大型封闭住宅区安防信息管理系统的设计.docx

大型封闭住宅区安防信息管理系统的设计摘 要随着中国住宅区的持续发展，有关小区的信息呈爆炸式增长，比如小区内部实地控制设备的工作状态、小区房产和住户信息、物业管理及投诉、水电气消费、住户组织活动、小区精神文明建设等等；以及小区和外部环境的联系信息，比如涉及到小区正常运行的电力公司、供水公司、移动通信公司等，与小区住户日常生活息息相关的商务、运输、教育、娱乐、医疗等信息。这些信息量的持续增长使得小区越来越需要将这些信息整合化来处理，但现有的小区信息管理体系不能实现这一功能，不能促使多种信息在小区内外顺畅交流。所以，搭建一个覆盖小区内外、能够满足住户多种合理要求的信息整合的统一体系已迫在眉睫1。探究小区安全防护管理信息的主要内容包括有关技术标准和发展方式(OPC、BACnet 和 SSO)，要了解技术的工作原理并熟练掌握技术标准和发展方式；住宅区门户开发手段(Portal、Tapestry、Liferay)的分析，了解该技术架构和工作方式，把握相应的技术手段，本文着重探究了Portal技术和Tapestry结构的整合方式，在此基础上掌握Liferay开发平台2。完成以上准备工作后探究整合住宅区信息的设计方案，提出了住宅区的信息融合门户的架构模型，据此来完成住宅区信息整合方式的设计和实现，搭建了住宅区信息融合门户的初始架构，对此架构已完成的四个Portlet将从内部的数据传输过程到外部的功能输出均一一叙述。本文在探究过程中依照JSR168标准，利用Tapestry模块、Liferay平台、JOPCClient、SSO等技术手段，搭建起住宅区的信息融合门户体系并验证了该体系的功能达到研究的最初目的3。对本课题深入分析下发现，Tapestry和Portal两种技术能够融合在一起使用，它们改变了以往的门户开发方式，使得体系的稳定性和延伸性大大提升，同时也提高了开发效率，减少了研究人员的工作量。利用该技术可以搭建出住宅区信息融合门户的原型体系，在此基础上来统一控制各方信息并加以利用，从而实现整合信息并高效管理和共享的初衷，为住宅区的资源整合提供了新的设计方案4。由于住宅区的信息化建设的相关技术还未成熟，同时受到研究现状和条件的约束，不可能面面俱到的开展研究工作，但本文在信息融合技术和门户体系的研究过程中涉及到多种技术，能为更深入地分析数字小区和数字城市信息融合化打下坚定的理论基础。关键词：住宅区，信息融合，整合技术，TapestryAbstractWith the fast development of residence community, the various kinds of information within and outside the community have prompt growth. For instance, the running state of various local control equipment, the information of house property and owners, the repair and complaints of property management, the charges of electricity, water and natural gas, the committees activities of owners, the information of community cultural development and so on; Furthermore, there are also have a lot of Digital City relevant information about outside community. For example, the information of electric power company, water supply company and telecom company, the information about the community life such as e-commerce, logistics, tele-education, telemedicine e-government and so forth. Meanwhile, the existing management system in community can not face the growing demand for information integration and also can not realize the interactive information of inside and outside of the community. Therefore, establishing an info integration platform which involves the within and outside community and satisfy the needs of individual users has an urgent need.In this thesis, the research content includes the info-integration techniques such as OPC, BACnet and SSO. It is important to analyze principle of its work and master the relevant technical specifications and developing methods. Moreover, the research content also includes portal developing techniques such as Portal,TapestryandLiferay. It is also necessary to analyze its architecture and operating mechanism, master the specific developing method, comprehend the combination of Tapestry framework and portal technology. Base on these knowledges, author discuss the solution of residence community info-integration portal and put forward a architecture model. According to this model, author accomplish a prototype system of residence community info-integration portal through detail design and implementation. Furthermore, it explains four Portlets that are already implemented at present from inside data flow chart to programming one by one.Through the test of prototype system, the thesis proves the correctness of technological route which following the JSR168 standard, combining the Tapestryframework，basing on theExotericLiferayplatform and making use of the JOPCClient and SSO techniques to build residence community info-integration portal. With the in-depth study on the subject, it indicats that Tapestry can combine with portal effectively. The combination of the two techniques has changed the traditional way of portal developing and the system maintainability, expansibility and developing efficiency are also greatly increased. Through the technology route, it successfully implement a prototype system of residence community info integration portal. Furthermore, it also can control and utilize all kinds of resources effectively and achieve the purpose of resources polymerization, efficient management and sharing. It provides a new model for the information integration of residence community.Because the infor construction of residence community are under developing, also limited by research level and condition at the same time, there are a lot of question failed to discuss deeply. But the research of key techniques in the thesis, and the success of the prototype system developing provide a kind of new feasible technical approach and reference for the study of info integration between digital community and digital city.Keywords: Residence Community, Info Integration, Integrated Technology, Tapestry目 录一、绪论71.1研究背景和意义71.1.1研究背景71.1.2研究意义81.2国内外研究现状91.3本文研究的目的、内容级技术121.3.1 研究的目的121.3.2 研究的内容121.3.2研究的技术13二、住宅区信息整合关键技术研究142.1 住宅区信息整合技术简介142.2 OPC 技术162.2.1 OPC 技术基础162.2.2 OPC 接口方式172.2.3 OPC 数据访问方式182.2.4 OPC 技术规范202.3 BACnet 技术232.3.1 BACnet 对象232.3.2 BACnet 数据通信协议252.3.3 BACnet 四层体系结构252.4 单点登录 SSO 技术272.4.1 单点登录 SSO 概念272.4.2 单点登录模型分析272.4.3 单点登录身份认证机制292.5 本章小结30三、住宅区门户开发关键技术研究313.1 住宅区门户开发技术概述313.2 Portal 技术323.2.1 对 Portal 的认识323.2.2 对Portlet的认识333.2.3 JavaPortlet规范343.3Tapestry组件开发框架353.4Tapestry与 Portal 的融合及其开发平台363.4.1Tapestry与 Portal 的融合363.4.2Liferay平台37四、住宅区信息整合门户的设计394.1 住宅区信息整合门户的设计原则394.2 住宅区信息整合门户的体系结构研究404.3 住宅区信息整合门户的功能设计404.3.1 统一用户管理模块的内部逻辑结构及功能404.3.2 物业管理模块的内部逻辑结构及功能414.3.3 火灾报警模块的内部逻辑结构及功能424.4 住宅区信息整合门户的技术方案设计434.4.1 Portal 技术结合Tapestry框架实现界面整合434.4.2 单点登录 SSO 整合住宅区各异构系统444.4.3 OPC 结合 JOPCClient 整合小区内各现场控制设备47五、住宅区信息整合门户的实现505.1 统一用户管理Portlet的内部实现505.1.1 系统运行图505.1.2 数据库实现505.2 办公自动化Portlet的内部实现515.2.1 系统运行图515.2.2 门户与办公自动化系统的 SSO 实现525.3 物业管理Portlet的内部实现535.3.1 系统运行图535.3.2 门户与物业管理系统的 SSO 实现535.4 火灾报警Portlet的内部实现545.4.1 系统运行图545.4.2 系统流程图545.5 住宅区信息整合门户测试555.5.1 测试方案555.5.2 测试结果55六、总结与展望566.1 总结566.2 展望58致 谢59参考文献60一、 绪论1.1研究背景和意义1.1.1研究背景从21 世纪至今，中国城镇每年增加居住面积超过12亿平方米，其中城市一年增加的住宅面积就超5亿平方米，住宅投资总额年均增长 20以上，住宅区的总数和规模呈爆炸式增长1。我国的住宅区的信息化建设不像其他国家，而是带有明显的中国民族特征。这是因为在多数发达国家，由于地广人稀，建筑大多数是独栋楼或者别墅；而中国情况恰恰相反，人口密度过大，住宅大都是是小区的形式。在我国，智能建筑所用的国内部件只有不到10%的市场份额；而在住宅区却完全相反，国内部件对市场的控制率达到80%以上。造成这一现象的原因是由于住宅区这种建筑形式只在中国存在，而在其他经济社会高度发达的国家只存在智能住宅和智能家居的说法2，这些服务所需的技术和产品均和中国当前的国情有很大差异。也就是说，现今没有直接可以拿来用的国外技术和产品来运用到我国的住宅区建设中来，这对我国的自主产业和软件业提供了广阔的发展机遇，使其免于和国外厂家竞争。住宅区这一市场有广阔的机会,国内许多大型制造商进入其中,具有代表性的比如:清华同方提供的ezIBS信息融合系统运用在智能建筑中,包括设备监控、火灾报警,安全系统等模块,并结合用户的核心业务信息系统,提供智能化和个性化应用程序统一管理框架,是智能建筑的主要发展方向。但由于它联系到居民区,价格并没有平民化，因此,如果它被应用到居民区,将大大提高它的使用成本,普通住宅用户无法忍受。同时,受到小区的快速进步的激励,各个子系统在社区越来越多,如何做到将这些子系统以非常好的性能和较低的成本融合在一起还能够互动工作一直是一个需要重视的难题。面对各种各样的信息爆炸式的出现在社区内,如:各种各样的小区现场控制设备的工作情况、夫妻共同财产信息、物业管理、维护服务和业主投诉、燃气费用、业主委员会动态、社区精神文明发展等信息,以现有的信息融合方法还未能适应这一现状。面对这样的结果,住宅区要有与之适应的信息融合平台来控制和充分利用居民的信息，让其发挥出应有的效果。成熟的门户技术为实现小区信息管理平台提供了技术支持。门户这一个词刚开始意思是门户网站,比如著名的门户网站雅虎、新浪等互联网网站。这些网站为用户提供多种服务，包括检索、分类和自行定制服务,最终达到帮助用户找到其所需要的信息的目的，这种门户也被称作公共信息门户。与web应用程序的发展过程类似,门户网站也被给予了新的涵义,简单的说就是在有效的网络环境基础下,把多种不同的功能系统、数据资源等信息资源整合成一个统一平台,考虑到每个用户的使用习惯和所需功能,将其设计出具备个性化的应用程序接口,用户通过处理事件和数据传播功能将其有机结合为整体。此门户就叫做信息整合门户,包括以下功能： 信息整合：实现资源统一与集中 用户整合：实现用户统一与集中 信息安全：实现资源与用户的角色授权 个性化： 实现用户个性化访问 单点登录：实现统一入口访问所有信息资源 协同交互：实现用户之间、用户与信息的协同 考虑到以上因素,小区信息融合门户的发展受到内在和外在的迫切需要，对相关技术的成熟度要求较高,因此具备一定的可操作性。所以,信息融合技术和门户开发技术对住宅的研究以及研究区域内部和外部各种资源并将其融合为整体还需要一个可操作的整体策略,因此，提供更好的信息融合解决方式已被提上日程。1.1.2研究意义 从技术层面上讲,本课题在探究住房信息整合技术和门户开发技术的基础上,提出了住宅综合信息门户的相关改良方案,在促进信息整合问题的研究和使用方面做出了积极作用。此外,首次将门户信息融合技术和Tapestry架构结合起来使用在居住区的门户,并极大地提高了信息控制效率。该方式不仅有利于门户技术向深处发展,同时推动了组件重用下的软件工程理论的研究工作。住宅项目的应用价值体现在信息整合门户把各种设备系统和信息资源整合为一体再进行共享,还能进行统一监控和自我组织把散布于各处的各种信息资源按照用户的需要将定制信息传递给用户,最终实现的目标是找出有用的信息。在此基础上，用户能够在人、内容、应用程序和个性化的过程中开展安全、一对一交流。因此可以说,房地产信息融合给管理人员、业务门户所有者、社区服务人员以及政府有关部门和企业在与外部社区进行信息交流和共享时,提供了一个有效且方便的社区内部和外部信息交换的整合平台,方便用户共享和管理。因此,小区信息整合门户实现社区信息应用整合、增值工作，具有较好的社会效益。1.2国内外研究现状信息整合是一个系统工程,它需要用到多种技术，比如计算机、移动通讯和信息网络。在中国,居民区采用很多领域的信息整合技术,特别是OPC技术,BACnet和SSO技术等。OPC是一种工业准则,从最开始的1997年10月公开OPC DA1.0的技术章程至今,经过多年的技术进步,OPC规范已经被大多数制造商采纳，尤其是在工业控制领域,已经成为工业控制程序的圭臬。现今对整合OPC技术和各种信息架构的要求变得越来越刻不容缓,对OPC技术的多平台操作和网络性能提出了更严格的要求。因此,2004年12月公开OPC OPC XML - DA1.01标准，使得工业控制体系的互相无障碍交流性。O阶段新的发展阶段。OPC技术可以解决多总线整合的难题,让每一个现场总线可以实现信息共享和无障碍融合,以及现场设备即插即用,大大提高总线稳定性和现场总线监控体系的延伸性。在中国,OPC技术应用在居民区,不仅只用在智能家居中,还用于污水处理、遥测控制等领域，考虑到当今的国情,OPC技术主要用在国外的智能家居和楼宇中,很少用在居民区内5。BACnet于2003年1月由国际标准组织ISO公开的ISO 16484 - 5版本,它的本质是致力于建筑自动化领域的移动通信协议,功能表现在把不同厂家,不同功能的产品集中成一个整体,实现制造商设备间的相互操作功能。BACnet标准受到了行业的广泛认可,因为它能较快的投入应用和产业化。BACnet已在世界各地超过八十个国家和地区得到推广,赢得了各种工程业务商家的好评。建筑行业在我国虽然开展的不够早,但有广阔的发展空间,现在已诞生了国内的BACnet产品6。 SSO的单点登录技术于2000年首次提出,它的关键思想是一次性登录的用户鉴别,取得登录系统和使用应用软件的权利,在这种情况下,管理员没必要更正或干扰用户登录信息就可以很容易地实现想要的安全监控功能，在此前提下利用分布式计算程序能实现安全、快捷的辨别用户的功能。国外相关的大公司,如微软、IBM、Novell以及CA 等商家都有自己主打的SSO产品。当前在我国大范围使用的SSO产品是国外的，国内研究SSO技术的公司很少，只有少数企业在单点登录的产品研究和开发上投入资金和人力,比如北京赛弗耐等信息技术有限公司,吉林大学信息技术有限公司有限公司旗下的吉大正远单点登录系统等7。上述三种描述可以找到信息整合技术的特征,其在所处的领域内都发挥了积极的作用,单怎么将这些技术有效地实现信息整合,也促进了管理数据和展示功能的研发,而这是另一个亟待解决的问题。 逐渐成熟的门户技术和Tapestry架构成功解决了上面的问题。门户技术的国际行业标准(JSR168)公布于2003年11月,它的成熟度日益提高。门户技术重视用户的地位,注重工作流程和整体性能，通过图形界面和应用程序以相应的知识为核心进行数据流映射,提供一个单点集成接口，达到数据的集中访问的目的,并创建一个支持数据收集、转移、跨模块整合的环境。其他应用程序服务器商家也上市了自己的门户产品,其中以IBM WebSphere Portal Server，BEA WebLogic门户等最为出名，并有类似的开源产品,如Apache JetSpeed2，Liferay,EXO等等。门户技术目前在企业信息,数字校园和智能楼宇等领域使用广泛8。 Tapestry是一个著名的国外开源机构Apache下属的项目,是一个web开发平台,使用Java语言来搭建非静态的、鲁棒的和灵活性好的应用软件。它搭建在一个规范的Java Servlet API,所以它可以兼容各种Servlet容器或应用程序服务。它现今从表现层上已实现面向对象编程，其灵魂是组件重用,项目积累的组件越多,越有更高的开发效率。它的开发工作很一致,不管项目大小，不同的开发人员会发现类似的解决方案来解决类似的问题。同时，该技术进行了全局面、合理的底层封装,允许开发人员编写简单的底层代码来避免重复开发,使得工作效率大幅度提高,与此同时,Tapestry将异常或错误消息以非常良好的方式给用户详细的显示出来。在中国，Tapestry应用程序相对较小,主要是缺乏中文资料,技术门槛不算低,与流行的B / S架构和web应用程序相比,Tapestry的进步也很明显,最新版本已经结合AJAX等门户网站技术,具有光明的应用前景9。 OPC技术作为一个行业标准正逐渐发挥它的国内的影响力,尤其是近年来得到了大范围的重视。许多学院和大学、研究机构和制造商都开始进行了OPC技术的分析与应用工作10。一些公司如北京HuaKong也投入OPC研发资金,成为研究单位的一员。在应用方面,沈阳自动化研究所研制的最新的分布式监控系统使用OPC技术,实现现场上层应用软件通过OPC服务器查询设备数据的功能,同时还开发了OPC软件和相应的控件。现在很多自动化设备制造商不仅生产硬件还生产对应的OPC服务器。一些国内工业控制软件公司努力提高OPC技术的利用率,以提高和增加软件性能,如工业控制公司在北京发布的配置版本5.1就用到OPC技术。由OPC基金会发布的产品列表显示,截止到2005年3月,OPC基金会的合作单位投产650多种OPC产品，它们遍布世界各地,而且这个数字还在上升,其中著名的有费歇尔罗斯蒙特系列、西门子WinAC、罗克韦尔RSLinx、 RSView系列等11。 BACnet标准是唯一应用于建筑监控系统的标准,BACnet标准在北美和欧洲被大范围承认和应用。一些主要自动控制设备制造商都遵循BACnet标准规范,如艾顿,西门子建筑技术、ABB、三角洲控制制造商。但由于BACnet的设计初衷是给建筑自动化的移动通讯提高统一标准来整合不同的制造商生产的系统。但我国的建筑自动化情况并不完全符合国际标准:一是应用BACnet国际标准的比例还比较小,第二是在工程实际中,即使遵守BACnet标准,实际上都是购买外国产品和技术。尽管我们国家对BACnet标准开展了很多研究工作,但主要聚焦在应用程序级别,即如何利用现有BACnet标准硬件来搭建BACnet网络,以实现整合各类自动控制架构来应用在智能建筑中,最终达到人们对智能建筑功能上的要求12。 SSO的单点访问技术从出现至今,经过多年的发展,在各种行业都得到大规模使用。在中国,单点访问技术的应用更加喜人,包括清华大学和北京大学在2003年实现校园网统一身份认证体系中，采用了票据和LDAP服务器的单点访问系统；中国电信在2003年时在“互联网明星”项目中也搭建出了单点访问系统,其他SSO技术如税收、银行、工业和商业等方面的应用规模也很大。单点登录技术在国外主要聚集在大学和企业。耶鲁大学开发了一组开源SSO即CAS，它利用Java平台,提供了一个使用简便的单点访问系统。该系统在耶鲁大学,加利福尼亚大学,剑桥大学,香港科技大学都投入使用,本文也把CAS用作身份验证服务器的门户,获得了满意的结果。公司根据自己的产品研发需求也形成了更高端的SSO产品系列,包括IBM SSO系统,M护照系统,Novell eTrust、SiteMinder和惠普SSO系统等等13。1.3本文研究的目的、内容及技术1.3.1 研究的目的现今居民区投入使用的监控系统越来越多,其中包含的信息种类和数量也更加复杂,但现有的信息处理方式滞后于这种日益增长的需求。因此,为了实现本文的目的在各种信息处理技术的基础上对居民区和门户开发技术进行探究,提出一组易于分析、布置、互操作性、延伸性的信息处理应用架构,使居住区综合数据门户可方便的查阅小区的各种数据资源,实现各子系统的集成和连接,为用户提供个性化的操作界面,方便办理各种业务,为数字城市的建设创造良好的前提条件。1.3.2 研究的内容本文的研究重点是“居民区信息整合技术研究住 居民区门户开发技术研究 居住区信息门户搭建 居民区信息整合门户实现”，将其作为本文工作的指南。本文研究的主要内容如下：第1章介绍了课题背景和研究意义,国内外研究和应用现状,以及研究目的、内容和技术路线。第二章是讨论居民区信息整合技术,针对OPC,BACnet和SSO技术。第一步先介绍了OPC技术,然后分析了OPC接口的两种模式,三种类型的OPC数据处理方法和7种OPC标准。另外也对BACnet对象、移动通讯协议和系统架构进行了详细探讨。最后本章讨论SSO的引进技术,重点研究分析了SSO模块和身份验证过程。 第三章是关于住宅门户架构技术的探究,首先啊门户技术是概述,包括门户的涵义、系统架构和Portlet组件,以及JCP组织和JSR国际规章,尤其介绍了JSR168和JSR286标准。除此之外也探究了Tapestry内部组件,解释了它的类型和目标、模块和组件。Tapestry的运行过程包括其工作原理等，详细介绍了该技术能提供的服务。最后本章分析了门户技术当前未解决的问题，详细阐述了Tapestry和门户技术的整合方式,包括如何对Tapestry、PortletAPI进行包装等标准配置问题。 第四章是研究居住区信息整合设计方案,把门户、Tapestry、SSO和OPC等核心技术用于居民区的数据整合门户中并介绍了门户网站的搭建流程。首先介绍了这一工作的意义和前提条件,然后详述了整个架构的体系结构模型,最后给出了单个portlet内部逻辑结构和详细的性能分析与设计。 第五章紧跟前一章，叙述如何实现小区信息门户,包括单个portlet中的具体实现,并给出了运行截图和核心程序。最后,得到整个系统的测试结果和需要优化的方向。 第6章作为总结与展望，对本课题所取得的结果、结论和展望下结论。1.3.2研究的技术小区信息门户是一个服务于社区内外统一的系统，它可以提供用户个性化的需求，这一过程要用到各种技术来搭建完整的信息服务整合平台。为各种住户提供社区内外的所有类型的数据查询功能,整合社区各类信息数据,把每个子系统的综合信息都融合为一体,为不同类型的用户提供独具特点的数据处理和服务功能。相关的技术思路如下： 了解并研究住宅区信息整合技术，包括对 OPC、BACnet 和 SSO 技术的探究，重点分析其工作原理并数学相关技术标准和研发模式。 主要探究住宅区信息整合门户与各实地硬件设备系统之间的联系，能对现场数据进行收集和分析。 熟悉并探究住宅区门户研发技术，包括对 Portal、Tapestry 技术的分析，尤其注重分析其架构模块和运行过程，掌握相关的开发模式。 重点探究 Portal 技术与Tapestry框架的整合工作，减少开发工作量。 熟悉并掌握Tapestry与 Portal 技术的研发软件Liferay。 利用以上探究成果，提出了住宅区信息整合门户的系统架构模型，以此模型为根基来设计住宅区信息整合门户并实现其功能。二、住宅区信息整合核心技术研究2.1 住宅区信息整合技术介绍现今我国经济持续进步,信息化建设已经成为互联网社会的热点话题。当前和居住区相关的子系统例如建筑无人化、监控体系、火灾报警系统、保安系统等,已已有20之多9。这些系统大都采用互不叠加的监控模块,利用相对独立的硬件设施和监控程序,致使软件和硬件之间,框架和框架之间的联系不够紧密，给系统操作和现场控制带来难题，相应数据被分解成数据单元,很难实现信息共享和全面监控。 所以,怎么把信息整合实施于居民区,在不同控制架构之间,包括数据信息、组织和监控间,提高整合度和优化相互操作功能,已成为现今研究工作聚焦所在。在这种前提下,各种各样的信息整合技术到处开花： 串行通信 串行通信是应用最广泛的标准通讯技术，其中的代表为RS - 232、RS - 422和RS - 485在工业生产中随从可见。但因为RS - 232的传输间距很短，大约为50英尺,速度只有20 KBPS的最高水平,因此不适合居民区。RS - 422通信定义了一种平衡接口,提高了10 MBPS的传输速度,传输距离也被扩展到约1220米,并允许在单条总线上连入10个以上的接收器。但RS - 422有缺点,因为总线的传输速率与双绞线的长度成反比,因此在100 KBPS范围内,才会达到最大传输距离,也就是说,只有在很短的距离内传输速度才会达到最高。 ODBC和JDBC可以将不同的数据库系统应用在一个居民区内,如何在它们之间进行联通成为一个避不开的问题,特别是当用户需要查询不同的服务器时。现在有很多利用SQL编写的数据库系统,异构数据库系统是由SQL数据库搭建起来的。JDBC、ODBC查询异构成员是新的查询模式。ODBC是微软所推崇的,在当前被大范围承认，它用于数据库登录应用程序编程接口。应用程序针对ODBC数据库的操作不需要DBMS的参与,不必直接处理DBMS。任何数据库操作需要相应的DBMS ODBC驱动程序来完成。换句话说,不管是创建还是访问服务器，SQL200,DB2或Oracle数据库都要用到ODBC API登录技术。因此,ODBC是最大的优势是能够以整体的模式操作任意数据库。 OPCOPC是一种工业标准,初衷是为了实现数据整合，OPC在系统和设备制造厂家之间起着非常重要的作用。不同的设备制造商只需要OPC的连接接口,服务软件和WEB浏览器利用OPC接口实现连接,因此，OPC使得具有整合功能的客户端软件显得不是必要的。OPC自动化软件,提供来自不同供应商的设备和系统的即插即用硬件和软件模块。过程和生产自动化公司可以很容易地将其整合到应用大范围的商业自动化体系内。 OPC兼容模块使得信息整合的成本大幅度降低,因为现今的软件和硬件模块都依据一个规范接口,该接口通用于世界各地。自动化供应商供应的具有可代替性的特殊设备驱动程序集成于OPC服务器。来自不同供应商的硬件和软件在以前的各种系统之间的连接是首要解决的问题,而如今OPC可以来解决这个问题,应用软件开发时间大大缩短,使自动化项目的完成效率大大提升，可以更早地开始新项目,从而节省时间依据过程控制领域的自动化体系的成本。 BACnet和LonWorksBACnet和LonWorks协议是不设限的,都互相影响。LonWorks协议和BACnet有不同的初始目的,但在小区都有特殊的使用之处。LonWorks协议应用在实时控制领域下的建筑设备监控网络中传感器和执行器之间，实现产品的交流功能,它是监控磁场传感器和执行器之间的互操作性的web标准。因此,其常常用在住宅照明系统、安全系统、家庭系统等对实时要求很高的系统内进行沟通和互操作性。这种情况下LonWorks协议可以提供成本较低的方式,所以协议用在这些类型的系统时成效最好。 SSO单点登录(SSO)是指当用户需要查询多个应用系统时,只需要在开始时登录和身份查证,就可以访问它的任何系统,而不需要再次查询,后续系统会自动获取用户信息,以鉴别用户的身份。这样的单点登录(SSO)对原始用户的管理是较为集中的,每个系统都凭借互信关系自动验证用户身份。在这个过程中,管理员不必更正或干扰用户信息就可实现用户希望得到安全监控,这是一个为了能够在分布式计算环境中,安全并容易鉴别用户的整合技术。2.2 OPC 技术 2.2.1 OPC 技术基础为了访问字段中的数据信息,每个应用程序开发人员需要编写专用的接口函数。大量的现场设备在工业控制领域内应用很广泛,OPC软件开发者需要编写大量的驱动程序把这些设备联系起来。有时硬件生产厂家对硬件做了一些微小的变化,应用软件可能需要改写。另外,在不同的设备之间,甚至不同的单位之间的软件也可能不同,软件开发人员很难同时监控这些设备并优化操作。硬件供应商正在努力解决这个问题,但是,由于不同的客户有不同的需求,仍然有不同的数据传送协议,对此并没有一个完善的解决方式。OPC的出现给Windows应用软件和实地过程控制的使用搭建了通路。OPC规范是OPC基金会制定的有关过程控制和无人化生产的一套规范，它包括界面、应用程序软件开发方法和属性,它是在微软的OLE,con/dcom的基础上开发的。COM主要是由两部分组成,对象和接口。对象是一个类,类的实例是一组相关的数据和函数的定义。接口是一组实用函数定义,是一组逻辑相关的函数,其函数作为成员函数的接口。一个组件可以包含多个COM对象的程序,每个COM对象可以用于多个接口。当其他组件或普通的过程程序访问相应的功能模块时,首先搭建一个COM对象或提供的服务的对象在实现COM接口的基础上来调用它。当所有的服务完成后,如果客户端不再需要一个COM对象,就应该释放对象的空间,包括类本身。DCOM技术是COM技术的延伸,使其在局域网、广域网或Internet中不同的计算机之间能进行通信。COM客户机连接到远程计算机上的COM服务器和连接本地计算机上的COM服务器,除了通信的速度以为其他都是一样的。DCOM能让应用软件可以分散到网络的各个位置,以满足客户和系统的要求。另外,DCOM组件的位置是完全透明的,不管它是否位于相同的进程或地球的其他角落,客户端连入组件和使用组件的方式都是一样的。DCOM不仅不改变源代码,也不必需要更改编译程序。一个简单的配置行动可以改变组件之间的联系。DCOM位置的独立性很大程度上简化了应用程序组件需要分配的任务,实现最高的执行效率。2.2.2 OPC 接口方式OPC标准提供了两套接口的解决方法,即自定义接口和自动化接口,便于开发人员设计和实现OPC服务器程序和客户端。自定义接口的OPC服务器选择界面,介绍了OPC接口和模块对象的方法,主要用于C / c+,Pascal等使用COM接口语言来完成设计工作。自定义接口数据传输效率高,利用此接口,客户端可以把OPC服务器的性能几乎完全发挥出来,但是它没有类对象,进行项目的操作时要通过包含对象的集合。 自动化接口是可选的,它是定制接口的进一步封装,实际上是阻塞定制接口虚拟函数表,使自定义COM接口变为成OLE自动化接口,主要用于Delphi,Visual Basic,在高级语言中使用OLE来完成界面设计。相对来说自动化接口数据传送速度不够快。如图2.1所示，OPC提供了一个规范的自动化接口包装器(WrapperDLL),使自动化接口和自定义接口能快速切换,让客户端可以查询定制的自动化接口及其服务器。图2.1 OPC接口图设计客户端时可以选择以上两种类型的任何一种接口。一般来说,自定义接口函数好处很多,但对开发人员要求高,需要对dcom有较深的理解。使用自动化接口会带来以下优点:客户使用程序接口变得容易,且不需要了解详细的内部流程;可以使用事件触发机制,可以生成一个动态链接库或模块供应给其他客户。此外,自定义接口的OPC对象没有外部接口定义,所有查询OPC对象需要通过其包含OPC组对象来完成。对自动化接口来说,由于封装动态链接库能给对象的接口下定义,查询这些对象变得比较容易。2.2.3 OPC 数据访问方式 同步访问方式 OPC服务器收到OPC客户端请求后,将数据访问的结果作为一个方法的参数反馈给OPC客户端。OPC客户端随后继续等待信息,直到OPC服务器的数据查询结果反馈给客户端为止。数据查询处理过程见图 2.2：图 2.2 同步访问方式 异步查询方式 OPC服务器收到了OPC客户端请求后马上把方法反馈给OPC客户端，OPC客户端完成处理信息的任务。完整的信息输入OPC服务器时,触发异步查询OPC客户端的事件完成,查询信息最后返给OPC客户端。OPC客户端在Delphi的事件处理方式中收到来自OPC服务器返回的信息。数据查询处理过程见图 2.3。图 2.3 异步访问方式 订阅查询方式同步和异步查询方式都通过OPC客户端来登录OPC服务器,而订阅查询方法可以自动收到OPC服务器发送的更改请求。OPC服务器每隔一定的时间(UpdateRate)将会刷新数据缓冲区的信息,如果此时数据有变动,将其作为数据重构事件(DataChange)告知OPC客户端。如果OPC服务器也服务于不敏感区域,那么OPC项数据类型是模拟的,只有时间戳(当前值和先前的值的差异)的绝对值溢出一定范围后,刷新缓冲中的信息并告知OPC客户端。所以微弱的变化可以忽视,减少OPC服务器和OPC客户端上的负担。数据查询处理过程见图2.4。图 2.4 订阅访问方式2.2.4 OPC 技术规范OPC基金会10做出各种各样的OPC标准,并不断升级和扩展性能以迎合工业自动化领域的进步和变化。当设计相应的OPC服务器或客户端时就要使用这些规范的以确保操作稳定性。OPC 标准的结构框架如图 2.5 所示。图 2.5 OPC 规范 OPC 数据存取规范 OPC数据储存规范是由OPC基金会首次出台的一个工业标准,核心是现场设备访问在线数据。OPC数据访问服务器主要包含服务器、组对象和项目的对象。信息服务器和OPC服务器对象的维护包作为容器的对象,创建动态或可释放的对象;OPC组对象除了维护本身的信息外,还具有包容OPC的机制,比如OPC项管理机制和OPC项逻辑;OPC表达项与OPC服务器数据连接。图 2.6 示意了这几个对象的相互关系以及它们和 OPC 客户端的关系：图 2.6 OPC 数据存取服务器中对象及 OPC 客户端的相互关系从自定义接口的OPC项对象的角度来说，该项不包含外部接口定义,OPC客户端只能间接操纵OPC对象,而不是适应OPC组对象。至于OPC服务器对象和组对象的聚合关系,即OPC服务器对象创建OPC组后将该对象指针传送给客户端,直接操纵对象的客户端。这不仅可以提高数据访问速度又使功能易于扩展,体现了组件的重用。1) OPC 服务器对象 客户端必须首先搭建OPC服务器对象来维护服务器的信息,它也是OPC组对象的包装容器。OPC服务器对象能对数据源进行访问(读/写)或通信,数据源可以是现场I / O设备,或其他应用程序。2) OPC 组对象 OPC标准提供了一种方法让客户端来管理数据,可以作为OPC的一组逻辑相关的数据项导入到同一组。客户端可以创建多个组对象,并更改其属性。当客户端向服务器进行数据访问时,多个OPC项为一组对象整体进行读和写操作,提高信息通讯的速度。3) OPC 项 OPC项表示与OPC服务器数据的关联,包括数值,质量和时间戳三个参数。VARLANT的值的数据类型表示实际值;质量是数值短类型,表示id值是否有用;时间戳表示从设备读取数据的时长或更新服务器的时间。 OPC 报警与事件规范OPC警报和事件接口标准提供了一种机制,该机制是指,当I / O设备指定的事件或发生报警条件时,OPC客户端可以得到告知。通过此接口,OPC客户端也可以知道哪些事件发生以及OPC服务器的支持条件,并能得到其当前状况。OPC的警报是一种异常情况,这是一个特例。一种状态是OPC服务器对事件或其包含的对象进行命名时,该状态通常对OPC客户端是有价值的。另一方面,一个状态可以发现一些变化,该变化对OPC服务器来讲,它代表的I / O设备或OPC客户是非常重要的。一个状态可以和一些事件有关联,也可以和任一状态有关联。 OPC 历史数据存取规范OPC历史数据访问规范提供了一个常用的历史数据引擎,可以给有意向的用户和客户端程序发送额外的信息。现今大部分的历史数据系统采用特殊的分布式数据