（计算机应用技术专业论文）基于网络的数字监控系统的设计.pdf

摘要 f 随着社会的进步，人们在满足日常生活需要的前提下，对安全 防范提出了更高的要求，传统的电视监控系统己不能满足人们的 需求。随着计算机技术的飞速发展，在上个世纪末，出现了多媒 体数字监控系统。它大大增强了原有的功能，并增加了一些新的 功能。而且通过计算机网络，还可以实施远程监控。目前，数字 监控系统正在逐步取代传统的c c t v 电视监控系统。少 本文详细分析了数字监控系统的国内外现状和发展趋势，以及 现有产品中存在的一些缺点和不足。在此基础上，详细论述了基 于网络的数字监控系统的设计。它采用客户服务器模式，分为客 户端软件的和服务器端软件两部分。 本文共包括六章。第一章是髓控系统概述；第二章是开发平台 和相关协议；第三章是系统硬件结构；第四章是服务器软件的设 计与实现；第五章是客户端软件的设计，这是本文的重点。第六 章是系统测试及运行。最后是结束语，指出了一些本系统还需要 增强和改进的地方。 关键词：监控系统，多媒体y 网络，实时传输 a b s t r a e t w i t ht h ea d v a n c eo fs o c i e t y ，p e o p l ep r o p o s e dh i g h e rd e m a n dt ot h e s u p e r v i s o r ys y s t e m a tt h ee n do ft h el a s tc e n t u r y ，t h ed i g i t a ls u p e r v i s o r y s y s t e me m e r g e dw i t ht h er a p i d l yd e v e l o p m e n to ft h ec o m p u t e rt e c h n o l o g y i t e n h a n c e dt h et r a d i t i o n a lf u n c t i o n sa n da d d e ds o m en e wf u n c t i o n s i na d d i t i o n i tc a nc o n t r o lt h es u p e r v i s o r ys y s t e mi nd i s t a n c et h r o u g hc o m p u t e rn e t w o r k n o w ，t h ed i g i t a ls u p e r v i s o r ys y s t e mi su s e dm o r ea n dm o r e a tf i r s t ，t h ea u t h o ra n a l y s e st h ep r e s e n ta n dt h ef u t u r eo ft h ed i g i t a l s u p e r v i s o r ys y s t e m ，t h e np o i n t s o u ts o m e s h o r t c o m i n g s o ft h e d i g i t a l s u p e r v i s o r yp r o d u c t s t h a th a v eb e e nu s e d a t l a s t ，t h ed e s i g n a t i o no ft h e n e t w o r k - b a s e dd i g i t a ls u p e r v i s o r ys y s t e mi sd e s c r i b e d t h es y s t e mi sd e s i g n e d w i t hc sm o d e l s oi tc o n t a i n st w op a r t s ，t h ec l i e n ta n dt h es e r v e r t h e d e s i g n a t i o na b o u tt h ec l i e n t s o f t w a r ea n dt h en e t w o r km o d u l eo ft h es e r v e r s o f t w a r ea r em a i n l yd i s c u s s e di nt h i sd i s s e r t a t i o n t h e r ea r ef i v e c h a p t e r s i nt h i s p a p e r t h ef i r s tc h a p t e ri s t h eg e n e r a l s i t u a t i o na b o u tt h es u p e r v i s o r ys y s t e m t h es e c o n di sd e v e l o p m e n t a lt o o l sa n d s o m en e t w o r kp r o t o c o l s t h et h i r di st h eh a r d w a r ea r c h i t e c t u r eo ft h ed i g i t a l s u p e r v i s o r ys y s t e m t h ef o r t h i st h ed e s i g n a t i o na b o u tt h es e r v e rs o f t w a r e t h ef i f t hi st h ed e s i g n a t i o na b o u tt h ec l i e n ts o f t w a r e i ti st h ee m p h a s i so ft h i s d i s s e r t a t i o n t h es i x t hi st h et e s ta n du s i n go ft h es u p e r v i s o r ys y s t e m t h el a s t i s c o n c l u d i n gr e m a r k s h e r e ，s o m ed e f e a t so ft h ea u t h o r sd e s i g n a t i o na r e p o i n t e do u t ， k e y w o r d s ：s u p e r v i s o r ys y s t e m ，m u l t i m e d i a ，n e t w o r k ， r e a l t i m e t r a n s p o r t i n g h 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 作及取得的研究成果。据我所知，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 为获得电子科技大学或其它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己在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：蝎壶聋 日期：沙哆年月，。日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技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，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：翊连犟导师签名：笤：三蠡 日期：7 彬年月，口日 基于网络的数字监控系统的设计 引言 监控系统在保安系统中如同一双眼睛，在发生特殊情况时，不仅可以 及时报警，还可以记录发生事件的全过程，以便事后追踪。其重要性不言 而喻。传统的监控系统采用的是电视录像技术，因此也叫c c t v 监控系统。 随着摄像器件的固体化、小型化，以及电视技术的飞速发展，使c c t v 监控 系统已被广泛应用在银行、监狱、仓库、宾馆、小区、楼宇等的保安系统 中。 随着社会的进步，人们在满足日常生活需要的前提下，对社会安全防 范提出了更高的要求，传统的c c t v 电视监控系统已不能满足人们的要求。 随着计算机技术的飞速发展，在上个世纪末，出现了多媒体数字监控系统。 它不仅大大增强了原有的功能，而且增加了许多新的功能。 目前，我国已经有数字监控系统产品面市，且以极快的速度在市场上 推广。但是，通过比较后我们发现，现有产品大都缺少网络功能，没有充 分利用计算机网络的优势。在2 l 世纪的今天，计算机网络已经深入到社会 的各个角落，给人们的生活、工作、学习等各方面带来了巨大变化。缺少 网络功能的产品，无疑只能算是过渡产品。基于网络的数字监控系统正是 在这一背景下开发的。 本文下边将详细论述基于网络的数字监控系统的设计。 基于网络的数字监控系统的设计 第一章监控系统概述 监控系统大致经历了三个发展阶段。第一阶段，是模拟阶段。它是在 上世纪5 0 年代，随着电视技术的发展而逐步发展起来的。经历了几十年的 发展，它随着电视技术的成熟而不断完善，在实际生活中得到了广泛的应 用。第二阶段，是模拟、数字混合阶段。在8 0 年代中后期，出现了数字录 像机，它应用于监控系统取代了传统的模拟录像机，使得数据的存储和检 索更加方便。随着计算机得到广泛的应用，它也开始出现在监控系统中。 但是，由于当时计算机的处理能力有限，并且网络、多媒体等相关技术还 不成熟，所以，它在监控系统中只是部分取代了一些模拟部件。因此，该 阶段属于模拟技术向数字技术转变的过渡阶段。第三阶段，是采用纯数字 技术阶段。在上个世纪末，计算机技术得到了充分的发展，在监控领域， 它已具备全面取代模拟技术的能力。采用多媒体计算机进行信号处理的数 字监控系统，使得监控系统发展到一个崭新的阶段。 下边就对c c t v 电视监控系统和数字监控系统分别做一介绍。 1 1 传统监控系统 o c t v 监控系统一般由四部分组成：摄像、控制、传输、显示与记录。 摄像部分包括摄像机或摄像头、防护罩、安装支架和云台等。它负责摄取 现场景物并将其转换为电信号。0 0 i v 监控系统的控制部分主要包括输入、 输出信号的切换和报警处理等。它的作用是负责对突发事件的报警并启动 监控系统( 或2 4 小时监控) ，对视频信号进行分配和切换，以及进行多画 面分割等处理。传输部分包括视频放大器和传输电缆等。它的作用是负责 将视频信号进行放大并经视频电缆安全地传输到控制中心，然后通过解调、 放大处理后，将电信号转换为图像信号，最后送到监视器上显示出来或同 时把信息记录下来。显示部分通常采用多画面、大屏幕投影或电视墙显示 方式。记录设备通常采用的是时滞录像机，以便进行2 4 小时、3 6 小时或 基于网络的数字监控系统的设计 7 2 小时的连续报警录像。 c c t v 监视系统虽然仍在广泛使用，但是它有许多缺陷，己不能满足应 用的需求。首先，它采用的记录设备是录像机，无法进行长时间、无间断 地连续记录，最多几天就要换录像带。如果在换录像带时发生突发事件， 则系统无法记录。录像带体积大，且不宜长期保存。如果时间过长，录像 带宜发霉和粘连，导致无法重放。录像检索困难，速度慢。进行异地检索 时只能把录像带拿过去，无法借助网络快速传输。c c t v 监视系统占地面积 大，一般需要专用的监控室，且价格昂贵，动辄几十万、上百万。c c t v 监 视系统操作复杂，需要专门培训的人员才会操作，且只能在监控室中进行 控制，无法实施远程监控。虽然它也可以通过微波、卫星或加长传输电缆 等方式来扩大传输范围，但它使用的仍然是电视技术，无法根除电视技术 固有的缺陷。 1 2 数字监控系统 随着计算机技术的飞速发展，计算机的处理能力越来越强，应用越来 越广泛。多媒体技术是计算机技术的一个重要分支，它使计算机可以非常 方便地处理语音、图像、动画、视频等多媒体信息。把计算机多媒体技术 引入到应用广泛的监控系统，不仅可以降低成本，而且可以增强监控系统 的安全性，使监控系统使用更加方便，功能更加丰富。在上世纪末，出现 了使用多媒体计算机作为主控设备的数字监控系统。 数字监控系统的摄像部分采用数字摄像头，摄取的信号采用工业控制 机进行信号处理，最后用显示器进行显示，用大容量硬盘来记录信息。数 字监控系统采用数字技术不仅可以完全实现并增强原有的功能，而且增加 了一些传统的c c t v 电视监控系统所无法实现的新功能。它一经出现，便以 其优异的性能展现出了强大的生命力。 总的来说，数字监控系统与传统的c c t v 电视监控系统相比具有如下 优点： 1 处理速度快、画质好：系统采用高精度、高分辨率的音视频捕获 采集卡，使压缩后所产生的录像文件可以高质量地回放，不会出 基于网络的数字监控系统的设计 现停顿、延迟现象。 2 操作简单：使用友好的人机交互界面，只需操作鼠标就能轻松实 现各种操作。 3 存储方便：压缩后所产生的文件可以保存在硬盘或光盘中，通过 计算机网络还可以把资料存储在网络上计算机中。 4 节约成本：最简单的系统仅需在监控中心办公室放置台监控电 脑主机既可。无需专门的监控室，一般办公室就可使用。 5 检索速度快：系统由于采用计算机文件格式存储，因此可以快捷 地查询任何摄像头在任何时间段内产生的文件。通过计算机网络 还可以方便地进行远程播放、检索。 6 传输方便：信号可以借助已有的计算机网络，快捷、方便地在 l a n i n t r a n e t i n t e r n e t 上远距离传输。 7 控制方式多样化：不仅可以在监控主机上进行集中控制，还可以 通过计算机网络远程控制摄像机的状态和监控效果。 综上所述，数字监控系统充分发挥了计算机多媒体技术、网络技术、 人工智能技术、控制技术等的优势，它与c c t v 电视监控系统相比有不可比 拟的优点。因此，它取代传统的c c t v 电视监控系统将是大势所趋。 1 3 国内外动态 使用计算机多媒体技术实现的数字监控系统在国外出现较早，现正在 逐步取代传统的c c t v 电视监控系统，已经成为应用的主流。 在国内，从5 0 年代就开始使用电视监控系统，历经几十年的发展， 目前广泛应用在各行各业。8 0 年代中期以来，国家相继制定了一些有关 c c t v 电视监控系统的行业标准和相应的法律、法规。数字监控系统在本世 纪初才在我国出现，目前市场上已经出现了几家公司的产品，它们所采用 的技术以及所实现的功能基本相似。其特点大致如下： 它们基本上都是在m i c r o s o f tw i n d o w s 9 8 或w i n d o w s 2 0 0 0 操作系统 下，采用c c + + 语言开发的图形用户界面。可实现对云台、摄像头的控制， 可弹出并记录报警信息，具有语音提示、数据备份、数据检索、图像的放 基于网络的数字监控系统的设计 大、缩小等功能。都是采用p i i i6 0 0 以上的工业控制机作为主控机，内置 多块音视频数据采集卡，可实现8 路或1 6 路数据采集与回放。 数字监控系统是近几年才出现的新生事物，目前还没有制定出行业标 准，国内产品大都是参照国外同类产品和我国2 0 世纪8 0 年代制定的一些 关于c c t v 电视监控系统行业标准来设计的。随着科技日新月异地发展，数 字监控系统正朝着网络化、集成化、智能化、信息化等方向飞速发展。 1 4 研究内容及实现目标 从以上分析可以看出，国内现有产品虽然实现并增强了传统监控系统 的功能，但大多存在如下不足之处： 1 系统不支持ip 网络，信息无法在网上传输。 2 系统不支持多用户共享。 3 单机支持的通道数少，最多为16 路。 4 没有远程控制功能。 因此，我们决定开发一套支持lp 网络的数字监控系统。由于数字监 控系统目前还没有行业标准，我们参照国内外同类产品和传统的c c t v 电视 监控系统的功能、特点和不足，接合计算机技术的最新成果，提出了我们 的设计目标。就是在m i c r o s o f tw i n d o w s 2 0 0 0 环境下开发一套数字监控系 统，在完善和优化传统功能的前提下，重点增加一些网络特性，实现自动 监测，多路实时录像，报警录像，集中控制和远程控制，本地和远程查询、 回放，并且在l a n ( 局域网) 和i n t r a n e t ( 企业内部网) 上实现多用户信息共 享等功能。 本系统的特点具体如下： 1 )基于m i c r o s o f tw i n d o w s2 0 0 0 中文版，使用v i s u a lc + + 6 0 可 视化开发工具，采用面向对象的程序设计技术。 2 )采用工控机通过串口和解码器，实现对监控设备的集中控制以 及系统故障报警的功能。同时，采用硬件加密狗，有效地保护 软件的知识产权。 3 )实现多路控制的功能，一台工控计算机可以控制2 5 路监控目标。 基于网络的数字监控系统的设计 4 )实现多路显示的功能，可以同时显示2 5 路画面的监控信息，通 过点击鼠标等简单操作，能实现单路或多路显示的切换。 5 )实现视频移动检测联动录像的功能，当系统检测到每个检测区 域内的图像亮度变化时，会联动主机录像工作。 6 )实现实时报警的功能，当红外探头检测到视频移动变化或设备 出现故障时，通过报警器报警。 7 )实现图像的实时处理，包括冻结、存储和重放等功能。 8 )通过解码器实现对云台的各种转动和摄像头姿态调整等控制。 9 )完善信息处理功能，包括信息的压缩、存储，按日期、时间的 查询、回放，录像的快进、快放、暂停、停止、浏览、打印等。 1 0 ) 实现自动循环存储功能，当系统中存满数据时，新的数据会自 动覆盖最早的数据。 11 ) 实现信息网络共享，在l a n 和i n t r a n e t 上实现远程录像回放、 远程下载和实时监控浏览等。 1 2 ) 实现网上多用户共享。 1 3 ) 实现远程控制功能，在客户端通过网络可对监控效果和云台进 行一些简单的控制操作。 6 基于网络的数字监控系统的设计 第二章开发平台和相关协议 多媒体数字监控系统涉及到许多硬件控制、多媒体数据处理和网络传 输等方面的内容，为了保证系统的可靠性、先进性、完整性，并在此前提 下尽可能地降低成本、缩短开发周期，我们进行了大量的前期方案选择和 论证工作。 下边，将对系统中所用到的一些相关技术，以及为什么选用该技术做 一简介。 2 1 系统操作平台 目前，常用操作系统有w i n d o w s 、u n i x 、l i n u x 等。尽管后两种也有 很多优点，但是，w i n d o w s 操作系统在p c 机操作系统市场上占有8 5 以 上的份额。考虑到系统的通用性，我们选择w i n d o w s 操作系统作为系统操 作平台。w i n d o w s 操作系统从w i n d o w s 3 1 、w i n d o w s 9 5 、w i n d o w s 9 8 、 w i n d o w sn t 一直到w n d o w s 2 0 0 0 、w i n d o w sx p ，它一改复杂的命令行操 作方式，为用户提供了友好的图形操作界面，使人们操作电脑的方式发生 了革命性的变化。其中w i n d o w s 2 0 0 0 以其友好的用户界面和良好的安全性、 稳定性，已经成为p c 机用户的首选。此外，w i n d o w s 2 0 0 0 还具备一些本系 统所需的优点：如它采用“即插即用”的标准，使得硬件易于设置和使用； 支持o l e 规范；支持长文件名；支持多任务，多线程；支持彻底的保护模 式，为3 2 位应用程序实现了完全的内存保护，不受这些程序的破坏，从而 使系统更加稳定可靠。 w in d o w s 2 0 0 0 诸多的优点促使我们选择基于w i n d o w s 2 0 0 0 来开发多媒 体数字监控系统软件。 2 2 开发工具 w i n d o w s 下的常用的软件开发工具很多，其中比较优秀的有m i c r o s o f t 公司的n e t 平台开发工具和v i s u a lb a s i c ( v b ) 、v i s u a lc + + ( v c ) 、v i s u a l 基于网络的数字监控系统的设计 f o x p r o 等，s u n 公司的j a v a ，s y b a s e 公司的p o w e r b u i i d e r 以及b o r l a n d 公司的d e l p h i 及c + + b u i i d e r 等。这些软件开发工具各有特点：其中 p o w e r b u i l d e r 、d e p h i 及v i s u a lf o x p r o 适合数据库系统的开发；v b 既可 以用作数据库系统的开发，也可用作一般应用软件的开发；而v c 和 c b u i i d e r 也可用作数据库系统的开发，但相对来说较为困难，它们更适合 于针对低层硬件的软件开发；j a v a 相对来说更适合于开发网络程序。n e t 平台为多种语言提供了一个统一的开发框架，用各种语言开发的软件都能 在这个平台上运行，它的目标是一次开发，到处能用。m i c r o s o f t 为n e t 平台提供了c # 、v c + + n e t 、v b n e t 等开发工具。其中v c + + n e t 、v b n e t 分别是v c 和v b 的增强版本，但v b n e t 相对v b 来说变化更大一些。而c # 是针对n e t 平台专门开发出来的一种编程语言。它既具有v c 的强大功 能，也具有j a v a 的简洁性，还具有v b 的易用性，可以说它是集多种开发 工具的优点于一身，是一种很有发展前途的开发工具。 v c 是目前使用极为广泛的一种基于w i n d o w s 平台的可视化编程环境， 它支持多线程、o l e 、c o m 和公用控件，利用d a o 、o d b c 技术，它也可以方 便地实现对数据库的操作，且对i n t e r n e t 网络具有强有力的支持。尽管它 缺少c # 所具有的众多优点，但是，考虑到本系统的特点以及其它一些因 素，我们选用m i c r o s o f t 公司的v i s u a lc 十+ 6 0 作为软件开发工具。 2 3w i n s o c k 编程机制 s o c k e t 是一种基于t c p i p 的网络编程接口，它采用客户服务器通信 模式，客户端和服务器端通过s o c k e t 接口在网络上实现连接和数据交换。 它提供了一系列系统调用，使用户可以方便地使用t c p 和u d p 等网络协议 实现通信。 s o c k e t 最先是集成在u n i x 系统中的，随着w i n d o w s 操作系统的广泛 使用，就制定了一套w i n d o w s 下的t c p i p 网络编程接口标准，这就是 w i n s o c k 。它给应用程序开发者提供了一套简单的a p i 函数，通过调用这些 a p i 函数，程序员就能充分地利用w i n d o w s 消息驱动机制进行网络编程。 目前，w i n s o e k 已被集成到w i n d o w s 9 5 、w i n d o w s 9 8 、w i n d o w s 2 0 0 0 、w i n d o w s 8 基于网络的数字监控系统的设计 n t 、w i n d o w sx p 中，它已成为w i n d o w s 操作系统下网络编程的标准。w i n d o w s 下的i n t e r n e t 软件大都是基于w i n s o c k 开发的。 w i n s o c k 定义并记录了如何使用a p i 函数与t c p i p 连接。应用程序 通过调用w i n s o c k 的a p i 函数实现相互之间的通信，w i n s o c k 又利用下层 的网络通信协议和操作系统调用实现实际的通信工作。应用程序和 w i n s o c k 之间的关系如图2 1 所示。 l 应用程序一卜叫应用程序二 千千 + l网络编程界面，t g l 女dw i n s 。c k 上t l网络通讯协议服务界面例如t c p i p 上t i操作系坑，例如w r m d o w sx 上t i物理传输介质 图2 1 应用程序年d w i n s o c k 的关系圈 w i n s o c k 支持两种编程模式，一种是基于t c p 协议的数据流模式，另 一种是基于u d p 协议的数据报模式。 2 3 1 基于t o p 协议的w i n s o c k 编程 使用t c p 协议实现的通信是面向连接的通信。这种通信方式要求通信 双方在通信前必须先建立连接。类似于电话服务系统，每一次完整的通信 过程都要经过建立连接、使用连接、终止连接三个过程。它具有确认、流 程控制和拥挤控制等机制，可以为用户在不可靠的通信线路上提供可靠的、 端到端的、全双工的、无记录边界的数据流通信服务。当数据在传输过程 中出错或丢失时，发送方就重发出错数据，以保证接收方能够按序接收到 正确数据。 基于网络的数字监控系统的设计 w i n s o c k 基于t c p 协议的编程步骤如图2 2 所示。 服务器端程序客户端程序 c r e a t e ( ) 创建一个套接c r e a t e ( ) 创建一个套接 上 b i n d ( ) 绑定到一个端口 上 l i s t e n ( ) 在该端口监听 上 a c c e p t ( ) 等待接受一个连接 0 r 口i + 2 1 i j 垂f 寺待 立连接立连接 c o r m e c t0 向服务器一个 l 1 端口发出连接请求 m e 耋m mj rtt r e c e i ，。0 接受数据 数据l s 。d o 发送数据 或s e n d o 发送数据l 传输l 或r e c e i v e ! 接受数据 l o s e ( ) 关闭套按字并断开连接 c l o s e ( ) 关丽套接字并断开连接 m 2 2 t c p 客户与t c p 服务器进行连接的步骤 在v c 6 的m f c ( m i c r o s o f t 基础类库) 中提供了支持w i n s o c k 编程的 类，主要有c a s y n c s o c k e t 和c s o c k e t 类。c a s y n c s o c k e t 类封装了w i n d o w s s o c k e ta p i 函数，和c s o c k e t 类相比，它既有类库编程的方便性，又有 s o c k e ta p i 函数编程的灵活性。而c s o c k e t 类是c a s y n c s o c k e t 类的继承 类，它相对来说具有较高的抽象性。 在用流套接字进行网络编程时，服务器进程首先调用c a s y n c s o c k e t 类的成员函数c r e a t e0 建立一个套接字，并用b i n d0 把它绑定到一个未使 用的端口上，然后调用l i s t e n ( ) 函数在该端口监听连接请求。当没有连接 请求时，服务器进程处于休眠状态。客户进程创建一个套接字并把它绑定 到一个未使用的端口上后，就可以调用c o n n e c t0 函数向服务器进程发出 连接请求。当服务器进程监听到有客户端进程套接字向该端口发出连接请 1 0 基于网络的数字监控系统的设计 求时，服务器进程就被唤醒，生成一个新的字节流套接字，并用新套接字 调用a c c e p t0 函数同客户进程的套接字建立连接，而服务进程最早生成的 那个套接字则继续用于监听网络上的其它连接请求。连接建立成功后，双 方就可以调用s e n d 0 或r e c e i v e 0 函数进行全双工的数据传输。通信结束 后，通信双方分别调用c l o s e0 函数撤消套接字并断开连接。这样就完成 了一次数据通信。 2 3 2 基于u d p 协议的w i n s o c k 编程 使用u d p 协议实现的通信是面向无连接的通信。这种通信方式也叫数 据报通信方式。在通信前，双方无需建立连接，可直接收发数据。发送的 每个分组都携带有完整的目的地址，各分组在网络中都独立传送。发送方 不管对方是否收到或正确接收，只要有数据就发送，而接收方仅负责接收 数据，不管数据正确与否，且不向发送方发送应答信息。因此，在接收方 不能保证收到分组的正确性和到达的先后顺序，分组在传输途中可能丢失 或出错，而后发的分组也可能先到达。由于该通信方式取消了端到端的确 认和重传机制，因此，在通信线路质量有保证的情况下，能够达到较高的 通信速率。 w i n s o c k 基于u d p 协议的编程模型如图2 3 所示。 程序一程序二 c r e a t e ( ) 创建一个套接字lic r e a t e ( ) 创建一个套接字 b i n d ( ) 绑定到一个端口 r e c e i v e f r o m ( ) 接收数 据( 或s e n d 0 0 发送) c l o s e0 关闭毒接字 b ：n d o 绑定到一个端口 s e n d t o ( ) 发送( 或 r e c e l v v f r o m ( ) 接收) 数据 c l o s e 0 关f i j 套接字 图2 3 数据报套接字应用程序时序图 在通信开始前，通信双方首先都调用c r e a t e0 函数建立一个套接字并 基于网络的数字监控系统的设计 用b i n d ( ) 函数把它绑定到一个未使用的端口上，然后双方通过调用 s e n d t 0 0 或r e c e i v e f r o m ( ) 函数就可以实现全双工的数据通信。通信结束 后，双方可以调用c l o s e 0 函数关闭套接字。这就实现了一次完整的通信。 在通信过程中双方处于对等地位，都可以同时作为服务器进程和客户进程。 2 4 处理阻塞问题的研究 w i n s o c k 程序在缺省状态下调用一个网络i o 函数常常会引起阻塞操 作。例如：c o n n e c t0 函数启动一个和远地主机的连接，它将一直处于阻塞 状态，直到传输层建立好连接并通知w i n s o c k 连接可用为止。同样，当程 序调用r e c e i v e 0 函数时，接收缓冲区中没有数据，r e c e i v e 0 函数将阻塞 程序的进一步执行，直到有数据到达s o c k e t 的协议端口为止。在这种情况 下，阻塞操作将阻止程序给远地主机发送其它报文，远地主机也很可能在 收到你的另一个报文以前不会应答。这样，调用r e c e i v e0 函数将挂起你 的程序( 程序等待接收从远程主机发来的数据，而远程主机等待接收程序发 送的报文) 。引起阻塞操作的进程内的所有其它活动都将停止。 通常情况下，我们希望应用程序在等待数据时能继续做其它事情。为 了有效的处理阻塞问题，w i n s o c k 提供了一种适合w i n d o w s 编程的方法， 利用w s a a s y n c s e l e c t ( ) 函数，允许我们在等待特定的事件发生时，指定一 个送往应用程序的w i n d o w s 消息。w s a a s y n c s e l e c t ( ) 函数原型如下： i n tw s 从s y n c s e l e c t ( s o c k e ts ，h w n d h w n d ，u n s i g n e di n tw m s g ， l o n gi e v e n t ) ： 参数s 标识一个需要事件通知的套接口的描述符，这个函数在调用中 被自动设成非阻塞方式；h w n d 是接收w i n s o c k 消息的窗口句柄，而这个消 息是由参数w m s g 指定的，通常w m s g 指定一个用户定义的消息；1 e v e n t 是 被指定的网络中的事件，如f d - r e a d 表示数据正等待被读入，f d - a c c e p t 表示有连接请求到达。当被指定的事件发生时，程序将收到消息，消息的 m s g 结构体中m e s s a g e 项就是被规定的消息名称w m s g ，1 p a r a m 项中的内容 就是网络事件名称。如果开启了很多s o c k e t s ，而要让每个s o c k e t 都变成 异步模式的话，那么就必须对每一个s o c k e t 都调用w s 从s y n c s e l e c t ( ) 来 基于网络的数字监控系统的设计 一一设定。 2 5f t p 文件传输协议 f t p 就是文件传输控制协议，它是t c p i p 网络及i n t e r n e t 上最简单的 协议之一。采用该协议可将一个完整的文件从一台计算机上方便地传输到 网络中的另一台计算机上。它的一项突出优点就是平台无关性，无论是p c 机、服务器、大型机，还是d o s 平台、w i n d o w s 平台、u n i x 平台，只要双 方都支持f t p 服务，支持t c p i p 协议，就可以方便地进行文件传输。f t p 不仅提供文件下载服务，而且还提供文件上传服务。在服务器端许可的前 提下，可以非常方便地将文件从客户端发送给远程服务器端。目前，f t p 服务已广泛应用于各种提供软件上、下载服务的场所。 f t p 服务采用的是客户n 务器模式，客户和服务器之间的连接使用t c p 协议实现的数据流方式。为建立会话，f t p 服务使用了两个t c p 连接，一 个是控制连接，一个是数据连接。它们在服务器端分别使用2 l 和2 0 两个 端口，其中端口2 l 用来发送和接收f t p 的控制信息，一旦建立f t p 会话， 端口2 l 的连接在整个会话期间始终保持打开状态。端口2 0 用来发送和接 收f t p 数据，只有在传输数据时才打开，一旦传输结束就断开。f t p 客户 与服务器之间的连接如图2 4 所示。 图2 4f t p 客户与服务器的连接图 f t p 工作的过程是一个建立f t p 会话并传输文件的过程，其步骤如下： 1 f t p 服务器程序在2 1 号端口监听。 基于网络的数字监控系统的设计 2 f t p 客户端应用程序向远程的f t p 服务器程序申请建立连接。 3 f t p 服务器程序在2 1 号端口监听到f t p 客户端的请求之后，做 出响应。 4 客户端程序收到响应后打开一个控制端口，并和f t p 服务器的 2 l 号端口建立连接。 5 当需要传输数据时，客户端打开一个数据端口，连接到f t p 服务 器的2 0 号端口并开始进行数据传输：当文件传输完毕后断开连 接，释放端口。 6 要传输新的文件时，客户端会再打开一个新的数据端口，并连接 到f t p 服务器的2 0 号端口开始传输新的数据。 7 在会话过程中，可由客户或f t p 服务器强行断开连接。 v c 提供了两种编写f t p 程序的方法：一种是直接调用w i n l n e t ( w i n 3 2 i n t e r n e tf u n c t i o n ) a p i 函数；另一种是调用m f cw i n l n e t 类进行编程。 直接调用w i n i n e ta p i 函数可以实现强大的功能，也能赋予程序员更大的 灵活性。但是，在编程时需要编写控制连接和数据连接，需要考虑f t p 协 议实现的各种细节问题，这将使编写f t p 程序成为一个复杂的庞大工程。 而m f cw i n l n e t 类是一种更高层次上的编程方法，使用它可以不必考虑协 议实现的些细节问题，不仅可以实现很不错的功能，还能充分利用m f c 类库的支持，大大减轻编程的工作量，提高开发效率。 v c 为f t p 编程提供了c i n t e r n e t s e s s i o n 、c f t p c o n n e c t i o n 和 c f t p f i l e f i n d 等几个类，来实现f t p 的连接，文件、目录的检索和文件的 上、下载等各种操作。其编程过程如下： 1 创建一个c i n t e r n e t s e s s i o n 类对象来开始一个f t p 会话。 2 调用c i n t e r n e t s e s s i o n ：g e t f t p c o n n e c t i o n ( ) 来实现与f t p 服务 器的连接，并把它的返回指针指向c f t p c o n n e c t i o n 类的一个对象。 3 调用c f t p c o n n e c t i o n 和c f t p f i l e f i n d 类的成员函数来实现对f t p 目录或文件的检索、上、下载等各种操作。c f t p c o n n e c t i o n 类提供的成员 函数有s e t c u r r e n t d i r e c t o r y ，实现设置当前目录；g e t c u r r e n t d i r e c t o r y ， 实现下载当前目录列表；r e m o v e d i r e c t o r y ，实现删除目录操作； c r e a t e d i r e c t o r y ，实现创建个新目录操作；r e m o v e ，来删除一个文件， 1 4 基于网络的数字监控系统的设计 p u t f i l e ，来上载一个文件；g e t f i l e ，实现下载一个文件。c f t p f i l e f i n d 类提供的成员函数主要有f i n d f i l e ，在f t p 服务器上查找一个文件； f i n d n e x t f il e ，来查找f i n d f il e 查到的下一个文件，循环使用该函数可列 出整个目录下的所有文件。 4 当文件传输完毕后，调用它们的c l o s e 0 成员函数断开连接，结束 会话。 2 6 多点播送协议 “多点播送”也称为“多播”( m u l t i c a s t i n g ) 或“组播”，是一种把 一个结点发出的数据，同时发送给网络中多个特定结点的技术。它与“广 播”( b r o a d c a s t i n g ) 是相对应的，广播是把一个结点发出的数据，同时发 送给网络中所有结点。在网络中，过度使用广播技术，极易产生“广播风 暴”，从而造成网络带宽的大幅占用，影响整个网络的通讯效率，多播正好 弥* b t 广播的不足。对一个网络内的各工作站而言，只有当其运行的进程 表示“有兴趣”并加入组播地址组后，多播数据才会发送给他们，并且该 进程可以随时加入或撤出多播通讯过程。 在t c p i p 协议中多播通信具有控制层面和数据层面两个层面的重要 特征。其中控制层面定义了组成员的组织方式，而数据层面决定了在不同 的成员之间数据如何传送。这两方面的特征既可以是“有根的”，也可以是 “无根的”。在一个“有根的”控制层面内，存在一个日q 根节点的特殊多播 组成员，而剩下的多播组成员叫叶节点。大多数情况下，根节点负责多播 组的建立，其间涉及到建立与任意数量的叶节点的连接。对任何一个多播 组而言，都只能存在一个根节点。对于“无根的”的控制层面来说，它允 许任何节点加入一个多播组，其间不存在任何例外。也就是说，在这种情 况下，所有组成员均为叶节点，每个成员都有权加入一个多播组。i p 多播 在控制层面上采用的便是无根控制层面。在数据层面也存在有根和无根两 种方式。在有根的方式下，根节点发送的数据可以被所有的叶节点收到， 但叶节点发送的数据只有根节点才可以收到。在无根方式下，所有的组成 员都能将数据发送到组内的其它所有的成员。i p 多播在数据层面上采用的 基于网络的数字监控系统的设计 也是无根方式。 多播通信实现了一个发送者到一个或多个接收者的数据传送，并且只 有当接收者加入多播组时，多播数据才会传送给它。因此，采用多播通信 可以大大减轻网络通信的负担，避免网络资源的无谓浪费。 i p 组播通信需要依赖一个特殊的地址组，称为“组播地址”。该地址 实现对一个指定组的命名。假如有五个节点想通过i p 多播实现彼此的通 信，它们可以加入同一个组播地址组。加入后，由一个节点发出的任何数 据均会一模一样地复制一份，发给组内的每个成员，甚至包括发出数据的 那个节点。多播i p 地址是一个d 类i p 地址，范围在2 2 4 0 0 0 到 2 3 9 2 5 5 2 5 5 2 5 5 之间，但其中有一些地址是为特殊用途而保留的，用户 不能使用。如2 2 4 0 0 0 是保留的，不能赋给任何组播组；2 2 4 0 0 i 被 称为“所有主机组( a l l h o s tg r o u p ) ”，被永久性地赋给了全主机群组， 它包括了参与该i p 组播的所有主机和路由器的集合。另外，i p 组播地址 只能作为目的地址使用。 用w i n s o c k 2 编程实现i p 多播通信的一般步骤如下： ( 1 ) w s a s o c k e t0 创建套接字。 该套接字实际上是一个u d p 协议的套接字，它是加入多播组的初始化 套接字，并且以后数据的发送和接收都在该套接字上进行。这也说明i p 多播是附加在u d p 协议之上的，它具有u d p 协议的切特性。 针对 i p 多播通信，其参数d w f l a g s设置为 w s a _ f l a g u l t i p o i n t 一l e a f 、 w s a _ f l a g 删l t i p o n t _ d - l 队f 、 w s a f l a g _ o v e r l a p p e b 的位与，指明i p 多播在控制层面和数据层面只具有 叶节点的行为特征。 ( 2 ) b i n d 0 绑定本地端口。 ( 3 ) w s h j o i n l e a f0 加入一个多播组。 其中参数d w f l a g 可选值分别为：j l - s e n d e r _ o n l y ( 只发送数据) 、 f l _ r e