（控制理论与控制工程专业论文）基于internet的中央空调系统的远程维护.pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：童题 日期 扣竹r 卜 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅；本人授权山东大学可以将本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、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：邋 导师签名： 一烨 山东大学硕士学位论文 摘要 随着自动化、信息化的发展，应用软件的重要性越来越大，相应地也带来 了计算机软件维护的问题，如软件的故障诊断、修改、补丁和升级等。特别是 当软件地域分布较广时，这些问题更为突出。如何作到及时维护、缩短维护时 间，维护与生产并行和尽量减少维护费用成为我们要探索的重要问题。这就给 我们提出了一个全新的理念一计算机远程监控系统。 远程监控技术是管理人员在异地通过计算机网络，异地拨号或双方都接入 i n t e r n e t 等手段，连接目标计算机，并通过本地计算机对远程计算机进行管理 和维护的行为。远程控制既可以作为黑客攻击手段之一，也可以作为远程维护， 在家办公等应用领域的支持工具。 远程监控技术实际上是一种客户机服务器程序，服务器安装在被控端的 计算机端，客户机安装在控制端。在控制端和服务器端都安装成功之后，客户 端在网络上通过输入要连接方的i p 地址，发出获得服务器端的连接指令，两 台p c 建立连接，然后就可以通过网络的互联协议t c p i p 进行远程控制。 远程控制基本原理是：分别在客户端和服务器端安装相应的程序。一旦启 动了服务器端的服务器程序，就可以使用相应客户端程序直接控制服务器端的 计算机了。也就是说，客户端就象一个超级用户，可以直接控制远端计算机。 本系统是为了实现中央空调系统的远程维护而设计的，主要采用v c 编程 语言中的网络编程接口w i n s o c k ，实现控制端和被控端的连接，w i n s o c k 提供了 包括t c p i p 、i p x 等各种通信协议簇下的编程接口。由于t c p 协议是一种面向 连接的服务，它在两个主机之间建立连接，提供双向、有序且无重复性的数据 流服务，能保证数据的可靠传输，因此在本系统中采用此方案来实现被控端与 控制端的连接和数据传输。 本系统所实现的功能：当连接成功以后，控制端可以直接控制被控端的屏 幕，如同直接坐在被控端的电脑旁边一样。在控制端的控制窗口显示被控端的 桌面、控制被控端的键盘和鼠标、打开浏览被控端的文件以及远程关机利重新 启动等功能。通过桌面共享，实现对被控端计算机的全面控制，从而可以方便 的进行远程维护和参数修改。 关键词：远程监控客户机n 务器t c p i p w i n s o c k 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h e d e v e l o p m e n to f a u t o m a t i o na n di n f o r m a t i o nt e e h n 0 1 0 9 y a p p l i c a t i o ns o f t w a r eb e c o m e sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n t s o ，m a i n t e n a n c e o ft h e ms u c ha sf a u l td i a g n o s eo ra m e n d a t o r yo fs o f t w a r e ，p a t c h i n go r u p d a t i n so fs o f t w a r ea n ds oo nb e c o m e sab i gp r o b l e m e s p e c i a l l yw h e n t h es o f t w a r e i su s e di naw i d e r e g i o n ，t h e s e i s s u e sb e c o m em o r e p r o m i n e n t h o w t om a i n t a i nt h es o f t w a r ei nt i m e ，m a i n t a i nw i t h o u t d e l a y i n gp r o d u c t i o n ，s h o r t e nt h em a i n t a i n i n gt i m ea n d r e d u c et h ee x p e n s e o fm a i n t e n a n c eb e c o m e sai m p o r t a n ti s s u e f o ru st os t u d y t h i sm a k e s u st h i n kan e wi d e ao ft h ec o m p u t e rr e m o t i n gs u p e r v i s i o na n dc o n t r o l s y s t e m t h et e c h n o l o g yo fr e m o t i n gs u p e r v i s i o na n dc o n t r o li sd e f i n e da s ： v i ac o m p u t e rn e t w o r k ，i n t e r n e ta n dd i a li n ss t y l el i n k i n gt ot h eo b j e c t c o m p u t e r ，t h el o c a lc o m p u t e rm a n a g ea n dm a i n t a i n t h er e m o t i n go n e r e m o t i n gc o n t r o li saw a yo fh a c k e ra t t a c k i n gc o m p u t e r i ta l s oc a nb e u s e da sr e m o t i n sm a i n t e n a n c ea n ds u p p o r tt o o li nh o m eo f f i c ef ie l d sa n d e t c t h e r e m o t i n gs u p e r v i s i o n a n dc o n t r o l t e c h n o l o g y i sb a s e d o n c 1i e n t s e r v e rs t r u c t u r e t h es e r v e rs o f t w a r e i si n s t a l l e di nt h e c o m p u t e rw h i c hi sc o n t r o l l e d t h ec l i e n t s o f t w a r ei si n s t a l l e di nt h e c o m p u t e r w h i c hc o n t r o l st h es y s t e m w h e nc l i e n t s o f t w a r ea n ds e r v e r s o f t w a r ei si n s t a l l e ds u c c e s s f u l l y ，t h ec l i e n tt e r m i n a ls e n ds i g n a lt o c o n n e c tt h es e r v e rv i aa c h i e v i n gt h es e r v e ri pa d d r e s s w h e nt h et w o c o m p u t e rc o n n e c te a c ho t h e r ，t h ec l i e n tc o m p u t e r ( c o n t r o l l i n st e r m i n a l ) c a nc o n t r o lt h er e m o t i n gc o m p u t e rt h r o u g ht h ei n t e r n e t ( i n t e r n a t ) u s i n g t c p i pp r o t o c 0 1 t h eb a s ep r i n c i p l eo fs u p e r v i s i o na n dr e m o t i n gc o n t r o li st h a tt h e l o c a lc o m p u t e rh a v ee q u a la u t h o r i t y t ot h er e m o t i n gt e r m i n a l w h e n 4 山东大学硕士学位论文 s t a r t i n gt h es e r v e rs o f t w a r ew h i c hi sl o c a t e di nt h es e r v e rc o m p u t e r ， y o uc a nu s et h ec l i e n ts o f t w a r et oc o n t r o lr e m o t i n gc o m p u t e r t h a tis t os e e ，t h ec l i e n tt e r m i n a l1 i k e sas u p e ru s e r ，w h i c hc a nc o n t r o lt h e c o m p u t e rd i r e c t l y t h is s y s t e mm e n t i o ni nt h ea b o v ep a r a g r a p h si sd e s i g n e df o rr e m o t i n g m a i n t e n a n c eo fc e n t e ra i r c o n d i t i o n i tisu s e dt h ew i n s o c k ，w h i c his t h ev i s u a lc + +n e t w o r ki n t e r f a c e u s i n g t or e a li z e t h ec o n n e c to f c o n t r o l l i n gt e r m i n a la n dc o n t r o l l e dt e r m i n a l t h ew i n s o c kp r o v i d et h e p r o g r a mi n t e r f a c ei n c l u d et c p i p ，i p xa n do t h e rc o m m u n i c a t i o np r o t o c 0 1 t c pp r o t o c o li sak i n do fs e r v i c ef a c i n gt oc o n n e c t i o n i te s t a b l i s h e s c o n n e c t i o nb e t w e e nt w oc o m p u t e ra n dp r o v i d e sb i d i r e c t i o n a l ，o r d e r e d ， n o n r e p e a t e dd a t as t r e a ms e r v i c e i tc a ne n s u r et h ed a t at r a n s f e r s c r e d i b l y s ot h es y s t e ma d o p t e dt h iss t y l et or e a l i z et h ec o n n e c t i o n b e t w e e nc o n t r o l l e dt e r m i n a l ，c o n t r o l l i n gt e r m i n a a n dd a t at r a n s f e r s t h e s y s t e m h a v et h e s ef u n c t i o n s ：w h e nt h et w o c o m p u t e r c o n n e c t s u c c e s s f u ll y ，t h ec o n t r o lli n gc o m p u t e rc a nc o n t r o lt h es c r e e no ft h e c o n t r o l l e dt e r m i n a ld i r e c t l ya si fy o us i ta s i d et h ec o n t r o l l e dc o m p u t e r y o uc a nc o n t r o lt h ek e y b o a r da n dm o u s eo ft h ec o n t r o ll e dt e r m i n a l ，o p e n a n db r o wt h ef i l e so ft h ec o n t r o l l e dc o m p u t e r y o uc a na l s os h u td o w n r e s t a r tt h er e m o t i n gc o m p u t e r t h r o u g hd e s k t o ps h a r e ，y o uc a nr e a li z e t h ee n t i r ec o n t r o lo ft h ec o n t r o l l e dc o m p u t e r t h e n y o uc a nm a i n t a i n s y s t e ma n dm o d i f yp a r a m e t e rr e m o t e l y k e y w o r d ：r e m o t i n gs u p e r v i s i o na n dc o n t r o lc l i e n t s e r v e rt c p i p w t n s o c k 山东大学硕士学位论文 1 前言 1 1 引言 随着计算机信息科学的进步，网络特别是因特网技术得到了迅猛 的发展，互联网已经深入到社会生活的各个方面，日益成为人们日常 生活和工业控制、科学研究及社会文化交流中必不可少的一部分，网 络的应用领域在不断拓宽，带动和加速了相关领域科学技术的发展， 以i n t e r l i e t 为应用背景的分布式计算机技术也随之受到重视并被同 益完善。这就为远程控制提供了支持条件。 1 2 远程控制的发展及特点 1 1 2 1 基于有线或无线远程控制1 在网络没有发展起来之前，传统的远程控制是基于有线或无线传 输控制方式。 有线传输控制方式又可分为基于专线的控制方式和基于公用电 话网的控制方式。基于专线控制方式特点：需架设专用的传输线路通 道；铺设线路受地理环境条件影响，若地理环境不好会给架设线路带 来施工困难，建设周期较长：控制和被控制两端设备不易移动，资源 浪费较严重。因其用专用线路进行信号传输，只要选择了好的通讯介 质，通讯质量和实时性、保密性比较高。适宜于对安全性、实时性、 保密性作为主要的考虑因素的远程控制。基于公用电话网的远程控制 特点：借助于公用电话线路，不用另行架设专用的通讯线路，可节省 线路架设投资，缩短建设周期；公用电话线路多数采用时分多路复用 技术，传输速率受到一定的影响，实时性不是很好，且易出现误码， 可靠性不高。无线传输方式不需架设专用的有线通路，节省了开支， 其两端设备可自由移动的范围较大。无线传输方式易受周围环境的干 扰，造成信号传输的距离及可靠性降低，因两端都需要无线发射和无 线接收装置，成本较高。因此这两种方式使用都受到限制，不能得到 大范围的推广应用。 山东大学硕士学位论文 1 2 2 基于in t er n e t 远程控制 基于网络的远程控制，起初只是为了让p c 用户能够在离开自己 的p c 机时能够访问到p c 机的资源，或者让p c 机用户用自己的p c 机 能够访问到公司或企业的网络资源。现在，随着自动化产品的飞速发 展，基于网络的远程控制已经渗入到许许多多的工厂企业中，成为工 厂企业各级管理人员了解工厂生产动态、控制生产过程、调节进度的 重要手段。近年来，网络系统频频受到黑客的攻击，他们攻击的主要 手段，就是利用远程控制技术。只要能够连接互联网，他们就可以通 过网络渗入到全球任何安全系统存在漏洞的主杌系统里面，从而实现 远程控制目标计算机。今天许多企业和增值分销商正在把远程控制能 力作为有效的技术支持工具。很多网络管理员都采用这类软件对局域 网进行管理，或者在家中更新自己网站内容。 基于i n t e r n e t 网络的远程控制具有以下特点： 1 减少设备投资。 远程控制以网络作为传输介质，目前计算机网络已深入到全球各 个地方的干家万户，因此这种控制方式不需要额外建设通讯线路，减 少了设备投资。 2 设备移动陛较强。 由于可以通过普通五类线将网络延伸到企事业单位任何一个角 落，故监控终端放置位置比较灵活。 3 传输线路可靠性较高。 互联网络很少因为线路传输线路问题出现通讯中断，因此控制可 靠性较高。 4 减少开发周期。 因大多数企事业单位都有自己的局域网，并且基本都与互联网进 行了互连，因此以此为基础丌发远程控制软件可以充分利用现有网络 资源，减少开发周期； 5 减少维护费用。 山东大学硕士学位论文 因特网已经发展为一门成熟的技术，各企事业单位一般都有自己 的网络维护管理员，因此不需设专门维护人员，减少了维护费用。 6 在安全性等方面受到限制。 目前互联网络经常受到黑客的攻击或某些原因导致网速减慢，因 此通过互联网络的控制还存在安全性、可靠性、传输效率性的限制。 1 3 基于in t er n e t 远程控制研究意义、现状及前景 1 3 1 基于ln t er n e t 远程控制的研究意义 随着自动化、信息化的发展，应用软件的重要性越来越大，相应 地也带来了计算机软件维护的问题，如软件的故障诊断、修改、补丁 和升级等。特别是当软件地域分布较广时，这些问题更为突出。如何 作到及时维护、缩短维护时间，维护与生产并行和尽量减少维护费用 成为我们要探索的重要问题。 据国外权威机构调查公布的数据显示：当网络通信很完善时，可 节省9 5 的交通能源，并且更具实时性。因此，基于网络进行软件的 升级、补丁、修改、故障诊断、远程控制、远程接管、远程调试等， 给我们提出了一个全新的理念一一计算机远程维护诊断系统。 1 传统情况下软件的维护方式 传统情况下，通常软件的使用部门都不会具备较高素质的计算机 软件维护人员：其次软件的维护需要源代码，而通常情况下软件使用 部门由于种种原因，如软件开发单位考虑到软件版权及核心技术的保 密，或为保证软件运行的可靠性及安全性问题，软件使用部门没有获 得软件开发单位的源代码，所以不具备维护条件。通常计算机软件的 维护都是由计算机软件的生产单位来完成的，但当软件出现临时故 障，在恶劣情况下，可能会导致生产停滞等更为严重的后果，就需要 立即对计算机软件进行维护。而传统的技术支持以技术人员和用户之 间通过电话口头交流来进行，或派技术人员到现场服务。当用户遇 到问题时，用户必须向无法看到故障现象的技术人员描述问题的症 状，然而由于用户对设备的专业知识知道的很少，描述往往不得要领， 山东大学硕士学位论文 这就给技术人员判断故障制造了非常大的障碍。即使技术人员明白了 用户设备的问题所在，在尝试解决问题时，技术人员可能会指导用户 执行一系列复杂的命令，而这个过程对用户来说是十分困难的。往往 是技术人员要为一个十分简单的问题和用户说上十几分钟，甚至要专 程跑到很远的用户那里去解决，不但工作效率低，而且大大增加了技 术成本。如果采用了远程监控技术，软件维护人员在任何有电脑且能 上网的地方就可以对用户端的程序进行远程维护和故障诊断，查看对 方的计算机上运行的相关设备的系统参数是否正确，对方所出现的问 题是什么，如果能远程解决，就不用去现场了，这样既为客户节约了 时间，同时也节约了技术支持的成本。 2 计算机远程维护的定义及所带来的变革1 远程控制是指管理人员在异地通过计算机网络( w a n ) ，异地拨号 或双方都接入i n t e r n e t 等手段，连接目标计算机，通过本地计算机 对远程计算机进行管理和维护的行为。 远程监控技术为人们提供了一种不需要远端的人为存在，就可以 实现远程监控的能力，从而大大优化了人力资源，削减了不必要的开 支，提高了企业的市场竞争力，使管理手段更加高效和方便。 远程监控技术能使技术人员通过计算机网络，无论是局域网、广 域网或是电话拨号，操作远程计算机，就像操作本地机器一样，无需 用户介入，技术人员就能得到现场的第一手资料，从而加快了问题的 解决，提高了工作效率，节约了技术支持成本，并达到了随叫随到的 实时性要求。同时，对于很多大型系统来说，利用远程监控技术可以 完成许多以前根本无法通过人完成的工作，如大范围同步升级与运行 等。 基于因特网技术的远程控制技术的研究，不仅充分利用了现有资 源，拓宽了因特网的利用范围，而且也使远程控制能够减少成本、扩 大远程化距离、实现任意节点的访问机制，并进入一般的家庭等应用 领域，人们通过因特网控制家用电器。采用因特网作为远程控制平台， 是一项很有前途和潜力的技术。另外它可以应用到设备远程诊断、远 程监测、遥控等领域。比如，随着人们生活消费水平不断提高及对生 山东大学硕士学位论文 活舒适度和办公环境追求的提高，使中央空调系统得到了更为广泛的 应用。对大型中央空调生产、供应商来说，由于中央空调体形庞大， 维护起来非常繁琐，如果安装了远程监控系统，在公司总部就可随时 察看空调的运行数据，并及时修改各项参数；当空调出现报警信息时， 可迅速通知用户，较小的问题指导用户随时解决，较大问题也可及时 派出维修人员。采用远程控制技术，可以对机组实施远程测控，直接 观察用户的操作情况和测控机组的运行状态。系统可以定期检测空调 的全部运行参数，并分析是否出现运行异常，详细记录第一手的分析 资料，并随时反馈到指挥中心，系统可根据中心发出的指令要求，修 改空调的运行参数，并且清晰的显示出修改是否成功。通过远程监控 系统可以预防，指挥并能及时发现设备故障，使所有用户空调设备运 行始终处于正常状态，从而提高机组的使用效率，延长使用寿命。 总之因特网的出现及其发展推动了科学技术的各个方面，并使之 取得了巨大的进步。利用因特网，可以使远程控制技术得到大范围的 应用，从而方便人们的生活。 作为远程控制技术目前已经有了成熟的技术，但是市场上所出现 的产品都是有偿的，即使某些f t p 上发布了破解版的不需要付费的软 件，但基于安全性方面的考虑，我们还是不能把这些软件宜接应用于 我们的远程中央空调系统中，这也是我们自己设计开发此软件的必要 性。 1 3 2 远程控制的国内外研究现状 目前，基于i n t e r n e t 远程控制国内外都有不同程度的研究。发 达国家计算机网络发展迅速，基于信息技术和计算机技术发展上的优 势，西方国家在因特网的远程控制方面的研究相对早一些。由于计算 机应用遍布各行业，网络分布广泛，因此远程维护软件占有重要地位， 如在金融、电信、电力制造业等，远程维护软件在项目中己成为必备 软件之一。国外大型软件开发商或专业从事网络软件开发的厂商，如 s y m e n t e c 、c a 、l a p l in k 、t i p 等都有类似产品，并已经占到软件行业 的相当份额。 但在国内，由于受意识理念的普及程度和计算机网络的部署及应 山东大学硕士学位论文 用限制，远程控制及远程维护软件还没有被普遍接受，由于受关键领 域的一些应用限制，如在电力、金融、电信等领域，国外软件安装使 用将会受到极大限制。可喜地是，目前在国内，远程维护技术越来越 受到重视，很多软件公司在此领域已有了突破性地进展。一些大型的 设备生产企业，也逐渐意识到设备远程维护的重要性，大力研究远程 维护技术。 中央空调领域的远程控制、远程维护方面，海尔的销售人员称已 经基本实现了中央空调远程维护、控制系统的研究工作，并已经投入 使用。通过远程监控系统，海尔工作人员足不出户，只需登录海尔中 央空调远程网络服务系统，就对整个全球正在使用中的海尔中央空调 的运行情况一目了然。 1 3 3 基于ir i t ern e t 远程控制中需要解决的问题 基于因特网远程控制的研究中主要有以下3 个问题需要解决：一 是安全性问题；二是传输速度即实时性的问题”j ；三是传输效率的问 题“。 随着i n te r n e t 的普及和电子商务、政府上网等工程的启动，使 信息技术已经成为整个社会经济和企业生存发展的重要基础，这样政 府主管机构、企业和用户对信息技术的安全性、实时性和传输效率提 出了越来越迫切的要求。 1 安全性问题 由于因特网的本身的特点，即完全开放性的，所以容易受到不法 “黑客”的恶意攻击，对于一些关键的控制设备来说，安全性和保密 性都很重要。任何对所传输控制信息，的撰改和破坏都可能对控制设备 产生毁灭性的后果。对于因特网安全问题的解决不是本文研究的重 点，所以在此不多说。 2 传输速度即实时性问题 利用现有的因特网技术进行远程控制，不同于传统的远程控制系 统。它涉及到现代网络技术和控制本身的理论问题。如何有机地将两 者结合起来。这其中还存在着许多尚未解决的问题。网络技术已经取 山东大学硕士学位论文 得了较大的进展，传输声音、图像不再是难事，但用在工业控制上却 面临着许多问题，因为工业控制系统需要稳定的信号传输率。而在目 前的网络环境，特别是因特网上，传输速率却由于传输数据量的大小 和网络负载的原因而波动很大。另一方面，由于因特网是基于文件传 输和资源共享的目的而建立的网络，所以，传输的准确性是它考虑的 首要因素，对于传输速度的要求，则几乎完全依赖底层网络的建设。 而对远程控制来说，实时性是一个很重要的方面。 3 传输效率的问题”1 我们需要传输的远程控制信息一般都是一些短小的控制命令和 设备状态信息，比如开关量。而因特网是传输大数据量的网络，传输 以数据包的形式传输。为了传输准确，在传输的数据包上包括了对传 输过程进行控制的各种其他信息，比如校验位、目的地址、源地址等。 通常情况下，这些控制信息被称为数据包的包头。在因特网上，包头 一般包括了物理层、链路层、网络层和传输层的控制信息，而且都比 较大。而一个远程控制命令的数据也就几个字节。如果在一个数据包 中来传输这几个字节，传输效率必然很低。就象“大马拉小车”，为 了传输几个字节，而附带的传输了几十个字节甚至几百个字节的数 据，严重的影响了传输效率。 虽然诸多问题的存在，但是我们应该认识到，因特网是发展的技 术，今天存在的问题并不能阻碍基于因特网的远程控制技术的研究。 目前，在家用电器领域，远程控制也研究的比较多，甚至有些产品已 经问世。究其原因，就是因为上面三个问题对于家用电器来说，并不 能产生很大的影响。相对于家用电器的远程控制，工业远程控制从功 能上说，更复杂些：从实时性的要求上，更严格些：从安全角度考虑 上，要求出现错误可能性更小。这就决定了工业远程控制的设计上更 复杂，需要综合考虑各方面的因素。 1 ，3 4 远程控制的发展前景 随着网络技术的进一步发展，网络速度越来越快，家庭办公将成 为未来的时尚，远程技术支持逐渐占据技术支持的主流。远程教学和 培训也将快速发展，企业规模将迅速扩大。所有这些发展都为远程控 山东大学硕士学位论文 制软件提供了一个广阔的天地。 目前，远程控制系统将计算机控制技术与网络通讯技术融为一 体，已经被应用于银行、水利、电力、交通、环保及智能家居系统等 领域。在智能家屠系统应用中，通过远程监控系统，用户可以实现对 家中电器及照明设备的远程控制。但远程控制在这些领域的应用，大 多数是采用d d n 等专线传输方式和p s n t 电话线传输方式。随着计算 机网络通讯技术的进步，建立在i n t e r 兀e t 基础上的纳入信息化的多 功能远程监控系统，必为未来发展的方向，在这方面的应用也将会越 来越多。 1 4 本文选题及主要内容 本课题主要研究把基于i n t e r n e t 的远程监控系统应用于中央空 调系统，即主要研究如何将现场中央空调计算机控制系统通过i n t e r n e t 网络与远程中央空调管理、维护计算机之间的通讯问题。通过网络， 利用远程控制软件把现场中央空调控制系统计算机上运行的画面实 时地传输到远程系统管理、维护或设计人员那里，管理、维护人员既 可以实现实时的控制现场计算机系统，又可实时监视现场系统的运行 情况，查看各种运行状态，并通过整理分析各参数设置是否正确，并 可实时修改各设定参数，从而实现中央空调的远程控制及远程故障诊 断。 本文在基于i n t e r n e t 远程监控系统理论研究基础上，通过v c 编 程实现基于i n t e r n e t 的远程监控，并将其成功应用于中央空调的远程 监控。 本课题主要内容： 1 ，基于i n t e r n e t 远程监控系统理论研究。 2 基于i n t e r n e t 远程监控系统结构组成。 3 基于i n t e r n e t 远程监控系统软件实现。 山东大学硕士学位论文 2 基于i n t e r n e t 远程监控系统理论研究 2 1 远程监控的实现基础 2 1 1 计算机网络 进行i n t e r n e t 远程监控的一个前提条件是有了一个控制环境，这 个环境就是计算机网络。计算机网络是指在网络协议控制下，由两台 以上计算机和若干台终端或数据传输设备连接而成且相互间能进行 通信的计算机复合系统。 计算机网络的基本功能有以下几点： 1 数据通信 计算机联网以后就可以互相传递数据和进行通信。随着i n t e r n e t 在世界各地的风行，以及宽带网的出现，传统的传媒行业通过计算机 网络将会提供速度更快，质量更优和价格更低廉的服务。 2 资源共享 这是计算机网络的用途。计算机在广大的地域范围内联网后，网 络中各计算机的资源原则上都可以共享，可以突破地域范围的限制。 共享的资源主要有：硬件、软件、数据及各种类型的信息。 3 提高系统可靠性 计算机网络一般都采用分布式控制方式，如果有单个部件或少数 计算机失效，但由于相同的资源可分布在不同的计算机上，所以可以 通过不同的网络路由来访问这些资源，从而不影响用户对同类资源的 访问。 4 促进分布式数据处理和分布式数据库的发展 2 1 2 网络应用协议 计算机网络是基于i n t e r n e t 远程监控的前提条件，网络中不同的 工作站与服务器之间能传输数据，源于协议的存在。随着网络的发展， 不同的开发商开发了不同的通信方式。为了使通信可靠成功，网络中 山东大学硕士学位论文 的所有主机都必须使用同一“语言”，因而必须开发严格的标准，定 义主机之间的每个数据包中的每个字的每一位。目前，局域网中最常 见的3 个协议是m ic r o s o f t 的n e t b e u i 、n o v e l l 的i p x s p x 和交叉平 台t c p i p 。每种网络协议都有自己的优点，但是只有t c p i p 允许与 i t 3 te r i 7 e t 完全的连接，t c p f l i p 协议是计算机网络的灵魂。在本课题 中我们选用t c p i p 协议。 t c p i p ( 传输控制协议因特网协议) 是建立因特网的基础，因特 网上的计算机通过互相发送信息分组进行通信，这种信息分组由成块 的数据、特定的控制信息和寻址信息组成。控制和寻址信息用来确保 信息包到达目的地，并能被收信主机重新组成可以使用的计算机数 据。这种信息传输方式是由t c p i p 协议所规定的。因此，t c p i p 是 互联网的“通信语言”。t c p f l i p 协议中规定了信息包应该怎样分层、 分组，怎样在收信计算机上将信息分组重新组装成计算机数据，怎样 在线路上传输信号，以及许多其它有关的问题，如不同的层次上的信 号、分组需要不同的软件和硬件支持，以使它们在不同的网络和通信 线路上发送和接受信息。i p 是一种负责把数据包从一个网络上的计算 机传送到另个网络上的计算机协议，ip 的一个主要工作是路由选 择，即在网络中引导数据包的过程。t c p 负责转换级处理，在一个连 接的每一端给每个发送的数据包分配一个顺序号，每个计算机都跟踪 一记录它己发送和接受到的数据包顺序号，并告诉其他计算机刚刚发 送或接受到的是什么顺序号的数据包。t c p i p 协议模型由四层组成， 分别是应用层、传输层、网络层、网络接口层。 1 t c p i p 协议分析 t c p i p 起源于2 0 世纪6 0 年代术，是美国政府资助的一个分组交 换网络研究项目，现在发展为计算机之间1 3 最常用的网络协议。t c p l p 只是完整的协议簇的简化表示法。t c p 和i p 共享整个协议簇的名称， 因为他们形成了整个协议簇的基础。它们分别是t c p i p 协议簇的传 输层( o s i 第四层，控制流量) 和网络层( o s i 第三层，处理编址) 。 协议簇通过网络传输数据的方法，如表2 1 所示。 山东大学硕士学位论文 表2 1 ：一些t c p ip 协议簇成员及其功能 名称功能 t c p 传输控制协议，确保在计算机之间建立并维护连接 i p 网际协议，处理软件计算机编址 a r p 地址解析协议。将i p 地址与硬件( m a c ) 地址关联起来 r i p路由信息协议。在两台计算机之间查找最快捷的路径 o s p f开放最短路径优先协议 i c m p 网间控制报文协议。处理错误并发送有关t c p i p 出错消息 b g p e g p边界网关协议、外部网关协议。处理数据如何在网络之间 传递 s n m p简单网络管理协议，使得网络管理员能够连接并管理网络 设备 p p p 点到点协议，为网络提供拨号连接。 s m t p简单邮件传输协议。处理电子邮件如何在t c p i p 网络上的 服务器间传递 p o p 3 m a邮局协议第3 版i n t e r n e t 消息广告协议第4 版。二者都 p 4 为客户设置了连接服务器及收集电子邮件的方法 在t c p i p 协议组件中，有两个互不相同的传输协议：t c p ( 传输 控制协议) 和u d p ( 用户数据报协议) 。这两种协议之间的重要区别在于 他们的连接状态不同：t c p 协议是基于连接的协议，提供可靠的流服 务：而u d p 协议是一种无连接协议提供数据报文服务使用u i ) p 数 据报文协议开销小，但可靠性不如t c p 协议。 2 ip 地址 互联网上的每个接口必须有一个唯一的i n t e l ff i e t 地址( 也称作 山东大学硕士学位论文 i p 地址) 。i p 地址的长度为3 2 位。i n t e r n e t 地址并不采用平面形式 的地址空间，如1 ，2 ，3 等，i p 地址具有一定的结构。这些3 2 位的 地址通常写成4 个1 0 进制的数，其中每个整数对应一个字节。这种 表示方法称作“点分1 0 进制表示法”。区分各类地址的最简单的方法 是看它的第一个1 0 进制整数。互联网上的每个接口必须有一个唯一 的i p 地址，3 2 位的地址空间可以处理4 0 多亿个地址，但是随着i i t e r n e t 的普及，这些i p 地址基本上被用完了。 3 客户机f j 务器模型 在远程控制软件中，都假设一端是客户端，另一端是服务器，其 目的是为了让服务器为客户机提供一些特定的服务。可以将这种服务 分为两种类型：重复型或并发型。重复型服务器通过以下步骤进行交 互： 1 ) 服务器启动。 2 ) 等待一个客户请求的到来。 3 ) 处理客户请求。 4 ) 发送响应给发送请求的客户或互相进行通信。 5 ) 断开与请求端的连接。 返回第2 ) 步。 相应地，并发型服务器采用以下步骤： 1 ) 等待一个客户请求的到来。 2 ) 启动一个新的服务器来处理这个客户的请求。 在这期间可能生成一个新的进程、任务或线程，并依赖底层操作 系统的支持，这个步骤如何进行取决于操作系统。生成的新服务器对 客户机的全部请求进行处理。处理结束后，终止这个新服务器。 3 ) 返回第1 ) 步。 并发服务器的优点在于它利用生成其它服务器的方法来处理客 户的请求。也就是说，每台客户机都有它自己的服务器。如果操作系 统允许多任务，那么就可以为多台客户机同时服务。 山东大学硕士学位论文 4 端口号 t c p 和u d p 采用1 6 位的端口号来识别应用程序。服务器一般都是 通过人们熟知的端口号来识别的。例如，对于每个t c p i p 实现来说， f t p 服务器的端口号都是2 l ，每个t e ld e t 服务器的t c p 端口号都是 2 3 ，每个t f t p ( 简单文件传输协议) 服务器的u d p 端口号都是6 9 。任 何t c p i p 实现所提供的服务都用众所周知的l 1 0 2 3 之间的端口号。 客户端通常对它所使用的端口号并不关心，只需保证该端口号在 本机上是唯一的就可以了。客户端口号又称作临时端口号。这是因为 它通常只在用户运行该客户程序时才存在，而服务器则只要主机开 着，其服务就运行。 2 2 远程控制实现技术分析 2 ，2 1t o p i p 协议传输层的分析 因特网是一个以分组交换和数据包传输为基础的网络，数据传输 协议是t c p i p 协议族。在传输中，传输的数据不仅包括了本身的数 据信息、还包括了一些传输控制信息，而且这些控制信息根据协议分 层，越往高层，需要携带的传输控制信息越多，从而计算机处理时间 也会越长、传输效率也会越低。然而我们在传输控制数据时，控制数 据和测试数据一般都比较短小，并且有些设备的状态需要连续扫描， 测试数据连续发送。采用现有因特网上的应用层协议，无疑会造成了 传输效率的降低，导致传输系统的资源极大的浪费，并且传输的时问 也会越长。如果我们希望尽量减少数据冗余、缩短对数据处理及传输 时恻，从传输层上开发远程控制的应用程序是比较理想的方式。另外， 采用这样的方式，还可以根据我们自己的要求，在监控端可以设计出 简单、易用、保密性强的操作显示界面和数据传输策略。这种方式采 用c s 模式，无疑客户端可实现强大功能，有利于监控端各种控制方 式的实现。 以上提到t c p i p 网络模型定义了四层( 即网络接口层、网际层、 传输层、应用层) 网络通信协议。因特网程序的开发，主要是在传输 层进行，一般用s o c k e t ( 套接口) 来实现。所以我们首先对t c p i p 协 山东大学硕士学位论文 议的传输层作一些分析。 传输层协议包含两个协议：传输控制协议( t c p ) 和用户数据报协 议( u d p ) 。t c p i p 的传输层协议与高层协议之间的连接对应关系由 s o c k e t 来确定。在网络中传输数据，传输层协议是最重要的协议。在 编写通信程序时，根据具体应用要求来决定选择采用t c p 协议还是u d p 协议。t c p 协议是面向连接的，使用t c p 协议交换数据前必须先建立 通信主机之间的连接关系，在此连接之上传送t c p 分组数据并维护此 连接，用户数据传送完毕后要撤除连接。u d p 协议是无连接的，它传 送的数据包是独立的，前后没有顺序关系。t c p 协议提供可靠传输服 务，包括报文序列、流控制、差错检测、优先级等等。而u o p 则不提 供以上控制，u d p 没有确认机制，只有对报文头标和数据区的简单校 验，它不能保证数据传输的可靠性，是不可靠服务，传输过程中会存 在包丢失现象。但u d p 协议比t c p 协议实现起来更简单，它省去了建 立连接和拆除连接的过程，取消了重发检验机制，能够达到较高的通 信速率，u d p 通常用于对数据可靠性要求不高但实时性要求较高的场 合，如图像、语音数据以及一些对实时性要求相对高的传输。 2 2 2s o c k e t 编程技术分析 2 2 2 1s o c k e t 的基本概念 1 s o c k e t 的引入 随着计算机网络技术的发展，t c p i p 协议被集成到操作系统内 核中时，相当于在操作系统中引入了一种新型的输入输出操作。操 作系统用户进程与网络协议的交互作用比用户进程与传统的输入输 出设备相互作用复杂得多。 2 0 世纪8 0 年代初，美国政府的高级研究工程机构( a r p a ) 给加 利福尼亚大学b e r k e le y 分校提供了资金，让他们在u n i x 操作系统下 实现t c p i p 协议。在这个项目中，研究人员为，r c p i p 网络通信开发 了一个应用程序接口( a p i ) 。这a p i 就称为s o c k e t ( 套接字) 接口。 今天，s o c k e t 接口是t c p i p 网络最为通用的a p i ，也就是在i n t e r n e t 上进行应用开发最为通用的a p i 。 山东大学硕士学位论文 实际上，s o c k e t 在计算机中提供了个通信端口( 套接口) 。通 过这个端口，一台计算机可以与任何一台具有s o c k e t 接口的计算机 通信。通信的基础是套接口，一个套接口是通信的一端，在这一端上 可以找到与其对