题有入户抄表难、催费收费难、抄表员工作效率不高、 能源储备控制难等一系列问题。对于用户来说，允许抄表员入户进行抄表业务 本身就是一件难接受以的工作方式。虽然i c 卡表系统的出现，有效解决了传统 抄收体系中的主要难题，在过去的十多年中，也得到了较大的发展。但是，i c 卡表存在非预收费模式和户外挂表时，使用难度大、可以提供用户服务质量水 平较低、缺少直观数据反馈回路，发现和解决运行中出现的问题的反应速度慢， 不能有效地对能源使用过程中的状态进行实时监测和控制等局限性。这一系问 题在一定程度上制约了i c 卡表系统的进一步发展。正是由于以上这些抄体系存 在着诸多不足，促使了自动抄表系统的诞生。 自动抄表( a u t o m a t i cm e t e rr e a d i n g ，简称a m r ) ，是指采用计算机、通信、 自动化等技术，通过专用设备对各种仪表( 如水表、电表、气表等) 数据进行自动 采集和处理【2 1 。它一般是通过数据采集器对仪表数据进行采集，数据经过传输控 制器初步处理后，通过通信网络上传至服务器，由计算机对数据进行统计处理。 自动抄表系统具有高度集成性，集软件、硬件为一体，对各种仪表数据信 息以及各种故障数据信息自动正确采集、传输、统计及综合分析的系统。具有 抄收速度快、计算精度高、便于管理，必要时还可以通过网络和营业收费系统 相连实现抄表收费一体化等优点【3 1 。自动抄表系统可以降低抄表人员的劳动强 度、降低抄收成本、降低人为因素造成的抄表误差，更重要的是提高了抄表的 实时性和准确性，使能源服务提供商能迅速准确的对能源储备进行调控，以实 现企业乃至行业经济效益的提高和现代化管理水平的进步。 欧美发达国家在9 0 年代初就有了自动抄表系统的实际应用。我国远程自动 武汉理t 火学硕十学位论文 抄表系统的起步比国外晚，2 0 世纪9 0 年代初国内许多研究机构和企业才纷纷投 入对远程抄表技术的研究，之后相继有多种远程抄表系统陆续问世。近年来， 国内远程自动抄表技术发展迅速，并形成了多种抄表方式并存的格局。系统功 能己从单纯的远程抄表，发展到具有实时监控仪表状态、实时流量统计、远程 控制仪表、计费收费及银行联网等集多功能于体的系统，通信方式也由早期 的单一电话拨号发展到多种通信方式( 电话、无线、专线等) 并存的局面。 1 2 移动数据集中器研究的目的及意义 在远程自动抄表系统中，一般由三大部分组成：抄收服务器、中继器与终 端表具。抄收服务器对终端表具的数据进行统一管理，以多种形态为用户提供 直观、便捷的信息服务【4 j ；表具作为自动抄表系统的功能终端设备，是自动抄表 系统中的信息之源，它记录用户消耗的有价实体( 如水、电、燃气) 的数量等 信息。带有实时的数据采集与终端设备监控功能的中继器，负责服务器与终端 表具之间的通信和数据中转功能，是自动远程动抄表系统中的重要环节。 公共事业网络表系统是远程自动抄表系统在燃气管理领域内的实际应用与 扩展。基于w i n d o w sc e 嵌入式操作系统的移动数据集中器的研究目的是为了进 一步完善公共事业网络表系统的实用性、应急性和灵活性。该移动设备可以在 基于网络表系统的框架下，实现与服务器和终端表具间的多种方式通信，为工 作人员在移动作业环境下提供多种业务操作支持。 随着公共事业网络表系统的推广，网络表用户数量激增，工作人员在移动 环境下作业的强度也大幅度提高。在面对表具设备安装和表具维修等业务时， 如果工作人员可以携带一个移动设备到现场完成各种业务数据的处理，将避免 工作人员为了向服务器提交或者获取某些数据而多次往返于作业现场和公司之 间，这样就能节省大量的人力和物力，并且能大大提高相关人员的工作效率。 特别是在终端网络出现故障时，移动设备如果能实时采集和监控终端网络上的 网络表，完成中继器的数据采集和监控表具状态功能，将进一步完善公共事业 网络表系统的性能，提高系统的服务质量。这种实际需求的实现也将促进远程 自动抄表事业的发展。这也是本课题研究的意义所在。 2 武汉理t 大学硕+ 学位论文 1 3 移动数据集中器研究的主要内容 移动数据集中器在研究过程中，涉及的技术主要有：嵌入式系统、网络通 信技术，嵌入式移动数据库，n e t 移动设备应用系统开发技术等。本文研究的 具体工作内容包括以下几个方面： ( 1 ) 研究和比较了l i n u x 、w i n d o 、v sc e 等常见嵌入式操作系统的特点。着 重剖析w i n d o w sc e 的体系结构，以及其移动应用的一些关键开发技术。重点研 究了w 砌o w sc e 对串口操作的支持和对各种通信技术的支持情况。 ( 2 ) 针对移动数据集中器的通信需求，研究了多种常见的通信技术，包括： 用于近距离通信的串口通信；应用广泛，传输速率高的以太网网络通信；以及 g p r s 广域网和w i f i 局域网无线通信技术等。 ( 3 ) 本文还对m i c r o s o f i 解决方案中的n e t 框架及其精简框架n e t c f ( n e tc o m p a c tf r 锄l e w o r k ) 进行了比较。分析了这两种框架的类库构成及具体 的应用场景。对n e tc f 的移动智能设备开发技术进行了重点研究。 ( 4 ) 针对移动数据集中器中数据需要存储的需求，研究了s o ls e r v e rc e 的本地数据访问技术和远程数据库同步技术。 ( 5 ) 研究和设计了通信命令帧，为移动数据集中器与服务器和表具之间的 数据通信提供一种通用的规范协议。命令帧的设计，为数据通信提供了统一的 格式，通过命令帧数据的校验，可以为数据通信提供了安全保障，确保系统进 行稳定准确的通信。 ( 6 ) 验证了本文所提出移动数据集中器设计方案的可行性。选取n e tc f 为开发框架，采用三层模型开发移动设备上的m d c ( m o b i l ed a t ac o n c 啪a t o r ) 应用系统，并随之将其应用到公共事业网络表系统中，分两阶段分别用刚 s t l l d i o2 0 0 5 提供的设备仿真器和物理设备n l s p t 9 8 0 进行系统的功能和性能测 试。 1 4 论文的结构 本论文共分六章，各章节内容安排如下： 第1 章，绪论。阐述了远程自动抄表系统的研究背景和国内外的研究现状， 移动数据集中器研究的目的和意义，以及本文所研究的主要工作内容。最后介 绍了本论文的组织结构。 武汉理：r 大学硕七学位论文 第2 章，移动数据集中器的分析。本章介绍了公共事业网络表系统的逻辑结 构和网络结构，以及移动数据集中器在该系统中扮演的角色。阐述了移动数据 集中器的应用场景，对移动数据集中器上待实现的业务功能进行了详细分析， 最后对开发过程中的值得注意的关键问题进行了描述。 第3 章，移动数据集中器方案设计。本章首先提出了移动数据集中器的设 计方案，并对该方案的思想进行了详细描述。介绍了n l s p t 9 8 0 型p d a ( p e r s o n “ d i g i t a la s s i s t a n t ，个人数字助理) 及其基本参数，m d c 应用系统的运行环境和开 发环境。最后，分析了m d c 应用系统的整体架构，包括应用程序的三层开发架 构和系统的功能架构。 第4 章，移动数据集中器应用系统的实施。本章对移动设备上m d c 应用系 统的实施过程进行了详细介绍。本章首先介绍了设备仿真器的多种参数配置， 包括串行端口的映射、t c p p 网络的配置，以及r d a ( r e m o t ed a t aa c c e s s ) 服务 器的配置过程。随后描述了命令帧的设计原则和命令帧格式的详细设计。最后 对m d c 应用系统的设计和实现过程，按照三层结构分层进行了详细阐述。 第5 章，测试与结果分析。本章主要介绍了对移动数据集中器的测试过程。 首先测试了移动数据集中器对本地嵌入式数据库中数据的访问功能，然后对移 动数据集中器的各个具体业务功能进行了测试，最后对测试结果进行了分析总 结。 第6 章，总结与展望。本章主要对此次课题研究工作进行总结，在肯定了 本人对课题研究付出努力的同时，指出了研究过程中出现的不足之处，对其原 因进行分析之后，为下一阶段的研究确定了方向。 4 武汉理上大学硕士学位论文 第2 章移动数据集中器的分析 本章节的主要内容将围绕移动数据集中器的需求分析进行展开。根据移动数 据集中器的现实应用场景，重点分析了m d c 应用系统上的业务功能及开发中的 关键问题。 2 1 公共事业网络表系统 随着社会的进步，通信手段同益丰富，通信费用不断下降，利用通信网络实 现对能源仪表的抄收和监控的条件已经成熟，使用智能型表具改革传统抄收体 系有了全面的需求。公共事业网络表系统正是在这样的市场需求下应运而生， 公共事业网络表系统从技术上是将分布式实时表具数据采集与监控系统与基予 w 曲的燃气服务信息系统相结合，逻辑上由表具实时运行控制子系统和燃气信 息服务子系统两大部分组成。表具实时运行控制子系统，简称表具监控子系统， 提供表具实时运行状态和用气数据。燃气服务子系统，提供对系统中各种信息 的管理服务，让网络表系统远程客户终端的客户和操作员，可以通过浏览器， 使用网络表服务器提供的信息服务。 2 1 1 公共事业网络表系统逻辑结构 公共事业网络表系统由网络表、中继器、服务器和移动设备组成，采用多种 通信方式实现四部分之间的数据通信。 网络表：按通信工作方式分成短信表、短距离无线表( 简称无线表) 和有线 表。 中继器：按其与服务器通信方式分成短信中继器和g p r s 中继器。 服务器：在功能上可分成通信服务器、发布服务器和数据库服务器。 移动设备：按应用方式上的不同可以分为手抄机和移动数据集中器。 网络表用于测量和记录用户燃气使用量；发送表具运行数据；接受各类指 令；开启和关闭燃气通道。 中继器通过命令帧的转发用于收集终端网络内各表具的计量数据和运行状 态，接受服务器发出的各项指令，控制指定表具执行有关指令，上传各类数据 5 武汉理f 人学硕士学位论文 给服务器。 服务器分为通信服务器、发布服务器和数据库服务器。主要用于收集用户 表具用气数据，发送抄收和控制命令，监测各级设备和仪器的运行状态；存储 管理设备相关数据信息，以及燃气使用用户和账户等数据信息。并将系统进行 发布，供网络表系统远程客户终端进行下载和更新。 移动设备分为手抄机和移动数据集中器。手抄机主要用于对指定表具的抄 表业务。移动数据集中器则主要用于移动环境下完成多种业务功能操作，并把 相应操作数据结果上传至服务器。公共事业网络表系统的逻辑结构如图2 1 所 示。 f = 彳 l ! 三一 厂i i ，一一一 远程客户终端 服务请求 w 曲页面 三三j j t 网络表服务器 表具实时数据 = = = = = 今 控制命令 图2 1公共事业网络表系统逻辑结构图 2 1 2 公共事业网络表系统网络结构 表具实时运行控 制子系统 公共事业网络表从网络结构上说，主要由中心服务器、通信网络、中继器( 或 者移动终端设备) 、终端网络和网络表组成，其网络结构图如图2 2 所示。 按照网络结构所示，公共事业网络表系统从中心服务器到终端网络表可以按 照多种方式进行通信。按各部分通信方式的不同，有以下六种工作方式： 方式l ：通信服务器通过短信方式直接操作短信表。 方式2 ：通信服务器通过短信方式把命令发给短信中继器，短信中继器用短 距离无线通信方式将命令分发给其所管辖的无线表。 方式3 ：通信服务器通过g p r s 方式把命令发给g p r s 中继器，g p r s 中继 器用短距离无线通信方式将命令分发给其所管辖的无线表。 方式4 ：通信服务器通过g p r s 方式把命令发给g p r s 中继器，g p r s 中继 器用有线通信方式将命令分发给其所管辖的有线表。 方式5 ：手抄机从通信服务器下载命令文件，在现场以短距离无线通信方式 操作无线表，再将结果上载到服务器。 方式6 ：移动数据集中器从数据库服务器下载相关数据存储在本地数据库， 在现场使用短距离无线通信的方式、短信方式和有线通信方式等多种方式的 6 武汉理工大学硕十学位论文 一种操作网络表，再将操作结果通过g p r s 方式上传至服务器。 这六种工作方式可以在公共事业网络表系统中根据需求单一运行，或以某 种形式组合运行，也可同时运行。 国匹塾神。层 网络数据中继器 远程终端网络表中心服务器 移动数据集中器 手抄机 一 终端网络 一 终端通讯层( 无线， 、卜、十 4 8 5 ) 霉 ； 网络 7 一74 8 5 网络或无蠢 网络表 网络( 可选用无线 路由器) 图2 2 公共事业网络表系统网络结构图 武汉理工人学硕十学位论文 2 2 移动数据集中器的需求分析 2 2 1 移动数据集中器的应用场景 在公共事业网络表中，中继器的主要作用是接受服务器发出的各项指令， 采集和监测终端表具的各种计量数据和运行状态，控制指定表具执行有关指令， 并上传各类数据给服务器。在通信网络能正常工作的情况下，中继器能很好的 以低成本完成对网络表数据的采集和转发功能。但是当连接中继器和网络表的 终端4 8 5 网络出现通信故障时，服务器就不能对终端网络所连接的表具进行业 务操作。这时就需要一个移动设备来承担中心服务器和网络表的通信桥梁，完 成对网络表的应急操作，如应急抄表和控制阀门状态等。 在设备安装业务中，为用户安装表具之前需要核对表具使用的用户信息、 表具设备信息及其安装地址信息等。表具安装完成后则需要将安装信息及时反 馈给服务器。工作人员发现，如果能携带一个已存储备用数据的移动设备前往 作业地点，在现场完成设备信息的核对和安装信息的反馈将，将极大的提高他 们的工作效率。 此外，随着系统的推广和用户数量的激增，需要维修的网络表数量也与日俱 增，不断加大的工作量使表具设备维护工作人员疲于应付。而更让维护部门头 疼的是绝大多数故障并非机械故障，如果能有一种在在现场提供维修和测试业 务的移动设备，则很多故障就可以在现场进行排除，从而避免工作人员多次往 返公司对表具进行测试。同样这种需求还出现在安装新表具之后，通过移动设 备对新安装的表具的运行情况进行测试。 移动数据集中器开发的主要目的正是来自以上的现实需求。开发该移动设 备将进一步完善公共事业网络表的实用性和灵活性。 2 2 2m d c 系统的业务分析 根据根据上述对移动数据集中器应用场景的分析，可以将移动数据集中器 应用系统( 简称m d c 应用系统) 需要完成的主要业务，按照功能分为表具设备 安装业务、应急抄表业务和维修管理业务，以及其它辅助业务。 表具设备安装业务针对安装表具对象的不同分为网络表安装业务和中继器 安装业务。在安装网络表的过程中涉及到安装信息的核对，网络表安装信息和 所属中继器的配置信息反馈业务。工作人员在现场作业时，通过访问本地嵌入 8 武汉理工大学硕+ 学位论文 式数据库中的数据( 通过从中心数据库下载) ，查询安装前的相关信息，核实网 络表的用户信息和网络表的设备信息是否正确。表具安装完成后，移动数据集 中器需要发送命令帧给通信服务器，报告表具设备安装信息和配置信息。 维修管理业务又可分为维修申报、维修换表和维修测试业务。工作人员在 对现场故障情况进行了确认后，通过维修申报业务向服务器提交维修申请。维 修换表业务用于支持维修服务中网络表需要更换的业务，该业务建立在网络表 安装业务之上，更换表具后需要将新表具和旧表具信息组成命令帧反馈给通信 服务器。维修测试业务主要用于测试终端表具运行是否正常，比如通过发送开 关阀门命令帧给新安装或者待维修的网络表，看表具是否能j 下常接收命令帧并 执行正确的操作，操作完成后反馈信息是否有异常。 应急抄表业务又可分为抄指定表数据和抄集合表。移动数据集中器使用多 种通信方式发送命令帧，对终端网络中的表具执行抄表业务。该命令帧可以是 通过转发从通信服务器接收过来的帧，也可以是直接在移动数据集中器上组合 的帧。抄表完成后，将抄表数据转发给中心服务器。 2 2 3m d c 系统的功能分析 为了实现m d c 系统的设备安装、维修管理和应急抄表等功能，基于w i n d o w s c e 嵌入式操作系统的移动数据集中器应具有以下主要功能： 支持与终端表具设备近距离的无线通信。 支持与通信服务器进行远距离无线通信。 支持与通信服务器经由h n e n l e t 进行通信。 支持本地嵌入式数据库的读写，以及远程数据库与本地数据库的交互功能。 提供接收、解析和转发命令帧的功能。 提供设备安装、维修管理、应急抄表等业务功能。 提供友好的用户操作界面给工作人员使用。 2 3 移动数据集中器开发的关键问题 移动数据集中器在开发过程中面临的关键问题主要包括两点：其一是移动 设备上多通信方式的实现，另一点则是移动设备对本地嵌入式数据库访问和远 程数据库服务器访问以及保持本地和远程数据的一致性。 在公共事业网络表系统中网络表分为无线表、短信表和有线表。移动数据 9 武汉理一 人学硕士学伊论文 集中器能接收从远程服务器传送进来的命令帧，并解析命令帧的业务功能，转 发命令帧完成对网络表相应的功能操作。为了实现对三种不同通信方式网络表 的操作，移动数据集中器与网络表的通信应该提供短距离无线通信的方式、短 信通信方式和有线通信方式。 移动数据集中器向终端网络表发送命令帧，接收终端网络接口返回的命令 帧并对其进行解析后，将数据存储到本地数据库为下一步业务逻辑操作做准备。 通过操作串口采用g p r s 或n e n l e t 通信技术转发至中心服务器。因此移动数据 集中器要完成与远程通信服务器的远距离无线通信或经由h l t e n l e t 进行通信，并 为不同通信模块提供通信接口。 移动数据集中器会安装嵌入式数据库以提供移动设备数据存储和管理功 能。在使用表具设备安装等业务功能中还有访问数据库服务器的需求。访问远 程数据库时提供多种权限验证方式，保证访问过程中数据的安全。同时，本地 数据库在更新后应该与远程数据库中的数据保持同步，确保数据的一致性。 移动数据集中器的应用主要是针对一些移动环境的场合，它和其他嵌入式设 备一样有资源利用的限制问题，所以在m d c 应用系统的设计过程中提高系统的 运行效率和系统的稳定性上也显得尤为重要。 2 4 本章小结 本章介绍了公共事业网络表系统的逻辑结构和网络结构，以及移动数据集中 器在该系统中扮演的角色。阐述了移动数据集中器的应用场景，对移动数据集 中器上待实现的业务功能进行了详细分析，最后对开发过程中的值得注意的关 键问题进行了描述。 l o 武汉理 ：大学硕十学位论文 第3 章移动数据集中器方案设计 基于上一章对移动数据集中器需求的详细分析后，本章从硬件部分p d a 的 选择，m d c 应用系统运行环境和开发环境的选择三个大的方面考虑，提出了一 个移动数据集中器的设计方案，并对方案各环节中的细节进行了详细介绍。 3 1 移动数据集中器设计方案 在本文移动数据集中器的研究中，需要充分考虑移动设备在公共事业网络 表系统中的实用性、移动坏境下的通信安全可靠性、低成本、功能的灵活和扩 展性等原则，提供设备的多通讯方式、大容量数据转发和存储能力，完成表具 设备安装、维修管理服务和应急抄表等业务功能。所以在移动数据集中器的设 计开发中综合从硬件设备，m d c 系统的运行环境和开发环境三个大的方面，进 行设计方案的考虑。在整体开发框架上采用微软的解决方案。系统的具体运行 环境及开发环境如表3 1 所示。 表3 1移动数据集中器开发环境 p d an l s p t 9 8 0 嵌入式操作系统 m i c r o s o rw i n d o w sc e6 0 操作系统 开发和运行框架 n e tc 0 m p a c tf r a m e w o 出2 o 数据库服务器s q ls e e r2 0 0 0 客户端数据库s q l s e r v e r c e2 0 开发工具 s u a ls t i l d i o2 0 0 5 程序语言c 挣 同步软件a c t v e s y n c 4 5 3 2p d a 的选择 p d a ( p e r s o n a ld i 百t a ja s s i s t a n t ) ，即个人数码助理，一般可以细分为电子词 典、掌上电脑、手持电脑设备和个人通讯助理机四大类【5 1 。由于技术和市场的发 展，后两者已经慢慢融合在一起了。 武汉理t 人学硕士学位论文 移动数据集中器的基本功能包括采用多种形式的通信方式与网络表和服务 器进行通信，从而实现对终端表具的数据采集和状态监控，并把操作结果经过 通信网络反馈给通信服务器。与此同时，移动数据集中器还要提供本地数据存 储功能。因此用于开发移动数据集中器的p d a 必须支持多种通信方式，具有强 大的数据存储功能。 市场上这样的p d a 设备很多，用于移动数据集中器开发的n l s p t 9 8 0 就是 n e w u 蝌d 公司生产的一款便携式、灵活易用的移动数据终端。该系列产品具 有完善美观的智能图形界面，操作方便。配置大容量存储模块，可采集多种载 体数据，提供强大的无线数据通讯能力【6 】。具有多功能、高性价比和高工业等级 的特点。配套的软件开发工具包，可以在设备上方便地编写各种应用程序进行 二次开发。 n l s p t 9 8 0 的主要性能参数为： 采用i n t e l x c a l ep 蛇7 0 高性能c p u ，主频为31 2 m h z ；内存的标准配置为 融气m “m ，1 2 8 mn a n df l a s hr o m ，提供m i n is d 内存扩展槽，最大容量可扩 展至2 g 。 支持多种通讯方式：9 0 0 1 8 0 0 m h z 的s m 卡g p r s 双频通讯，传输速度 可达8 5 4 k b p s ；8 0 0m h z ，传输速度可达1 5 3 6 l ( _ b p s 的c d m a 广域网无线通讯； w i f i 局域网无线通讯，i e e e8 0 2 1 l b ，2 4 g h z ；支持蓝牙和红外功能等【7 1 。 具有u s bs l a v 硼o s t 接口和全功能的r s 2 3 2 串口；提供语音通讯耳麦插口、 专用的充电插口。 2 8 英寸2 6 万色触摸显示屏，能提供优质的图形界面；带有手写汉字输入 功能，2 5 个按键设计。 内嚣激光、r f i d 和i i i l a g e 识读引擎，含有光学系统，图形数字化图形处 理，解码软硬件等一系列核心技术，可采集多种载体数据。配置待机时间可高 达1 5 0 小时的锂电池，使满负荷工作读码可超过5 0 0 0 次。具备两色反馈指示灯 【s 】，并设有读码提示声和振动提示装置，保证在非常嘈杂的环境下也能正常感知 读码结果，非常适合室外移动作业的工作环境。 3 3 加c 应用系统运行环境的选择 3 3 1 嵌入式操作系统 嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪，对可 1 2 武汉理丁大学硕十学位论文 靠性、体积、成本、功能和功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式操作系统 是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件。它能够有效地管理复杂的系统资 源，完成进程管理、设备管理、存储管理、中断处理等任务【9 】，能够把硬件虚拟 化，能够提供库函数、驱动程序、工具集及应用程序。 常见的嵌入式操作系统有l i n u ) 【、w i n d o w sc e 、p a l m o s 、u c o s i i 、v x w o r l 岱 等。n l s p t 9 8 0 设备上允许选用l i n u x 和m i c r o s o nw i n d o w sc e6 o n e t 两种嵌 入式操作系统，运行各种功能强大的应用程序【1 0 1 。 开放源代码这一特点，使l i n u x 在全球范围内具有众多的支持者。不过，使 用l i l l u x 开发难度较高，需要很强的技术实力【】。而基于w i n d o w sc e 的开发则 相对较容易，开发周期短，主要是针对应用层开发；l i i 腿核心调试工具不全， 调试不太方便，尚没有很好的用户图形界面【1 2 】。w i n d o w sc e 丰富的g u i 是其 一大特点，开发和调试工具强大；w i n d o w sc e 对传统的w i l l 3 2a p i 进行了良好 的继承，具有和w i r u 如w s 相似的操作界面和操作方法。w i n d o w sc e 支持多种通 信硬件，具备良好的通信能力【1 3 】。 基于以上分析，在n l s p t 9 8 0 设备上采用w i n d o w sc e n e t 嵌入式操作系 统支持移动数据集中器应用程序的运行。 w i i l d o w sc e 是m i c r o s o f t 公司为移动领域的智能设备开发专门设计的一款 嵌入式操作系统，是一个抢先式、多任务，具有强大通信能力的高性能实时嵌 入式操作系统【1 4 】。 1 ) w i n d o w sc e 嵌入式操作系统的系统结构 w i n d o w sc e 采用的层次化体系结构，有层次性强、可移植性好、组件化可 剪裁、强调编程接口和支持上层应用等特点【1 5 l 。w i n d o w sc e 的层次化体系结构 如图3 1 所示。 从下而上分为四层：w m d o w sc e 硬件层、o e m 层、操作系统层和应用程 序层。 ( 1 ) w i i l d o w s c e 硬件层 w i n d o w sc e 系统所需的最小硬件配置包括3 2 位处理器、用于线程调度的 实时时钟、用于存储运行操作系统的存储器【l6 1 。通常硬件平台可以支持其它的 外设，包括键盘、鼠标设备、串行和并行端口、以太网连接器、调制解调器、 通用串行总线设备、音频设备及打印设备等。 ( 2 ) o e m 层 o e m 层是一个硬件抽象层，它提供了硬件和操作系统之间的接口，界于系 武汉理丁大学硕十学位论文 统服务层与硬件之间，用来抽象硬件功能，实现操作系统的可移植性。在w i n d o w s c e 体系结构中，操作系统访问具体的硬件不必直接与硬件打交道，而是通过 o e m 层提供的a p i 进行访划1 7 1 。 应用程序层 i n t e n l e t 客 第= 方应用程序 用户 户端服务 界面 w i n d o w sc e 应用程序 应用和服务 操作系统层 c o r e d l l l 对象存储 l 多媒体技术 i g w e sl l 设备管理器 f 网络 w i n d o w sc e 内核 lo e m 抽象层io e m 层 ld t j ii 鄱罂奇肚l 驱动程序 f 上，o o 【l o a a e rli 目c 胃义下t 1 w i n d o w sc e 硬件层 图3 1层次化体系结构图 ( 3 ) 操作系统层 在操作系统层中，内核提供最基本的操作系统功能，例如进程调度、内存 管理、进程通信等，一个最小的可运行w i n d o w sc e 内核大小只占2 0 0 k b 左右【l 刀。 设备管理器提供对可安装设备的支持，允许在系统中安装诸如p c 卡存储器和调 制解调器之类的设备以扩充功能。多媒体技术模块将用户的输入转换为消息， 传送给应用程序和操作系统来处理。对象存储模块提供存储数据的能力。网络 通信模块用于支持有线或无线通信功制1 8 1 ，使w i n d o w sc e 设备能够与其他设备 进行连接与通信。用户可以选择自己需要的组件，去掉不必要的组件，根据具 体需求定制操作系统。这样可以适应不同需求，在减小内存的情况下，也能使 系统性能达到最优。 ( 4 ) 应用程序层 应用程序层是为特定的嵌入式系统应用而开发的程序，它工作于操作系统 层之上，通过a p i 来获得操作系统服务，也可以使用兼容于n e tf r a m e w o r k 的 开发元件：n e tc f 精简框架开发托管应用程序【1 9 】。基于、阢n d o w sc e 的应用程 1 4 武汉理工大学硕十学位论文 序开发相对较容易，开发周期短。 2 ) w i n d o w sc e 的特点 w i n d o w sc e 是一款硬实时嵌入式操作系统，支持低于1 0 微秒的中断延迟， 远优于其它实时嵌入式操作系统【2 0 】。它通常是运行在定制的硬件上，这种设计 的优点是可以通过缩小操作系统镜像尺寸，来降低处理器的功耗。w i n d o w sc e 在小内存的条件下，也能提供较高的性能，具有模块化、结构化，基于w i n 3 2 应用程序接口和与处理器无关等特点【2 i j 。w i n d o w sc e 提供可供选择的微处理 器，图形用户界面相当出色，它所支持的编程界面是w i i l 3 2 a p i 的子集，支持 超过1 0 0 0 个公共w i n 3 2 a p i 和几种附加的编程接口【2 2 1 。具有灵活的电源管理功 能，能延长移动设备的电池寿命。此外，还具有按需换页、共享存储、交叉处 理同步、支持大容量堆等高性能特性【2 3 】。w i n d o w sc e 的设计简单灵活、功能强 大，可在各种小型嵌入式系统中使用，在最新一代的高性能移动设备中也得到 了充分使用。 嵌入式操作系统具有可装卸性、强实时性、统一的接口、操作方便、强稳