（控制理论与控制工程专业论文）车辆监控系统中协议解析与构造技术研究.pdf

硕 1 二论义车辆临拄系统中协议解析与构造技术研究 摘要 车辆监控系统主要实现对车辆的实时状态监测和远程控制 现在已经得到广泛应 用 不过由于发展时间较短 系统结构不够合理 这样就会约束系统功能的丰富 数 据服务中 b d s c 是整个系统的核心 因此需要设计出一个扩展性强的结构 协议作 为被控对象和d s c 信息交互的媒介 其形式很活跃 因此在d s c 中也要有一个合理 的处理协议机制 本文主要研究内容是改进d s c 中协议解析和构造的处理策略 使系统能处理更 多种类的协议而程序结构不变 达到系统稳定 系统设计的指导思想是x m l 驱动开 发技术 即将易于变化的协议不在代码中体现而以x m l 文档的形式表现 以x m l 文档驱动程序运行 首先 设计出结构合理且具备可重构性的数据信息协议 然后 利用x m l 驱动丌发的技术 制定出特定的关键字集和x m l 文档框架结构 并在此 结构范围内将各类协议以x m l 文档的形式表现出来 最后 依据软件重构和设计模 式的知识以及x m l 框架结构设计软件结构 好处是 当用户需求的增加要建立新的 协议时 依据x m l 框架结构设计出对应的x m l 文档作为解析模板 而程序不需或 者只需做少量改变 这样就达到了系统稳定 也方便了系统复用 关键词 车辆监控系统 数据信息协议 解析与构造 软件重构 设计模式 x m l 驱动丌发 硕f j 论文车辆监控系统中协 义解析与构造技术研究 a b s t r a c t v e h i c l em o n i t o r i n gs y s t e mi sd e s i g n e dt oa c h i e v et h ep u r p o s eo fg e t t i n gt h er e a l t i m e i n f o r m a t i o no fu s e r sv e h i c l ea n dc o n t r o l l i n gt h ev e h i c l ef a ra w a y t h i ss y s t e mh a sb e e nu s e d w i d e l y i th a s n tal o n gh i s t o r y s ot h es o f t w a r es t r u c t u r ei s n tg o o de n o u g h i nt h i sc a s e t h e s y s t e mf u n c t i o nc a nn o tb ee x t e n d e df r i e n d l y d a t as e r v e rc e n t e r d s c i st h ec o r eo ft h e s y s t e ma n di t n e e d sas t r u c t u r et h a tc a ne a s i l yb e e x t e n d e df o rm o r ef u n c t i o n d a t a i n f o r m a t i o np r o t o c o l d i p i st h em e d i u mf o rt h ei n f o r m a t i o ne x c h a n g e db e t w e e nv e h i c l e s a n dd s c a n di th a sac h a n g e a b l es t r u c t u r e s od s cn e e d sab e t t e rm e t h o dt od e a lw i t ht h e d i p t h em a i nw o r ko ft h i sa r t i c l ei si m p r o v i n gt h es t r a t e g yo fd i p p a r s i n ga n dd i p b u i l d i n g a n dt h ep u r p o s ei st h a tw h i l ean e wd i pa d d e d t h es o f t w a r es t r u c t u r eh a s n tt ob ec h a n g e d t h ec o r i n gm e t h o do fs y s t e md e s i g n i n gi sd r i v e r d e s i g nw i t hx m l i tm e a n st h a tt h e c h a n g e a b l ed i pi sn o ta p p e a r e di ns o f t w a r ec o d eb u t o nt h ex m ld o c u m e n t a n dt h ex m l d o c u m e n td e c i d e st h ec o d e sr u n n i n g s ot h ef i r s tt h i n gi sd e s i g n i n gd i pw h i c hm u s tc o n t a i n a l lt h ei n f o r m a t i o na n dh a sag o o ds t r u c t u r ea n di sr e c o n f i g u r a b l e t h es e c o n d u po nt h e m e t h o do fd e r i v e r d e s i g nw i t hx m lw em u s td e s i g nak e yw o r dc o l l e c t i o na n dt h ef l a m eo f t h ex m ld o c u m e n t t h e nw i t ht h ef r a m ew ec h a n g ed i pi n t ox m l d o c u m e n t f i n a l l y w i t h t h ek n o w l e d g eo fs o f t w a r e r e f a c t o r i n ga n dd e s i g np a t t e r n sd e s i g n i n gab e t t e rs o f ts t r u c t u r ei s n e c e s s a r y a f t e rt h o s ew o r kw ec a ng e ts o m ea d v a n t a g e w h e nt h eu s e r sn e e dn e wf u n c t i o n a n dan e w d i pi sn e e d e d w eo n l yh a v et od e s i g nax m ld o c u m e n tt or e a l i z et h ed i pa n dt h e s o f t w a r ei sn o tn e e dt om a k ea n yc h a n g eo ro n l yal i t t l e a n di ti sg o o df o rs y s t e m s s t a b i l i z a t i o na n dt h es y s t e mc a r lb er e u s e d k e yw o r d s v e h i c l em o n i t o r i n gs y s t e m d a t ai n f o r m a t i o np r o t o c o l d e s i g np a t t e m s s o f t w a r e r e f a c t o r i n g p a r s ea n db u i l d 声明尸明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果 尽我所知 在本 学位论文中 除了加以标注和致谢的部分外 不包含其他入已经发表或 公布过的研究成果 也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使 用过的材料 与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文 中作了明确的说明 研究生签名 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档 可以借阅或 上网公布本学位论文的部分或全部内容 可以向有关部门或机构送交并 授权其保存 借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容 对于保密 论文 按保密的有关规定和程序处理 研究生签名 2 一扩年b 月7 口日 硕j 论文车辆 惯控系统中协议解析与构造技术研究 1 绪论 随着车辆的增多 交通拥挤 交通污染 交通事故 劫车 盗车等各种问题日 益突显出来 这就需要综合运用现代信息与通讯技术等手段来改造现有运输系统及 其管理体系 以解决诸多问题 于是产生了智能交通系统 i t s i t s 是一种将先 进的信息技术 数据通讯传输技术 电子传感技术 全球定位技术 地理信息系统 技术及系统工程技术等有效的集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在 大范围内 全方位发挥作用的实时 准确 高效 智能的综合交通运输管理系统 i t s 是当前世界上交通运输科技的前沿 很多国家投入大量的资金和人力 进行i t s 的研究实验与应用 l 4 1 车辆监控系统作为i t s 的一个重要应用 是集g p s 技术 通信技术和g i s 技 术于一体的综合车辆管理系统 由车载移动终端 无线通信系统和监控中心三大系 统组成 它的作用主要包括实时地获取车辆位置信息 导航 了解车辆工作状况 故障报警 远程控制等 能极大地提高车辆运输管理的效率和安全 1 1 车辆监控系统国内外研究现状 1 1 1 国外研究现状 在车辆监控和导航的发展方面 值得一提的是日本 汽车导航仪这一国际高科 技产业不仅推动了同本汽车产业的蓬勃发展 形成了年产值达数十亿美元的新经济 增长点 而且还促进了国际卫星导航应用产业的发展 以及汽车电子行业的更新换 代和产业升级 jj 在美国 u p s 公司作为一家物流大公司在其所属的1 0 万辆卡车上安装g p s 设 各 进行长途运输监控 市内配送调度 有效地提高了车辆的使用效率 同时 u p s 公司将这些信息发布在互联网上 货主只需输入其运输票号 即可随时了解装运货 物车的所在位置 极大提升了货主对企业的信心和满意度 4 在欧洲兴起了网络导航 也就是车辆导航和监控合二为一的车辆信息系统 据 预测 全球车辆信息系统的汽车售后市场将从2 0 0 2 年的9 0 0 0 万美元攀升到2 0 0 8 年的6 亿美元 实际上 2 0 0 2 年的车辆信息系统市场产值仅为1 0 亿美元 至2 0 0 5 年便达到8 0 亿美元 至2 0 1 0 年则可达到4 7 2 亿美元 其主要发展是汽车前装市场 美国通用公司几乎所有的汽车均可选配车辆信息系统 1 绪论 硕1 论文 1 1 2 国内研究现状 在国内 车辆监控导航系统也被多家公司所看好 并且已经有成品销售 由于 今年北京主办奥运会 有报道称北京市计划在今年为全市公交车安装g p s 监控系 统 另据中国交通信息中心消息 全国物流业务的运输车辆将会陆续安装g p s 导航 及安全系统 未来一两年之内预估将有1 0 万辆车加入g p s 安全监控系统 近年来 和今后若干年内中国汽车工业的超常发展 市场必然会有前所未有的扩大 如何适 应迅速扩大的市场 如何提供更快更好的服务将成为近些年车辆监控的主要问题 1 但是由于发展周期过短 很多厂商没有形成规模化 所以在开发上还存在很多 的问题 主要包括 软件开发周期长 生产效率低下 使得软件可维护性差 不易 移植和扩展 存在严重的重复劳动 没有注意到监控中心的架构瓶颈这一新问题 1 2 系统扩展性分析 本文研究的车辆监控系统作为集散监控系统 d c s 的一个具体应用 具有监控 系统的一般结构 集散监控系统的结构如图1 2 1 抽缘 管理 决策 一一l 一 状态 控制 一一十 i j 集 i i l 管 理 部 分 l 篱袭磊募 l 一 f l j l j 被控对象群 釜翳嚣雾 具缘 一 图1 2 1 监控系统的结构 如图1 2 1 示 集散监控系统从结构的角度看分为 集中管理部分 通信部分 分散监测控制部分 而从信息处理的角度看可以分为 管理 决策层 状态 控制层 信息采集 处理层和被控对象群层 在信息的角度 从下到上信息是一个抽象化的过 程 而从上到下则为一个具象的过程 2 3 1 抽象化的过程是将被控对象的具体数据整合抽象出一个信息结论 便于监控人 员理解 比如被控对象的具体的二进制经度 纬度等信息 经过每一层的抽象化后 2 硕 l 论文车辆 姨拎系统中协议解析o j 构造技术研究 信息到达管理 决策层转变为被控对象处于什么位置 而无具体经纬度值 与之对应 具体化的过程则为抽象化的反过程 由于被控对象存在差异性 不同类型的对象具体监控条件是不相同的 所以处 理过程中层次越低需要考虑的因素越多 例如对于车辆监控系统中不同类型的车辆 对于管理 决策层的相同命令所产生的具体动作是不同的 这样信息采集 处理层的 具体程序实现也要复杂的多 如果程序不够合理 需要加入不同类型的被控对象就 比较困难 在车辆监控系统中 数据信息协议的解析构造部分对应于信息采集 处理层 而 数据信息协议则是被控车辆和数据服务中心交互的信息协议 因此 从扩展性角度 看 系统设计的目标 信息采集 处理层 协议解析构造部分 有个合理的软件结构能 满足各类信息协议 信息协议能充分应用于不同类型的被控对象 1 3 研究背景 本文所讨论的背景项目是南京理工大学自动化学院为上海三一重工公司所研 发的工程车辆监控系统 该系统的目的是实现对大型工程车辆的监控需求 出于自 身利益的考虑 客户希望对车辆的运行状况进行了解并在必要时能对车辆进行控 制 此系统经过半年多时间的开发已经实现了客户的需求 且运行稳定 系统大致分为三块 车载终端模块 数据服务中心 d s c d a t as e r v e rc e n t e r 业务展示 网站 车辆终端模块使用g p s 接收机采集车辆的地理信息 然后通过 g p r s 网络接入i n t e r n e t 建立与d s c 的通信链路 最后在业务展示中w e bg i s 以很 直观的界面向用户显示车辆的地理位置以及各参数信息 因此g p s g p r s g i s 是三大支撑技术 在前些年做过的车辆监控系统其扩展性不够好 在用户提出新的要求时 特别 是需要增加新的协议时 系统需要做出的改变是很大的 这样的话对系统的安全性 和稳定性产生了很大的威胁 因此新系统需要从系统的扩展性角度出发结合现代软 件工程的知识构建出新的合理的软件结构 即通过重构和设计模式的运用使系统具 有良好的可维护性和扩展性 从而维持较长的生命期 下面简要介绍下协议解析构 造部分存在的问题 并提出重构和设计模式的概念 1 3 1 协议解析构造存在的问题 数据信息协议的解析和构造属于车辆监控系统中的数据服务中心 d s c 部分 d s c 在车辆监控系统中处于核心位置 因为它是车载模块和网站连接和通信的枢 纽 所以d s c 设计的好坏直接决定系统性能的好坏 而且其对网站的结构有着明 1 绪论 硕 l 论文 显的影响 而d s c 中的核心模块是数据处理模块 数据处理模块的主要功能也即 数据信息协议的解析和构造 先前系统中数据信息协议解析和构造是很直接的 它的方法是通过代码编程很 直观的对每一种数据帧进行解析和构造 这是一种很典型的将易于变化的数据帧直 接通过代码来表示 这种情况在数据帧不发生任何变化的时候是没问题的 但是随着不同种类车辆的增加 客户对系统要求的多样化以及数据信息的多样 化 协议必须做出相应的变化 而协议的变化分为两种 格式不变 内容变化 格 式变化 产生新的协议 对于第二种情况 倘若协议解析和构造还采用前期系统的 方法 代码也必须做出改变 对系统的稳定性和可维护性是一个很大的风险 这样 协议的解析和构造容易成为约束系统功能丰富的一个 瓶颈 因此 对协议解析构造部分进行重构和研究的目标 首先 数据服务中心数据 处理模块要有更大的弹性和扩展性 能在软件结构尽可能小的变化下尽可能大的满 足客户的需求变化 需要避免前期系统在需求变了多处代码跟着改变的弊端 其次 提升上下层之间的通信速度从而整体系统的实时性增强 再者 合理的数掘解析策 略要可以简化上层软件结构的设计 使上层软件体系结构更加合理 能以更简便的 方式将车况等信息呈现出来 最后 协议解析和构造策略要能够保证系统的可用性 使系统长期高效地运行 1 3 2 重构与设计模式的提出 通过对上面系统信息的分析 提出了需要从重构和设计模式的角度重新设计协 议解析构造结构 下面将简单介绍重构和设计模式的概念 具体内容和应用将在第 四章介绍 当今的软件开发大多数是在已有的一些工程项目基础上进行的 对软件可维护 性的要求越来越高 软件的可维护性是指软件能够修改和升级的容易程度 在一个 软件的生命周期中 用户的需求总是会变化的 为了应付需求变化 人们不断地修 改原有的软件代码及其设计 这样随着时间的推移 代码逐渐地变得脆弱起来 且 所包含的设计框架也变得越来越模糊 这样代码的维护会越来越困难 所需费用也 会越来越高 扩展性也越来越差 为了解决这类问题 在面向对象的领域中 出现 了软件重构的概念 软件重构 r e f a c t o r i n g 是在不改变软件的功能和外部可见性的情况下 使用各 种手段重新整理一个对象设计的过程 目的是为了让设计更加灵活 提高软件的可 维护性 简而言之 重构就是改进已经写好的软件 软件重构可以改善软件设计 增进软件的可理解性和灵活性 增加系统的灵活性同时也加速软件的开发p j 软件的可复用性是指软件或软件系统在不修改或者仅做少量修改的情况下可 4 硕一 论文车辆 i i 拎系统中协议解丰斤与构造技术研究 以被新的软件系统所利用的能力 软件复用是解决软件危机根本途径之一 面向对 象 o o 技术的普遍应用使软件的可复用性有了很大的提高 然而 随着软件的日益 复杂和庞大 人们对软件可复用性的要求越来越高 他们希望所使用的软件不仅能 满足当前的功能需求 而且还要有足够的灵活性以适应将来的变化 设计模式为我 们提供了一条捷径 它帮助人们做出有利于系统复用的选择 帮助设计人员复用己 成功实现的系统的概念模型 以过去成功的开发经验指导当前的软件开发 大大提 高了软件开发的效率和质量 l u j 设计模式 d e s i g np a t t e r n 被用于描述特定场景下解决 般设计问题的类和相 互通信的对象 设计模式的优点包括 使人们可以复用成功的设计 便于设计者之 间的交流 利于分析模型向实现模型的转换 l3 软件重构和设计模式有着紧密的联系 设计模式可以作为重构的目标 指导重 构 改善软件原有的设计 在系统设计阶段 可以参考现有的设计模式 使系统有 一个良好的设计 在系统的丌发与维护阶段 对软件的代码进行重构 改进系统的 设计 并用设计模式来指导重构的进行 因此 将软件重构和设计模式的思想引入 到协议解析和构造的设计中来是很有必要的 1 4 论文的研究内容 总的来说研究内容是 改进目前数据服务中心 d s c 对协议解析和构造部分的 算法 研究基于软件重构解决数据信息协议的解析和构造问题 使数据服务中心数 据处理模块有更大的弹性 能在软件结构尽可能小的变化下尽可能大的满足用户需 求变化 具体实现上 首先设计出结构合理且符合可重构性的数据信息协议 然后 利用x m l 驱动开发技术 制定特定的关键字集和文档框架结构 并在此关键字集 和框架结构内 将各个协议以x m l 文档的形式表示出来 最后依据软件重构和设 计模式的概念设计合理的软件结构达到将接收到的数据帧以x m l 作为解析模板进 行信息解析 因此问题的实质是研究基于x m l 的驱动开发 好处是 当用户需求 改变需要构建出新的数据通信协议时 依据新的数据通信协议和已有的x m l 文档 结构构建出新的x m l 文档作为解析模板 而无须在程序中做过多的改变 主要是 由于x m l 文档中的元素是依据关键字 而关键字没有发生改变 这样就实现了程 序的弹性 满足客户需求变化 便于升级 而且在程序的复用性上也得到了很大的 提高 因此本论文主要包括以下几方面的研究内容 1 从整个系统分析d s c 的结构 认清协议解析构造的地位和作用 2 可重构数据信息协议的设计 主要研究如何依据监控需求以及客户的要求 l 绪论硕 l 二论文 设计出高效的具有可重构性的数据通信帧 能应对监控对象的多样化 而且还要综 合考虑如何便于解析和构造 3 x m l 设计 主要研究如何依掘数据信息 协议中包含的信息种类制定出某些 关键字作为一个统一的标志 在此基础上设计出对应的x m ls c h e m a 和文档说明 作为义务开发人员设计x m l 文档的依据 此文档是协议的反映 4 程序实现 主要研究如何在软件重构和设计模式的指导下利用x m l 驱动开 发的思想实现对车辆终端上传的数据帧做出解析 反过来如何利用x m l 技术构造 数据通信帧 以实现对车辆控制与配置 6 顾 i 论文车辆监挖系统中协议解析 j 构造技术研究 2 车辆监控系统及协议解析构造器 车辆监控系统的设计目标是 能够实时的准确的采集分布于各地的被监控车辆 的地理位置信息和车辆状态信息 能够将信息集中处理并在数据库中存储起来 能 够以网页的形式让用户进行查询 必要时可以下发配置和控制命令 因而从监控特 点可以看出车辆监控系统属于集散式监控系统 也就是管理和操作集中 采集和控 制分散 本章 首先介绍系统的整体结构 然后介绍数据服务中心 d s c 最后 得出协议解析构造器的概念 并分析其在d s c 中的作用和提出设计的思路 2 1 系统总体结构及相关技术 2 1 1 车辆监控系统的监控特点 集散式监控系统 d c s 是以多个微处理机为基础利用现代网络技术 现代 控制技术 图形显示技术和冗余技术等实现对分散控制对象的调节 监视管理的控 制技术 其特点是以分散的控制适应分散的控制对象 以集中的监视和操作达到掌 握全局的目的 系统具有较高的稳定性 可靠性和扩展性 2 3 1 车辆监控系统作为d c s 的一种应用 其总体结构如图2 1 1 1 所示 图2 1 1 1 车辆监控系统总体结构 2 车辆临控系统及协议解析构造器 硕一l 论文 系统的组成部分包括 车载终端监控器 通信网络 数据服务中心 d s c 数据库部分和业务展示部分 如图2 1 1 1 所示 在车载终端 g p s 接收机接收到卫 星发送的定位信息 计算出经纬度及速度 方位角等信息 同时各传感器采集到车 辆的状态信息 这些信息传送到中心控制器 然后通过g p r s 通信网络 将这些信 息按一定的协议格式发送到具有静态i p 地址和指定端口的d s c 服务器 在d s c 首先异步接收从通信网络发送过来的信息帧 依据协议格式做出相应解析 存入数 据库 并提供接口供业务展示部分调用 在数据库部分 记录上传信息和下发信息 在业务展示部分 从d s c 业务接口或者数据库读取必要信息 生成动态网页 供 用户查询车辆位置 包括实时地理信息 实时状态信息 历史信息及历史运行轨迹 等 同时用户还可以通过网页下发控制命令 d s c 收到下发请求后 依据协议格式 构造下发帧 通过通信网络向对应的车载终端发送控制命令 终端接收到命令执行 相应动作 2 1 2 3 2 5 1 2 1 2 车辆终端监控器 为了获取终端车辆的各种信息且能对其做出控制施加动作 系统中必须有一套 硬件设备安装在被监控的车辆上 这就是车载终端监控器 此系统的功能包括 能 实时的获取车辆的g p s 信息 开关量信息和模拟量信息 能对信息进行存储 能将 这些信息按照协议发送到转发中心 能在车辆出现异常时报警 能响应转发中心发 送的控制命令和配置命令 对车辆实施控制或进行配置 它是上行信息的源头 同 时也是下行信息的执行点 2 2 2 4 1 基于以上功能 车载终端监控器的基本结构如图2 1 2 1 图2 1 2 1 车载终端结构图 1 g p s 模块 g p s 模块是其中最重要的部分之一 它是车载终端地理信息的唯一来源 它通 过g p s 天线接收卫星信息 当捕获到的卫星数量大于等于4 颗的时候 就能计算出 硕 1 论文车辆临挖系统中协议解析与构造技术研究 自己的经纬度 速度 方位角等地理信息 然后通过串口将计算出的地理信息传送 到中心控制模块 因而该模块的定位精度能直接反映系统在定位方面的精确度 4 2 数据采集模块 该单元主要包括 a d 模块 i o 模块和c a n 数据模块 a d 模块用于采集车 辆的模拟量信息 如油温 电压等 然后将这些模拟量转换为数字量 最后传送给 中心控制模块 i o 模块用于获取车辆的开关量信息 如点火 天线工作状态 然 后传送给中心控制模块 i o 模块也是对车辆施行控制输出的功能模块 比如欲锁 车则可以通过该模块控制继电器的开关来实现 不同车辆类型数据采集的种类和数 目存在很大的不同 3 中心控制模块 中心控制模块是整个车载终端监控器的核心所在 功能包括 协调控制其他的 模块 接收g p s 模块的信息和数据采集模块的信息 然后进行分析和整理 接着按 照一定的协议格式构造出数据帧 最后通过g p r s 模块发送到监控中心 并依照策 略进行信息存储 当数据产生异常时 生成报警信息 对监控中心传送过来的数据 帧做解析 并进行相应动作 比如锁车 参数配置等 4 存储模块 该模块主要包括f l a s h 和r a m 两部分 该模块存储了车辆终端系统的程序 还存储了采集到的各种信息 该信息包括备份信息和由于g p r s 网络不通时的缓存 信息 这样就不会造成信息的丢失 也利于监控中心做历史信息查询 5 g p r s 模块 g p r s 模块是负责车载终端与监控中心的网络通信 中心控制模块构造好的数 据帧是通过g p r s 模块传送出去的 而监控中心的应答信息和控制信息也是通过 g p r s 模块接收 所以 g p r s 模块才能使得车辆终端与监控中心时刻保持 联系 而后期系统维护的费用也主要体现在g p r s 模块的通信费用上 如果通信方式选择的是中国联通的c d m a 则为c d m a 模块 功能类似 2 1 3 通信网络 车辆与监控中心之间必须要有一个通信网络将两者联系起来 由于车辆是一种 移动设备 因而无线通信网络是必然选择 现代监控中常用的几种无线通信方式包 括 无线电台 卫星通信 g s m 网络 g p r s c d m a 等方式 综合网络性能 覆盖面 商业价值等诸多方面的考虑 我们选择了中国移动公司提供的g p r s 网络 随着i n t e m e t 逐渐进入无线领域 移动网络和数据网络开始慢慢融合起来使用 不过g p r s 网络存在一些弱点 比如 信号传输距离有限 信号稳定性较差 信号 易被干扰等 因而整个通信链路并非由g p r s 网络单独构成 而是选择由g p r s 网 9 2 车辆监控系统及协议解析构造器硕 l 论文 络接入i n t e r n e t 网络的方式形成完整的通信链路 车载终端通过使用g p r s 利用p p p 协议拨号接入i n t e r n e t 使用u d p t c p 等基于i p 技术的通信方式与监控中心进行 数据的交互 这种接入方式大大地延伸了信号可传输距离 同时也方便了监控服务 中心的网络通信功能的实现和处理 5 j 2 1 4 数据服务中一i 二 d s c 监控中心是整个系统的集散性中的 集 部分 是整个系统的数据信息汇集点 承担系统集中管理任务 包括 d s c 数据库系统和业务展示部分 他们的关系如 图2 1 4 1 所示 图2 1 4 1 监控中心结构框图 从图2 1 4 1 我们可以看出 d s c 处于监控中心中处于核心的地位 d s c 是整 个系统运作的枢纽 尤其将整个系统中的各个子系统联系在了一起 从上行信息的 角度看 d s c 通过网络接口从i n t e m e t 上接收由车载终端监控器发送来的各种信息 d s c 接收到这些信息之后 根据事先设计好的数据协议的格式 将各种信息解析出 来 并依据解析结果通过数据库接口存入到数掘库中 而在和业务展示部分的衔接 则是通过业务展示接口实现 当用户访问网站时需要获取数据 有些信息是缓存在 d s c 中 如实时信息 这时候可以通过业务展示接口将此信息从d s c 中 拉 出来 从下行信息的角度看 d s c 定时检查业务展示接口中是否有下行信息 如控制信息 配置信息等 当发现有新的下行信息后 d s c 从数据库部分获取对应的车载配黄 参数 然后依据设计好的数据协议格式构造出准确的下行信息帧 并通过网络接口 发送到对应的车载终端 因此 d s c 系统的任务就是 信息解析和构造 控制信息的流向 使信息传送 到正确的接口上去 关于d s c 的结构和详细设计下节将重点介绍 1 0 硕一i 论文车辆监控系统中协议解析 i 构造技术研究 2 1 5 数据库部分 数据库部分是整个系统的信息存储部分 由于用户不会一直在线观察车辆的状 态 而是在较长的时间段才观察一次车辆的运行状况 这就要求系统将上传上来的 数据保存起来 在用户需要查看的时候再调用这些数据展现给用户 而在下发控制 或配置命令的时候也需要将下发痕迹保存下来以供查询 且某些配置参数信息也是 存储在其中 因此 数据库部分最重要的功能就是保存各类数据 从上行信息的角 度看 d s c 的数据库接口有数据请求存储时将d s c 解析出来的信息按一定规则存 储在数据库中 同时数据库系统要响应业务展示部分的数掘请求 将业务展示系统 所需要的数据传送给它 从下行信息的角度看 数据库部分提供d s c 下行帧的参 数信息 并将下发信息痕迹存储在数据库中的相应的表中 供往后业务展示部分查 询 本系统选择了s q ls e r v e r2 0 0 5 作为数据库管理系统 任何 n e t 语言都可以利 用a d o n e t 建立与s q l s e r v e r2 0 0 5 的连接来开发数据库对象 在s q ls e r v e r2 0 0 5 中数据库是由存储特定结构化数据集的表集合和其他对象 如视图 索引 存储过 程以及触发器等 组成 2 1 6 业务展示部分 业务展示部分是整个系统中最直接面对客户的部分 因此设计的美观性 易用 性和通信的快速性给用户以最直观的印象 也决定用户对整个系统的评价 所以其 重要性不言而预 从运行角度分析 业务展示部分根据客户的请求做出相应判断从d s c 或者数 据库获取实时数据和历史数据 然后以电子地图和普通数据表格两种形式将对应的 信息展示给他们 使用户可以依据喜好在线浏览车辆的位置信息 行驶轨迹 状态 信息 统计信息等 其中 g i s 所展现的电子地图是业务展示部分的核心 因为电 子地图可以将地理信息连同其他状念信息以很直观的方式展现出来 而数据表格形 式的信息展现也是业务展示部分中必不可少的部分 它展现的是更详细的更数字化 的车辆信息 当用户需要下发控制或者配置命令时 也是通过业务展示部分来实现 的 通过业务展示平台提交特定的控制命令或者配罱表格 然后通过d s c 发送到 具体的车辆终端 基于b s 体系结构 我们采用了a s p n e t 作为服务器端的开发平台 a s p n e t 是 n e t 框架的一部分 是m i c r o s o f t 推出的 n e t 平台上针对w e b 应用程序提供的 解决方案 提供了用于创建动态w 如应用程序的类和工具 所以 a s p n e t 是构 建网站的一种强大工具 可以方便地在w e b 服务器上动态地创建文档 2 车辆临挖系统及协议解析构造器硕上论文 2 2 数据服务中心 d s c 总体结构及设计 2 2 1d s c 的总体结构 本节我们将着重介绍d s c 部分 通过前面对系统的分析我们知道d s c 在系统 中的作用非常重要 它是枢纽 衔接上下层关系 如图2 2 1 1 示 d s c 大致分为 以下几个部分 网络通信模块 业务展示模块 数据库服务模块 核心数据集合 数据处理模块 图2 2 1 1 数据服务中心结构框图 网络通信模块 网络通信模块实现d s c 与车载终端监控器的通信功能 提供网络通信接口供 数据处理模块调用 通过接口的参数传递实现与特定车载通信 它属于d s c 的网 络通信层 由于外部网络是基于i p 的i n t e m e t 网络 所以我们采用标准的s o c k e t 套接字编程实现 依据t c p i p 协议的特点 s o c k e t 套接字可以编程实现t c p 和u d p 协议两种不同方式的通信 t c p 传输控制协议 这是一种提供给用户进程的可靠的全双工字节流面向连 接的协议 它要为用户进程提供虚电路服务 并为数据的可靠传输建立检查 大多 数的网络用户程序 如h t t p 都使用了t c p 协议 6 1 u d p 用户数据报协议 u d p 为应用层提供一种非常简单的服务 它只是把称 作数据报的分组从一台主机发送到另一台主机 但是不保证该数据报能到达另一 端 任何必需的可靠性必须由应用层来提供 硕 匕论文车辆临控系统中协议解析 勺构造技术研究 由于本系统的数据通信的特点是阵发性的 数据也比较短 没有大量的数据需 要一次性的发送 因此 在通信协议上选择了u d p 协议 同时由于u d p 协议是不 可靠的 在两个子系统的数据信息协议中定制了自己的特定的协议类型用于确保数 据传输的可靠性 关于网络通信模块的具体设计第四章将做详细介绍 业务展示模块 主要面向业务展示部分 向其提供业务展示接口 是网站与d s c 交换数据的 出入1 2 1 能够获取业务展示部分的用户命令请求 如控制命令 同时提供用户信息 查询 如实时信息 数据库服务模块 数掘库服务模块提供了访问数据库的基本操作 是直接和数掘库部分进行交互 的模块 在w i n d o w s 系统中 常用的数据访问技术有 o d b c a d o a d o n e t 等几种 在此我们选择了a d o n e t 它集成到了 n e t 中 可用于任何 n e t 语言 尤其是c f j 坦j a d o n e t 起源于a d o a c t i v e xd a t ao b j e c t s 是微软设计在 n e t 体系架构 上的 用于以关系型的 面向表的格式访问数据 相对于a d o 来说 a d o n e t 优势更明显 首先 提供了对关系数据的简单访问功能 用易于使用的类表示关系 库中的表 列和行 引入d a t a s e t 类显著地扩展数据访问接口的功能 其次 扩展 性增强 可从任何数据源读写数据 实现访问s q ls e r v e r o r a c l e a c c e s s 等数据 再次 支持多层应用程序 然后 统一的x m l 和关系数据访问 基于系统整体性能的考虑 在系统的数据库访问上 设计使用了a d o n e t 作 为数据库访问的接口 在数据库服务模块中 封装了a d o n e t 对数掘库的访问 屏蔽了复杂的数据库操作 为d s c 的其他模块提供各种友好的数据读取和写入接 口 核心数据集合 根据集合论的观点 集合是 组具有相同类型的对象 将紧密相关的对象抽象 出一个数据类型然后组合到一个集合中 则能够更方便地处理这些对象 可以使用 相同的调用代码来处理一个集合的所有元素 因此 根据终端对象的信息构成抽象 出了一个模块类 为了便于数据处理模块处理数据 该类包含了终端的基本参数及 用于存储实时信息的各种属性 在本系统中 模块类所具备的基本属性包括 终端s i m 卡号 终端心跳间隔 终端上传时间 终端的i p 地址和端口号 终端是否在线标志等 而且为了方便业 务展示接口的调用 模块类还包括一些字段属性用于保存实时信息 统计信息等 数据处理模块 2 下辆 l 控系统及协议孵析构造器 f o j 二l 二论义 数据处理模块是整个d s c 的核心工作模块 是程序的主工作线程 数据处理 模块在d s c 中的作用是整合其他模块将整个系统串联起来 并且为其他的模块提 供数据的构造 提取 解析等功能 2 2 2 数据处理模块的设计 一 7 查看业务展示模块 是 是否省新下发命令请求 7 铂i p 地址匀效的p 发1 l l l 是 t 两两网聱 矗赁授 蘸f l 发刈如的命令 图2 2 2 1 数据处理模块的主流程图 从图2 2 2 1 我们可以看出 数据处理模块在d s c 中的作用是调用其他模块将 整个系统串联起来 过程化 主要完成3 大任务 上行信息的解析与存储 控制命 令的构建 发送与存储 处理流程 数据帧的解析 构造下发数据帧涉及到很多具体处理技巧和方法 如果这些处理流程抽象出来以一个模块的形式存在 则更有利于系统的复用和结构 化分析 于是我们在此提出了协议解析与构造器的概念 1 4 硕l 论文 车辆骺控系统中协议解析 j 构造技术研究 2 3 协议解析构造器 从上面的分析得知 为了更好的分析软件结构我们提出了协议解析与构造器的 概念 由于协议解析与构造部分处于监控系统信息处理的最底层 图1 2 1 因而从 系统升级的角度看也是代码需要做出变化最多的地方 随着不同种类车辆的增加 客户对系统要求的多样化以及数据通信量的增加 协议作为信息的载体必然要做出 多方面的调整以应对客户需求的变化 相应的解析和构造也必须做出变化 但如果 不设计好解析和构造的结构的话就容易出现协议的解析和构造成为约束系统功能 丰富的一个 瓶颈 从功能上分析 协议解析构造器主要完成上传数据帧的解析和下发数据帧的构 造 结构如图2 3 1 下行信息 图2 3 1 协议解析构造器功能图 由于协议解析构造器的存在 因此d s c 的结构图将如图2 3 2 图2 3 2 d s c 结构框图 图2 3 2 可以看出协议解析构造器也是为数据处理模块服务的 对于解析而言 2 车辆脏控系统及协议解析构造器顺 l 论文 数据帧的来源是网络通信模块的接收数据 而解析结果经过数据处理模块的处理分 别流向义务展示模块 数据库服务模块以及核心数据集合 因此解析结果的表现形 式对数据处理模块的处理机制有决定作用 对于构造而言 当业务处理模块接收到 用户的下发命令请求 以一定的数据形式通知数据处理模块 然后数据处理模块调 用构造器生成数据帧 最后通过网络通信模块下发 同样 下发请求的形式对构造 器的程序也有很大的影响 进行解析和构造的依据是协议格式 因此包含上下方通信内容又方便做出解析 的协议是首先必须实现的 然后根据协议的形式进行协议解析器的设计 目标是方 便后期系统扩展 这也是下面将要研究的两大主要内容 但是为了适应需求变化协 议需要具有弹性 可为了系统稳定解析器又需要具有足够的稳定性 面对这个问题 我们的解决思路 进行系统重构 利用x m l 驱动丌发和设计模式的知识进行设计 2 4 本章小结 本章首先介绍了d c s 系统的特点 然后分析车辆监控系统的整体结构 接着 分析了监控中心中的数据服务中心 d s c 而其中重要的部分是数据处理模块 最 后分析了数据处理模块中数据解析构造可以以一个抽象的模块存在 于是最后得出 了协议解析构造器的概念并提出了处理办法 j 6 硕士论文 3 协议及其解析与构造 在进行系统结构分析的时候我们知道 车载终端是通过g p r s 网络接入基于 t c p i p 协议的i n t e r n e t 网络 t c p i p 协议是属于网络通信协议 而车载和d s c 进 行数据通信和交互则是通过数据信息协议来完成 网络通信协议为数据信息协议提 供服务 那么两者之间有什么联系 我们应该如何设计数据信息协议 本章我们首 先介绍协议的相关概念 然后依据t c p i p 协议的格式和系统可重构性原理设计出 数据信息协议 最后分析如何进行协议解析和构造的思路 3 1 协议的相关概念 3 1 1 协议 协议 p r o t o c 0 1 是一系列的步骤 它包括两方或多方 它设计的目的是要完成一 项任务 协议是对数据格式和计算机之间交换数据时必须遵守的规则的正式描述 也就是说 双方要能够互相顺利的通信 就必须讲相同的语言 该语言就相当于协 议 15 1 协议必须具备以下条件 协议中的每个人都必须了解协议 并且知道所要完成 的所有的步骤 协议中的每个人都必须同意并遵循它 协议必须是清楚的 每一步 必须明确定义 并且不会引起误解 要做协议设计首先要知道协议的基本组成 协议主要有以下三个要素组成 语 法 数据与控制信息的结构或格式 语义 需要发出的任何控制信息 完成何 种动作以及做出何种应答 同步 事件实现的详细说明 l 8 i 为了减少协议设计的复杂性 大多数协议都按层 1 a y e r 的方式来组织 每一层 都建立在它的下层之上 负责不同的功能 并向它的上一层提供一定的服务 而把 如何实现这一服务的细节对上一层加以屏蔽 具体各层的情况依赖于具体要完成的 任务的结构 采用分层的思想来设计协议可以带来如下好处 2 6 j 1 各层之间是独立的 某一层不需要知道它的下层是如何实现的 而仅仅需 要知道该层通过层间的接口所提供的服务 由于每一层只实现一种相对独立的功 能 因而可将一个难以处理的复杂问题分解为若干个较容易处理的更小一些的问 题 这样 整个问题的复杂程度就下降了 2 灵活性好 当任何一层发生变化时 例如由于技术的变化 只要层间的接口 关系保持不变 则在这层以上或以下各层均不受影响 此外对某一层提供的服务还 可以进行修改 当某层提供的服务不再需要时 甚至可以将该层取消 3 协议及j 七解析构造 硕一j 二论文 3 结构上可以分割开 各层都可以采用最合适的技术来实现 4 易于实现和维护 这种结构使得实现和调试一个庞大而又复杂的系统变得 易于处理 因为整个的系统已经被分解为若干个相对独立的子系统 5 能促进标准化工作 因为每一层的功能及其所提供的服务都已有了精确的 说明 分层时应注意使每一层的功能非常明确 若分层太少 就会使每一层的协议太 复杂 但层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难 因此协议分多少层 每 层的功能是什么是协议设计的主要工作 在计算机网络中 为了实现网络通信 存在一套规则用于规定信息的格式以及 如何发送和接收信息 这套规则就称为网络通信协议 也可以说 网络通信协议就 是连入网络的计算机都要遵循关于硬件 软件和端口等的技术规范 分为e t h e m e t n