動(dòng)態(tài)Web變異信息實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

梁志宏

摘 要： 設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)Web變異信息實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其包括監(jiān)控端、嵌入式Web服務(wù)器以及遠(yuǎn)程監(jiān)控客戶端。監(jiān)控端通過AT89S51單片機(jī)采集現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度、濕度以及煙霧度等數(shù)據(jù)并對(duì)部件進(jìn)行調(diào)控。系統(tǒng)通過Web服務(wù)器端對(duì)監(jiān)控端獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，若發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)Web變異數(shù)據(jù)，則說明現(xiàn)場(chǎng)部件存在異常問題，向監(jiān)控端和遠(yuǎn)程客戶端傳遞報(bào)警信號(hào)。遠(yuǎn)程客戶端用戶采用IE瀏覽器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)Web變異信息。系統(tǒng)通過XML以及HTML等語言實(shí)現(xiàn)嵌入式Web服務(wù)器功能，并給出系統(tǒng)監(jiān)控端的軟件構(gòu)建過程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，所設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)效率和精度都較高，并且魯棒性強(qiáng)。

關(guān)鍵詞： 動(dòng)態(tài)Web變異信息； 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)； 系統(tǒng)設(shè)計(jì)； 數(shù)據(jù)傳遞

中圖分類號(hào)： TN911?34； TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）11?0014?04

Design of real?time remote monitoring system for dynamic Web variation information

LIANG Zhihong

（China Southern Power Grid Co.， Ltd.， Guangzhou 510623， China）

Abstract： A real?time remote monitoring system for dynamic Web variation information was designed， in which there are monitoring terminal， embedded Web server and remote monitoring client. The monitoring terminal acquires the data of site environmental temperature， humidity and smoke degree through AT89S51 to control its components. The data obtained by the monitoring terminal is analyzed in the system through Web server. If the dynamic Web variation data is discovered， it means that the site component is abnormal， and the alarm signal is send to the monitoring terminal and remote client. The users at the remote client monitor the Web variation information in real time by means of IE browser. The embedded Web server function is realized with XML， HTML and other languages. The software construction process of the system monitoring terminal is given. The experimental result shows that the monitoring system has high monitoring efficiency， high accuracy and strong robustness.

Keywords： dynamic Web variation information； remote monitoring； system design； data transmission

0 引 言

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，Web技術(shù)在監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值逐漸提升。動(dòng)態(tài)Web信息遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可通過遠(yuǎn)程客戶端對(duì)現(xiàn)場(chǎng)部件發(fā)出管理命令，確保生產(chǎn)的順利運(yùn)行，增強(qiáng)企業(yè)生產(chǎn)力和競(jìng)爭(zhēng)力[1]。而傳統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)中的遠(yuǎn)程控制端同企業(yè)信息網(wǎng)間的數(shù)據(jù)無法進(jìn)行有效傳遞，同時(shí)存在動(dòng)態(tài)Web變異信息監(jiān)測(cè)誤差高的缺陷，使得網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)安全性降低，數(shù)據(jù)容易受到攻擊和竊取，導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)的性能大大降低[2]。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)更安全、更高效的動(dòng)態(tài)Web變異信息實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有重要意義。

1 動(dòng)態(tài)Web變異信息實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本文基于嵌入式Web服務(wù)器設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)Web變異信息實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，系統(tǒng)的監(jiān)控端對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和傳輸，并且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)部件進(jìn)行管理；USB攝像頭用于采集現(xiàn)場(chǎng)視頻數(shù)據(jù)；嵌入式Web服務(wù)器實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)的采集、操作和存儲(chǔ)，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)操作結(jié)果進(jìn)行分析，若發(fā)現(xiàn)變異信息，則傳遞出警報(bào)信號(hào)[3]，同時(shí)將監(jiān)控端反饋的數(shù)據(jù)采用以太網(wǎng)傳遞到遠(yuǎn)程客戶端；遠(yuǎn)程客戶端用戶采用IE瀏覽器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控。

系統(tǒng)模塊的功能如下：

（1） 數(shù)據(jù)采集和部件管理功能。系統(tǒng)監(jiān)控端可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和傳輸，并且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)部件的強(qiáng)電部件和遙控部件進(jìn)行管理和報(bào)警?，F(xiàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)主要為環(huán)境溫度、濕度以及煙霧度等。

（2） RS 485 串口通信功能模塊。RS 485接口是監(jiān)控端同Web服務(wù)器間進(jìn)行信息溝通的紐帶，監(jiān)控端采用RS 485串口總線將采集到的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳遞給Web服務(wù)器。

（3） 遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)訪問控制功能。系統(tǒng)通過瀏覽器端/服務(wù)器端（Brower/Server）的結(jié)構(gòu)，采用以太網(wǎng)接入部件，將嵌入式Web服務(wù)器同客戶端PC機(jī)連接[4]。遠(yuǎn)程客戶端可采用IE瀏覽器訪問遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)并且完成遠(yuǎn)程管理。

（4） 遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控功能。系統(tǒng)通過嵌入式Web服務(wù)器端中的USB攝像頭獲取監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)圖像，通過UDP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議將視頻數(shù)據(jù)反饋給遠(yuǎn)程客戶端[5]，確保客戶端用戶通過IE瀏覽器完成監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)視頻的及時(shí)監(jiān)測(cè)。

（5） 報(bào)警功能。系統(tǒng)通過Web服務(wù)器端對(duì)監(jiān)控端獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，若發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)Web變異數(shù)據(jù)，則說明現(xiàn)場(chǎng)部件存在異常情況，此時(shí)在監(jiān)控端和遠(yuǎn)程客戶端都傳遞出報(bào)警信號(hào)。

1.2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

1.2.1 監(jiān)控端的硬件結(jié)構(gòu)

監(jiān)控端的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

從圖2中可以看出，監(jiān)控端采用AT89S51單片機(jī)采集現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度、濕度以及煙霧度等數(shù)據(jù)并對(duì)部件進(jìn)行調(diào)控。監(jiān)控端中的紅外收發(fā)電路對(duì)空調(diào)等遙控部件的紅外信號(hào)進(jìn)行處理，并且將處理后的結(jié)果保存到嵌入式Web服務(wù)器中。系統(tǒng)中的遠(yuǎn)程客戶端會(huì)向監(jiān)控端傳遞出控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)遙控部件的控制。溫度、濕度傳感器可采集現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的溫度和濕度信號(hào)[6]。煙霧傳感器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的煙霧指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，若超標(biāo)，則輸出該接點(diǎn)。其中，濕度信號(hào)是被測(cè)量線性變化的模擬信號(hào)，應(yīng)進(jìn)行A/D變換，再通過單片機(jī)進(jìn)行采集。當(dāng)報(bào)警電路在嵌入式Web服務(wù)器發(fā)現(xiàn)監(jiān)控端反饋的環(huán)境數(shù)據(jù)為變異數(shù)據(jù)時(shí)，向遠(yuǎn)程客戶端用戶傳遞出報(bào)警信號(hào)，其電路連接圖如圖3所示。

1.2.2 嵌入式Web服務(wù)器的硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)中的嵌入式Web服務(wù)器硬件采用FS2410開發(fā)平臺(tái)，其中集成了ARM9系列的S3C2410微處理器，64 MB的SDRAM和FLASH，RS 232和RS 485串口，并采用以太網(wǎng)控制芯片CS8900擴(kuò)展成的10 MB以太網(wǎng)接口，其硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示。

S3C2410的核心處理器為ARM920T，其耗能量較低，可工作在203 MHz頻率下運(yùn)行不同的操作系統(tǒng)，并且完成大規(guī)模的數(shù)據(jù)處理工作。其中的64 MB SDRAM以及FLASH用于存儲(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，RS 485串口可實(shí)現(xiàn)監(jiān)控端間數(shù)據(jù)的交互，以太網(wǎng)口可完成監(jiān)控端同客戶端間信息的交流[7]，USB可獲取監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的視頻信息。

2 動(dòng)態(tài)Web變異信息實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 嵌入式Web服務(wù)器實(shí)現(xiàn)

嵌入式Web服務(wù)器可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)部件以及數(shù)據(jù)集成部件的原始設(shè)置、動(dòng)態(tài)控制。其通過Linux網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的SOCKET以及HTTP等技術(shù)[8]封裝用戶申請(qǐng)，同時(shí)將封裝后的信息反饋給現(xiàn)場(chǎng)采集部件。

2.1.1 嵌入式Web服務(wù)器運(yùn)行機(jī)制

嵌入式Web服務(wù)器運(yùn)行過程中，其主進(jìn)程通過TCP/IP不間斷操作模塊，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的用戶申請(qǐng)進(jìn)行檢測(cè)，將自身狀態(tài)變換成阻塞，監(jiān)聽客戶端的連接申請(qǐng)。獲取申請(qǐng)信息后塑造新線程，用新線程操作連接申請(qǐng)，同時(shí)反饋?zhàn)枞麪顟B(tài)[9]。申請(qǐng)?zhí)幚砭€程通過HTTP消息操作模塊對(duì)HTTP POST申請(qǐng)進(jìn)行解析，同時(shí)將解析結(jié)果反饋給消息操作模塊，得到申請(qǐng)服務(wù)的類型和相關(guān)參數(shù)，具體流程如圖5所示。

圖5 嵌入式Web服務(wù)器程序流程圖

2.1.2 嵌入式Web服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)

基于圖5描述的Web服務(wù)器程序流程圖，系統(tǒng)通過QT/Embedded，XML以及HTML等語言實(shí)現(xiàn)嵌入式Web服務(wù)器功能。該服務(wù)器操作界面由系統(tǒng)介紹、初始化配置、動(dòng)態(tài)監(jiān)控和退出構(gòu)成。系統(tǒng)介紹描述了動(dòng)態(tài)Web變異信息實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)、功能以及操作流程，該部分采用HTML語言塑造的靜態(tài)網(wǎng)頁。而其他部分采用XML封裝手段以及XSLT解析手段塑造動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁。

動(dòng)態(tài)監(jiān)控對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)檢索，對(duì)動(dòng)態(tài)Web變異信息監(jiān)測(cè)過程進(jìn)行控制，對(duì)監(jiān)控端傳遞的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲取動(dòng)態(tài)Web變異信息。該過程需要同系統(tǒng)中的XML文件進(jìn)行動(dòng)態(tài)交互。系統(tǒng)中的定時(shí)器依據(jù)固定間隔時(shí)間，將不同部件的運(yùn)行情況存儲(chǔ)到XML文件內(nèi)，如果用戶對(duì)部件的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢索，則通過XSLT解析XML文件，采用嵌入式Web服務(wù)器將解析結(jié)果（也就是最終獲取的動(dòng)態(tài)Web變異信息）呈現(xiàn)在瀏覽器中的頁面上，方便用戶查看。

定時(shí)器間隔kurm時(shí)間通過QT/Embedded內(nèi)中的QDOM類對(duì)存儲(chǔ)部件運(yùn)行狀態(tài)的XML文件進(jìn)行調(diào)整。其中，Emoment類的聲明為：

class Emoment{

public：

Emoment（）；

?QTime（）；

reenonRune（）const；

Int drive（int msec，reensshot=FALSE）；

void stop（）；

}；

2.2 監(jiān)控端的軟件結(jié)構(gòu)

監(jiān)控端的軟件需要實(shí)現(xiàn)溫度、濕度數(shù)據(jù)以及煙霧狀態(tài)的采集，驅(qū)動(dòng)MAX144采集UPS電壓和濕度信號(hào)，規(guī)劃合理的紅外接收以及傳遞程序，實(shí)現(xiàn)嵌入式Web服務(wù)器的有效通信，完成部件的控制和變異信息報(bào)警，具體的流程圖如圖6所示。

圖6 監(jiān)控端軟件結(jié)構(gòu)

3 實(shí)驗(yàn)分析

通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)Web變異信息實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的性能優(yōu)劣。實(shí)驗(yàn)在Xen虛擬機(jī)內(nèi)的Hadoop平臺(tái)上完成測(cè)試。實(shí)驗(yàn)環(huán)境中存在5臺(tái)虛擬機(jī)，其中1臺(tái)為主控機(jī)，其他為節(jié)點(diǎn)機(jī)。

實(shí)驗(yàn)一：對(duì)某物流公司的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行分析，采用Websitew Watcher工具對(duì)物流現(xiàn)場(chǎng)的Web變異信息進(jìn)行檢查，并分別采用本文系統(tǒng)和傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)該物流系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)月的監(jiān)測(cè)，結(jié)果用表1描述。

分析表1可得，本文監(jiān)測(cè)到的物流現(xiàn)場(chǎng)Web變異信息的平均準(zhǔn)確率為95.70%，而傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的平均準(zhǔn)確率為87.06%，可以看出本文系統(tǒng)具有較高的監(jiān)測(cè)精度，能夠確保物流運(yùn)輸?shù)捻樌\(yùn)行，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

實(shí)驗(yàn)二：檢測(cè)不同監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的報(bào)警靈敏度，分別采用本文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境中不同節(jié)點(diǎn)機(jī)的Web變異信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果如表2所示。

表2描述了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中不同部件出現(xiàn)動(dòng)態(tài)Web變異的警告信息，可以看出發(fā)出的時(shí)間、對(duì)應(yīng)的虛擬機(jī)序號(hào)和IP地址。依據(jù)該Web變異信息，用戶可通過遠(yuǎn)程控制端瀏覽器查看對(duì)應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)部件，進(jìn)而及時(shí)調(diào)整和維修，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。

圖7和圖8分別描述了在四組實(shí)驗(yàn)中本文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的報(bào)警時(shí)延，可以看出本文系統(tǒng)報(bào)警時(shí)間同檢測(cè)出Web變異信息的時(shí)間基本一致，并且隨著虛擬機(jī)數(shù)量的增加，報(bào)警時(shí)延也會(huì)不斷增加，說明本文系統(tǒng)具有較高的監(jiān)測(cè)效率和魯棒性。而傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的報(bào)警時(shí)延遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于本文系統(tǒng)，并且變化幅度較高，魯棒性較差。

4 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)Web變異信息實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)的監(jiān)控端對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和傳輸，并且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)部件進(jìn)行管理。嵌入式Web服務(wù)器實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)的采集、操作和存儲(chǔ)，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)操作結(jié)果進(jìn)行分析，若發(fā)現(xiàn)變異信息，則傳遞出警報(bào)信號(hào)，并將監(jiān)控端反饋的數(shù)據(jù)傳遞到遠(yuǎn)程客戶端，確保遠(yuǎn)程客戶端用戶采用IE瀏覽器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，所設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)效率和精度都較高，并且魯棒性也較高。

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