（计算机应用技术专业论文）基于web的嵌入式远程监控系统的设计.pdf

、，、 ， - | 、 1 独创性声明 删i i f i | f 舢删f l f f i i j j y 18 0 2 7 8 4 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：一l 药逸盛日期：劢p 年月拶日 论文使用授权 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：i 蝥垄量豆 导师签名： 日期： 劢 1一 ，一 ，1 摘要 摘要 目前，随着现代工业及信息技术产业的发展，嵌入式系统被日益广泛的应用。 嵌入式设备的网络化已成为一种必然的发展趋势，这样就可以利用网络实现局域 或全球范围内的远程监控。 基于w e b 的嵌入式远程监控系统有很多，但都是专门针对某个设备设计实 现的，这需要很长的开发周期。鉴于这种情况，本文提出了设计一个通用性强的 监控系统。在熟悉本系统的前提下，只需要开发针对自己设备的应用程序，以插 件的形式加入到本系统内，就可以完成用户想要的专用监控系统。本系统中提供 了通用性强的服务器，提出一种更适合嵌入式开发的高效应用程序：x c g i 。 本文的主要研究目的就是，设计一个基于w e b 的且通用性较好的易于扩展 的嵌入式远程监控系统。针对以上的问题本文将主要展开以下工作： 1 1 首先熟悉研究当前基于w e b 的嵌入式远程监控系统的相关技术，找到适 合本系统的b s 结构、c g i 等技术，并提出了新的x c g i 技术。 2 ) 结合远程监控系统的需求设定本系统需要的软硬件开发环境，以及确定客 户端对系统基本的信息查看和基本的控制功能。 3 ) 为了让系统具有良好的可通用性，本系统采用开放框架设计，任何人只要 简单的熟悉本系统的开发框架就可以在该框架之下快捷，迅速的开发出符合相应 要求的管理系统。 4 ) 为了在l i n u x 嵌入式设备中具有通用性，本服务器根据嵌入式设备的特点 进行了必要的简化。 5 ) 引入了设备的网络化管理。 6 ) 最后进行调试和编译。 关键词：嵌入式w e b ，远程监控，h t t p ，c g i ，x c g i - a b s 仃a c t a b s t r a c t n o w ，w i 也t h ed e v e l o p m e n to fm em o d e mi n d u s t r i a la n di n f o m a t i o nt e c h n o l o g y i n d u s 缸m 锄b e d d e ds y s t e m sa r em o r ea n dm o r ep o p u l 缸n 咖o r k e de m b e d d c dd e v i c e s h a v eb e c o m ea i li n e v i t a b l et r e n do fd e v e l o p m e n t ，s om a tw ec a n u s em ei n t e n l e tt o a 出c v em o n i t o d n gt h e1 0 c a lo rg l o b a ld e v i c e s t h e r ea r em a n ve m b e d d e dw e b _ b a s e dr e m o t em o n i t o r i n gs y s t e m s ，b u tt h e ya r e a 1 1d e s i 弘e ds p e c i 矗c a l l yf o rap a i t i c u l a rd e v i c e b u ti “sav e 巧l o n gd e v e l o p m e n tc y c l e f o rm ed c v e l o p e rt oc o m p l e t et 1 1 ew h 0 1 es y s t e m hv i e wo fm i ss i t i l a t i o n ，m i s d i s s e r t a t i o np r e s e i l t sah i g hu n i v e r s a l i 够o ft h em o n i t o r i n gs y s t e m t h ed e v e l o p e ro n l y n e e dt 0d e v e l o pa p p l i c a t i o n sf o rm ed e v i c ew h i c hc a nb ep l u g c di nt h ef o 册o f t h i s s y s t e i l l ，a l l dt h e ny o u c a nc o m p l e t eas p e c i a lm o n i t o 血gs y s t e i nt h e yw a n t t 1 1 i ss y s t 锄 p r o v i d e sa s e r v e rw i t ht l l eg e i l e r a lna ：t u r e ，a i l dm e r ei san e wt y p eo f 印p l i c a t i o n ：x c g i ， w h i c hm a k em o r ee f j i c i e n td e v e l o p m tf o re m b e d d e d 印p l i c a t i o n s t h em a i np u r p o s eo ft h i sd i s s e r t a t i o n i st od e s i g naw e b - b a s e dr 锄o t e m o n i t o 曲gs y s t e mi nl i i m xs y s t e ma 1 1 dw i t hb e t t e ru n i v e r s a l i t y ，b e c a u s en o w 也e r e i s n o taw 曲b a s e dm o n i t o 血gs y s t e mw i mg o o du n i v e r s a l i t y t 0 s 0 1 v et h ea b o v e p r o b l 锄s ，t h i sd i s s e r t a t i o nw i l ld ot l l ef o l l o w i n g t a s k s ： 1 ) f i r s t ，t os t i l d ym ec 1 1 盯i e i l tt e c h n o l o 西e sw h i c hr e l a t e dt ow e b - b a s e dr e i n o t e m o n i t o r i n gs y s t e me m b e d d e d ，a i l ds u c c e e di i l 缸d i n gm et e c h n o l o 百e ss u c ha sb s s t r u c t l l r e ，c g lw h t i ct 0a d 印tt o0 1 l rs y s t e m ，a 1 1 db r i n gf o r t ha n e wc o n c 印t ：x c g i 2 ) b yc o m b i n j n gw i 也t h en e e d so fr e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mt 0s e tu ph a r d w a r e a i l ds o f 啊a r ed e v e l o p m e n te i l v 拍n m e n tw h i c hn e e d e db yt h i ss y s t e m ，a n dt od e t 锄【n i n e m ec l i e n tb a s j ci n f b n i l a t i o no nt h es y s t 锄v i e wa n dt h eb a s i cc 0 n 们lm n c t i o n s 3 ) 1 1 1o r d e rt 0a l l o wt h es y s t e i nh a u sg o o du n i v e r s a l i t y ，t h es y s t e ma d 叩ta no p e n 舶m et od e s i 龋，a n y o n ew h o 胁i l i a rw i t l lt h ee a m e w o r ko f t h i sd e v e l o p m e n ti nm i s s y s t 锄s i m p l yc a n 协t a n dr a p i d l yd e v e l o p i n gas y s t 锄w h i c ht h e yw a n tt og e t 4 ) i no r d e rt 0 也ee m c sh a v eg o o du n i v e r s a l i t y ，m es e r v a c c o r d m gt 0 t h e c h a r a c t e r i s t i c so fe i 】1 b e d d e dd e v i c e s ，w a sb en e c e s s a r yr e d u c e d 5 ) w ei r i t r o m l c e dt h ed e v i c e sn e t w o r km a n a g e m e n t i i l a b s 仃a c t 一一一 6 ) f i i l a l l y ；d e b u g g i n ga n dc o m p i l i n g k e y w o r d s ：锄b e d d e dw e b ，r e m o t em o n i t o r i n g ，h t t p ，c g i ，x c g i i i l 1、ilj r 目录 目录 第一章绪论 1 1 题目的来源1 1 2 题目的背景和研究意义2 1 3 国内外研究现状4 1 3 1 国外研究的现状4 1 3 2 国内研究的现状5 1 4 本文的主要研究工作和创新之处6 1 5 论文结构7 1 6 本章小结7 第二章基于w e b 的嵌入式监控系统技术8 2 1h t t p 协议简介。8 2 2b s 结构简介1 0 2 3c g i 程序简介1 1 2 4x c g i 程序简介1 4 2 5 本章小结1 7 第三章系统的分析与设计1 8 3 1 系统需求分析。1 8 3 1 1 系统的功能描述1 8 3 1 2 系统的总框架1 9 3 1 3 系统运行环境2 0 3 2 系统的功能模块设计2 1 3 3 本章小结2 3 第四章系统的实现2 4 4 1 通用服务器的实现2 4 4 1 1 系统初始化2 6 4 1 2 系统服务的连接及监听接受2 7 4 1 3 请求信息分析模块2 8 4 2 监控请求处理模块3 2 i v 目录 4 2 1x g i 程序处理3 2 4 2 2c g i 程序处理3 5 4 2 3 静态页面的处理3 6 4 3c g i 解析和x c g i 开发解析3 7 4 3 1c g i ) ( c g i 程序的开发约束3 8 4 3 2c g i 程序参数的解析3 8 4 3 3x c g i 程序参数解析及开发示例3 9 4 4 系统信息浏览的实现4 0 4 5 系统控制的实现4 6 4 5 1 系统用户的控制实现4 7 4 5 2 系统文件系统的控制实现4 8 4 5 3 系统进程的控制实现4 9 4 5 4 设备的控制实现5 0 4 6 系统网络化管理5 1 4 7 本章小结。5 4 第五章系统的设计总结5 5 5 1 设计的总体思路5 5 5 2 设计实现中的问题和系统展望。5 5 5 3 编译调试与系统测试5 6 5 3 1 编译调试5 6 5 3 2 系统测试5 8 5 4 本章小结6 3 致谢 参考文献6 5 v 图目录 图目录 图1 1 应用实例图。3 图3 1 系统物理示意图。1 9 图3 2 系统的结构图示2 0 图3 3 功能模块示意图2 1 图4 1 请求信息接受原理图2 4 图4 2 初始化模块的流程图2 6 图4 3 连接建立流程图2 8 图4 4h t t p 协议分析的流程图3 0 图4 5h t t p 协议的处理流程图3 1 图4 6x c g i 处理流程图3 2 图4 7x g i 测试图3 4 图4 8c g l 处理流程图3 5 图4 9 静态页面的处理流程图3 6 图4 1 0 服务器内部调度过程示图3 7 图4 。1 1 可扩展框架图示3 8 图4 1 2 系统文件浏览的简单流程图4 2 图4 1 3 磁盘信息浏览简单流程图。4 3 图4 1 4 用户信息显示简单流程图一4 4 图4 1 5 网络配置信息浏览的流程图4 5 图4 1 6 进程信息浏览的流程图4 6 图4 。1 7 用户控制简单流程图4 7 图4 18 文件系统控制简单流程图4 8 图4 1 9 进程控制简单流程图。4 9 图4 2 0 设备控制简单流程图5 0 图禾2 1 设备组网环境图5 1 图4 2 2 客户数据连接过程图5 2 图4 2 3 二级服务器测数据收发过程图5 3 图4 2 4 网络管理界面图m a c 5 3 v i 图目录 图5 1 文件管理用户目录5 9 图5 2 磁盘信息浏览6 0 图5 3 系统用户信息浏览6 0 图5 4 进程信息浏览的流程图6 l 图5 5 添加用户图6 1 图5 6 进程管理内存6 2 图5 7l e d 测试界面图6 2 i 表目录 表4 1 配置信息表2 0 表4 2c g i 参数解析库源程序- 3 9 表4 3 文件系统显示源程序与相关文件4 1 表4 4 磁盘信息显示源程序与相关文件4 2 表4 5 用户信息显示源程序与相关文件4 3 表4 6 网络配置信息显示源程序与相关文件4 4 表4 7 进程信息显示源程序与相关文件4 6 v i i i 一一一一 _ 第一章绪论 1 1 题目的来源 第一章绪论 近几年科技发生了质的变化，伴随科技的发展人们生活也有了很大的改变， 其中包括对各种工业电子设备应用需求上的飞速改变【l 】。现代的远程监控系统就 是一个很好的例子。远程监控系统的思想是：本地客户端通过已有的网络系统来 进行对远端的设备及设备运行环境进行监控管理，包括：对数据的采集、远程跟 踪、控制和远程维护。过去我们用的监控系统基本上都是单机监控的，对于复杂 的现代工业设备它早已不能满足其需求了【2 1 。所以后来才有了现在我们熟悉的主 流监控系统【3 】：基于w e b 的远程监控系统。基于w e b 的远程监控系统它能将多个 设备构建成网，利用网络的实时性、便捷性进行统一的管理、监控。令人遗憾的 是目前的基于w 朗的远程监控系统有着很多的不足。 首先，通信技术方面有着很大的不足【4 】。基于w e b 的远程监控系统最依赖的 自然是网络通信技术，然而目前网络通信技术无论在所能传送的数据量上，还是 在编程实现的灵活性以及传送信息的安全性方面都有很大的欠缺。这样的情况下 一旦应用到对多个复杂设备的监控时其工作量是相当可观的，这样的现状自然不 能满足现代工业设备的需要； 其次，跨平台跨结构问题。随着现代工业的发展，现在的监控系统越来越庞 大了越来越复杂了，它们很可能是由分布在世界各个角落的、不同平台的各部分 组成，这种情况自然要求系统对不同平台具有十分好的包容性和兼容性。这一点 现在的监控系统还做的不够【5 】。 最后，现今在嵌入式l i n u ) 【系统中还没有基于w e b 且通用性较好的监控系 统。可是利用w e b 的便利性来提高对远程嵌入式设备的访问和控制效率是嵌入 式发展的必然趋势。当然这是个遗憾同时也是个机遇。新的需求新的空白往往给 我们带来无限探索的动力。而本文要做的就是提供一个基于w e b 的且通用性较 好的监控系统。 之所以我们要基于w e b 实现远程监控，主要是因为w e b 的监控方式有一下 优点：首先，它不受区域限制，所以只要要网络的地方就可以进行实时的监控， 现代工业发展越来越离不开网络技术的发展，所以这一点无疑是不可或缺的【o j 。 电子科技大学硕士学位论文 其次，它不需要专门的客户端软件。这是因为，因为我们现在用的各种操作系统 基本上都集成或预安装了客户端浏览器，而且这些浏览器基本上都支持标准的 h t t p 网络协议v j ，所以拥有一个简单的浏览器就可以进行实时监控最后，针对 一般的监控需求，基于w e b 的访问控制更为简单有效。后期系统的开发和维护成 本相对较低p j 。 嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应 应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统p j 。这 样的系统有着它特有的性能优势，所以将嵌入式引入到基于w e b 的监控系统里 可以给系统带来很大的性能提升【i 。 鉴于如上优势，本人选择了本课题，研究和开发一个具有通用性的基于w e b 的嵌入式远程监控系统。本系统是一个通用的较好的能用于l i n u ) 【或是类l i n u x 嵌入式系统的监控系统。本系统采用框架模式开发，所以十分的方便针对于具体 监控设备的二次开发。只需要了解本系统的开发框架，将针对被监控设备的专业 监控程序以插件的形式加入到本系统，就完成了一个具体的监控系统，这也弥补 了当前市场监控系统通用性差的空白。 1 2 题目的背景和研究意义 网络技术的发展引起了现代工业领域发生了巨大的技术革命，目前以太网和 t c p 口协议在世界范围内都在被广泛的应用着，它们显然已经成为了全球范围内 的网络事实标准。在这种形势下，工业电子设备控制系统结构的网络化与开放性 已经成为发展的必然趋势。 现今的工业电子设备不仅仅要能采集信息，还需要它们具有网络接入功能， 支持t c p 口和其他网络协议，并能通过网络将采集的数据通过网络传送到服务器 相关部件，使用户能够通过浏览器方式查看相关设备状态，设置设备参数，以达 到远程监控现场设备的目的【l 引。而我们要实现的基于嵌入式w e b 的远程监控系 统就能适应这样的需求，这种新型的远程监控系统采用嵌入式h t e m e t 技术和工 业以太网控制技术实现【l 川。 基于w e b 的嵌入式远程监控技术之所以能成为现在及未来很长一点段时间 的发展主流，主要是因为它在传统远程监控技术的基础上，又融合了w e b 和嵌 入式技术，因此它可以提供比传统远程监控系统更为强大的功甜h j 。w e b 技术 的引入弥补了传统监控系统的不足，它更便捷更有效更符合网络化的大背景，为 2 第一章绪论 惊喜现场设备的数据采集、监控、诊断和维护管理开辟了一个新的领域【i 川。同时 一个好的监控系统需要满足高的可靠性，高的安全性，强的实时性，易于使用和 维护，且系统功能丰富。这些需求基于的w e b 嵌入式远程监控系统都能很好的 满膨16 1 。 基于的w e b 嵌入式远程监控系统在电子设备中实现h t t p 服务，将其要提 供的服务信息内容转化成w 曲s e r v e r 并嵌入到被控设备中，为i i l t 锄c t 或局域网 用户提供基于w b e 的图形化管理接口，这样就可以实现对接入到网络中多个设 备的进行统一化管理，使得管理和维护更加便捷。有了这样的系统我们就可以通 过公共的通信网络，无地域限制地，使用标准的w e b 浏览器作为操作界面直接 访问被监控设备上的w e b 服务器，实现对网络中各个节点现场设备的远程的监 控、诊断与维护【l 驯。图1 1 为系统应用实例图j ： 图卜1 应用实例图 现在工业科技已经进入了后p c 时代，p c 的成熟技术正在不断地向嵌入式系 统参透转化，它们的引入使得嵌入式设备监控技术成为当今的主流u 驯。这种技术 把我们需要监控的设备设计成w 曲服务器，通过h t t p 协议交互，以w 曲页面 形式返回对设备的远程控制信息u 川。这种系统将信息采集和信息发布都集成到现 场的设备中。更方便的是通过我们约定的标准的网络接口形式和通信协议，内嵌 于设备的w 曲服务器可以向任何接入它所在网络的用户提供统一的基于嵌入式 浏览器方式的操作和控制界面弘u j 。 目前的工业控制领域等对信息监控有很高的需求，因此我们的嵌入式远程监 控技术就有了更加广阔的应用前景弘1 | 。嵌入式i n t e m e t 的发展，则可以方便、低 廉地通过现有的网络将嵌入式设备的信息传送到任何一个有现代网络的地方。正 因为这样，随着嵌入式微处理器技术、现代网络技术的进步，基于w e b 的嵌入 式网络监控系统越来越得到了人们的广泛关注【l 川。这种系统的简单原理是指在现 有的大众网络中使用，通过w e b 方式来访问，用这种方式提供给客户端可共享 电子科技大学硕士学位论文 资源的硬件及软件的结合体。在这里网络的基本功能是使使用者通过编程和查看 浏览，取得可以在浏览器内显示出来的网页。用户可以通过文件中的超级链接转 向其他的文件。对于一个嵌入式终端来说，更重要的是一个超级链接还可以对应 连接一个c g i 或x c g i 脚本，c g i 或x c g i 脚本可以动态地产生h t m l 网页，我 们可以通过这中特性实时地从传感器上得到数据，然后以网页的形式发回到客户 端的浏览器上，这样就实现了w e b 远程监控。 我们坚信，随着现代工业设备发展需求的不断提高，远程监控技术将在军事， 工业控制以及家庭生活等各个方面得到更加广泛的应用和发展。未来的发展前景 将更乐观畔j 。但是，远程监控系统的发展和前进一定是依赖于新技术的发展尤其 是网络通信技术、现代嵌入式技术等。因此更好更快的应用新技术，才能不断满 足人们需求k 。 1 3 国内外研究现状 1 3 1 国外研究的现状 目前，国外有很多单位对基于w e b 的嵌入式远程控制进行了研究、探索， 也进行了相关的开发和应用。 基于现有的以太网网络，浏览器即是客户端，有了它就可以方便地进行通信 了。尽管浏览器可以用来进行设备运行过程中参数的设定或控制对象的关闭与开 启，但是浏览器不能用来控制设备。实际上我们用p c 机来完成对设备的监控操 作。我们所熟知的美国波音公司，它的设备预维护系统就是很好的远程设备故障 诊断方便的应用实例口刿。它采用了w e b 技术进行各种数据的分析，其中的远程 探测和检修机器的故障以及对于设备复杂故障的分析与排除正是使用了以太网的 t c p 口协议和w e b 浏览器来进行【j 川。 另外一个典型的代表就是加拿大的y 公司，该公司的机床故障诊断、维 护及排除正式使用了w e b 网络浏览器技术，通过以太网t c p 口进行实现的，它 周期性地使用自动视频信号和录像机进行监控、服务请求和机器诊断，通过网络 进行实时的图像传输，进而实现了远程产品和生产过程的监控，而并没有使用针 对机器的专用通信与控制线路。 在网络监控软件方面的研究，国外早己经开始研制他们的第三代网洛管理软 件了。这自然比国内要早很多，在这方面他们已经拥有很多的技术专利，惠普公 4 第一章绪论 司的p e l l 、，i e w 和i b m 公司的t i v o l i ，和m i c r o m u s e 公司的n e t c 0 0 1 是其中比较有 代表性的【3 4 1 。 1 3 2 国内研究的现状 近年来，国内在远程监控领域有着很大的突破和提高。很多单位及高校都在 这方面取得了很大的成果。下面列举出了几个有代表性的产品，有西安交通大学 自发研制的“大型旋转机械计算机状态监测系统及故障诊断系统删d ”、华中科 技大学开发实现的“汽轮机工况监测和诊断系统k b g m d 、哈尔滨工业大学完成 实现的“微计算机化机组状态监视与故障诊断专家系统删d e s 等p 引。 之前说到国内在网络监控软件方面的研究要比国外晚起步很多，但不可否认， 最近几年，国内在这方面的技术和功能上也都有了较大的提高，一些关键技术上 的差距正在不断的缩小，伴随技术的饿提高国内近年也出现了很多优秀的网络监 控软件，比较有代表性的有我们的聚生网管，白塔软件，s i t e v i e w ，浪潮网管等。 首先介绍下s i t e v i e w ，它是目前市场上国产网络管理软件里最流行的一款软 件。它的监控范围较之其他三者要更大一些。它可以监控网络的各种设备路由器， 交换机，另外各种网络主机，数据库，服务进程，中间件等都可以被监控到。这 款软件有着自身的特点：它规定对所有设备的采集都必须添加一个采集器，并且 需要设置相应的采集指标才可以执行采集，这就是它提出的所谓的逻辑采集器的 慨念。但是我们知道逻辑采集器的配置略显复杂，主要是因为它对用户是不透明 的。对于主机s i t e v i e w 监控提供了t e l n e t 方式，主要特点是主机端不需要在安 装s n m p 代理软件p o j 。 对于浪潮网管它的特点则是侧重于硬件方面的监控，其监控范围不只是局限 的i p 网络，由于采用了专业中间件技术，使得它具有较好的使用性能；它的另一 个特点是具有一定智能化的网络优化功能。 相比国外的网管软件，国内的网管软件主要应用在中小型网络中，主要特点 是价格低，稳定性较好。 国内网络管理软件里基于s n m p 协议的也有很多优秀产品比较熟悉的有 h y p e r v i e w 管理软件( 联想公司) ，宽带“王管 网络管理平台( 方正公司) ，它 们不仅实现对网络的日常运行管理和维护，还针对国内企业普遍存在的b t 、电骡 下载、病毒以及网络聊天等导致工作效率低下的问题，提出了一整套完备的解决 方案。这些知名度较高的软件，有力的推动了国内网管软件的发展【j 酬。 电子科技大学硕士学位论文 虽然目前国际国内网管软件发展非常迅速，但是它们主要集中在互联网的网 络硬件、软件产品上，开发非网络产品的网络化和信息化管理并不多，本项目就 是抓住了这个商机，积极开发各种设备的网络化和信息化功能，实现在互联网上 的网络管理。 目前提供全面的、完整的、低廉的网管固件和网管模块以及嵌入式设备网管 系统开发平台的服务，国内和国外还没有看到，本项目就是要抓住先机，引领国 内嵌入式设备网管系统的发展，加速我国网络化和信息化管理的进程。 1 4 本文的主要研究工作和创新之处 这几年国内在监控领域的研究是有着很大的提高，但是同时存在着很多的不 足，以及现有的监控系统根本不能满足日益改变的现代工业设备的需求，为弥补 现阶段远程监控系统的不足，我们的目标就是提供一个基于w e b 的且通用性较 好的嵌入式监控系统。从技术产品调研到技术积累，再到后面的逐步实现，一步 步接近目标，最终完成整个系统，得到了以下成果： 1 ) 实现一个基于w 踮的嵌入式l i n u x 服务器，一个微型的服务器，其实现 代码2 0 0 0 多行。具有较好安全性，能及时的响应客户端的请求，并且支持并发处 理，拥有良好的负载能力。 2 ) 实现了一套系统监控程序，可以对系统上的一些基本信息进行浏览，监控。 3 ) 本篇论文、及开发相关文档。 本系统创新之处： 1 ) 整个系统采用开放框架设计。本系统采用开放框架设计，任何人只要简单 的熟悉本系统的开发框架就可以在该框架之下快捷，迅速的开发出符合相应要求 的管理系统。 2 ) 自己实现w e b 服务器。本系统中使用的服务器是自身的开发的，简化w e b 服务器，为的是让其更具有一般通用性。 3 ) 使用较适合嵌入式开发的简化c g i 规范即x c g i 。x c g i 程序的特别之处是， 它将应用程序的参数解析集成到服务器端，这样以来，解析过程就变的更为快速 简单。 4 ) 为适应现代设备监控的需求引入了网络化管理，实现对多个设备的网络管 理，多点监控。 6 第一章绪论 1 5 论文结构 为完成上述任务制定了详细开发步骤，依据这点本文写作也分为响应的五章 来实现，具体章节安排如下： 第一章，绪论。主要介绍本文的课题来源、背景，对国内外研究现状进行综 述，并指出论文的主要工作和创新点。 第二章，基于w e b 的嵌入式监控系统技术介绍。主要简单介绍了b s 模式 及其优点，然后介绍了h t t p 协议，c g i 及x c g i 的相关知识，最后详细介绍了 c g i 及x c g i 程序的示例，为后面的应用开发打下基础。 第三章，系统分析和设计。主要包括系统的需求分析包括系统总框架，系统 的功能描述及系统运行环境。本章制定了本系统开发的蓝图。 第四章，系统的实现。这部分主要有通用的服务器部分的实现、c g i 解析和 x c g i 开发解析设计、系统信息浏览部分的实现、系统控制部分的实现、系统网 络化管理，共五大部分组成。本章是本文的重点，其实现的质量直接影响整个系 统的性能。 第五章，系统的设计总结。主要包括设计总体思路、编译调试、设计实现中 的问题及还需要完善的工作。 1 6 本章小结 本章作为绪论部分主要对现今的监控系统状况做了简要了解和分析，发现其 中不能满足现代工业电子设备需求之处，进而树立本文的研究方向和研究意义即 设计一个通用性强的基于w e b 的嵌入式远程监控系统，进而制定出了本文最后 出的具体工作内容及具体章节安排，进而为实现本系统打下良好开端。 7 电子科技大学硕士学位论文 第二章基于w e b 的嵌入式监控系统技术 近年来基于w e b 的嵌入式监控系统已成为研究热点，本章主要简单介绍了系 统中涉及到的b s 结构及h t t p 协议等相关知识，为方便后来者对本系统进行二 次开发，然后又着重介绍了c g i 程序相关知识，最后介绍了本人提出的x c g i 应 用程序并给出了简单的开发实例。 2 1h t t p 协议简介 h t t p 指超文本传输协议( h t t p ，h y p e r t e ) ( tt 陷n s f e rp r o t o c 0 1 ) ，它是一个应用层 面向对象的协议，同时也是基于请求响应模式的、无状态的协议，可用于分布式， 合作式的信息系统里，在上网浏览网页的时候，浏览器和w e b 服务器之间通过h t t p 协议在i n t e r n e t 上进行数据的发送和接收。由于其简洁、快速的方式，自然也适 用于分布式超媒体信息系统。它可以使浏览器更加高效，使网络传输减少。它不仅 保证计算机正确快速地传输超文本文档，还确定传输文档中的哪一部分，以及哪 部分内容首先显示( 如文本先于图形) 等从它提出到现在已经二十年了，经过这么 多年的反复研究和应用，得到不断的扩充和完善k j 。h t t p 协议有以下特点： a ) 它支持客户服务器的模式。 b ) 它是一个应用层的协议。h t t p 以可靠的、面向连接的传输层协议t c p 为基 础，但h t t p 协议本身并不提供可靠性机制和重传机制。 c ) 它连接速度快，连接请求简单：当一个客户端想得到相应服务器端的服务 时，我们只需要简单的发送相应的请求方法和路径。h t t p 最常用的请求方法有三 种g e t ，h e a d 和p o s t 。每种方法规定的客户端与服务器端联系的类型不同。由于 h t t p 协议的简单性以及h t t p 服务器的程序规模小等特点使得通信速度很快一川。 d ) 灵活：h t t p 允许传输任意类型的数据对象。正在传输的类型由 c o n t e n t t y p e 力日以标记。 e ) 无连接的协议：无连接的含义是限制每次连接只处理一个请求。服务器处 理完客户的请求，并收到客户的应答后，即断开连接。采用这种方式可以节省传 输时间p 。 f ) 无状态的协议：h t t p 协议是无状态协议。无状态是指协议对于事务处理不 第二章基于w e b 的嵌入式监控系统技术 具有记忆能力。缺少对状态信息的保存就意味着如果后续处理需要用到前面的信 息，则必须重新传送，这样就导致每次连接传送的数据量剧增。而在服务器不需 要先前的信息时它应答就较快巾j 。 简单介绍下h t t p 中常用的几个重要概念： 连接( c o n n e c t i o n ) ：一个传输层的实际环流，它建立在两个互相通信的应用 程序之间。h t t p 连接分为“短连接”和“长连接”两种。h t t p 的连接有一个特点： 每次客户端发送的请求信息都需要服务器端进行相应的响应，发回一个响应的信 息，在结束的时候客户端会主动释放建立的连接一。 消息( m e s s a g e ) ：消息是进行通信的基本单位，它包括一个结构化的八元组 序列并通过连接传输。它分为四大部分：开始行，可选的消息报文头，空行，正 文。h t t p 的消息分为请求消息和响应消息两类，在请求消息里其开始行就是所谓 的请求消息行，而在响应消息里则指的是消息状态行p 1 | 。 请求响应( r e q u e s t r e s p o n s e ) ：一个h t t p 的请求消息包括：应用于资源的 方法、资源的标志符和协议的版本号；一个从服务器返回的信息，包括h ”p 协议 的版本号。请求是否成功的状态和文档的m 工m e 类型l 斗。 资源( r e s o u r c e ) ：由u r i 标识的网络数据对象或服务，如网页里的文档、图 像及其他任何网上资源一。 实体( e n t i t y ) ：数据资源或来自服务资源回应的一种特殊表示方法，它可能被 包围在一个请求或响应信息中，一个实体包括头信息和实体的本身内容【斗。 客户端( c l i e n t ) ：一个为发送请求目的而建立连接的应用程序，客户端可浏 览w e b 上丰富的图像文字等多媒体信息，一般来说简称“页面 ，页面包含“链 接”，链接指向的页面可存储在世界的任何一个地方。包含这种链接的页面称为 超文本， 4 。 服务器( s e r v e r ) ：一个接受连接并对请求返回信息的应用程序。服务器端的 每一个w e b 服务器上都运行这一个监听t c p 的8 0 端口的进程，等待来自客户端的 h t t p 请求，当一个链接发生的时候，客户端发送一个请求，当服务器收到这个请 求后，服务器会将客户端请求的数据返回到客户端【j 。 h t t p 协议是基于请求响应模式的。个客户机与服务器建立连接后，发送一 个请求给服务器，服务器接到请求后，给予相应的响应信息。h t t p 服务器运行时， 一直在某个端口监听( 通常为8 0 端口) ，等待连接的出现。一般一个信息的交换 要经过以下几个步骤： 1 ) 连接建立阶段 9 电子科技大学硕士学位论文 连接的建立通常是通过申请套接字实现的。客户打开一个套接字并把它绑定 在一个端口上。绑定完成后，就建立了一个信息传送通道，我们就可以往该通道 里写入我们要传送的数据了。 2 ) 请求发送阶段 触发一个请求后，客户机会把请求信息送到服务器的绑定端口上，这样就算 完成了发送请求。 请求消息的格式如下【斗u ： 请求信息= 请求行( 通用信息 请求头) 实体头) c r l f ( 实体内容) ； 请求行= 方法请求u r l h t t p 版本号c r l f ； 方法= g e t h e a d p o s t 等扩展方法； u r l = 协议名称+ 宿主名+ 目录与文件名。 3 ) 响应发送阶段 服务器处理完客户端的请求后，要求客户机发送响应信息。 响应信息格式_ u ： 响应消息= 状态行( 通用信息 请求头) 实体头) c r l f ( 实体内容) 状态行= h t t p 版本号状态码原因叙述 状态码表示响应类型。1 料保留，接收到请求，进程继续；2 料表示请求被成 功的接受；3 木木重发，为完成请求客户需进一步细化请求；4 冰术客户端错误，包括 顺序错误或没有完成等；5 木木服务器端错误，服务器不能完成有效的请求。 4 ) 连接关闭阶段 关闭连接只需关闭客户端和服务器端相关的连接字即可。客户端和服务器都 可以分别自主关闭连接。 2 2b s 结构简介 c s 和b s 是现在系统开发模式中技术架构的两大主流技术。它们分别是美国 b o r l a n d 公司和美国微软公司研发的。目前，这两项技术以被世界各国广泛应用， 这种应用为我们带来很多相关产品的诞生，也不断改变着我们日常的生活，这两 种技术都有自己一定的市场份额和客户群，但b s 结构的应用群体在不断增大， 主要是因为它的方便维护和升级p j 。 b s ( b r o w s e r s e r v e r ) 结构即浏览器和服务器结构h 副。它是随着i n t e m e t 技术 的兴起，在c s 结构基础上不断改进的而