基于Ｂ／Ｓ結(jié)構(gòu)的裝備車輛遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

夏利民　周榮良

[摘要]基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程故障診斷是診斷系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，提出基于B/S結(jié)構(gòu)的裝備車輛的遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)的總體結(jié)構(gòu)模型，B/S結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析和系統(tǒng)軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)思想。闡述基于B/S結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)對(duì)提高裝備車輛技術(shù)保障的重要意義。

[關(guān)鍵詞]遠(yuǎn)程故障 B/S結(jié)構(gòu) 診斷系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671－7597（2009）0120124－02

一、引言

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，裝備車輛的技術(shù)含量也越來(lái)越高，價(jià)格越來(lái)越昂貴，對(duì)其維修保障的要求也相應(yīng)提高。傳統(tǒng)的裝備車輛維修主要由人工來(lái)完成，工作量大，涉及面廣，任務(wù)繁雜，面對(duì)現(xiàn)代裝備車輛，其弊端越來(lái)越明顯。同時(shí)，維修已不是由少數(shù)維修人員進(jìn)行的具體維修作業(yè)，而是涉及到除維修技術(shù)之外的組織指揮、人員訓(xùn)練、裝備性能、保障資源等多方面的要素。因此，研究裝備車輛的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)對(duì)加強(qiáng)裝備車輛的維修管理，實(shí)現(xiàn)了裝備車輛維修的動(dòng)態(tài)跟蹤，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本文研究遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的基本框架和總體結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，在此結(jié)構(gòu)下使用戶可以通過(guò)操作系統(tǒng)中自帶的Web瀏覽器運(yùn)行程序而不必安裝任何客戶端程序。遠(yuǎn)程故障診斷要實(shí)現(xiàn)故障異地遠(yuǎn)程診斷和系統(tǒng)維護(hù)，需要在原有機(jī)載和單機(jī)診斷設(shè)備的基礎(chǔ)上，構(gòu)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。系統(tǒng)一般分為客戶端、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和遠(yuǎn)程故障診斷中心三大部分。本文對(duì)采用基于三層Browser/Server結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)模式優(yōu)勢(shì)以及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了探討，最后對(duì)該系統(tǒng)的軟件平臺(tái)進(jìn)行了分析。

二、遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整個(gè)遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)由診斷服務(wù)中心、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和車載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成。系統(tǒng)的核心是遠(yuǎn)程診斷服務(wù)中心，它可向裝備車輛提供診斷服務(wù)。車載監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)本地裝備車輛進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在出現(xiàn)故障時(shí)，車載監(jiān)測(cè)設(shè)備將采集到的信號(hào)數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程診斷中心，遠(yuǎn)程診斷中心對(duì)其進(jìn)行故障診斷。遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖（1）所示：

車載監(jiān)測(cè)設(shè)備是診斷系統(tǒng)的基礎(chǔ)。其主要功能是采集和記錄裝備車輛運(yùn)行過(guò)程的狀態(tài)信息，這些信號(hào)按照預(yù)定義的格式經(jīng)過(guò)處理，將得到結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，遠(yuǎn)程診斷中心提供診斷服務(wù)，車載監(jiān)測(cè)設(shè)備接收診斷服務(wù)器發(fā)出的指令，協(xié)助其進(jìn)行診斷。車載監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障預(yù)報(bào)，并且具有一定的診斷分析能力，能夠處理一些簡(jiǎn)單的故障問(wèn)題。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重的故障時(shí)，設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不能做出正確的處理，本地系統(tǒng)將請(qǐng)求遠(yuǎn)程診斷服務(wù)。在本地與遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)建立連接以后，遠(yuǎn)程診斷軟件系統(tǒng)可以根據(jù)需要獲取本地設(shè)備的實(shí)時(shí)信息或歷史信息，遠(yuǎn)程診斷軟件系統(tǒng)通過(guò)人機(jī)界面與診斷專家相交互，或從專家案例庫(kù)中檢索源案例，通過(guò)分析推理后將從案例庫(kù)檢索選出的最佳源案例作為目標(biāo)案例的最佳解反饋給本地系統(tǒng)。

三、基于三層Browser/Server結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)模式設(shè)計(jì)

（一）系統(tǒng)采用B/S模式結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)的兩層Client/Server應(yīng)用中的用戶界面層的功能類似，Web瀏覽器(Browser)用作客戶框架，直接和最終用戶打交道，顯示靜態(tài)或動(dòng)態(tài)HTML頁(yè)面。瀏覽器的使用使得數(shù)據(jù)流向不僅僅是從服務(wù)器到客戶，而是具有更加強(qiáng)大的雙向功能。Web服務(wù)器主要處理與界面相關(guān)的服務(wù)，接收用戶提交的各種請(qǐng)求并提交給應(yīng)用服務(wù)器，得到處理結(jié)果后，再將相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)HTML頁(yè)面返回給客戶瀏覽器；應(yīng)用服務(wù)器處理業(yè)務(wù)邏輯，在接收到客戶方的請(qǐng)求后根據(jù)應(yīng)用邏輯將這個(gè)請(qǐng)求轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)庫(kù)請(qǐng)求，然后與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器交互，并將交互結(jié)果送給Web服務(wù)器。B/S模式結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)勢(shì)：

1．B/S結(jié)構(gòu)的客戶端是Web瀏覽器，屬于瘦客戶模式。目前，軟件系統(tǒng)的改進(jìn)和升級(jí)越來(lái)越頻繁，B/S架構(gòu)的產(chǎn)品明顯體現(xiàn)著更為方便的特性。對(duì)一個(gè)稍微大一點(diǎn)單位來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)管理人員如果需要在幾百甚至上千部電腦之間來(lái)回奔跑，效率和工作量是可想而知的，但B/S架構(gòu)的軟件只需要管理服務(wù)器就行了，所有的客戶端只是瀏覽器，根本不需要做任何的維護(hù)。無(wú)論用戶的規(guī)模有多大，有多少分支機(jī)構(gòu)都不會(huì)增加任何維護(hù)升級(jí)的工作量，所有的操作只需要針對(duì)服務(wù)器進(jìn)行；如果是異地，只需要把服務(wù)器連接專網(wǎng)即可，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)、升級(jí)和共享。

2．成本降低，選擇更多。凡使用B/S架構(gòu)的應(yīng)用管理軟件，只需安裝在Linux服務(wù)器上即可，而且安全性高。所以服務(wù)器操作系統(tǒng)的選擇是很多的，不管選用那種操作系統(tǒng)都可以讓大部分人使用Windows作為桌面操作系統(tǒng)電腦不受影響，這就使的最流行免費(fèi)的Linux操作系統(tǒng)快速發(fā)展起來(lái)，Linux除了操作系統(tǒng)是免費(fèi)的以外，連數(shù)據(jù)庫(kù)也是免費(fèi)的，這種選擇非常盛行。

3．B/S結(jié)構(gòu)可以減少網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷。在兩層結(jié)構(gòu)中，對(duì)于典型的一次的事務(wù)處理(Transaction)，客戶機(jī)與數(shù)據(jù)庫(kù)往往要進(jìn)行多次交互，而在多層結(jié)構(gòu)中，可以通過(guò)中間層，客戶機(jī)的數(shù)據(jù)交互只需要一次，數(shù)據(jù)的多次交互可以限定在中間層與數(shù)據(jù)庫(kù)之間，這樣網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)流量就會(huì)大減少。

（二）診斷系統(tǒng)的B/S模式結(jié)構(gòu)

三層Browser/Server模式提供了一個(gè)跨平臺(tái)、簡(jiǎn)單一致的瀏覽環(huán)境，使系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境與應(yīng)用環(huán)境（標(biāo)準(zhǔn)通用的瀏覽器，如InternetExplorer，Netscape Navigator等）相分離，也降低了對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求，還可以集成多種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（如E-Mail、FTP等），因此在本系統(tǒng)中采用這種基于Browser/Server模式的結(jié)構(gòu)，建立三級(jí)系統(tǒng)：數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、遠(yuǎn)程故障診斷中心服務(wù)器和客戶終端?；窘Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

1．?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器包括設(shè)備狀態(tài)的歷史信息庫(kù)、維修信息庫(kù)，以及專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)、培訓(xùn)知識(shí)庫(kù)等，數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)現(xiàn)與管理關(guān)系到系統(tǒng)中數(shù)據(jù)共享的程度。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)應(yīng)具有良好的安全性、可移植性、操作性和開(kāi)放性，支持遠(yuǎn)圖程數(shù)據(jù)訪問(wèn)，節(jié)省時(shí)間與費(fèi)用。在選擇系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)管

（2） 故障診斷系統(tǒng)的三層B/S體系結(jié)構(gòu)圖

理系統(tǒng)時(shí)主要應(yīng)從安全性、構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù)的難易程度、程序開(kāi)發(fā)的難易程度、并行處理能力、容錯(cuò)能力（包括軟件、硬件的容錯(cuò)能力）、對(duì)分布式應(yīng)用的支持、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的性能分析、經(jīng)濟(jì)性、可靠性、實(shí)用性等方面進(jìn)行考慮。本系統(tǒng)中開(kāi)發(fā)采用SQL Server。它具有以下特點(diǎn)：

（1）支持集中化數(shù)據(jù)管理，最大程度地實(shí)現(xiàn)管理與優(yōu)化工作的自動(dòng)化，如多服務(wù)器、單控制臺(tái)管理，基于事件的作業(yè)執(zhí)行和警報(bào)，集成化安全性，以及管理腳本等，降低了使用的總成本，將數(shù)據(jù)庫(kù)管理員解放出來(lái)，減輕他們的負(fù)擔(dān)，以便處理更高級(jí)的工作。

（2）SQL Server 2000建立在成熟而強(qiáng)大的關(guān)系模型基礎(chǔ)上，可以很好地支持B/S模型在大型多處理器服務(wù)器上運(yùn)行時(shí)能支持成千上萬(wàn)的用戶同時(shí)連接。它還支持表中的數(shù)據(jù)在多臺(tái)服務(wù)器間分區(qū)，具有優(yōu)越的多臺(tái)服務(wù)器彼此協(xié)作能力。

（3）具有優(yōu)秀的可伸縮性，即可以按設(shè)計(jì)的要求作網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)引擎，也可以作為一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫(kù)。

（4）在可靠性方面：SQL Server充分利用了硬件性能，使數(shù)據(jù)庫(kù)的備份和恢復(fù)速度盡可能地快，從而使系統(tǒng)具有高可靠性。而且SQL Server 數(shù)據(jù)庫(kù)是自描述的，因此沒(méi)有必要在恢復(fù)之前創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)及其相關(guān)文件，它們由系統(tǒng)自動(dòng)重建。這可以減少人為失誤。

（5）在安全性方面：SQL Server 2000與Windows server 2000是完全集成的，并且直接利用了Windows server 2000的安全性系統(tǒng)，因此它具有良好的安全性。SQL Server的安全性，主要包含身份驗(yàn)證和權(quán)限驗(yàn)證兩方面。

2．遠(yuǎn)程故障診斷中心服務(wù)器。遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)平臺(tái)的核心是遠(yuǎn)程故障診斷中心。遠(yuǎn)程診斷中心服務(wù)器作為一個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和安裝環(huán)境，大部分情況下以應(yīng)用服務(wù)器的形式存在，它是連接其它部門(mén)，保證網(wǎng)點(diǎn)之間傳輸有效信息的樞紐，起著協(xié)調(diào)部門(mén)之間行動(dòng)的作用。它是直接面向于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的信息處理系統(tǒng)，系統(tǒng)功能將受到最終用戶對(duì)應(yīng)用需求的指引，根據(jù)用戶需求開(kāi)發(fā)各功能模塊，在本系統(tǒng)中服務(wù)器平臺(tái)采用Windows2000，該系統(tǒng)是一個(gè)與硬件平臺(tái)無(wú)關(guān)的、穩(wěn)定性好、安全性好、可伸縮的服務(wù)器操作系統(tǒng)，可同時(shí)運(yùn)行多個(gè)線程，同時(shí)可確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。配置了SQL Server和IIS的系統(tǒng)服務(wù)平臺(tái)，同時(shí)可以運(yùn)行在Linux和Unix系統(tǒng)上的WebServer和免費(fèi)的Apache服務(wù)器。

由于選擇了Windows 操作系統(tǒng)和SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)，而且由于系統(tǒng)的信息訪問(wèn)量不是非常的大，無(wú)疑IIS(InternetInformation Serve)服務(wù)器是最佳的選擇。

3．客戶終端（裝備車輛）?？蛻舳耍ㄑb備車輛）向診斷中心提供信息，并申請(qǐng)相應(yīng)的服務(wù)?？蛻舳讼到y(tǒng)平臺(tái)也用了Windows2000系統(tǒng)。車載監(jiān)測(cè)設(shè)備直接監(jiān)測(cè)裝備車輛，通過(guò)傳感器獲取設(shè)備狀態(tài)信息，經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，用數(shù)據(jù)傳送程序通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程診斷中心保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。然后用戶通過(guò)瀏覽器登錄診斷中心服務(wù)器。

四、系統(tǒng)的軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)

（一）操作系統(tǒng)

目前，服務(wù)器操作系統(tǒng)主要有三大類：一類是Windows，其代表產(chǎn)品就是Windows 2000 Server；一類是Unix，代表產(chǎn)品包括HP-UX、IBM AIX等；還有一類是Linux，它雖說(shuō)是后起之秀，但由于其開(kāi)放性和高性價(jià)比等特點(diǎn)，近年來(lái)獲得了長(zhǎng)足發(fā)展。Windows的特點(diǎn)是部署、管理、使用方便，應(yīng)用和開(kāi)發(fā)軟件豐富。Unix操作系統(tǒng)的特點(diǎn)是安全、穩(wěn)定和強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支持。Linux的特點(diǎn)是源代碼開(kāi)放、免費(fèi)，有很高的可靠性和性能?？紤]系統(tǒng)的使用對(duì)象，系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)難度和系統(tǒng)穩(wěn)定性維護(hù)方便等，這里本系統(tǒng)選擇 Windows 2000 server作為本系統(tǒng)的服務(wù)器的操作系統(tǒng)。

（二）軟件結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)軟件共分為二部分：Web程序和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)主要是管理各式各樣的數(shù)據(jù)，包括當(dāng)前五天的歷史數(shù)據(jù)、當(dāng)前一年內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)、事件發(fā)生記錄數(shù)據(jù)等。Web程序是這個(gè)系統(tǒng)的界面部分，也是核心部分，按功能可分為歷史數(shù)據(jù)分析、故障診斷和事件列表等功能。其中信號(hào)分析模塊包括時(shí)域分析、頻域分析及時(shí)頻域特征參數(shù)統(tǒng)計(jì)等功能；故障診斷則主要包括是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)診斷和在線人工診斷兩種診斷模式。

五、結(jié)束

本系統(tǒng)進(jìn)入實(shí)用階段，必將對(duì)提高裝備車輛的現(xiàn)代化診斷水平做出巨大的貢獻(xiàn)，能是使裝備車輛技術(shù)保障能力上一個(gè)臺(tái)階。然而遠(yuǎn)程故障診斷涉及到故障診斷學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)等多個(gè)學(xué)科和大量的工程背景，建立一個(gè)完善和實(shí)用的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)是一個(gè)技術(shù)難度很高的復(fù)雜的工作。由于本人能力和時(shí)間所限，該遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)還存在許多不足，其功能地深入挖掘，還有待進(jìn)一步研究。

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作者簡(jiǎn)介：

周榮良，男，碩士，主要研究方向?yàn)橥ㄐ排c信息系統(tǒng)；夏利民，教授，博士生導(dǎo)師。