（计算机应用技术专业论文）中石油gpsgprs智能巡检系统通讯服务器的设计与实现.pdf

摘要 摘要 石油化工行业是现代工业和物质生活的基础，而星罗棋布的输油输气管道就 如同城市的血管，源源不断的为工业生产和人民日常生活输送着能源。因此，保 障输油输气管道的安全、通畅，就具有特别重大的意义。管道线路巡检管理是有 效保证输气管道及其设备安全运行的一项基础工作。传统的巡检方式具有人为因 素多、信息反映不及时、管理效率低、无法可视化等缺点。g p s g p r s 智能巡检系 统作为中石油十一五信息化战略建设的重要组成部分，集全球定位系统、掌上电 脑和计算机网络通信等先进技术于一体，是一种先进的管道线路巡检管理模式， 弥补了传统巡检方式的缺点。实现对目标对象数字化、可视化、实时化管理。 随着项目的推广，功能的日益增多，巡检系统通讯服务器承受着日益严峻的 性能考验和负载压力，作为整个系统的核心部分，若通讯服务器发生了崩溃，将 导致整个巡检系统瘫痪。因此，为了提供良好稳定的通讯服务和及时的数据处理， 通讯服务器的设计显得尤为重要。此外通讯服务器相关关键技术的研究具有很大 的通用性，进行g p s g p r s 通讯服务器网络通信架构以及关键技术的研究，对石 油信息化的发展和巡检项目的开发，对于采用g p s g p r s 技术的各行业巡检系统 都有积极意义。 本课题旨在通过分析当前通讯服务器开发所采用的常用架构和技术，提出一种 高效的具备较好扩展性的通讯服务器架构，并结合中石油智能巡检项目实际需求实 现了通讯服务器软件，而且在测试与项目实际运营中，充分论证架构的合理性与高 效性。 本文站在服务器设计开发的角度，首先概括了当前服务器开发相关技术的研究 现状，在分析比较了服务器开发的各种架构和技术的基础上，重点分析了完成端口 模型这一主要的服务器i o 架构。第二，在分析比较各种服务器架构的基础上，结合 多种服务器组网方式、服务器模式、服务器并发技术、数据库访问技术以及资源分 配策略等，提出了一种高效的基于完成端口模型的服务器构建技术方法。第三，研 制出了一套基于本架构的服务器软件。该通讯服务器采用完成端口模型高效处理系 统i o ，使用解码状态机高效可靠的解析数据，采用线程池动态分配业务处理线程实 时处理各种业务请求，封装数据库的基本操作为一个类，简化数据库操作，采用旁 视列表技术高效分配释放系统资源。最后，通过实验证明了该架构及其相关技术具 摘要 有良好的性能和可扩展能力。 g p s - - - g p r s 智能巡检系统及其通讯服务器软件在实际应用中得到了使用部门的 充分肯定。文中所研究的通信体系架构以及关键技术的设计实践分析，对了解和解 决服务器设计中所遇到的基本问题有很好的工程参考价值。 关键词：智能巡检系统，完成端口，线程池，资源分配策略 n a b s t r a c t p e t r o c h e m i c a li n d u s t r yi st h eb a s eo f i n d u s t r ya n dm a t e r i a ll i f e ，a n dt h ep i p el a y i n g w h i c hw a sd o t t e di nc i t i e sj u s tl i k et h eb l o o dv e s s e l ，t r a n s p o r t se n e r g yc e a s e l e s s l yf o r i n d u s t r yp r o d u c ea n dp e o p l e sd a i l yl i f e s o ，e n s u r e i n gp i p el a y i n g ss a f e t y 、e x p e d i t e h a v ei m p o r t a n ts i g n i f i c a n c e m a n a g e m e n to fg a sp i p el a y i n gi n s p e c t i o ni sab a s i ct a s k f o ra s s u r i n gt h es a f e t yo ft h eg a sp i p ea n di t s e q u i p m e n t s t r a d i t i o n a r yp i p el a y i n g i n s p e c t i o nh a v es o m ed i s a d v a n t a g e a s p e o p l ep a r t i c i p a t e i n i n s p e c t i o n t a n t o 、 i n f o r m a t i o nw a s n tr e f l e c ti nt i m e 、t h ee f f i c i e n c yo fm a n a g e m e n tw a si n e f f i c i e n t 、a n d c a n ta u d i o v i s u a l g p s - g p r ss m a r t i n s p e 斌i o ns y s t e mi s t h e i m p o r t a n tp a r to f c n p c ( c h i n an a t i o n a lp e t r o l e u mc o r p o r a t i o n ) si n f o r m a t i o ns t r a t e g y - b u i l d i n g i tu s e s m a n yl a t e s ts c i e n t i f i ca c h i e v e m e n t s ，w h i c hi n c l u d e sg p s 、 s m a r tp h o n ea n d g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r d c e ) ，i sa na d v a n c e dm a n a g e m e n tm o d e lo fp i p e i n s p e c t i o n ，a n dm a k e su pt h et r a d i t i o n n a r yi n s p e c t i o ns y s t e m sf l a w w i t ht h ep r o j e c t sp r o m o t i o na n df u n c t i o n si n c r e a s e ，t h ec o m m u n i c a t i o ns e r v e r p e r f o r m a n c eu n d e rs e v e r ep r e s s u r ea n dl o a dt e s t s a st h ec o r eo ft h ee n t i r ep r o j e c t ，i ft h e s e r v e rc r a s h e s ，w i l ll e a dt op a r a l y s i so ft h ee n t i r ei n s p e c t i o ns y s t e m t h e r e f o r e ，i no r d e r t op r o v i d eag o o da n ds t a b l ec o m m u n i c a t i o ns e r v i c e sa n dt i m e l yd a t ap r o c e s s i n g , c o m m u n i c a t i o ns e r v e r d e s i g ni se s p e c i a l l yi m p o r t a n t b e s i d e st h ec o m m u n i c a t i o n s e r v e r sr e l a t e dk e yt e c h n o l o g yr e s e a r c hi sv e r yv e r s a t i l e , i th a sp o s i t i v es i g n i f i c a n c ef o r s n p c si n f o r m a t i o n i z a t i o n 、t h ei n s p e c t i o np r o j e c t sd e v l o p m e n ta n di n s p e c t i o ns y s t e m t h a tu s e so fg p s g p r st e c h n o l o g i e si no t h e ri n d u s t r i e s a f t e r a n a l y z i n gt h e ac o m i i l o nf l a m ea n dd e v e l o p m e n t t e c h n o l o g i e so f c o m m u n i c a t i o ns e r v e r , w ep r o p o s eas e r v e rf r a m ew h i c hh a sg r e a te f f i c i e n c ya n dg o o d e x p a n s i b i l i t y m o r e o v e r , c o m b i n i n gt h er e a lr e q u i r e m e n t ，t h es e r v e ri si m p l e m e n t a n d t h ef r a m e sr a t i o n a l i t yh a sb et e s t e di nt e s tt a c h ea n ds y s t e m sr e a lr o u t i n e t h i sp a p e rd e a l sw i t hc o m m n u i c a t i o ns e r v e r s d e v e l o p m e n t f i r s to fa l l ，i t s u m m a r i z e st h ec u r r e n tr e s e a r c ha b o u tt h et e c h n o l o g yo fs e r v e rd e v e l o p m e n t a f t e r r e s e a r c h i n gd i f f e r e n ts e r v e rf r a m eo rd e v e l o p em e t h o d s ，c o m p l e t i o np o r tm o d e li s p r i m a r i l ya n a l y z e d s e c o n d l y , a c c o r d i n gt oa n a l y z i n ga n dc o m p a r i n ga l lk i n d so fs e r v e r i a b s t r a c t f l a m e s ，a n dc o m b i n ew i t hm a n i f o l ds e r v e r sn e t w o r kb u i l d i n gm o d e 、s e r v e rm o d e l 、 s e r v e r si n t e r c u r r e n tt e c h n o l o g y 、d a t a b a s ea c c e s s i n gt e c h n o l o g ya n dt h es t r a t e g yo f r e s o u r c ed i s t r i b u t i o n , ah i 曲e f f i c i e n c ym e t h o db a s e do nc o m p l e t i o np o r tm o d e li s p r o m o t e d t h i r d ，ac o m m u n i c a t i o ns e r v e ru s i n gt h en e wm e t h o di sd e v e l o p e d t h e s e r v e ra d o p tc o m p l e t i o np o r td e a lw i mi oe f f f i c i e n t l y , u s ee s t a t em a c h i n ep a r s e dd a t a r e l i a b l y , u t i l i z et h r e a dp o o la l l o t t e dl o g i cp a r s et h r e a dr a t i o n a l l y , e n c a p s u l a t ea l la c t i o n o fd a t a b a s ep r e d i g e s t e dt h ef u s s ya c c e s st od a t a b a s ea n da d o p tl o o k a s i d el i s tt e c h n o l o g y a l l o to rr e c l a i mr e s o u r c ee f f i c i e n t l y f i n a l l y , i t sp r o v e dt ob ee f f e c t i v et h a tt h es e r v e r f l a m ec a nm a k eg o o dp e r f o r m a n c e sa n d g o o de x p a n s i b i l i t y b ya p p l y i n gi ni n f o r m a t i o nc o n f r o n t a t i o n ，t h e “g p s - g p r ss m a r ti n s p e c t i o n s y s t e m a n dt h ec o m m u n i c a t i o ns e r v e rh a v eg o ts u f f i c i e n tp r a i s ef r o mm e i ru s e r s t h ed e s i g na n dp r a c t i c ea n a l y s i so fc o m m u n i c a t i o ns y s t e ma r c h i t e c t u r ea n dk e y t e c h n o l o g yh a sav e r yg o o dr e f e r e n c ev a l u ei nr e s e a r c ha n d r e s o l u t i o no ft h es e r v e r d e s i g n k e y w o r d s ：s m a r ti n s p e c t i o ns y s t e m , i o c p ，t h r e a dp o o l ，r e s o u r c ea l l o c a t i o n s t r a t e g i e s i v 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已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：囱丝 日期：加。7 年石月i e l 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：囱金导师签名：巡 e t 期：2 力7 年月f 日 第一章绪论 1 1 中石油巡检系统的现状 第一章绪论 石油化工行业是现代工业和物质生活的基础，中国石油较早地实现了计算机 技术在企业内部的应用，计算机技术为石油企业自动化做出了巨大的贡献。随着 国家十一五经济发展目标及工业信息化战略的制定，对石油行业信息化的要求越 来越高。为加快信息化建设进程，2 0 0 5 年中国石油组织编制了“十一五”信息技 术总体规划。该规划涉及油气勘探开发、炼油化工生产、管道运输销售、工程技 术服务等主营业务等石油核心领域。g p s g p r s 智能巡检系统项目正是管道运输信 息化建设的一个重要部分。 管道线路巡检管理是有效保证输气管道及其设备安全运行的一项基础工作。 通过巡视检查来掌握线路运行状况及周围环境的变化，发现设备缺陷和危及线路 安全的隐患，提出具体的检修内容，预防事故发生或将事故限制在最小范围，保 证输气管道的安全运行和平稳供气。为了监视长输管道线路和设备的正常运行， 巡检人员通常要对管线和设备进行定时巡检，对设备的运行状况、参数进行记录 存档，及时发现设备缺陷和安全隐患，提出具体的检修内容。但是根据统计，在 管道线路破坏阻断中，大部分都是由于日常巡检管理制度落实不到位造成的。所 以建立起一套科学、行之有效的巡检体系，是保证长输管道可靠运行的基础。 目前中石油管道巡检存在以下两种方式： 1 第一代巡检系统：传统线路巡检，普遍采用的是人工巡视、手工纸介质记 录的工作方式。该方式存在着人为因素多、信息反映不及时、无法监督巡 检人员工作状态等明显缺陷。 2 第二代巡检系统：利用信息钮和条形码等较为先进的自动识别技术进行计 算机管理，尽可能杜绝人为因素的影响。但第二代系统也存在许多不足， 如：产品安装复杂，长期暴露野外易遭损坏，不便于管理。信息仍旧由巡 检人员现场手工记录完成，费时费力且填写不规范，使得巡检信息汇总分 析的工作量没有实质减少，从而影响了线路巡检管理效率的进一步提高。 为弥补上述两代巡检系统的缺点与不足，第三代巡检系统：g p s g p r s 智能巡 检系统应运而生。 电子科技大学硕士学位论文 1 2 中石油智能巡检系统介绍与分析 1 2 1 巡检系统简述 g p s g p r s 智能巡检系统是中石油“数字油田 建设项目的一部分。系统利用 了当今科技的最新成就，集全球定位系统、掌上电脑和计算机网络通信技术于一 体，基于“移动信息平台概念，是一种先进的管道线路巡检管理模式。智能巡 检管理系统由手持机、后台数据处理中心以及w e b g i s 发布三大部分组成，基层 巡检人员可接入统一的企业通信平台，将各种状态信息及时上传数据库，同时也 实现了与现有信息管理系统( m i s ) 的网络互联和信息共享。 g p s g p r s 智能巡检系统，可以对巡检人员的巡视线路、工作状态实时检查， 可以实时报警以及定位图形显示故障点等，不仅摆脱了第一代系统的管理保存问 题，还弥补了第二代系统的滞后性、无法可视化等缺点。可以实现对目标对象数 字化、可视化、实时化管理。 与传统巡检方式相比，其功能特点可概括为“三减两免一增加，即： 减少了巡检缺勤率，减少了录入工作量，减少了系统总成本：通过手持机完 成规范性记录，使消缺管理和人员考勤逐步走向电子化、信息化、标准化；巡检 处理中心收集手持机中的巡检记录，完成巡检数据的存储、查询、分析、汇总和 报表输出，巡检管理工作一目了然； 免施工、免维护：无需在管道线路上或设备上安装任何信息识别载体，直接 利用全球卫星定位系统实现线路巡检自动定位、自动记时； 增加了故障报警与处理的及时性、准确性：实现从缺陷发现到缺陷处理及注 销的全过程高效监管，最大限度减少漏检、错检。 1 2 2 巡检系统体系结构 本系统采用b s 与c s 结构相结合的软件架构。c s 软件实现基于g i s 界面的 巡检动态跟踪、报警、调度、巡检终端的登记管理、g p s 基准定位数据处理以及 g i s 数据加载等功能，b s 软件实现软件更新维护、g i s 可视化浏览等功能。系统 方案如图1 1 所示： 2 第一章绪论 遛抽日曙囊气作电区 梦 孓j 苫 图1 - i 巡检系统总体方案图 由上图可知系统总体架构分为三大部分： 1 手持式的基于g p s 和g p r s 的p d a 移动信息终端作为智能巡检器：手持式智 能巡检器可通过内嵌软件录入巡检信息，并可拍摄和上传现场图片，实时确定 巡检位置和安全隐患点位置。 2巡检数据处理中心：接收各巡检线路的手持机上传的巡检数据，进行分类处理， 与管道g i s 空问数据结合，输出人员巡检情况、生成巡检记录和线路数据，通 过统计查询模块可以检验巡检人员的到位率，还可输出巡检报表和统计分析结 果：巡检数据处理中心设置数据通信服务器、数据库服务器。 3 基于w e b 的巡检信息发布系统以及巡检动态跟踪监控系统：满足实时跟踪、 报警、调度等基层生产管理的需要。 系统总体架构如图1 - 2 所示； 冒 智能巡检嚣 图i 之系统总体架构图 超枪动态跟踩 监控客户端 电子科技大学硕士学位论文 系统软件体系架构如图1 3 所示 p d a 手持机终端 通讯服务器w e b 发布端 图l 一3 软件体系架构图 其中，巡检数据处理中心设置数据通信服务器、数据库服务器和w e b 发布服 务器，根据系统规模，可将这几台服务器集中在一台物理服务器上，也可分布处 理，构成一局域网。同时处理中心提供与其它m i s 系统的接口。 由于巡检系统的特点，如：实时性要求高、可靠性要求高、功能要求复杂， 以及客观条件限制，如：智能巡检手持机的性能，当前g p r s 网络速度，巡检人 员计算机水平等多方面原因决定了通讯服务器与巡检手持机不能采用流行的b s 服务器组织结构。所以在本文中，提出了c s ( 客户服务器) 结构进行巡检系统 的设计，根据系统功能需求设计并实现了一个能满足较大吞吐量、功能完备的智 能巡检通讯服务器。 1 3 论文研究意义 智能巡检系统是中石油十一五信息化战略建设的重要组成部分，标志着中石 油信息化建设迈入了新的阶段。巡检过程中产生的数据属于中石油商业数据，安 全度要求较高，传输实时性要求强，通讯效率、可靠性要求高，因此设计个满 足客户需求，稳定而高性能的服务器程序，成为整个系统关键。 4 第一章绪论 作为整个系统中最关键的巡检数据处理中心是整个项目的核心部分，g p s 定 位信息的接收，各种巡检数据的处理，协议处理，g p r s 连接处理，接收队列的维 护，数据库维护，随着项目的推广，功能的日益增多，通讯服务器端承受着严峻 的性能考验和负载压力，这对服务器的设计是一个巨大的挑战。若服务器发生了 崩溃，将导致整个巡检系统瘫痪。 为了提供良好稳定的通讯服务和及时的数据处理，通讯服务器端的设计显得 尤为重要。此外该通讯服务器相关关键技术的研究具有很大的通用性，进行 g p s g p r s 通讯服务器端网络通信架构以及关键技术的研究，对石油信息化的发展 和巡检项目的开发，对于采用g p s g p r s 技术的各行业巡检系统( 比如电力行业 自动巡检系统) 都有积极的意义。 1 4 论文主要内容及组织 中石油g p s g p r s 智能巡检系统通讯服务器端的开发涉及到网络通信、数据 缓存和持久化、协议加解密、g p s 坐标转换、数据库开发与优化、巡检业务处理 等多方面的技术，笔者有幸参与巡检系统通讯服务器部分的开发，论文将结合研 究方向和具体项目经验展开，讨论以下内容： 第一章对中石油巡检系统的现状进行了介绍。简要分析和介绍了巡检系统的 体系架构，对其中关键的数据处理中心进行了介绍。 第二章研究了系统开发的相关技术，包括g p s 技术、g p r s 技术、通信体系 模式、w i n d o w ss o c k e t 编程、异步i o 模式、并发服务和数据库访问技术等。 第三章总体阐述服务器系统层次框架，对系统总体设计。 第四章按照总体设计原则对服务器关键模块进行了详细的分析和设计，讨论 了服务器设计中的通讯i o 管理模块，协议处理模块，业务处理模块，数据库操作 模块以及资源分配模块的设计和实现。 第五章设计测试方案，结合系统测试环境和测试结果对服务器测试，对其性 能进行评估。 第六章总结全文所做的研究工作，并对下一步研究和开发工作进行了展望。 电子科技大学硕士学位论文 2 16 p s 技术及分析 第二章关键技术分析 g p s 全球定位系统( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t c m ) 是一个高精度、全天候和全球 性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。g p s 定位技术具有高精度、高效率 和低成本的优点，其特点包括：全天候；全球覆盖；三维定速定时高精度；快速 省时高效率；应用广泛多功能【i 】。 在数据格式方面，所有的g p s 接收机或g p s 芯片，都输出通用的n m e a - 0 1 8 3 标准格式的数据。n m e a 0 1 8 3 格式以“$ ”开始，以“( c r ) ( l f ) ”结束，g p g g a 为定位输出语句，包括时间及定位数据，应用比较广泛。接收机每秒种发送一帧 数据，其数据格式为【2 】： $ g p g g a ，( 1 ) ，( 2 ) ，( 3 ) ，( 4 ) ，( 5 ) ，( 6 ) ，( 7 ) ，( 8 ) ，( 9 ) ，( 1 0 ) ，( c r ) ，( l f ) $ g p g g a 一字头识别符 ( c r ) ( l f ) 一回车、换行 表2 - 1g p s 数据格式说明 序号数据说明 具体格式 ( 1 ) 定位u t c 时间 n h m m s $ ( 2 ) 纬度 d d d m m m m m m m m 度度度分分分分分分分分 ( 3 ) 北纬或南纬n 北纬，s 南纬 ( 4 ) 经度 d d d m m m m m m m m 度度度分分分分分分分分 ( 5 ) 东经或西经e 东经，w 西经 ( 6 ) 质量因子l = g p s 2 = d g p s ( 7 ) 跟踪卫星数 0 0 1 2 ( 8 ) 水平精度因子( p d o p )1 o 9 9 9 ( 9 ) 天线海拔高程 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 m ( 1 0 ) 椭球面的天线高程 9 9 9 9 9 9 9 9 9 m 6 第二章关键技术分析 2 2g p r s 技术及分析 2 2 1g p r s 简介 g p r s - - - g e n c r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ，是通用无线分组业务的英文简称，是一 种基于g s m 系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线m 连接。通 俗的讲，g p r s 是一项高速数据处理的科技，方法是以“分组”的形式传送信息到用 户手上【3 1 。 g p r s 是一个采用分组传输技术的业务平台，即支持t c p i p 协议也支持x 2 5 协议。几乎可以支持除交互式多媒体业务以外的所有数据应用业务。其特点包括【3 】： ( 1 ) 覆盖范围广：目前中国移动的g p r s 网络已覆盖国内绝大部分地区，可充 分利用现有资源，方便、快速、低成本地为用户数据终端提供远程接入， 能够满足数据采集对覆盖范围的要求。 ( 2 ) 传输速率较高：g p r s 数据传输速度最高为1 7 1 2 k b i t s ，下一代g p r s 业 务的速度可以达到3 8 4 k b i t s 。 ( 3 ) 实时性较强：g p r s 接入等待时间短，可快速建立连接，平均为2 5 秒； g p r s 提供实时在线功能“a l w a y so n l i n e ，系统始终处于在线状态，系统 时延很小，可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。 2 2 2g p r s 服务参数 2 2 2 1 工作频率 g p r s 工作于g s m 9 0 0 、1 8 0 0 和1 9 0 0 三个工作频段，包括g s m 9 0 0 的g 1 频 段和p 频段，当然，g p r s 可以限制每个小区只工作于p 频段。如表2 2 所示了 g s m 和g p r s 的工作频段【4 】。 表2 - 2g s m 和g p r s 的工作频段 9 0 0 m h z 频段g l 频段上行频率( 原e - - g s m )8 8 0 8 9 0 m h z p 频段上行频率8 9 0 一9 1 5 m h z g 1 频段下行频率( 原e - - g s m )9 2 5 9 3 5 m h z p 频段下行频率9 3 5 9 6 0 m h z 双工间隔4 5 m h z 载频间隔2 0 0 k h z 1 8 0 0 m h z 频段上行频率1 7 1 0 一1 7 8 5 m h z 7 电子科技大学硕士学位论文 下行频率8 9 0 915 m h z 双工间隔9 5 m h z 载频间隔2 0 0 k h z 19 0 0 m i - i z 频段 上行频率1 8 5 0 一1 9 1 0 m h z 下行频率1 9 3 0 一1 9 9 0 m h z 双工间隔8 0 m h z 载频间隔2 0 0 k h z 2 2 2 2p d p 地址 p d p 地址是g p r s 数据传输中用户的网络层地址，与p d p 类型紧密相关。如 果p d p 类型为x 2 5 ，p d p 地址必须为x 1 2 1 地址；如果p d p 类型为i p v 4 ，p d p 地址就必须为i p v 4 地址，如1 9 2 1 6 8 1 1 2 5 。p d p c o n t e x t 激活一般由用户发起，支 持静态、动态两种分配方式。但当网络( 如g g s n ) 引发p d p c o n t e x t 激活时，只 能使用静态p d p 地址【5 1 。 2 2 2 3a p n ( a c c e s sp c i n tn a m e ) g p r s 网络内部的d n s ( 域名解析) 功能将把a p n 翻译成为g g s n 的口地 址。另外在g g s n 内部，a p n 可以确定外部交互网络。用户可以指定a p n ，如 “c o o l f o x c o r n ；也可以使用通配符a p n “耖。通配符a p n 表示用户可以使用没有 签约的a p n ，即h p l m n 运营商允许用户接入任何网络。如果用户签约了通配符 a p n ，就意味着如果用户激活请求中没有指定a p n ，必须使用s g s n 缺省的a p n ； 而且可以使用动态地址方式接入用户指定的任何a p n t 5 1 。 2 3 通讯体系模式 2 3 1 网络协议 t c p i p 协议族实际上就是在物理网上的一组完整的网络协议。其中t c p 是提 供传输层服务，而p 则是提供网络层服务。t c p i p 结构如下图所示： 第二章关键技术分析 圈围 曰曰曰日曰 卜| l 一_ ! 日口曰固 图2 - 1t c p i p 结构图 常用的协议主要包括t c p u d p 协议和协议。在讨论哪种协议更适合通讯 服务器之前有必要简略地描述一下它们的工作方式。t c p i p 和u d p i p 是网络体系 结构中非常重要的通信协议族。口层负责网际数据包的传输。u d p 或者t c p 层将 大的数据包传给p ，i p 将数据包分割为小的子数据包，为每个数据包加上一个信 封，计算出目的地的p 地址，应该如何到达那里，然后将数据包发送到你的i s p 6 】。 ( 1 ) t c p ( 传输控制协议t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) ：t c p 是一种面向连接 的、可靠的、基于字节流的运输层通信协议。面向连接意味着两个使用t c p 的应用( 通常是一个客户和一个服务器) 在彼此交换数据之前必须先建立 一个t c p 连接。在一个t c p 连接中，仅有两方进行彼此通信。广播和多 播不能用于t c p 。 ( 2 ) u d p ( 用户数据报协议u s e rd a t a g r a mp r o t o c 0 1 ) ：u d p 是一种无连接的传 输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。是一个简单的面向 数据报的传输层协议。u d p 适用于不需要t c p 可靠机制的情形，比如， 当高层协议或应用程序提供错误和流控制功能的时候【7 1 。 u d p 和t c p 区别在于t c p 保证数据包的传送和有序，而u d p 不保证。为了 确定数据包通过i n t e r a c t 完好无损地送到了目的方，t c p 期待从目的方为它发送的 每个数据包发回一个应答包( a c k ) 。如果它在一定时间内没有收到a c k ，它就 停止发送任何新的数据包，重新发送丢失的数据包，并且将继续这样做直到收到 目的方的回应哺j 。 9 电子科技大学硕士学位论文 2 3 2 分布服务器模式 2 3 2 1b s 模式 b s ( 浏览器服务器) 是随着i n t c m e t 技术的兴起，对c s 结构的一种改进。 在这种结构下，软件应用的业务逻辑完全在应用服务器端实现，用户表现完全在 w e b 服务器实现，客户端只需要浏览器即可进行业务处理，是一种全新的软件系 统构造技术【9 】。其结构如下图： i r a r a r m t 图2 - 2 b s 模式结构图 b s 结构的优点【1 0 】： 1 具有分布性特点，可以随时随地进行查询、浏览等业务处理。 2 业务扩展简单方便，通过增加网页即可增加服务器功能。 3 维护简单方便，只需要改变网页，即可实现所有用户的同步更新。 4 开发简单，共享性强。 b s 模式的缺点【1 0 】： 1 个性化特点明显降低，无法实现具有个性化的功能要求。 2 操作是以鼠标为最基本的操作方式，无法满足快速操作的要求。 3 页面动态刷新，响应速度明显降低。 4 无法实现分页显示，给数据库访问造成较大的压力。 5 功能弱化，难以实现传统模式下的特殊功能要求。 2 3 2 20 s 模式 在网络连接模式中，除b s 模式外，还有另一种形式的网络模式，即客户机服务 器模式，c l i e n t s e r v e r 。在客户机服务器网络模式中，服务器是网络的核心，而客 户机是网络的基础，客户机依靠服务器获得所需要的网络资源，而服务器为客户 机提供网络必须的资源【1 1 1 。 1 0 第二章关键技术分析 客户机服务器模式是一种软件系统体系结构，通过它可以充分利用两端硬件 环境的优势，将任务合理分配到c l i e n t 端和s e r v e r 端来实现，降低了系统的通讯 开销。目前大多数应用软件系统都是c l i e n t s e r v e r 形式的两层结构。这里客户和服 务器都是指通信中所涉及的两个应用进程( 软件) 。使用计算机的人是计算机的“用 户”( u s e r ) 而不是“客户”( c l i e n t ) 。其模式结构如下图所示： 数据 业务臌务器 客户端 图2 3c s 模式结构图 c s 模式的优点主要有【1 2 】： 1 由于客户端实现与服务器的直接相连，没有中间环节，因此响应速度快。 2 能充分发挥客户端pc 的处理能力，很多工作可以在客户端处理后再提交 给服务器。对应的优点就是客户端响应速度快。 3 c s 结构的管理信息系统有较强的事务处理能力，能实现复杂的业务流程。 4 操作界面形式多样，可以充分满足客户自身的个性化要求。 2 4win s o c k 网络编程 2 4 1win s o c k 基础 t c p i p 协议的核心部分是传输层协议( t c p 、u d p ) ，网络层协议( 口) 和物 理接口层，这三层通常是在操作系统内核中实现。因此用户一般不涉及。编程时， 编程界面有两种形式：一是由内核心直接提供的系统调用；二是使用以库函数方 式提供的各种函数。前者为核内实现，后者为核外实现。用户服务要通过核外的 应用程序才能实现，所以要使用套接字( s o c k e t ) 来实现。在w i n d o w s 系列操作系 电子科技大学硕士学位论文 统下的套接字编程被称为：w i n s o c k 网络编程【1 3 】。t c p i p 协议核心与应用程序关 系见下图： l 一o ，物熟，一。l i 物理介质 l 图2 - 4t c p i p 协议核心与应用程序关系图 应用层的网络通信一般都通过s o c k e t 编程接口实现，本系统中的数据传输自 然不能避免采用s o c k e t ，这样在很大程度上屏蔽了复杂的网络底层协议差异性。 这一系列a p i 源自b e r k e l e ys o c k e ta p i 。几乎每一种操作系统都支持它，w i n d o w s 操作系统在全面封装底层实现的同时，还根据系统的需求扩展了一部分特性。 s o c k e t 实际上代表的是网络通信的一个端点，通过s o c k e t ，用户所开发应用 程序可以通过网络与其他s o c k e t 应用程序通信。s o c k e t 是网络的i o 基础，它可 以被视为一个简单的输入输出设备，它可以在两个站点间打开一个通信信道。为 了传送消息，两个站点都必须打开一个s o c k e t 连接对方。当两边的s o c k e 设置好 后，传输信息将变得十分容易。一个站点可以向自己的s o c k e t 写数据，另一个站 点可以从自己的s o c k e t 读取这个数据。应用程序调用s o c k e t 函数实现相互通信， s o c k e t 又利用下层网络通信协议功能和操作系统调用实现实际的通信工作【1 4 1 。 一个基本的s o c k e t 操作包括：s o c k e t 资源初始化与清除；s o c k e t 的创建与连 接管理：数据传输操作三个部分【1 5 】。 2 4 1 1 套接字类型 i 采用t c p i p 的s o c k e t 提供下列三种类型套接字： 流式套接字( s o c ks t r e a m ) ，提供了一个面向连接、可靠的数据传输服务， 数据无差错、无重复地发送，且按发送顺序接收。 1 2 第二章关键技术分析 数据报式套接字( s o c kd ( 承a m ) ，提供了一个无连接服务。数据包以独立 包形式被发送，不提供无错保证，数据可能丢失或重复，并且接收顺序混乱。 原始式套接字( s o c kra w ) ，该接口允许对较低层协议，如i p 、i c m p 直接 访问。常用于检验新的协议实现或访问现有服务中配置的新设备【1 6 1 。 2 4 1 2 通信步骤 s o c k e t 编程是面向c s 体系结构而设计的，其系统组成必须包括客户端务端 的两个进程。对于t c p 模式下的s o c k e t ，其通信步骤如下【1 7 】： 1 服务器首先调用s o c k e t ( ) 函数建立一个流式套接字，并返回引用该套接 字的旬柄； 2 服务器用b i n d ( ) 函数将此套接字句柄与本机上的一个t c p 端口关联； 3 服务器调用l i s t e n ( ) 函数将关联后的套接字置于侦听方式以监听连接； 4 服务器调用a c c e p t ( ) 函数等待客户端连接； 5 客户端调用s o c k e t ( ) 函数建立客户端的套接字，并调用c o n n e c t ( ) 函数 向服务器发出连接请求； 6 服务器端a c c e p t ( ) 函数将返回一个新的套接字句柄，通过该套接字句柄 调用s e n d ( ) r e c v ( ) 函数即可与客户端进行数据收发； 7 数据传输完成后，服务器、客户端分别调用s h u t d o w n ( ) 结束传输，并 c l o s e s o c k e t ( ) 关闭套接字。 其系统调用的时序步骤如图2 5 所示： 1 3 电子科技大学硕士学位论文 丌始 )( 7 r - 簧a s o c k e t 生成 | 生成 得地址 l 等待队列| 蝴n 。髓 连坡请求| 警街 棚 l， 接通 。l 接通 开始) ( 开始) | e r v e i r 。搠s t c l c e t尊h 哺气两f 日l 拣稿 图2 - 5s o c k e t 创建调用的时序图 2 4 1 3 数据传输操作 要在已经建立连接的套接字上传输数据，需要用到以下两类a p i 1 8 】： ( 1 ) s e n d 函数：s e n d ( s o c k e ts ，c o n s tc h a rf a r * b u r , i n tl e n , i n tf l a g s ) ； 客户、服务器应用程序都用s e n d 函数来向t c p 连接的另一端发送数据。该函 数的第一个参数指定发送端套接字描述符：第二个参数指明一个存放应用程序要发 送数据的缓冲区：第三个参数指明实际要发送的数据的字节数； ( 2 ) r e c v 函数：r e c v ( s o c k e ts ，c h a rf a r * b u f , i n tl e n , i n tf l a g s ) ； 客户、服务器应用程序都用r c c v 函数从t c p 连接的