一種可擴(kuò)展遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

易發(fā)勝，龔海剛，汪海鷹

(1.成都學(xué)院模式識別與智能信息處理四川省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610106;2.成都學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川成都610106;3.電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，四川成都610054)

數(shù)字標(biāo)牌系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各種信息的及時發(fā)布，特別是突發(fā)事件或者災(zāi)難信息通告等方面。系統(tǒng)中有大量智能終端設(shè)備分布在廣泛的地區(qū)工作。如何有效地檢測和控制這些設(shè)備，是系統(tǒng)的一個重要功能。由于播放設(shè)備種類多樣，新舊設(shè)備混雜，且系統(tǒng)在不斷更新，要求監(jiān)控內(nèi)容越來越細(xì)致，如何形成統(tǒng)一的監(jiān)控體系是一個迫切的問題。

一直以來，遠(yuǎn)程監(jiān)控都是一個智能系統(tǒng)必不可少的要求。許多復(fù)雜場景的遠(yuǎn)程監(jiān)控采用視頻監(jiān)控形式［1－2］。近年來，伴隨著智能家居的發(fā)展，越來越多的研究開始關(guān)注家電設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控［3－5］，因?yàn)橄到y(tǒng)規(guī)模小，這些控制相對簡單。隨著大型系統(tǒng)中大量智能設(shè)備的應(yīng)用，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)得到越來越多的研究［6－9］。由于監(jiān)控信息的多樣化，基于擴(kuò)展性和互換性要求，XML技術(shù)在監(jiān)控系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用［8－9］。

同上述研究相比，數(shù)字標(biāo)牌系統(tǒng)在遠(yuǎn)程監(jiān)控方面面臨更多挑戰(zhàn)。比如一個數(shù)字標(biāo)牌系統(tǒng)往往有大量不同版本、不同類型的播放終端，且不同時期要監(jiān)控的信息也不一樣。這都增加了監(jiān)控系統(tǒng)的難度。本文根據(jù)數(shù)字標(biāo)牌系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控面臨的問題，充分利用可擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和XML技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種擴(kuò)展性強(qiáng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。最后通過實(shí)際測試，顯示這樣的設(shè)計(jì)是可行有效的。

1 系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)

1.1 系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)的主要目標(biāo)有兩個，一是可以通過系統(tǒng)了解終端設(shè)備的工作情況;二是可以通過系統(tǒng)對終端設(shè)備進(jìn)行必要的控制。此外，也需要終端設(shè)備發(fā)生重要狀況時可以主動發(fā)出報(bào)警信息。

考慮到實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的需要和網(wǎng)絡(luò)情況的適應(yīng)性，本方案采用的系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)

圖1是一個邏輯框架結(jié)構(gòu)，圖中，管理程序和監(jiān)控程序之間有一個接入服務(wù)器，這主要是考慮大多數(shù)被監(jiān)控的設(shè)備及監(jiān)控信息管理者都處于內(nèi)網(wǎng)中，二者無法直接訪問，利用接入服務(wù)器中轉(zhuǎn)，便于管理程序和監(jiān)控程序進(jìn)行通信。同時，接入服務(wù)器對監(jiān)控程序和管理程序進(jìn)行接入管理，也保證了系統(tǒng)的安全要求。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展性

系統(tǒng)中的監(jiān)控程序運(yùn)行于不同的終端設(shè)備上，可能具有不同的監(jiān)控要求。這些監(jiān)控要求還可能隨著時間的變化而變化。比如，早期監(jiān)控程序可能僅僅監(jiān)控終端的功能程序執(zhí)行情況，如通過接口獲取一些特別變量值、讀取運(yùn)行日志等;而后期可能又需要監(jiān)控系統(tǒng)信息，比如內(nèi)存占用大小、磁盤剩余空間、系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)程等多方面信息?？蓴U(kuò)展的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)該很方便地反應(yīng)檢測信息和控制行為的更新變化，所以采用合理的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是需要重點(diǎn)考慮的。

目前，有許多可擴(kuò)展的程序設(shè)計(jì)技術(shù)，比如動態(tài)庫技術(shù)、中間件技術(shù)、動態(tài)升級技術(shù)等。良好的結(jié)構(gòu)可以確保在系統(tǒng)要求監(jiān)控信息和行為發(fā)生改變時，對系統(tǒng)的修改和影響最小。基于此，本系統(tǒng)采用了可動態(tài)升級的動態(tài)庫組件作為控制程序的核心，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)擴(kuò)展性要求。

1.3 基于XML的監(jiān)控信息表示

為了適應(yīng)多種多樣的且頻繁變化的監(jiān)控信息的采集、傳輸、顯示和控制管理，采用一種擴(kuò)展的信息描述方法也是本系統(tǒng)的必然要求。

XML可擴(kuò)展標(biāo)記語言在數(shù)據(jù)表示和數(shù)據(jù)交換方面具有強(qiáng)大的功能，已成功應(yīng)用在各種領(lǐng)域的數(shù)據(jù)交換和系統(tǒng)集成中。在本系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)監(jiān)控信息與傳輸?shù)臒o關(guān)性，特別設(shè)計(jì)了監(jiān)控信息標(biāo)記語言(MIML)，通過合理的協(xié)議設(shè)計(jì)，接入服務(wù)器完全不需要知道監(jiān)控信息的具體內(nèi)容。而管理程序只要根據(jù)語言描述展現(xiàn)信息即可。因此，針對不同終端的不同監(jiān)控要求，雖然其監(jiān)控信息內(nèi)容因?yàn)椴粩嗌壎灰粯樱遣⒉恍枰尤敕?wù)器和管理程序同步升級，大大簡化了系統(tǒng)的維護(hù)工作。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 基于XML的監(jiān)控信息描述

可擴(kuò)展的監(jiān)控系統(tǒng)需要支持各種監(jiān)控信息的采集傳輸和顯示，特別是考慮到未來擴(kuò)展和升級的要求。一般來說，遠(yuǎn)程監(jiān)控信息體現(xiàn)在如下幾個方面:

1)管理程序發(fā)送遠(yuǎn)程控制要求，監(jiān)控程序返回遠(yuǎn)程控制結(jié)果和控制后狀態(tài)信息;

2)發(fā)生故障或者意外時，監(jiān)控程序主動向管理程序發(fā)送的告警信息;

3)管理程序定時或者隨機(jī)發(fā)送的查詢信息請求，監(jiān)控程序返回恰當(dāng)?shù)男畔ⅰ?/p>

信息的產(chǎn)生、執(zhí)行和顯示主要在監(jiān)控程序和管理程序之間。管理程序需要能夠識別并合理顯示監(jiān)控程序送過來的各種信息;而監(jiān)控程序能夠根據(jù)配置或者管理程序的要求，及時執(zhí)行控制命令或者返回查詢信息，并主動匯報(bào)異常信息。根據(jù)擴(kuò)展性要求，需要管理程序能夠合理顯示一種監(jiān)測信息;而監(jiān)控程序可以根據(jù)播放終端的類型，合理地執(zhí)行管理程序的控制要求及給出可升級的信息。

采用具有擴(kuò)展性的XML為基礎(chǔ)，本方案專門為監(jiān)控信息傳輸和處理而建立的MIML可以很好地實(shí)現(xiàn)上述各種監(jiān)控信息的需要，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控程序和管理程序之間的數(shù)據(jù)信息擴(kuò)展性共享。

根據(jù)監(jiān)控信息的特點(diǎn)，MIML主要是描述各種監(jiān)控信息的內(nèi)容和顯示方式，結(jié)合了XML描述數(shù)據(jù)內(nèi)容的特點(diǎn)和HTML描述顯示的功能。這樣設(shè)計(jì)的好處在于，無論監(jiān)控程序如何升級，顯示的信息如何變化，管理程序都可以很好地顯示給用戶查看。

MIML對每個信息內(nèi)容采用3個標(biāo)簽表示，即名稱、類型和值。對于一組信息具有分類屬性。對一組或者一個信息還有一個統(tǒng)一的顯示描述。分別描述其標(biāo)題、位置、顏色、字型等簡單的顯示要素。以下是一個符合MIML的簡單描述代碼:

MIML支持默認(rèn)處理，比如顯示屬性如果都是默認(rèn)顯示，則可以不需要描述;另外，對于一些二進(jìn)制數(shù)據(jù)，比如圖片、聲音或者文件傳輸，MIML僅傳輸相關(guān)URL，然后由具體傳輸協(xié)議處理，這大大簡化了MIML的設(shè)計(jì)。為了動態(tài)獲取監(jiān)控程序的功能，type為5時表示后面跟子控制命令，由于篇幅關(guān)系，不再對子控制命令做詳細(xì)說明。

為了處理方便，MIML嚴(yán)格實(shí)行端到端邏輯，僅僅是監(jiān)控程序和管理程序之間的邏輯。同時，為了擴(kuò)展性要求和處理方便，設(shè)計(jì)了可擴(kuò)展的監(jiān)控信息傳輸協(xié)議，采用option=value的格式。如圖2所示。

圖2 監(jiān)控信息傳輸報(bào)文格式

協(xié)議的選項(xiàng)包括3種，即信息類型(type)，表示監(jiān)控信息的種類;信息內(nèi)容(content)，表示信息的具體XML描述;信息長度(length)則表示信息內(nèi)容的長度，避免XML內(nèi)容中具有選項(xiàng)字而影響協(xié)議的解析。信息類型的設(shè)計(jì)要便于分類處理，結(jié)合監(jiān)控程序和管理程序設(shè)計(jì)的需要，信息類型的設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 監(jiān)控信息基本類型及其含義

信息類型是可擴(kuò)展的，具體一個設(shè)備可以監(jiān)測或者控制的信息類型可以通過一個查詢得到，然后再根據(jù)信息類型進(jìn)行詳細(xì)查詢，以確保系統(tǒng)的可擴(kuò)展性要求。

2.2 監(jiān)控程序設(shè)計(jì)

雖然數(shù)字標(biāo)牌系統(tǒng)終端類型多樣，且要求監(jiān)控的信息在不同類型之間也具有差異，但是確保相似的程序架構(gòu)設(shè)計(jì)可確保信息處理和升級流程具有一致性。目前大多數(shù)播放終端采用了Linux和Windows平臺，雖然Android系統(tǒng)也逐漸流行，但是其內(nèi)核仍然是Linux的?？紤]到監(jiān)控程序不需要界面，完全是自動執(zhí)行，因此僅僅考慮給予Linux和Windows的服務(wù)程序編程模式。

無論Linux和Windows的服務(wù)程序，都支持C語言程序并可采用動態(tài)庫技術(shù)，因此采用適合動態(tài)升級的動態(tài)庫插件有利于滿足監(jiān)控程序的監(jiān)控能力擴(kuò)展改進(jìn)要求。其程序結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)

在圖3中，程序由3個層次的模塊構(gòu)成。其中通用通信模塊完成與接入服務(wù)器的基本通信要求。而最上面的監(jiān)控模塊都是動態(tài)庫，它們對外具有統(tǒng)一的接口。在導(dǎo)入內(nèi)存后，向協(xié)議分析和任務(wù)派發(fā)模塊注冊其可以處理的信息類型。這些監(jiān)控模塊可以隨時替換升級、增加或者減少。比如對于可以遠(yuǎn)程控制的，可以增加遠(yuǎn)程控制模塊，實(shí)現(xiàn)對終端的關(guān)機(jī)、重啟等操作;對于具有傳感器的終端，可以增加處理類型為6的監(jiān)控模塊，從而支持對傳感器的信息獲取和檢查。最大限度地適應(yīng)了數(shù)字標(biāo)牌終端類型多樣和監(jiān)控信息區(qū)別對待的要求。

各個動態(tài)模塊分別對所負(fù)責(zé)的信息類型進(jìn)行處理，即對接收到XML要求的信息進(jìn)行解析或者要返回的信息進(jìn)行XML封裝。協(xié)議分析與任務(wù)派發(fā)模塊(PATD)是總控模塊，協(xié)調(diào)整個程序的工作。它負(fù)責(zé)獲取管理程序發(fā)來的請求，主要對類型0的報(bào)文進(jìn)行分析。由于每個動態(tài)模塊都需在PATD進(jìn)行注冊，管理程序?qū)ΡO(jiān)控程序的能力查詢可以在PATD完成并返回。而其他的要求則分別送到相應(yīng)的模塊處理。各個動態(tài)模塊完成具體的監(jiān)控功能后，返回的信息通過PATD封裝返回給管理程序。

2.3 管理程序設(shè)計(jì)

相對于監(jiān)控程序來說，管理程序比較簡單。由于是管理人員使用，并不需要自動升級和過多的擴(kuò)展性考慮，所以結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜。其設(shè)計(jì)重點(diǎn)是如何解析各種MIML以形成良好的監(jiān)控信息展示效果。在實(shí)際數(shù)字標(biāo)牌系統(tǒng)中，設(shè)備監(jiān)控功能僅作為數(shù)字標(biāo)牌系統(tǒng)設(shè)備管理的一個功能模塊而存在。在此不再詳細(xì)介紹。

3 系統(tǒng)測試及結(jié)果分析

為了體現(xiàn)設(shè)計(jì)的效果，本文設(shè)計(jì)了一個簡單的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，如圖1所示的結(jié)構(gòu)布置。按照前述的設(shè)計(jì)原理，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控程序，運(yùn)行于一個Windows XP系統(tǒng)的播放器下。然后實(shí)現(xiàn)了一個用C#編寫的簡單管理程序。接入服務(wù)器僅實(shí)現(xiàn)一個簡單的轉(zhuǎn)發(fā)處理。一開始，監(jiān)控程序只有信息類型為3和4兩種動態(tài)庫，點(diǎn)擊系統(tǒng)情況，管理程序的界面如圖4所示。

圖4 僅有兩個監(jiān)控模塊的情形(截圖)

然后在監(jiān)控端增加了一個控制模塊，重新運(yùn)行監(jiān)控程序和管理程序，點(diǎn)擊遠(yuǎn)程控制按鈕，可以得到如圖5所示的界面。

圖5 增加一個監(jiān)控模塊的情形(截圖)

通過圖4和圖5比較，可以很容易看出監(jiān)控程序容易實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能的擴(kuò)展，由于采用了易于擴(kuò)展的MIML描述信息，管理程序可以自動適應(yīng)監(jiān)控程序的功能擴(kuò)展，很好地實(shí)現(xiàn)了方案意圖。

4 小結(jié)

本文針對數(shù)字標(biāo)牌系統(tǒng)大量播放終端存在監(jiān)控問題，討論了可擴(kuò)展的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)在于兩個方面，一是設(shè)計(jì)具有動態(tài)升級功能的監(jiān)控模塊;二是設(shè)計(jì)具有擴(kuò)展性的監(jiān)控信息描述語言。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個可擴(kuò)展的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，包括監(jiān)控信息的描述方法MIML以及在此之上的傳輸協(xié)議實(shí)現(xiàn)方案，支持動態(tài)改進(jìn)的監(jiān)控程序和管理程序結(jié)構(gòu)等。實(shí)際測試結(jié)果表明，按照這樣設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可很好地適應(yīng)數(shù)字標(biāo)牌監(jiān)控系統(tǒng)復(fù)雜多樣的情況，方便動態(tài)升級等擴(kuò)展改進(jìn)的需要。

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