（交通信息工程及控制专业论文）基于Internet的民航发动机故障诊断系统的研究.pdf

南京航空航天大学硕士论文 摘要 随着i n t e r n e t i n t r a n e t 的蓬勃发展，使得基于i n t e r n e t 的远程故障诊断系统的互操 作成为可能。本文在对最新的w e b 应用开发技术进行多方探讨的基础上，详细地介 绍了i n t e r n e t 网的基本概念和相关技术：论述了i n t e m e t 的t c p i p 协议、数据传输， 以及j s p 技术，着重分析了w e b 页面连接数据库的j d b c 方法，并在此理论基础上 实现了发动机的远程故障诊断系统，给出了系统的总体设计方案。本系统包含两大部 分：现场监控诊断部分和远程的故障诊断部分。本系统采用浏览器，服务器模式，利 用j s p 的动态w e b 应用系统开发技术，实现了基于b s 三层体系结构并与j a v a 的 a p p l e t 、s e r v l e t 技术相结合的智能型w e b 应用系统，克服了传统c s 模式的知识应 用系统封闭和半封闭的缺点。可以进行多诊断资源的协同诊断和问题求解，从而使诊 断系统的问题求解能力和整体的性能有了很大的提高。 关键字：故障诊断，i n t e r n e t ，j s p ，专家系统，b s 模式，j d b c 基于l n 嘟n e t 的民航发动机远程故障诊断系统 a b s t r a c t w i t ht h ef l o u r i s hd e v e l o p m e n to ft h ei n t e m e t i n t r a n e t , i t sp o s s i b l et o0 p e r a t et h e r e m o t ef a u l t d i a g n o s i st h r o u g ht h e i n t e r n e t 。o nt h eb a s eo ft h ed i s c u s so ft h en e w t e c h n o l o g yo ft h ew e bd e v e l o p m e n t ，t h i sp a p e ri n t r o d u c et h eb a s i cc o n c e p ta n dr e l a t e d t e c h n o l o g yi nt h ei n t e m e ti nd e t a i l ：t c p i pp r o t o c o la n dd a t at r a n s m i s s i o ni nt h ei n t e r n e t ， a n dj s pt e c h n o l o g y , a n dj d b cm e t h o d c o n n e c t i n gt h ew e b - p a g e a n dd a t a b a s e a n do nt h e b a s eo ft h et h e o r y ，w er e a l i z et h er e m o t ef a u l td i a g n o s i ss y s t e mo ft h ee n g i n e ，a n dg e tt h e c o m p l e t e l yd e s i g n e dp r o j e c to ft h es y s t e m t h es y s t e mh a st w op a r t s ：o n ep a r ti st h e m o d u l eo fl o c a lf a u l td i a g n o s i sa n dc o n t r o l ，a n dt h eo t h e rp a r ti st h em o d u l eo fr e m o t e d i a g n o s i sa n dc o n t r 0 1 t h i ss y s t e ma d o p tt h ep a t t e r no fb s ，u s i n gt h ej s pt e c h n o l o g yo f a c t i v ew e b p a g e ，a n dr e a l i z et h ei n t e l l i g e n tw e ba p p l i c a t i o ns y s t e mw h i c hc o m b i n et h eb i s b a s e dt h r e eh i b e r a r c h ya r c h i t e c t u r ea n dt h e a p p l e t 、s e r v l e tt e c h n o l o g yo f j a v a ，t h i ss y s t e m o v e r c o m et h ed i s a d v a n t a g eo ft h et r a d i t i o n a lc s p a t t e r n i ta c h i e v e st h ec o d i a g n o s i s b a s e do i l m u l t i r e s o u r c e ，a n dt h ea b i l i t yi nr e s o l v i n gp r o b l e mo ft h ei r d sa n dt h e p e r f o r m a n c eo f t h ew h o l es y s t e mh a db e e ni m p r o v e d k e y w o r d s ：f a u l td i a g n o s i s ，i n t e r n e t ，j s p ，e x p e r ts y s t e m ，b sp a a e m ，j d b c l j 南京航空航天大学硕士论文 第一章绪论 1 1 引言 在制造业不断发展的今天，企业正面临着经济全球化和响应市场的动态化、个性 化、竞争炽热化的严峻局面，能否快速响应市场，保证生产的正常进行，并向用户提 供高质量的产品和全球化的服务战略成为企业得以生存和发展的关键要素。于是，随 着信息技术的高度发展以及国际间通信的速度加快，使得制造商们可以通过远程故障 诊断系统来提升他们的产品服务质量。 随着高科技的迅速发展，设备、系统更趋向高性能、高速度、大负荷、复杂化以 及它们的高度集成、机电融合、互相依赖等特点，随之而来的可靠性问题就会更加突 出，系统故障率高；设备的故障诊断、维护变得十分复杂，故障处理难度大。而在许 多情况下，生产现场没有有效的诊断工具来处理这些故障，而且现场的操作人员也常 常是缺少故障诊断的专业知识，从而引起系统的维修费用增高，停机停飞等损失大或 事故后果严重的问题。而且近年来，企业生产的产品越来越面向国际市场，另外对跨 国公司而言，市场、销售和服务遍布全球，其希望最大可能的利用组织内专家的才能 来辅助进行远程故障诊断。为了在新的环境下确保现代制造设备安全、有效的运行， 提高其可靠性和安全运转率，必须加强设备运行诊断，除了进行在线监测，以及时发 现故障或异常情况外，还要在设备发生故障或异常后能及时准确的进行诊断，以便采 取有效措施，迅速排除故障，满足客户的需求，为他们提供良好的维护服务。 因此，由于制造商方对该设备的生产运行情况及其结构功能有比较深刻的了解， 让制造商这一方来进行快速有效故障诊断排除是个很好的解决办法。在制造业的发展 中，状态监测监控及故障诊断技术的研究与发展始终为生产安全和制造业的进步提供 有力的保障。基于i n t e r n e t 的远程故障渗断系统( i n t e r n e t b a s e dr e m o t ef a u l t d i a g n o s i ss y s t e m ，i r d s ) 就制造商而言，它为产品提供了全球范围内的诊断和维修 服务，而无需培训大量专业技术服务人员和付出大量的差旅费，从而大大降低故障诊 断、维修所需的费用；另一方面，对于设备使用方来说，可以及时的得到专业故障诊 断和维修，避免了由于发生故障而引起的停产和损失，从而保证了生产的正常运行， 减少了不必要的损失。所以，关于远程故障诊断系统能否准确及时有效的排除故障的 研究正在蓬勃地开展着。 最近两年，由于计算机互联网络高速建设，以及计算机网络技术的全面发展，故 障诊断技术领域开始把目光着眼于远程故障诊断技术的研究与实践，并取得了一些初 步的成果。在本课题中，我们把民用航空飞机的发动机作为故障诊断对象，研究了基 于i n t e r n e t 的民航发动机远程故障诊断系统。民航发动机作为民用航空飞机的最核 心部件，对其进行状态监控及故障诊断技术的研究是极有深刻意义的。这方面的深入 研究可以确保飞机1 5 i 行安全、缩短飞机的停飞时间和提高飞机的利用率，从雨有效的 基于 n l c m e t 的民航发动机远程故障诊断系统 提高航空公司的经济效益和社会效益。 1 2 i i l d s 的意义 i r d s 的意义主要有以下几点： 1 利用诊断协作网对企业技术人员进行理论培训。 2 企业可申请协作专家在异地对设备故障进行诊断。 3 可实现全球范围内诊断知识与诊断数据的共享。 4 能切实加强设备生产商和生产企业的技术合作。 5 可在大到i n t e r n e t ，小到几台p c 机的局域网上实现，便于技术的普及与推 广。 i 3 i r d $ 的发展现状及其存在的问题 基于i n t e r n e t 的远程协作诊断研究工作最先是从医学领域开始的，1 9 8 8 年开放 式远程医疗系统的概念在美国提出。1 9 9 4 年9 月s y s o p t i c s 公司在美国国会山庄向 克林顿总统演示了一个基于i n t e r n e t 的全国保健试验示范系统：它把5 4 家乡村医院 与州中心医院联系在一起，并通过计算机网络将c r 、x 光片等病人临床检验结果送到 州中心医院诊断，这样病人在任何一家乡村小医院就诊都能得到专家级的诊断；国内 上海医科大学在上海地区也建立了一个类似的远程诊疗系统。 在制造业方面，工业发达国家十分重视远程服务在工业上的应用，如德国的大学 和工业界都在积极开展这方面的研究工作。设备故障诊断与人类的疾病诊断是相似 的，从技术上说能实现远程医疗诊断也就能实现远程设备诊断。远程医疗诊断采用的 系统体系结构、信息传输方法和异地专家会诊组织、实现形式等都可为远程设备诊断 所采用和借鉴。但由于重视程度不够和投入的科研资金少、人力不足等原因，与医疗 行业已取得的显著成果相比，工业领域的远程故障诊断工作进展相对较慢。 在国外，1 9 9 7 年1 月，首届基于i n t e r n e t 的工业远程诊断研讨会由斯坦福大学 和麻省理工学院联合主办，有来自3 0 个公司和研究机构的5 0 多位代表到会。会议主 要讨论了远程诊断系统连接开放式体系、诊断信息规程、传输协议。以及对用户的合 法限制，并对未来技术发展作了展望。麻省理工大学( m i t ) 的l f m 工作组和斯坦福 大学的s t m a 工作组，从1 9 9 6 年1 0 月开始，分别开展了基于i n t e r n e t 的远程诊断技 术的研究，并进行了相互的合作，制定了有关的技术标准并提供演示模型。在m i t ， 以d u a n eb o n i n g 为代表，建立了以集成电路制造设备a m e 5 0 0 0 为对象的远程监视和 诊断平台，并提供原型展示；在s t a n f o r d ，以p a u ll o s l e b e n 为代表，于1 9 9 7 年1 0 月建立了第一个基于 i n t e r n e t 的远程故障诊断测试平台 h t t p ：d x t e s t b e d s t a n f o r d e d u ，提供基于模型的远程诊断展示。上述项目正处于 研究之中，并得到著名公司的资助。 在我国，网络应用只限于企业内部网络的建设或i n t e r n e t 的联接，缺少企业间 南京航空航天大学硕士论义 横向联系，尤其是需要多方部分共同合作完成的大型工程建设和运行期间遇到的故障 问题，极少应用远程监测预报、诊断技术解决。但是目前，西安交通大学，上海交通 大学和哈尔滨工业大学都在向国外先进水平看齐，已开始或准备开始从事工业领域的 远程诊断研究工作。华中理工大学机械学院信息所，在国家“九五”攀登预选项目的 资助下，建立了设备故障远程诊断中心。这是一个网上虚拟实验室，它可以为 i n t e r n e t 用户提供远程信号采集、信号分析和设备故障诊断服务，同时也能从网上 为在校学生开设工程测试与信号分析实验室。该中心还处在创建阶段。 目前，远程故障诊断系统i r d s 已经逐渐发展起来了，但大部分是以通过用户p c 机m o d e m 与制造商方的远程m o d e m 相连的方法进行构造，它们或者是直接利用模拟电 话线，或者是利用专线，或者是接入综合业务数字网( i s d ni n t e g r a t e ds e r v i c e d i g i t a ln e t w o r k ) 来传输故障诊断的数据。直接线路( 甚至光缆) 显然是最快的方 案，但只适用于企业内部网络。m o d e m ( 电话线) 显然是较为可行的通讯方案，并且 业已被大多数系统作为首选通讯方案，但其弱点也是显而易见的：速率低、不稳定、 易中断，对一些视频等多媒体数据和实时控制无能为力。i d s n 作为一种新的通讯方 式，已经以其1 2 8 k b s 的速率和稳定性、多功能等优点而显示出了强大的生命力，但 毕竟刚起步，i s d n 由于没有标准统一的协议，所以其连接仅能在局部地区使用。还 无法实现全球化。 这里的远程故障诊断系统大部分都是点到点的通信模式，限制了对多用户的同时 故障诊断，而且不能充分共享资源，限制了资源的利用率。而且，这些远程故障诊断 系统的结构大部分都是c s 与b s 模式共存，两种模式交织在一起，相互关系复杂， 使用起来很不方便，而且容易出问题，不利于问题的解决。另外，当出现需要专家诊 断的故障时，不在现场的专家无法通过i n t e r n e t 实现在线诊断，只能以电子邮件方 式向有关专家发出离线会诊请求，降低了诊断的准确率与诊断效率。 目前，i r d s 系统的研究过程中存在着以下急待解决的课题研究闯题： 1 解决网络环境下远程运行的信号采集，软件分析以及基于w e b 数据库的开放 式专家系统设计。 2 研究信号的实时采集，传输和处理以及故障信号的特征提取。 3 研究声音图象的远程实时传输方法。 针对上面现状中存在的一些问题，我们选择1 为本论文的研究方向，利用最新的 网络技术，制定了一套自己的总体设计方案：采用基于i n t e r n e t 的技术来实现远程 故障诊断，而且该远程故障诊断系统是完全基于b b 模式下的，实现全自动诊断与控 制，使用起来简单方便，通信速度较快，安全性能好，基于i n t e r n e t 的远程故障诊 断系统i r d s 是在i n t e r n e t 迅速发展及w w w 成为其成熟关键技术后发展起来的，它是 故障诊断技术、计算机软硬件技术、网络技术、数据库技术、远程控制技术和人工智 能技术等多个新兴学科相互交叉渗透的新型技术领域。 苎三! ! 竺! 壁塑垦堕垄垫垫垩堡垫堕堡墅墨竺一 1 4 章节安排 第一章绪论 第二章基于i n t e r n e t 远程网络通信原理 本章对在本课题的研究过程中，相关的网络开发的基础知识，如数据传输方式， 网络拓扑结构，网络层次和通讯协议加以介绍，特别是对开发过程中运用到的t c p i p 协议和网络通信所要用到的s o c k e t 套接字作了重点描述。 第三章基于w e b 的开发技术 作为i n t e r n e t 上的一种重要形式，w w w 浏览器的使用为信息的发布和查询带来 了革命性的变化。“基于i n t e r n e t 的发动机远程故障诊断系统”的远程故障诊断就是 采用了浏览器n 务器的模式。本章就b s 模式开发所要用到的w e b 通信协议、w e b 动态网页技术、w e b 服务器与数据库之间的连接技术等加以介绍，特别是对目前比较 流行的开放式动态网站开发工具j s p 和基于w i n d o w sn t 平台的w e b 数据库开发技术 加以了讨论。 第四章故障诊断专家系统 在远程故障诊断系统中，必不可少的一部分就是故障诊断的专家系统，这里的专 家系统包括专家知识库和专家诊断人员。本章就故障诊断的专家系统作了一个概述， 并详细描述了i r d s 系统中的专家系统工作过程。 第五章“民航发动机基于i n t e r n e t 远程故障诊断系统”的总体方案设计 根据前面讨论的远程故障诊断系统的一些不足，我们提出了一套自己的设计方 案。本章就该设计方案按功能将它分为两大模块：现场故障监控模块和远程故障诊断 模块，并详细介绍了现场故障监控模块的具体设计和实现过程。 第六章远程故障诊断模块的设计与实现 实现故障诊断的远程化是本课题主要研究的一个方面。本章介绍了用c s 模式和 本课题所采用的b s 模式来设计该模块，并详细介绍了基于b s 模式的设计实现过程 与实验结果。 第七章总结与展望 南京航空航天大学硕上论文 第二章基于i n t e r n e t 的远程网络的通信原理 随着科技的日益发展，通信这一概念无论从手段、方法、内容，还是技术上来说， 都产生了很大变化，通信技术与电子技术、计算机技术、自动控制技术和人工智能等 高新技术紧密结合，广泛的应用于社会的各个方面，已成为人们生活中不可缺少的组 成部分，并且在国民经济中扮演着越来越重要的角色。 2 1 通信信号类型 由于信号在数学上可以被描述成随时间变化的函数，依据函数的波形有模拟信号 和数字信号之分。 2 1 1 模拟信号 模拟信号是指代表消息的电信号及其参数( 幅度、频率或相位) 随消息连续变化 的信号，见图2 1 所示。模拟信号的基本特点是幅度连续，而在时间上却可以连续， 也可以不连续，前者称为连续的模拟信号，后者称为离散的模拟信号。 血 图2l 模拟信号 2 1 2 数字信号 数字信号的特点是不仅在时间上离散，而且在幅度上也是离散的。如图2 2 所示。 数字信号与模拟信号不同点在于数字信号不直接与消息相对应。 f ( n w ) a 0 幽2 2 数字信号 ( b 四进制 基于i n t e r n e t 的民航发动机远程故障诊断系统 2 2 数字信号的传输方式 2 2 1 基带传输 基带指电信号固有的频率基带传输就是将编码信号直接在电路中进行传输，信 号的频带可以从0 h z ( 相当于直流) 到几百m h z ，甚至几千m h z ，要求信道有较宽( 直 流到高频) 的频率特性。由于传输线路的电容对传输信号的波形影响很大，使传输距 离般不大于2 5 k m 。因此在实际应用中，一般的电话通信线路很难满足基带传输要 求，通常是根据传输信号的频带范围来选择专用的传输线路。 基带传输方式简单，设备费用少，传输距离不长，适用于企业内部的数据传输。 2 2 2 频带传输 在对数字信号作远距离传输时，必须将数字信号转换成可在长途信道( 如电话线 路) 上传输的模拟信号，这就是数字信号的频带传输，又称载波传输。频带最主要技 术就是调制解调。调制器与解调器是完成数字信号与模拟信号之间的转换，以利于在 模拟线路上传输数字信号的主要设备。数字信号频带传输系统框图如图2 - 3 所示。 r _ i 卜l 调制器1 ，信道l 一1 数字基带j l l |煎甄 信号 信号 图2 3数字信号频带传输系统框图 2 。3 数据通信系统 数据通信是指计算机与计算机或计算机与其他数据终端之间存储、处理、传输和 交换信息的一种通信技术。是计算机技术与通信技术相结合的产物，它克服了时间和 空间上的限制，使人们可以利用终端在远距离能同时使用计算机，大大提高了计算机 的利用率，扩大了计算机的应用范围，也促进了通信技术的不断发展。 2 3 1 数据通信系统的模型 数据通信的基本目的是在用户之间交换信息。数据通信系统是指以电子计算机为 中心，用通信线路连接分布在远地的数据终端设备而完成数据通信的系统，主要完成 数据的传输、收集和分配的功能。 数据通信系统的一般模型如图2 4 所示 南京航空航天大学硕士论文 j信道 数据电 数据链 d c ed t e 图2 4数据通信系统的一般模型 2 3 2 资源分配与共享 当多个用户终端与一台主计算机相连时，就构成了多终端共享主机资源的概念。 多个用户终端通过交换网络与一台主计算机相连或多个计算机之间通过交换网络互 联时，计算机、主机和终端就可共享交换网络的资源，同时终端也可通过交换网络共 享主机资源。资源的分配方式与共享主要有： 1 点一点式信道的共享 2 网络链路的共享 3 广播信道的共享 2 4i n t e r n e t 的远程两络通信 2 4 1i n t e r n e t 概述 i n t e r n e t 国际互联网( 又名因特网) 与普通意义上的局域网或广域网不同，它 不隶属于某一个国家或集团，有具体的网络结构，而是由遍布世界的成千上万不同结 构的网路和计算机通过某些协议规范连接起来的全球性互联网络。 用户接入i n t e r n e t 而成为其中一员的过程非常简单，仅需要与i n t e r n e t 网的一 个节点相连或者与已经联入该网的某一个主机相连即可，i n t e r n e t 的出现打破了地 区和国家界限，它把分布于世界各个角落的性质不同的网络连接在一起，实现计算机 软件、硬件资源的共享，为不同国家和不同民族的网络用户提供学习，工作，科学研 究以及生活中的各种服务。 2 4 2 网络拓扑结构 通信网络的目的是要实现高效可靠的通信，那么，不管它是由谁建设经营，实现 何种业务，或者服务于哪个范围，其网络拓扑结构主要由以下几种组成； ( 1 ) 星型网 星型网结构如图2 5 ( a ) 所示。从图中可以看出，每个终端均通过单一的传输 链路与中心交换接点相连，具有结构简单、建网容易且易于管理的特点。缺点是中心 7 基于 n t e 丌】e t 的民航发动机远程故障诊断系统 处理机负载过重，当其发生故障时会导致全网瘫痪。另外，每一节点均有专线与中心 节点相连，使得线路利用率不高，信道容量浪费较大。 ( 2 ) 树型网 树型网结构见图2 5 ( b ) 所示。它是一种分层网络，适用于分级控制系统。树 型网的同一线路可以连接多个终端，与星型相比，具有节省线路，成本较低和易于扩 展的特点，缺点是对高层节点和链路的要求较高。 ( 3 ) 环型网 如图2 5 ( c ) 所示，各设备经环路节点级连成环型。信息流一般为单向的，线路 是共用的，采用分布控制方式。这种结构常用于计算机局域网中，有单环和双环之分， 双环的可靠性明显优于单环。 ( 4 ) 总线型网 如图2 5 ( d ) 所示，它是通过总线把所有节点连接起来，从而形成一条共享信道。 总线网络结构比较常见，扩展十分方便。该结构也常用于计算机局域网中。 ( 5 ) 复合型网络 该网络结构是现实中常见的组网方式，其典型特点是将分布式网络与树型网结合 起来，见图2 5 ( e ) ，这种方式可在通信量较大的区域( 如电话网中的长途网络，计 算机网中的骨干网络部分) 采用网型网结构，而在局域区域( 如基层网等) 内构成星 型网络，这样，即提高了网络的可靠性，又节省了链路。 o ii 4 巾 图2 5 网路的拓扑结构 2 4 3 网络分层模型- - o s l 模型 1 9 7 7 年国际标准组织( i s o ，i n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d so r g a n i z a t i o n ) 提出的 开放系统互联基本参考模型o s i i ( o p e ns y s t e m si n t e r c o n n e c t i o nr e f e r e n c e m o d e l ) ，简称o s i 模型。“开放”是指：只要遵循o s i 标准，一个系统就可以和位于 世界上任何地方的、也遵循这同一标准的其他任何系统进行通信。o s i 模型有七个分 层，每层在信息交换中均担当一个相对独立的角色，具有特定功能，同时上一层要利 用下层功能所提供的服务，直至最高的应用层，最终为应用进程使用网络环境提供 s 乓触 南京航空航天大学硕十论文 服务。 每层的具体功能见表2 1 所示。 表2 ，lo s i 模型的分层结构 o s i 中的层功能数据单位 应用层用户的应用程序与网络的接口报文 表示层协商数据交换格式数据包 会话层会话管理，传输同步以及活动管理数据包 运输层提供进程间的通信机制和保证数据传输的可靠性数据包与数据段 网络层寻址，流量控制和拥塞控制数据包 据链路层决定访问网络介质的方式帧 物理层将数据转换为物理传输的电气信号位( 比特) o s l 模型的数据传输，它将数据从一个站点到达另一个站点的工作分割成七个不 同的任务，这些任务按层管理，这就是著名的0 s i 七层模型，见图2 6 。 发送工址程 应用层 表示层 会话层 传送层 网络层 数据链路屡 物理层 a hi 数据 j 【一 p h i数据 s h 数据 t h l 数 据 n h l数据 数据 应用层 表示层 会话层 传送层 网络层 数据链路层 物理层 幽2 6o s i 七层模型与数据传输 2 4 4 i n t e r n e t 网络通信协议- - t c p i p 协议 t c p i p 协议( t r a n s f e rc o n t r o lp r o t o c o l i n t e r n e tp r o t o c 0 1 ) 叫传输控制 网际协议，又叫网络通信协议。它是当前最成熟、应用最广泛的互联网技术，拥有一 整套总体结构和协议标准。按照t c p i p 而建立的i n t e r n e t 已成为当今社会最大的信 息网络。t c p i p 不仅用于互联网，同时也能用于各种广域网、局域网等。 与o s i 模型相比，t c p i p 协议采用应用层、传输层、互联网层、网络接1 ：3 与硬 件层四个层次，这种层次结构遵循着对等实体通信的原则，每一层实现特定功能，数 据信息的传递在发送方是按照应用层一传输层一网际层一网络接口与硬件层顺序，在 接收方则相反，按低层为高层服务的原则。 基于l n z r m r t 的民航发动机远程故障诊断系统 t c p i p 协议的分层结构： 夺应用层：象h t t p ，p o p 3 ，f t p ，t e l n e t ，s m t p 和n f s 等应用程序与该层相关。 夺传输层：在该层，t c p 和u d p 将传输数据加入到包中，传递给第3 层。 夺互联网层：当本地主机上启动一个动作后，它将在一台远程主机上被执行。该层 接受来自第4 层的包，并在传递给第2 层之前加入i p 信息。 夺网络接口与硬件层：这是作为主机或本地计算机的网络设备，视情况而定( 如 d e v t t y l a ，d e v t t y s o 或者d e v l e o ) 。数据正是通过设备传递给物理层。 夺物理层：该层就是以太网或串行线接口协议( s l i p ) 自身。 t c p i p 包括两个协议；传输控制协议( t c p ) 和网际协议( i p ) 。t c p 协议是一个 面向连接、端对端的全双工通信协议。通信双方需要建立由软件实现的虚连接，t c p 协议为要传送的信息提供了一种简单统一的格式，为数据报提供可靠的数据流传输服 务，t c p 协议主要完成对数据报的确认、流量控制和网络拥塞；自动检测数据报，并 提供错误重发的功能；将多条路径传送的数据报按照原序排列，并对重复数据进行择 取；控制超时重发，自动调整超时值；提供自动恢复所丢失的数据的功能。t c p i p 的工作原理如图2 7 所示。 l 数据i 用户数据 【_ j 广 i f t p 数据l 应用层 文件以数据形式传送 接收数据并向用户显示 厂i ；i i 7 习传输层 将数据流分成若干t c p 端 并加t c p 分组头 生成数据报， 加上源主机和 一定格式的数 往宿主机或路 t c p 西议检查序号和报头数据 臣玉立竺篙一舯凹舣 将t c p 段放础握蜮。检查i p 报头，正确则去除 宿主机的r p l 帧头 i pt c pf t p 数据li p 头，并传送给上层 t _ 1 网络接口层 i 、i p 数据报i 、 ； 据，唢，发 、l 拆除封装进行帧校验， 粤墨一 1 ：。 i 正确则焦蜷给上层 帧头目的地址原地址包类型包数据c r c 检验f 图2 7t c p 的工作原理 i p 协议是t c p i p 的核心协议之一，位于网际层，主要功能包括面向无连接数据 报传送、数据报路由选择和差错处理。i p 协议所在的传输层提供统一的i p 数据报。 i p 负责将各种不同物理网络的物理地址转化为具有统格式的i p 地址，而且把各种 不同的帧统一转换成i p 数据报，使上层屏蔽i p 层的帧差异。 i o 南京航空航天又学硕士论文 i n t e r n e t 的间接路由选择采用路由表机制，每一台机器( 主机、路由器、网关 等) 开机时会产生一张路由表，该表包含了可能的目标信息。当i p 分组到达一个网 关时，l p 协议软件找到目标i p 地址，并抽取其中的网络号进行对比，当需要执行间 接路由选择时，由网关使用该网络标识决定路由，因此i n t e r n e t 路由选择是基于目 标网络号而不是主机号。 2 5 网络编程- - s o c k e t 套接字 2 5 1s o c k e t 简介 s o c k e t ( 套接字) 是支持t c p i p 协议的网络通信的基本操作单元。使用s o c k e t 的目的是使用户在网络协议上工作而不必对该网络协议有非常深入的了解。套接字的 概念是i n t e r n e t 使用得协议组t c p i p 的组合，套接字本质上是网络中两台主机之间无 缝的数据连接。它通过计算机在其端点的网络地址以及每一台主机的端口进行标识。 联网的计算机通过连接每一个程序到一个不同的数字，即程序端口，而将输入的数据 流从网络上路由到某些特定的接收程序。同样地，当创建输出流时，为原始程序赋予 一个端口程序以利于传输。否则，远程计算机不能对输入作出反应。t c p i p 为某些 协议保留了某些固定的端口号例如2 5 代表s m t p ，8 0 代表h t t p ，所有1 0 2 4 以 下的端口都保留给每一台主机的超级用户来使用。 利用s o c k e t 进行通信，有两种主要的方式： 第一种叫流方式( s t r e a ms o c k e t ) ，它为用户提供可靠的、全双工的字节流服务， 具有确认、流控制、多路复用和同步等功能，适于数据传输。在这种方式下，两个进 行通信的应用程序之间先要建立一个虚拟的连接，每一次完整的数据传输都要经过建 立连接、使用连接和终止连接三个过程。在数据传输过程中，各数据分组不携带目的 地址，而使用连接号。流方式采用t c p i p 协议。流方式的特点是通信可靠，对数据 有重发和校验机制，通常用于数据文件的传输。 第二种叫数据报方式( d a t a g r a ms o c k e t ) ，在这种方式下，每个分组都携带完整 的目的地址，各分组在系统中独立传送。它不能保证分组的先后顺序，不进行分组出 错的恢复和重传，因此不保证传输的可靠性。但是，它提供高传输效率的数据报服务。 数据报方式使用u d p 协议。 2 5 2 s o c k e t 套接字编程 应用j a v a 语言进行网络程序开发可以采用3 种方法：u r l ( 统一资源定位器) 、 s o c k e t ( 套接字) 、d a t a g r a m ( 数据报) 。u r l 一般用于w 曲上某一特定资源的获取， 不适合于底层应用程序的开发，d a t a g r a m 是以不可靠传输协议u d p 为基础，但对于 现场中的数据，必须保证传输的可靠和准确，因此对于该网络通信程序一般采用基于 可靠传输协议t c p 基础上的s o c k e t 编程加以实现。 j a v a a p i 为处理套接字的通讯提供了一个类j a v a n e t s o c k e t 。下表中列出了s o c k e t 1 基于i n t e m e t 的民航发动机远程故障诊断系统 类常用的方法 表2 2s o c k e t 类的方法 方法描述 c l o s e ( ) 关闭套接字 i n e t a d d r e s sg e t l n e t a d d r e s s 0返回在套接字另一端的计算机的 i n e t a d d r e s s i n tg e t l o c a l p o r t ( ) 返回与该套接字相连的本地端口号 i n p u t s t r e a mg e t l n p u t s t r e a m ( )返回连接到该套接字上的 o u t p u t s t r e a m s e t s o c k e t i m p l f a c t o r y ( s o c k e t l m p l f a c t o r y )为系统设置套接字实现工厂 g e t l n p u t s t r e a m 和g e t o u t p u t s t r e a m 特别重要，因为用户将使用它们与远程主机进 行通信。 下面代码段使用了最简单的s o c k e t 类的构造函数： t r y s o c k e ts 2 n e ws o c k e t ( w w w m e d i a c o m ”，2 5 ) ； | 4c o d eh e r ei n t e r e s t sw i t hs o c k e t | s c l o s e 0 ；) c a t c h ( u n k n o w n h o s t e x c e p t i o ne ) ) c a t c h ( i d e x c e p t i o ne ) ) 当构造一一个套接字时，用户可以通过包含其主机名的s t r i n g 或特定的类 j a v a n e t i n e t a d d r e s s 来指定连接到哪一台主机上去。s o c k e t 类允许用户以s t r i n g 的形 式指定一个主机名或以i n e t a d d r e s s 的形式指定i p 地址。 s o c k e t 类本身只是为与远程主机的通信提供一致的接1 3 。每个套接字都有自己的 s o c k e t i m p i 在j a v a n e t 软件包中的另一个类，它的实际工作是连接远程主机并将 数据传送给它或从中读取数据，缺省的s o c k e t l m p i 用于处理正常的t c p i p 流量，但 用户有可能使用另一种协议，例如a p p l e t a l k 或t p x 进行通信。 用户可以编写一个实现s o c k e t l m p i f a c t o r y 的类，一个允许套接字申请s o c k e t l m p i 的接口，新的s o c k e t l m p l f a c t o r y 将创建s o c k l m p i ，它们能使用i p x 或a p p l e t a l k ，而 且标准的s o c k e t 类在不要求用户了解一套全新方法的基础就能使用s o c k l m p i 。在联 网计算机中使用抽象分层技术是相当普遍的。 南京航空航天大学硕士论文 第三章基于w e b 的开发技术 i n t e r n e t 起源于6 0 年代末7 0 年代初的美苏军事冷战时期，美国国防高级研究 计划局a r p a 为了建立适应军事对抗的安全指挥系统，从1 9 6 9 年起开始着手承建名为 a r p a n e t 的网络，这是最早的i n t e r n e t 网。i n t e r n e t 的出现打破了地区和国家的界 限，它把分布于世界各个角落的性质不同的网络连接在一起，实现计算机软件、硬件 资源的共享，为不同国家和不同民族的网络用户提供学习、工作、科学研究以及生活 中的各种服务。 本章将围绕“浏览器服务器”的这种新型的计算机结构模式来讨论一下基于w e b 的开发的一些关键技术。 3 1w e b 通信协议一耵t p 协议 超文本传输协议( h t t p ) 是关于在w e b 上进行文件( 文字，图形，图像，声音， 视频等各种多媒体文件) 交换的一组规则。和t c p i p 协议的那一组规则( 在i n t e r n e t 上进行信息交换的基本规则) 相比，h t t p 是一组在应用层上的协议。 h t t p 协议是无状态，每一次客户端请求都包括以下步骤： ( 1 ) 连接客户端与指定的服务器建立连接。 ( 2 ) 请求连接建立好了，客户端提出请求送往服务器。 ( 3 ) 响应服务器收到客户端的请求后，取得相关对象送回客户端。 ( 4 ) 关闭在接收完对象后，关闭对象。 一般来讲，h t m l 的元素有下列三种表示方法： ( 1 ) 文件或超文本 ( 2 ) 文本或超文本 ( 3 ) 3 2 网页制作语言一m 帆 h t m l 即超文本标记语言，用于设计格式文字。它可和相关内容建立超连接。并 可通过表单标记来产生互动的页面。在最新版本的浏览器中，j a v a s c r i p t ，v b s e f i p t ， j a v a a p p l e t ，a c t i v e x 等新技术被加入到浏览器中。 3 3 j s p 技术 j s p ( j a v as e r v e rp a g e s ) 是目前十分流行的一种动态网页技术，它主要运行于 开发服务端的脚本程序和动态生成网站的内容。j s p 技术和目前同样流行的a s p 技术、 p h p 技术是同样性质的、同一层次的，它们的作用是一样的。但是j s p 技术与后面两 种技术相比，有着十分突出的优越性。 基于i n t e r n e t 的民航发动机远程故障诊断系统 3 3 1j s p 功能介绍 在以前，开发i n t e r n e t 后台数据库应用程序是专业程序员做的事。因为i s a p i ， c g i 类型的开发技术，使用c c + + ，p e r l ，p a s c a l 作为开发语言，上手十分困难，程 序代码难写难懂，调试程序十分困难。后来，代替c g i ，i s a p i 的技术方案纷纷出笼， 如m i e r o s o f t 公司的a s p ( a c t i v es e r v e rp a g e s ) ，a s p + ，c # ；p h p ( p e r s o n a l h o m e p a g et 0 0 1 ) ，s u n 公司的j a v a ，s e r v l e t ，j s p 等； j s p 技术为创建显示动态生成内容的w e b 页面提供了一个简捷而快速的方法。j s p 技术的设计目的是使得构造基于i n t e r n e t 的应用程序更加容易和快捷，而这些应用 程序能够在各种w e b 服务器、应用程序服务器、客户器浏览器下顺利运行。一个j s p 包括h t m l 、j a v a 代码和j a v a g e a n 组件。j s p 程序其实就是在 t t k 4 l 代码中嵌入j a v a 代码段，这些j a v a 代码段可以完成各种各样的功能。编写好j s p 程序后，不需要编 译它，我们只需把它存放至服务器的特定目录下面就可以了，当服务器接到对j s p 程序的请求时，它会首先把j s p 程序发送到一个语法分析器中，这个语法分析器将会 把这个j s p 程序翻译为一个j a v a 程序文件，然后调用j a v a c e x e 程序将这个j a v a 程序文件编译为s e r v l e t 类，即一个标准的j a v ac l a s s 文件。这时，服务器的j s p 引擎( 即服务器上的j a v a 运行环境) 将这个e l a s s 载入内存，运行它，把结果送往 客户端，客户端的浏览器上出现的就是这个j s p 程序的运行结果。当第二次请求这个 j s p 程序时，由于它已经被编译为字节码形式的c l a s s 文件，所以j s p 引擎就直接运 行这个c l a s s 文件，而不需要再次编译它，除非j s p 程序被改动或者是服务器关闭后 又重新启动了。 3 3 2j s p 与a s p 的比较 总的柬蜕，j s p 和m i c r o s o f t 公司提供的a s p 在技术方面有许多相似之处。二者 都是为基于w e b 应用动态交互网页制作提供的技术环境支持。同等程度上来讲，二 者都能够为程序开发人员提供实现应用程序的编制与自带组件设计网页从逻辑上分 离的技术，而且二者都能够替代c g i 使网站建设与发展变得简单与快捷。 虽然j s p 提供的技术特性和m i c r o s o f t 公司提供的a s p 的技术特性有些相似，但 它们是截然不同的两种技术。它们之间的差异见表3 1 。 表3 1j s p 与a s p 的对比表 j a v a s e r v e rp a g e s a c t i r es e r v e rp a g e s w e b 服务器支持采