（机械电子工程专业论文）基于web的远程监控系统的集成应用.pdf

基于w e b 的远程髓控系统的集成应用 摘要 随着自动控制和网络通信技术的不断发展，通过网络实现工业企业远程监控、远程 维护和远程诊断，以达到资源共享和管理决策的目的，己成国内外工业控制研究的热l l 。 本文通过分析泵站远程监控系统的国内外研究现状，全面介绍了基于w e b 的远程监 控系统的总体结构和集成技术，针对泰州引江河枢纽d c s 系统，提出了泵站远程监控系 统的技术方案，完成了泵站远程监控系统的设计，实现了与d c s 系统的集成。 本文的主要工作如下： 1 提出了基于t c p i p 技术，采用b c s 体系结构的泵站远程监控系统方案，分析 了工业以太网下的实时数据发布和远程控制的可行性，集成了w e b 对象技术和分布式对 象技术，通过o p c 接口和a c t i v e x 控件实现泵站远程监控。 2 利用w e b a c c e s s 网际网组态软件，在泰州引江河枢纽j x3 0 0 xd c s 系统的基础 上，通过浙大中控j x s e r v e ro p c 服务器，实现了引江河泵站远程监控系统的集成。 本文将信息网络与控制网络集成化，设计并实现了泵站远程监控系统，提出的通用 低成本远程监控集成方案，具有良好的经济效益和应用推广价值。 关键字：泵站、远程监控、t c p i p 、w e b 、o p c 、a c t i v e x d c o m 、系统集成 东南大学硕1 ：学位论文 a b s t r c t w i t hr a p i dd e v e l o p m e n to fa u t o m a t i cc o n t r o la n dc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yo ft h e n e t w o r k ，i th a sa l r e a d yb e c o m et h ei n v e s t i g a t i n gh o t s p o tt oi m p l e m e n tr e m o t em o n i t o r i n g ， m a i n t e n a n c ea n dd i a g n o s i sf o rr e s o u r c e s h a r i n ga n da d m i n i s t r a t i v ed e c i s i o no v e rn e t w o r ki n d o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a li n d u s t r i a lc o n t r o la p p l i c a t i o n a f t e ra n a l y z i n gp r e s e n tr e s e a r c h e so nt h er e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mo fp u m p i n gs t a t i o n ， t h es y s t e ms t r u c t u r ea n di n t e g r a t e dt e c h n o l o g yo ft h er e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mb a s e do n w e ba r ei n t r o d u c e di n t h i st h e s i s a f t e rt h et e c h n o l o g i c a ls c h e m eo fr e m o t em o n i t o r i n g s y s t e mo ft h ep u m p i n gs t a t i o nf o rg a o g a n gp i v o to ft a i z h o uy i n j i a n gr i v e rh a sb e e np u t f o r w a r d ，t h ed e s i g no ft h er e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mo fp u m p i n gs t a t i o nh a sb e e nf i n i s h e d w h i c hi n t e g r a t e dw i t hd c so fp m n p i n gs t a t i o n m a i nt a s k so f t h et h e s i sa sf o l l o w s ： 1 t h es c h e m eo f r e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mo f t h ep u m p i n gs t a t i o nh a sb e e np u tf o r w a r d b a s e do nt c p i pa n du s e db c ss y s t e ma r c h i t e c t u r e f e a s i b i l i t yo fr e a l t i m ed a t ar e l e a s ea n d r e m o f i n gc o n t r o lo ni n d u s t r i a l e t h e m e ti s a n a l y z e d t h er e m o t em o n i t o r i n gf u n c t i o n so f p u m p i n gs t a t i o nh a v eb e e ni m p l e m e n t e db yc o m b i n i n g w i t hw e bo b j e c ta n dd i s t r i b u t e do b j e c t t e c h n i q u e ，b yu s i n go p c i n t e r f a c ea n da c t i v e xc o n t r 0 1 2 o nt h eb a s i so fj x - 3 0 0 ) ( d c sf o rp i v o to ft a i z h o uy i n j i a n gr i v e r ，t h er e m o t e m o n i t o r i n gs y s t e mi n t e g r a t e dw i t hp u m p i n gs t a t i o na u t o m a t i cs y s t e mh a sb e e nr e a l i z e db y u t i l i z i n gw e b a c c e s sc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r ea n dj x s e r v e ro p cs e r v e rp r o d u c e db ys u p c o n c o ，l t do f z h e j i a n gu n i v e r s i t y t h er e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mo fp u m p i n gs t a t i o nh a sb e e nd e s i g n e da n dr e a l i z e db y c o m b i n i n gi n f o r m a t i o nn e t w o r kw i t hc o n t r o ln e t w o r ki nt h et h e s i s t h eg e n e r a la n dl o wc o s t s c h e m eo f i n t e g r a t e d r e m o t em o n i t o r i n gs y s t e ms h o w sb e t t e re c o n o m i cb e n e f i t a n d p o p u l a r i z a t i o nv a l u e k e yw o r d s ：p u m p i n gs t a t i o n ，r e m o t em o n i t o r i n g ，t c p i p ，w e b ，o p c ，a c t i v e x d c o m ， s y s t e mi n t e g r a t i o n i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究丁作及取得的研究 成果。尽我所知，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，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我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 并表示了谢意。 研究生签名：睦丝日期：型丝三 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文晌 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借测，j 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 碱：卫一翩虢缉业 第一章绪论 第一章绪论 1 1 计算机控制与网络技术在监控领域的应用 i 1 i 计算机控制技术的发展及应用”3 计算机从1 9 4 6 年诞生以来，最早在5 0 年代中后期，就已经被心用到控制系统中。 6 0 年代初，出现了由计算机完全替代模拟控制的控制系统，被称为直接数字控制( d i r e c t d i g i t a lc o n t r o l ，d d c ) 。7 0 年代中期，随着微处理器的出现，计算机控制系统进入 个新的快速发展时期，1 9 7 5 年出现了以微处理为基础的分散式计算机控制系统，它以 多台微处理器进行分散控制，并通过数据通信网络实现集中管理，被称为集散控制系统 ( d is t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ，d c s ) 。 进入8 0 年代以后，数字式仪表逐步取代了模拟仪表，采用d d c 方式的仪表个但提 高了系统的控制精度和控制的灵活性，而且其性能价格比大大优于传统模拟仪表。8 0 年代中后期，随着工业系统控制要求的曰益复杂，控制回路的进一步增多，单一的d d c 控制系统已经不能满足现场监擦和生产管理的要求，分层控制的监督计算机控制系统得 到了大量应用。 进入9 0 年代以后，由于计算机网络技术的迅猛发展，使得d c s 系统得到迸一步发 展。d c s 系统是对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种新型控制技术， 是由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通信网络技术和人机接i1 技术相互发 展、渗透而产生的。它具有通用性强、系统组念灵活、控制功能完善、数据处理方便、 显示操作集中、人机界面友好、安装简单规范化、调试方便、运行安全可靠的特点，能 够适应工业生产过程的各种需要，提高生产自动化水平和管理水平。在今天的工业控制 领域d c s 仍然占据着主导地位，但也存在一些不足：如d c s 中常规模拟仪表一对一结构 造成界限庞杂、工程周期长和维护困难；模拟信号传输精度低，且易受干扰；操作人员 对其参数调整困难等。而9 0 年代开发出来的现场总线仪表不仅具有连接简单、工程周 期短、安装费用低和维护容易的特点，而且数字信号传输精度高，抗干扰能力强，操作 人员在控制室即可进行参数调整和故障渗断。此外，现场总线数字仪表还具有信号检测、 变换和补偿功能，输入、输出和控制功能，彻底实现了分散控制，提高d c s 的性能。现 场总线技术解决了网络控制系统自身的可靠性和丌放性问题，逐渐成为了计算机控$ 4 系 统的发展趋势，一些发达的工业国家和跨国工业公司纷纷推出自己的现场总线标准和相 关产品，如德国b o s c h 公司推出c a n 、美国e c h e l o n 公司推出的l o n w o r k s 等。 1 1 2 网络技术的发展及应用”4 “ 随着计算机技术和通信技术的发展，网络技术也得到了进一步的发展。从1 9 6 9 年 东南大学硕士学位论文 第一个分组交换计算机网络a r p a n e t 出现以后，经过多年的发展，计算机网络已经得到 了广泛的应用。各种通讯形式、交互式的数据对话、批量数据传输、文件文本传输、声 音或传真以至会议都在网络中实现了。 数字技术的发展，改变了传统的模拟传输方式，使得综合业务数字刚i s 卟快速发 展；技术成熟的宽带局域网，被广泛应用于办公自动化、校园网和其他领域；i e r n c t 的发展和普及，使它成为公认的未来全球信息基础设旋。随着各种网络间的接口、传输 速率、互连标准的很好解决，网络标准化工作进一步完善，网络访问、服务、管理、安 全和保密进一步改善，网络的可用性得到了很大的提高。 以太网和t c p i p 协议的广泛应用促进了i n t e r n e t 的飞速发展，应用t c p i p 的以 太网已经成为最流行的分组交换局域网技术，同时也是最具开放性的网络技术。t c p i p 协议极其灵活，几乎所有的网络底层技术都可用于传输t c p i p 的通信，工业生产过程 的控制系统正在向智能化、数字化和网络化的集成方向发展。在控制系统中集成成熟的 网络技术，加快了企业信息控制一体化进程。 控制网络是近年来发展形成的自动控制领域的网络技术，是计算机网络、通信和自 动控制技术结合的产物。它将多个分散在生产现场、具有数字通信能力的测量控制仪表 作为网络节点，采用公开规范的通信协议，以现场总线作为通信连接纽带，采用公丌、 规范的通信办议，以现场总线作为通信连接纽带，把现场控制设备连接成可以相互沟通 信息，共同完成自控任务的网络系统和控制系统。 从8 0 年代开始，不断推出现场总线技术和产品，如丹麦p r o c e s sd a t a 公司的p - n e t ， 德国s i e m e n s 公司的p r o f i b u s ，法国a 1 s t o n 公司的f i p 等，并出现_ r 以开发推广现场 总线技术为目的的组织，如现场总线基金会( f i e l d b u sf o u n d a t i o n ，f f ) 、i 。o n m a r k 协 会、p r o f i b u s 协会、工业以太网协会( i n d u s t r i a le t h e r n e ta s s o c i a t i o n ，1 e a ) 等， 但现场总线标准化的进程历经坎坷，仍处于多种标准并行发展的状态。2 0 0 0 年宣伟 i e c 6 1 1 5 8 、c o n t r o l n e t 、p r o f i b u s 、pn e t 、h i g hs p e e de t h e r n e t 、n e w c o m es w i f t n e t 、 w o r l d f i p 以及i n t e r b u s s 共8 种现场总线标准共同构成i e c 现场总线国际标准子集。 这些技术已经在特定的应用领域中显示了各自的特点和优势，展示出较强的生命力， 控制网络的出现，打破了自动化系统原有的信息孤岛的僵局，为工业数据的集中管 理与远程传送，为自动化系统与其他信息系统的沟通创造了条件。控制网络跟办公网络 和i n t e r n e t 的结合拓宽了控制系统的视野与作用范围，为实现企业的管理摔制一体化、 实现远程监视和操作提供了基础条件。 1 2 远程监控系统的国内外研究现状与发展趋势 1 2 1 监控技术的发展现状”“6 1 随着工业生产过程运行规模的不断扩大，现场控制环境越来越复杂，监控目标越来 第一章绪论 越多样化，用户接口的需求越来越高，同时监控系统的结构也变得越来越分散，传统的 可编程控制器p l c 已不能适应系统拓扑结构分散化的需求，工业监控系统已开始倾向于 集成在计算机网络系统之上。 p l c 、d c s 和现场总线技术，结合o p c 技术、以太网技术和w e b 技术，对计算机控 制系统的结构作出了新的变革，形成了网络集成式控制系统，也称之为现场总线控制系 统( f i e l d b u sc o n t r o ls y s t e m ，f c s ) 。控制网络突破了d c s 系统中因专用网络的封闭 造成的缺陷，采用开放化、标准化的解决方案，把来自不同厂商而遵守同一协议规范的 自动化设备连接成控制网络，组合成各类控制系统，实现综合自动化的各种功能。这种 在控制网络支持下完全在生产现场形成的控制系统结构，又称为全分布式控制系统。计 算机远程监控系统就是控制系统与信息网络的有机集成，是以计算机为核心、融合r 多 媒体技术、网络技术及工业自动化技术的一种全分布式网络集成监控系统，可以使用户 方便地实现对现场设备、生产过程的实时监测与控制，在远距离监控和实效性方面有其 明显的优势，可以获得作业的现场信息并发送到监控中心，通过计算机网络使其能够与 信息管理系统融合在一起，更好的为管理服务，提高管理水平和效率，在水利、电力、 冶金、化工等行业有广泛的应用前景。 1 2 2 远程控制系统对网络的要求及发展 分布式远程监控系统中，网络是控制系统运行的动脉，是通信的枢纽，其开放性、 互操作性、实时性、适应性必须满足远程控制系统的要求”3 。 控制网络的通信系统应具有开放性，能与世界上任何地方的遵守相同标准的其它设 备或系统互连，让用户选择不同供应商的产品按应用需要集成系统。 控制网络中的控制设备应具有互操作性和互用性，既可实现互连设备问的信息传 递，也可实现不同生产厂家的性能类似设备的相互替换。 控制网络的实时性和有效性对于分布式远程监控系统至关重要，若达不到实时性要 求或因时间同步等问题影响了网络节点的动作时序，则会造成灾难性的后果。控制网络 通信中的媒体访问机制、通信模式、网络管理方式等都会影响到通信的实时性和有效性。 控制网络应具有对现场环境的适应性，要能在高温、严寒、粉尘环境下保持正常工 作，能抗振动、抗电磁干扰、有能力支持总线供电等。 目前，国内外控制网络种类繁多，个异性强，有形形色色的现场总线，再加上p l c 、 d c s 、s c a d a 等，从通信协议到网络节点类型都与信息网络存在较大差异。这些差异使 得控制网络之问、控制网络与外部互联网之间实现信息交换的难度加大，实现互连和瓦 操作存在较多障碍。因此，国内外许多厂商均从通信一致性、数据交换技术等方面入手， 改善控制网络的数据集成与交换能力。 控制网络要实现与外界的信息交换，一般可通过如下三种方式：一是采刚专用网实 东南大学硕士学位论文 现不同通信协议的转换，把控制网段或d c s 连接到以太网上；二是将现场总线网卡和以 太网卡均置入工业p c 机的p c i 插槽内，再p c 机内完成数据交换；三是将w e b 服务器直 接置入p l c 或现场控制设备内，借助w e b 服务器和通用浏览工具实现数据信息的动态交 换。利用w e b 技术实现数据动态交换，是互联网技术在生产现场直接应用的结果。通过 一直延伸到企业底层的以太网，控制网络的设备可以直接通向互联网，与外界直接沟通 信息。 近年来，控制网络与互联网的结合，拓宽了测量控制系统的范围与视野，为实现跨 地区的远程控制与远程故障诊断创造了条件。人们可以在千里之外查询生产现场的运行 状态，方便实现生产设备的无人值守，远程诊断生产过程或设备的故障等。 i 2 3w e b 技术的发展”1 随着互联网技术的发展和以太网进入控制领域，基于浏览器月艮务器工作模式的w e b 技术已成为工业数据通信和控制网络的新宠。从w e b 的产生到现在短短几年的发展，w e b 技术已从最初简单的文档浏览发展到当今复杂的电子商务应用，其间经历了静态文档、 动态交互页面和实时可伸缩的事务处理三个阶段。 静态文档阶段，w e b 服务器基本上是一个h t t p 服务器，它负责接收客户端浏览器的 访问请求，建立连接。客户端与服务器之间的交互能力有限，客户端被动的使用w e b 服 务器所提供的静态页面。 动态交互页面阶段，w e b 服务器端对交互功能的支持主要是通过公芡网关接口 ( c o m m o ng a t e w a yi n t e r f a c e ，c g i ) 、应用程序编程接口( a p p li c a t i or p r o g f a m i n t e r f a c e ，a p i ) 及其它的解决方案。客户端提交的交互信息由服务器端解释执行，把 结果转成h t m l 的格式返回给客户端，由浏览器来显示。随着动态信息内容的不断加人 和数据库信息资源发布的需求，产生了w e b 数据库技术，它利用数据库系统来对各种复 杂的数据进行有效的管理和快速的检索，并将这些数据按远端客户机的特定访问请求实 时地产生查询结果的动态主页，然后传送给客户端浏览器显示。将w e b 技术与数据技 术相结合，开发动态的w e b 数据库应用，已成为当今w e b 技术研究的热点所在。 实时可伸缩的事务处理阶段，是将基于i n t e r n e t 的分布式计算技术和w e b 技术有 机的结合在一起，把分布式对象技术集成到w e b 应用中，因此这个阶段也称为w e b 对象 阶段。w e b 对象技术解决了h t t p 根本无法实现的在w e b 上进行实时可伸缩的事务处理 的难题。w e b 对象将i n t e r n e t 上的可共享的复杂资源封装成对象，用户操纵的不仅仅 是含有“超链”的文档，而是能够接受多种操作请求的对象，用户可以通过这些对象提 供的接口完成各种独特功能的操作。另外，w e b 对象通过分布式对象技术允许客户机直 接同相关服务器联系，避免了w e b 服务器形成的瓶颈，动态地平衡了客户端的请求负载， 有效地解决了在w e b 上进行实时可伸缩的事务处理，扩大了w e b 的应用领域。 第一章绪论 基于w e b 对象的w e b 技术主要包括j a v a c o r b a 与a c t i v e x d c o m “，在第三章基 于w e b 的远程监控系统的集成技术中专门介绍了这两种技术。由于w e b 技术具有简单、 高效、跨平台、易于系统集成等优点，现已成为信息网络的一种普遍应用的信息交瓦平 台。基于w e b 的远程监控系统正是为满足当前监控系统的新需求而产生的，它足以w e b 作为通信平台的监控系统，可以使本地计算机通过网络系统( i n f r a n e t i n t r a n e t i n t e r n e t ) 对远端的控制系统进行监测与控制，比传统的采用程序方式实现远程监控 有明显的优势。 1 3 本课题研究的内容及意义 江苏省泰州引江河高港枢纽是苏北地区的主要引江口之一，主要实现引流、排涝、 通航等功能。高港枢纽闸站包括泵站、节制闸、调度闸、送水闸四座水工建筑物及l i o k v 专用变电所等管理设施。泰州引江河高港枢纽工程综合自动化系统，是集监督测量、控 制、信号、管理等于一体的计算机系统，2 0 0 1 年完成并通过江苏省科技技术厅鉴定。 它实现高港枢纽泵站的主变、泵站机组、泵站辅机设备、水利枢纽中的送水闸、调度闸、 节制闸的参数测量，自动开停机控制，机组运行保护，操作管理以及各种数掘统计和传 送，并实现了泵站机组运行的优化调度和节制闸的自动控制。 随着科技的进步、泵站管理要求的提高，以及水利信息共享和防讯指挥决策的要求， 完善泰州引江河高港枢纽工程综合自动化系统，实现基于i n t e m e t 的实时远程监控系统 的要求已成为可能。在水利信息网内，用户可以通过浏览器，访问泰州引江河管理处网 站，浏览泰州引江河监控系统的相关实时信息，并可实现重要设备在授权后基于w e b 的远程控制。 泵站远程监控系统设计的主要目标是根据监控系统的发展趋势和泵站监控系统的 实际需要，实现泵站监控网络与水利信息网络的集成，设计个基于w e b 技术的开放的 分布式远程监控系统方案。控制网络与信息网络的集成是监控系统发展的一种趋势，但 是由于控制网络与信息网络存在着很大的差异，尤其对于实时性和可靠性要求比较高的 泵站监控系统，必须要有一个切实可行的集成方案。 本课题以泰州引江河泵站为研究对象，在分析几种流行的w e b 对象体系结构基础之 上，提出了一种新型的基于a c t i v e x 的w e b 对象体系结构，实现分布式对象计算技术与 w e b 技术的融合。泵站远程监控系统在现有的泵站综合自动化系统( d c s ) 的基础上， 采用i n t e r n e t i n t r a n e t 技术，以t c p i p 协议为基础，以w e b 浏览和系统集成o p c 数 据库为核心应用，构成智能化监控网络系统内统一和便捷的信息交换平台。各个自动化 和信息子系统的实时运行信息可上传到系统集成o p c 服务器，并将系统集成数据库与管 理信息数据库互联，为用户提供综合全面的信息与数据。通过远程监控网络站点，各监 控管理人员可以在授权情况下利用w e b 工具方便地浏览网上丰富的实时信息，监控和管 理系统的实时工况。 东南大学硕士学位论文 基于w e b 的远程监控技术是目前监控技术发展的一个新方向，它可以方便地实现控 制网络和信息网络的集成，是对控制网络的延伸，也是对信息网络的一种扩展。基于 w e b 的泵站远程监控系统正是在这种技术发展背景下，为了水利信息化的需要而提出来 的。通过远程监控，技术人员无须亲i 晒现场就可以对现场运行情况进行监视或完成参数 调节、故障恢复等操作。本课题的完成，不仅实现了水利系统内部信息的共享，为防汛 指挥决策提供高效可靠、及时准确的信息，而且提高了泵站的自动化水平和调度优化的 准确性，对提高泵站运行的经济效益和社会效益具有深远的意义。 6 第一二章基于w e b 技术的监控系统体系结构及安全性 第二章基于w e b 技术的监控系统体系结构及安全性 w w w 技术的发展与普及，特别是其开放的体系结构，使得它成为当今计算机应用 的理想平台。w w w 技术是i n t e m e t 技术与客户i n 务器技术结合的产物。通常将w w w 定义为信息服务器( w e bs e r v e r ) 和客户浏览器( w e bb r o w s e r ) 两部分。客户端可以在 不同的硬件平台上以文本和图形方式来处理信息，服务器端接收并响应客户端发送过来 的请求。这为基于w e b 技术的监控系统提供了发展空间，本章中我们将讨论在 i n t e r n e t i n t r a n e t 上的信息体系结构模型，进而结合这些典型的模型将i n t e r n e t 上的应用 技术与控制系统进行集成。 2 1 传统的远程监控系统体系结构乜刚四儿”1 2 1 1 基于客户服务器模式的远程监控系统结构 客户服务器( c l i e n t s e r v e r ，c s ) 模式是网络技术中最通用的计算模式，一般采用 s c o k e t s 编程技术直接建立客户端和服务器端。基于c s 模式的远程监控系统结构图如 图2 1 所示，在许多计算机监控系统中已经得到了广泛的应用。 图2 - 1基t - c l i e n t s e r v e r 模式的结构图 传统的c s 体系结构中，应用的请求是由客户端发起的，请求以事务处理形式，通 过专用或通用接口提交给服务器系统。服务器系统首先要对用户请求做安全判定和处 理，然后按照用户的权限和它的要求进行操作。 对于c s 模式的远程监控系统，客户端负责执行前台功能，如数掘处理和报告请求 东南大学硕上学位论文 等。而服务器端执行后台服务，如管理共享外设、控制对共享数据库的操作、接受并应 答客户机的请求等。因此服务器端的工作模式一般是多线程的。通信部分编程则主要采 用s c o k e t 编程，s c o k e t 编程可以基于t c p ，也可以是u d p 。当客户端访问远程服务器 的时候，必须知道远程服务器的端口。由于客户端的任务较重，服务器端的任务较轻， c s 模式实际上是所谓的“胖客户机”模式。这种模式比较适合于在小规模、用户少、 单一数据库且有安全性保障地局域网环境下运行。 随着i n t e r n e t 的发展、应用系统的大型化以及用户对系统性能要求的不断提高，c s 结构暴露出许多缺点：程序开发量大，系统升级维护困难，且费用高；服务器端的数据 库必须与每一个活动地客户保持连接，运算资源难以得到充分合理地利用，客户数目的 不断增加使系统性能不断下降，甚至出现瓶颈的状况：在多用户、多数据库的环境_ f ， 可能造成用户长时间等待、死锁和系统崩溃的潜在可能性；对于i n t e r n e t 平台和移动客 户的要求考虑不足，系统不易扩展等。 2 1 2 浏览器服务器模式的远程监控系统结构 随着w e b 技术的发展，基于浏览器n 务器( b r o w s e r s e r v e r ，b s ) 模式应运而生。 b s 模式是由c s 模式发展而来的，其结构如图2 - 2 所示。b s 结构简化了客户机的管 理工作，客户机只需要安装、配置少量的客户端软件，对数掘库的访问和应用系统的执 行将在服务器上完成。服务器分布在网络之上，客户机不必关心具体的每个服务器，而 可以把分布在网络上的许多服务器当成是一台巨大的“虚拟主机”。它具有良好的开放 性、开发维护成本低、扩展性好等优点。 b s 模式的远程监控系统由两部分组成，即客户端和服务器端。在客户端由若干浏 览器组成，它们负责接收用户请求，并将请求由i n t e m e t i n t r a n e t 送服务器；同时，浏览 器将从i n t e m e t i n t r a n e t 获得的信息以h t m l 格式解释，并最终展现给用户。服务器端 由h r p d 迸程和静态h t m l 页组成。h n p d 进程负责监视并接收由网络过来的用户请求， 按照客户要求在服务器上搜索数据，并将得到的数据以h t m l 页的形式发送给用户； h t m l 页文件是以静态的形式存储于服务器端的。在服务器上，通过两种形式与外界( 其 他系统) 进行通信：一种是超级链接方式，将其他w e b 服务器连接起来，使整个w e b 空间与用户形成一个整体；另一种是通过服务器上预先设计的接e f ，即公共 f ) 9 关接口 ( c g i ) ，实现w e b 服务器与其它异构系统的连接。 浏览器月艮务器模式是建立在静态信息基础上的，其数据格式为静态的h t m l 文件。 随着w e b 应用的普及，越来越多、越来越复杂应用要求的提出，使得w e b 本身的一些 不足显现出来，并逐步成为必须要解决的问题，这些问题主要表现在： ( 1 ) 实时性差：w e b 上信息的基础是静态h t m l 文件，这使得信息的更新较慢， 不能满足实时的数据应用要求。 第二章基十w e b 技术的监控系统体系结构及安全性 ( 2 ) 安全性较低：浏览器与服务器之间的信息交流是h t m l 格式的文本文件， w e b 服务器本身对外开放，没有提供可靠和安全的机制，无法向使用者提供信誉保障。 ( 3 ) 数据管理模式单一：w e b 服务器对数据的管理还停留在以文件为单位的管理 模式上。 图2 - 2 基于b r o w s e r s e r v e r 模式的结构图 2 2 基于w e b 的远程监控系统体系结构 儿川”m 明 2 2 i 基于b r o w s e r c l i e n t s e r v e r 模式的远程监控系统结构 传统结构的c s 系统和b s 系统各具优缺点，而基于w e b 的远程监控系统，既要 解决广泛的信息共享与交互，又要实现对数据的实时有效的管理，人们因此提出r 一种 折衷的解决方案：即综合b s 和c s 两种模式的优势，构建一种b r o w s e r c l i e n t s e r v e r ( b c s ) 远程监控系统体系结构，如图2 - 3 所示。b c s 模式不仅可以满足计算机控制 系统的实时性和安全性要求，而且可以充分利用各种硬件和软件平台，提高系统的性能 价格比。 b c s 模式的远程监控系统方案实现了对传统系统数据处理的继承，是一种实现 b s 系统与c s 系统互连的较好方案，具有良好的开放性、丌发及维护成本低、系统安 全性好、扩展性好等优点，而且w e b 技术支持底层的t c p i p 协议，紧密结合了 i n t e m e t i n t r a n e t 技术，使w e b 网与控制网做到无缝连接。 基于w e b 的三层网络模型结构包括表示层、功能层和数据层，如图2 - 3 所示。该 结构可通过一个浏览器同时访问多个应用服务器，形成点到多点、多点到多点的结构模 式。用户的界面具有一致性，易于操作。对开发人员来说，他们只需要将注意力集中于 w e b 服务器与后台数据库服务器等的应用，而省去了客户端前台交互界面软件的丌发， 节省了大量的开发时间和费用。另外，由于开发环境独立于用户的前台应用环境，提高 东南大学硕士学位论文 了系统应用的跨平台性，便于系统的扩展、管理和升级。 第一层是表示层，是由w e b 浏览器来完成用户和请求信息的人机对话，是面对系 统的最终用户的。在客户端向u r l 指定的w e b 服务器提出服务器请求，w e b 服务器用 h t t p 协议把所需文件资料传给用户，客户端接收并显示在浏览器上。 表示层功能层 ；数据层 客户应用 偷 气 偷 锚 图2 - 3 基于b r o w s e r c l i e n t s e r v e 模式的结构图 第二层是功能层，该层是整个应用系统的核心。由w e b 服务器采用h t t p 协议来 实现处理浏览器发送过来的请求、系统资源的组织发送；由应用服务器实现客户的具体 应用要求。该层提供了数据应用的用户接口，即w e b 服务器通过用户接口接受客户请 求，以c g i 或a s p 与数据库连接，进行申请处理，而后数据库结果返回给w e b 服务器， 再传至客户端。另外，在该层中，还需要完成用户的身份识别、访问权限控制和数据的 加密解密工作。 第三层是数据层，该层是一个抽象的数据层，即包括现实中的很可能是不同结构的 数据资源，又包括对不同数据请求进行相关的处理并返回数据的数据访问。数据访问接 口负责从功能层接受数据请求，并验证数据所在的数据源，然后对于不同数据源形成数 据请求，并接受数据源的数据结果，返回给功能层。 2 2 2 基于w e b 的远程监控系统解决方案“” 根据三层网络模型结构，基于w e b 的远程监控系统一般可以分为3 个子系统：即现 场监测与控制子系统( 现场子系统) ；数据存储与转发子系统( 中间层予系统) ；客户端 第二章甚于w e b 技术的监控系统体系结构及安全性 数据接收与发送子系统( 客户子系统) 。 现场子系统负责采集各个现场控制节点的运行状态数据，经处理后传递给中间层子 系统。同时还要负责接收中间层子系统转发来的控制命令，对命令进行解释、验证，并 采取相应的动作；中间层主要负责数据的转发业务，主要由w e b 服务器和实时数据库组 成；客户子系统是用户直接与监控系统交互的部分，它接收用户的输入，从中削层获取 监测数据并进行表述。 ( a )( b ) 图2 - 4 基于w e b 的远程监控系统解决方案 ( a ) 以数据库为中心的方案( b ) 基于i n t e r n e t 应用服务器的方案 目前基于w e b 的远程监控系统一般有两种常用的解决方案，+ 是以数据库为中心的 解决方案，一是基于i n t e r n e t 应用服务器的解决方案，如图2 4 所示。 以数据库为中心的方案中，负责现场监控网的监控机把收集的现场信息处理后传送 给实时数据库服务器；w e b 服务器根据客户端浏览器发来的h t t p 请求，通过服务器扩 展模块，从实时数据库中获取数据，传回给客户端浏览器进行显示。该方案整个过程都 围绕着实时数据库服务器进行的，存在着很多不足。例如，监测功能、控制功能的实现 比较困难。为解决实时性问题，一般采用轮询方式，由客户端浏览器定时刷新网页，这 就导致效率低下，实时性也不好，而且实时数据库服务器的负担非常重，且随着应用规 模的扩大这种不足显得越来越明显。 而基于i n t e r n e t 应用服务器的解决方案，却能很好的解决以数据库为中心的方案 中存在的问题。该方案不但与实时数据库服务器进行通信，而且还与应用服务器进行通 信。用户访问系统时，通过浏览器向w e b 服务器发送h t t p 请求，客户端应用程序就随 同h t m l 文件下载到客户端，并由浏览器负责解释执行，客户端应用程序负责与应用服 务器的通信任务，这样测控网的状态信息就可以通过应用服务器实时地“推送”到客户 东南大学硕士学位论文 端。而且所有的服务质量和安全性能都可以在应用服务器中进行控制。 由于基于i n t e r n e t 应用服务器的方案在各方面的性能都较以数据库为中心的方案 好，我们在建立泵站分布式远程监控系统时，选择基于i n t e r n e t 应用服务器的解决方 案。 2 2 3 基于b c s 模式的泵站远程监控系统的特点 远程监控系统的b c s 模式是在经过实地调研和参阅了大量最新资料的前提下提 出的，具有以下较鲜明的特点： ( 1 ) 工程投资小。泵站远程监控系统在原有的d c s 系统的基础上进行组网，只要 挂在引江河管理处网站上即可，水利厅和各个管理处的水利信息网原本已经建设好，在 水利网中就可实现远程监控。该模式能够极大限度地经济利用已有设备，节省投资。 ( 2 ) 基于w e b 的客户服务模式具有卓越的事件并发处理能力，支持多客户同时访 问。 ( 3 ) b c s 模式中所有的应用程序均在服务器端完成，客户端不需要专门的软件， 只需要通过标准浏览器( 如微软的i e 等) 就可以对远程监控系统的服务器端进行访问。 ( 4 ) 系统增加了可移动性和多媒体功能。用户只要在具备上网条件的地方就可以 随时通过笔记本电脑或其他电脑上网，利用标准浏览器就可以监视工业现场的数据和画 面，在授权的情况下，还可以发出相应的指令。 ( 5 ) 基于w e b 的监控数据远传的网络解决方案，为管理部门集中合理的远程管理、 调度提供了实时准确的数据资料平台，同时也为远程故障诊断提供了平合。 ( 6 ) b c s 模式适应了网络技术发展的大方向，技术上具有明显的先进性。随着 宽带刚技术a d s l 、x d s l 等网络技术的快速发展应用，网络带宽这个数据传输速度的瓶 颈将得到很好的解决，w e b 技术以其特有的优势将有着广阔的应用前景。 2 3 基于w e b 的远程监控系统的安全性“目n 6 1 网络安全问题已不是一个新鲜的问题，基于w e b 的远程监控系统也同样面临着这个 问题。它的网络安全问题主要包括两个方面：一是网络本身的安全问题；二是系统软件 的安全问题。由于网络安全是一个较大的课题，本文在此只做简要介绍。 1 w e b 服务器安全运行技术 本系统作为一个非公共媒体，通过w e b 服务器对用户进行校验控制机制，能够针对 特定的用户进行有效的访问控制。为了保证网络安全，保证w e b 服务器的安全运行可采 用以下几种技术： ( 1 ) 防火墙技术 该技术的软硬件产品都很多，技术较成熟，能够有效的阻止非法用户和黑客的攻击。 ( 2 ) h t t p s 安全通信代理服务器技术 第二章基十w e b 技术的监控系统体系结构及安全性 它是基于安全套接字层( s e c u r i t ys o c k e tl a y e r ，s s l ) 协议的1 0 2 4 1 2 8 位高安令度 的通信方案，支持与客户端、与w e b 服务器间的双向加密通信。 ( 3 ) w e b 服务器访问控制技术 一般来说，在网络安全得到保证的前提下，系统软件本身是安全可信的。通常采用 的安全措施有：身份认证、数据加密和权限控制等技术。 2 远程监控系统安全实施 远程监控系统安全实施，应以现场测控信息和远程操作信息在网络上传输时的机密 性、完整性和真实性为保护目的，具体包括以下几个方面：( 1 ) 身份认证及访问控制。 ( 2 ) 保密性和完整性。( 3 ) 远程操作的事后不可抵赖。( 4 ) 用户漫游。( 5 ) 系统恢复 技术等等。在基于w e b 的远程监控系统中应实施了如下安全措施： 首先是登录，象一般网站一样，只有注册过的用户才有可能进行远程监控等操作。 其次是定义远程用户操作权限表( a c c e s sc o n t r o ll i s t ，a c l ) ，详细定义每个用户 可以进行的远程操作功能。 第三，申请数字证书。向有一定知名度的、能够被广泛信任的证书授权机构 ( c e r t i f i c a t e a u t h o r i t y ，c a ) 为系统中的w e b 服务器申请一个基于公丌密钥机制的数字 证书，同样必要时每个要进行远程操作的人员也必须申请一个数字证书。 第四，在w e b 浏览器和服务器之间的通信设置要求使用s s l 。s s l 协议涉及对称 加密、公用密匙加密、身份验证、数字签名和信息摘要等技术。在w e b 网站配置时要 求采用s s l ，此时的网站是一个安全网站，在登录后，所采用的是安全传输协议为 h t t p s ，同时对于一些需进行远程控制、整定、调试等工作的网页，设置要求浏览器端 也必须采用s s l ，此时浏览器端的用户必须具有数字证书。s s l 通过利用数字证书进行 数字签名的办法实现通信双方的身份鉴别以及所做操作的不可抵赖性，通过对称加密实 现信息传输的机密性，通过信息摘要技术实现信息传输的完整性控制，且这些工作对用 户来说都是透