一种基于 Ad Hoc 网络的餐馆管理系统的分析与设计

1、一种基于 Ad Hoc 网络的餐馆管理系统的分析与设计孙策 辽宁大学信息学院，沈阳（110036） E-mail：liaodas摘要：本文详细分析了目前餐馆运作的业务流程及餐馆管理系统的发展趋势，同时考虑到 Ad Hoc 网络具有的组网不受时间、地点、设备的限制、多跳的通信方式和成本优势等等特 点，提出将 Ad Hoc 网络应用于餐馆管理系统的设想。目的是为了提高餐馆服务的速度和质 量及餐馆管理的简便、规范、及时，进一步完善餐馆管理系统。关键词：ad hoc 网络；餐馆管理系统；无线网络 中图分类号：TP3931. 引言随着无线网络技术的不断成熟，无线网络已被应用到了社会生活的各个方面。Ad

2、Hoc 网络最初应用在军事领域，但随着无线技术的发展，Ad Hoc 网络也必将在民用方面大展拳 脚。在 Ad Hoc 网络中，当两个移动结点在彼此通信覆盖范围内时，它们可以直接通信，但 由于移动结点通信覆盖范围有限，如果相距较远的两个结点要实现通信，则需要通过它们之 间的移动结点转发来实现。目前, 大多数配有 MIS 的餐馆都是基于有线网络的,虽然有些餐馆的服务员使用步话机 或寻呼技术，但基于无线网络的餐馆管理系统具有不受环境限制, 自组织和灵活性强的优势, 可以做到随时随地为顾客进行及时周到的服务，例如：点菜服务员通过手持终端机把顾客的 需求送入计算机，并实时地传给厨房和收银台，从而有效地提

3、高服务的速度和质量，也减轻 了工作人员的工作量，同时也能节约人力资源，进一步完善了餐馆管理的业务流程。由于 Ad Hoc 网络可以在任何时刻、任何地点、不需要硬件基础网络设施的支持，快速 的构建起一个移动通信网络。所以将 Ad Hoc 网络应用于具体的应用中，最显而易见的优点 是节约成本。由于 Ad Hoc 网络应用于商业领域仍处在探索阶段，所以本文只是提出一种设想。2. 餐馆管理及 Ad Hoc 网络概述2.1 餐馆管理简介随着网络技术和通信技术的不断发展，计算机网络应用的普及，人们生活水平的提高， 将计算机网络应用于诸如：餐馆、医院、工厂等移动性要求高的场所已成为大势所趋。同时 可以看到计

4、算机网络为这些领域的发展和完善做出了巨大的贡献。目前, 餐馆管理主要有以下几种情况：（1）已经配有 MIS 的餐馆都是基于有线网络的, 但这样的应用模式存在如下问题:： 综 合布线受环境限制； 网络中的各结点位置固定, 可移动性差； 通信故障查找困难。（2）有一些餐馆使用了带有基站的 WLAN，毫无疑问和 Ad Hoc 网络相比，不具有成本 优势。（3）有一些餐馆的服务员使用步话机或寻呼技术把餐馆中顾客点的菜通知给厨房，从某 种程度上讲这提高了服务的速度和质量。（4）还有一些餐馆将这两种方式结合起来，从而使员工的工作效率和工作质量产生了质的飞跃。 但从餐馆的服务流程看，由于顾客进入与离开的随机

5、性，服务员的流动性等等方面的原因，目前的餐馆管理系统仍有改进之处，即用无线网络取代有线网络，用自组网取代需要基 站的WLAN，让每个雇员都成为网络中的移动终端，随时沟通，实时为顾客提供最舒适的 服务。同时也达到了缩减成本的目的。2.2 Ad Hoc 网络简介Ad Hoc 网络，也被称为多跳网（Multi-hop Wireless Network），是一组带有无线收发装 置的移动通信结点组成的多跳自治系统，具有无需基站、无需特定交换和路由结点、随机组 建、灵活接入、移动方便等特点。它的建立不依赖于现有的网络通信设施，具有一定的独立 性。Ad hoc 网络是一种移动通信和计算机网络相结合的网络，是

6、移动计算机通信网络的一 种类型，移动计算机通信网络是指用户终端可以在网内随意移动的计算机网络，所以 ad hoc 网络是移动通信和计算机网络的交叉。在自组网中每个用户终端不仅能移动，而且都兼有路 由器和主机两种功能。每个结点都可以说是一个路由器，它们要能完成发现和维持到其他结 点路由的功能。在 Ad Hoc 网络中没有中心控制结点，网络中的每个结点地位平等，所有结点都是移动 的，并且都能以任意方式动态地保持与其他结点的联系，结点通过分布式协议互联，一旦网 络的某个或某些结点发生故障，其余的结点通过自由组合仍然能够正常工作，具有很强的抗 毁性，很适合恶劣的通信环境。作为一种无中心分步控制网络（I

7、nfrastructureless Networks），自组网是一种自治的无线 多跳网，可以在不能利用或不便利用现有网络基础设施的情况限，提供一种通信支撑环境， 拓宽了移动网络的应用场合。2.2.1 Ad Hoc 网络的特点 动态变化的网络拓扑结构 在自组网中，由于用户终端的随即移动、结点的随时开机和关机、无线发信装置发送功率的变化、无线信道间的互相干扰以及地形等综合因素的影响，网络拓扑结构随时可能发生 变化，而且变化的方式和速度都是不可预测的1 。 无中心的分布式控制网络 自组网没有严格的控制中心，所有的结点地位平等，是一个对等网络。结点可以随时加入和离开网络，任何结点的故障不会影响整个网络

8、的运行，具有很强的抗毁性 。 自组织性 网络的布设或展开无需依赖于任何预设的网络设施。结点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为，结点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络2。 多跳的组网方式如图 1 所示，当自组网中的结点要与其覆盖范围之外的结点进行通信，需要通过中间结 点的多跳转发，所以自组网是一个多跳的移动计算机网络，多跳是研究自组网路由协议的前 提基础。与固定的多跳路由不同，自组网中的多跳路由由普通的网络结点完成，而不是由专 用的路由设备完成1 。图 1 自组网中的结点通信方式 移动终端的自主性和局限性 自组网中的移动终端具有自主性，不同于通常的移动计算机网络中的移动终端。在计算机

9、网络中，主机和路由器是两个完全不同的网络设备，承担了不同的功能角色。在自组网中， 移动终端需要同时承担主机和路由器两个角色，参与自组网的移动终端之间存在某种协同工 作的关系，从而使得每个终端都将承担为其他终端进行分组转发的义务。与台式机相比，自组网中的移动终端具有灵巧、轻便、移动性好等优点，但同时其固有 的特性，如依靠电池提供电源、内存较小、CPU 性能较低等，给自组网环境下的应用程序 设计开发带来一定的难度1。 生存时间短 自组网通常是由于某个特定原因而临时创建的，使用结束后，网络环境将会消失，所以自组网的生存时间相对于固定网络而言是短暂的1 。 安全性差 由于采用无线信道、有限电源、分布式

10、控制等技术和方式，所以更加容易受到被动窃听、主动入侵、拒绝服务、剥夺“睡眠”、伪造等各种网络攻击；网络拓扑和成员经常改变，结点 间的信任关系经常变化，与移动 IP 相比，ad hoc 网络没有值得信任的第三方的证书的帮助1。 存在单向的无线信道 在采用无线通信的自组网环境中，由于各个无线终端发射功率的不同以及地形环境的影响，可能产生单向信道1。2.2.2 网络协议分层参考模型Ad hoc 网络体系结构如表 1 所示：表 1 Ad Hoc 网络体系结构应用服务应用层传输服务传输层分组转发和路由网络层链路控制/信道接入链路层无线信道物理层 物理层基于接收发信主要功能的物理层首先要考虑的是通信信号的

11、传送介质，一般采用无线信 道。 链路层 链路层解决的主要问题包括介质接入控制，以及数据的传送、同步、纠错以及流量控制等。Ad hoc 链路层分为 MAC 和 LLC 层。在多跳无线网络中，对传输介质的访问是基于共享型的，隐藏终端和暴露终端是多条无线网络的固有问题，MAC 层通常采用 CSMA/CA 协 议和 RTS/CTS 协议来规范多点无线终端对介质的访问机制。 网络层Ad hoc 网络层的路由协议应当满足：分布式运行方式；提供无环路路由；按需进行协 议操作；具有可靠的安全性；提供设备“休眠”操作和对单向信道的支持等1。 传输层Ad hoc 网络的传输层借鉴了有线网络中传输层的方法，即在使

12、TCP/IP 协议基于无线环 境的情况下对其进行修改，以适应无线环境，完成传输层的功能。 应用层Ad hoc 网络的应用层指定的是各种类型的业务，在实际实施过程中，类似于有线网络， 可采用各种各样的应用层协议和标准。2.2.3 Ad Hoc 网络与分组无线网、WLAN、红外网络的比较 单跳网络与多跳网络：从网络层来看，WLAN 和红外网络是一个单跳的网络，不存 在路由问题。而自组网和分组网则是一个多跳的网络，网络中的每个结点至少要充当一个单 播的路由器1。 通信模式不同：对于 WLAN、红外网络、通信模式通常是移动终端通过一个无线访 问点与其他终端通信，移动终端之间不直接进行通信，移动终端对固

13、定网络的访问以是通过 接入点进行，自组网的通信模式是移动终端之间的对等通信1。3. 餐馆管理系统的分析餐馆管理系统中主要包括餐馆中人员的种类、餐馆中人员的职能及餐馆中的业务组成及 工作流程。如果对餐馆中的各个服务模块进行细致的分工分析，可以提高雇员的工作效率， 从而增强餐馆主体的服务功能和质量。3.1 系统中的类图和功能包系统中的类包括：AssistantServer 类、AssistantChef 类、Bartender 类、Server 类、Chef 类、Manager 类、Checekr 类、CoatCheckClerk 类，它们共同组成一个抽象的 Emplyoyee 类。 如果具体餐馆

14、提供了其他的服务，可扩展 Emplyoyee 类，根据具体情况而定。系统中的类图 如图 2 所示：EmplyoyeeAssistantServerAssistantChefServerCheckerCoatCheckClerkBartenderChefManager图 2 系统中的类系统中的功能包包括：Server 包、CoatCheckClerk 包、Chef 包、Bartender 包、Busser 包、， 它们共同组成某餐馆功能包。每个包中包含着各个功能包的具体执行的工作，即用例。系统 中的功能包如图 3 所示：ServerTake order Summon assistant某餐馆功能

15、CoatCheckClerkPrint Coat Print HatCheck CheckcheckerCompileStatistics SettleAccountsPrint BillReceive notification Transmit drinkChange an orderTotal up checkfrom kitchenorder to loungePrint checkTrack erode statusNotify chef about party statusReceive acknowledgmentTrack order statusTake drink order

16、Summon busserReceive notifition from loungeAcknowledge server requestChefRetrieve recipeStore recipeAcknowledge a requestBartenderRetrieve drink recipeReceive requestEnterNotify serverEnter drink recipeReceive requestfrom serverfrom serverpreparation timeReceive notification from serverNotify reques

17、t completedAssign an orderBusserReceive requestfrom server Acknowledge Signal tableAcknowledge a requestAssistantReceive a request from serverrequestservicedNotify request completedReceive a requestfrom chef图 3 系统中的类3.2 餐馆业务中的组成关系餐馆业务中的组成关系主要包括：Meal 类、Party 类、Order 类、Restaurant 类的组成。 根据具体餐馆提供的业务的不同也

18、可以有相应的扩充或削减，本文主要针对餐馆业务中存在 的普遍的业务类进行分析。餐馆业务中的组成关系如图 43所示：MealPartyOrderDrinkAppetizerMainCouseDessertCustomerMenuSelectionRestaurantKitchenCocktaiLoungeServingAreaLaundryRoomWaitingAreaTable图 4 餐馆业务中的组成关系3.3 餐馆中的业务流程3.3.1 招待一位顾客的过程 从顾客进入餐馆时，启动服务流程。一个高服务质量的餐馆应为顾客提供最细致的服务。完全以顾客为导向，从顾客角度出发。在此过程中 Server

19、要紧密配合，及时将各自负责的区域的信息进行互相沟通。本文中的招待顾客的流程具有普遍性，在具体实施过程中，可以 根据餐馆的具体特色进行具体问题具体分析和设计。招待一位顾客的流程如图 53所示：Customer walks in Has coat and/or hat Waiting List Help off with coatCheck coat and/or hat Prefers Lounge No Reservation Leave name Prefers Waiting Area WaitLoungeSeat CustomerGet Table ReadyWait inWaintin

20、g AreaCall for ServerShow Menu Wants Drink Take drink orderCall for assistantGet drinkServe bread and waterBring drinkRecite SpecialsRead MenuMake selectionNotify chefEat appetizerBring appetizerModeled in a separate diagramBring main coursePrepare mealEat main course Wants dessert Bring dessert men

21、uTake SelectionBring dessertBring coffee Wants coffee Pour coffeeBring checkDrink coffeeEat dessertSettle checkLeave tip Coat/Hat Checked LeaveRetrieve coat and/or hat图 5 招待一名顾客3.3.2 准备饭菜的流程当顾客点菜后，在等待 main course 的过程中，Server 要为顾客提供 appetizers，在顾客 享受 appetizers 的过程中，消除其等待 main course 时可能产生的焦急心理。在此过程中

22、 Server 要于 Chef 紧密配合，例如：将 Chef 原料是否足以满足顾客说点菜谱的要求，如果不满足， 需要及时告知顾客，以便其及时换菜或者将 main course 准备好的信息及时通知 Server 以便 及时为顾客提供服务或者将顾客补充的菜谱及时通知 Chef 等等。准备饭菜的流程如图 63 所示：Receive orderPrepare appetizersSart preparing main courseBing appetizersBalance preparation of other ordersEat appetizersReceive notification a

23、ppetizers almost finishedFinish preparing main courseGet main courseBring main course图 6 准备饭菜3.3.3 清理餐桌的流程此流程的顺利实施需要 Server 们的紧密、实时的合作，主要注重速度和效率。清理餐 桌的流程如图 73所示：Called by serverRemove tableclothSet tablePack old tablecloth for laundry图 7 清理餐桌4. 餐馆管理系统的设计所有的服务从顾客进入餐馆时开始，由于移动终端设备的能源是由电池提供的，所以 要考虑手持终端的

24、能耗问题，如：可以多配备冗余终端或者在餐馆服务处于空闲状态时及时 充电。还须考虑各种设备的兼容问题。同时要考虑各部分的分工配合，协同工作，这需要对雇员进行相关的培训。4.1 网络拓扑结构的选择根据餐馆规模的大小进行选择。Ad Hoc 网络有两种结构：平面结构和分级结构。在平 面结构中，所有结点的地位平等，所以又可以称为对等式结构。分级结构中，网络被划分为 簇或群。每个簇（群）由一个簇头（群头）和多个簇成员（群成员）组成。这些簇头（群头） 形成了高一级的网络。在高一级的网络中又可以分簇（群），再次形成更高一级的网络，直 至最高级。在分级结构中，簇头（群头）结点负责簇（群）间数据的转发。簇头（群头

25、）可 以预先指定，也可以由结点使用算法自动选举产生2。所以从成本和实用性方面考虑，当餐馆属于中小规模时可选择平面结构；当餐馆的规模 较大时可以选择分级结构。4.2 系统中的主要模块的硬件配置 服务员模块各类服务员均配有移动终端，负责随时与其他终端进行必要的通信。 厨师模块 主厨每人有一台移动，可由厨师助手操作。 管理者模块办公室可设置台式机，可设置两块 NIC 用于和 Internet 互联，可同时设置服务器和数据 库，这里的硬件设备的配置要高。 收银员模块 收银台设置移动终端或固定终端，还须配有打印机。4.3 嵌入式操作系统的选择对于嵌入式操作系统, 有Vxwork、VRTX、pSOS、Pa

26、lm OS、Neculeus 和Windows CE。 但这些专用操作系统都是商业化产品, 其价格昂贵, 不适合低端嵌入式产品开发。Linux 操 作系统有运行稳定、源码开放的特点, 被认为是未来嵌入式操作系统的最佳选择。4.4 应用软件的选择可以根据餐馆的业务流程请专业技术人员进行信息系统的分析与设计，并请编程人员实 现，在此过程中要采用并行工程，全员参与，无缝集成，且利于各类人员的快速掌握和使用， 进而节省各方面的各种成本。最终产品是编好的系统和各种文件。同时组织人员进行培训。培训工作应注重技术和团 队配合，从而让此系统发挥最优的功效。4.5具体实现过程对于任何一个公司或者企业来说，其包括

27、的职能部门都是多方面的，如：财务部门、采 购部门等等，餐馆系统也是如此。由于餐馆属于服务业，服务质量的优劣对其发展起着举足 轻重的作用，所以，本文仅从与顾客接触最紧密、最频繁的模块进行具体的设计，其他的如 财务部门、采购部门是支持这些模块的部门，具体的协调工作可有管理者进行。4.5.1 服务员模块移动终端的工作流程CoatCheckClerk负责接到顾客并提供各种服务，同时利用移动终端与其他服务员通信： 获取餐位信息，并告知其他服务员有关顾客服务的相关信息等。AssistantServer负责提供各种顾客需求服务，同时观察顾客食用状态以便及时提供服务， 并与其他服务员沟通获取餐位信息，以便有空

28、闲餐位时及时引导顾客就坐等。Server负责点菜等服务，他们将信息及时提供给厨房以获得能否获得的可能，及为厨师 提供实时地顾客需求，若顾客同时需要其他服务，通知AssistantServer提供食物饮品等。Bartender负责为吧台的顾客提供服务，同时与Server通信，及时准备饮品等，以便AssistantServer及时将饮品提供给顾客等。4.5.2 厨师模块的工作流程Chef负责根据菜单协调做菜顺序，并根据原材料是否充足通知AssistantChef和Server以 便及时补充和通知顾客换菜，同时通知管理者或者采购部门依据具体的规定进行补充采购原 料等等工作。AssistantChef

29、负责辅助主厨做菜，并和各个终端进行通信。如：通知Server菜已做好，以便及时上菜或想管理员报告原料缺货情况，同时也负责将Server传过来的顾客补充的菜单 及时告知Chef等等工作。4.5.3 管理者模块工作流程Manager可包括不同等级的管理者。 高级管理者负责总揽全局，及时协调各方面的问题，如：补充原料，根据忙闲情况调配工作人员，请技术人员对整个系统的各种管理和应用进行管理等等。 管理者与信息技术人员交流沟通，利用各种技术，如数据库挖掘、信息搜索等发现潜在的赢利点，并及时做出决定，并部署等。 其他管理者，如：大堂经理等，也须配置终端，可对雇员进行实时地考核或者处理突发事件或者针对具体问

30、题和高级管理者进行实时沟通等。4.5.4 收银员模块工作流程Checker则负责结算和打印账单，并随时和其他人员沟通，满足顾客询问的要求，及时 记录顾客点菜情况，并及时向管理者反应收入状况等。Checker所需要的数据来自Server所提 供的所有顾客点餐记录。5. 结束语将 Ad Hoc 网络应用于各种对动态性、实时性、抗毁性的管理系统中将是未来 Ad Hoc 网络应用于民用、商用的发展趋势，它将以其固有的优点在各种场合发挥其他无线网络所无 法取代的功能。但目前 Ad Hoc 网络仍有许多问题亟待解决，如信道接入协议、路由选择问 题、QoS、安全性等等。所以本文提出的是一个大胆的设想，我认为在网络环境和质量要求 不高的应用中，依靠目前的研究成果，足以发挥 Ad Hoc 网络的作用了。随着网络及通信技 术的不断发展和成熟，Ad Hoc 网络应用于商业解决方案中将是大势所趋，并将成为新的信 息领域的增长点。参考文献1郑相全.无线自组网