基于Java EE多層框架的實時監(jiān)測系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

魏志軍，周肖樹，路良剛

（北京理工大學珠海學院，廣東珠海519088）

在現(xiàn)代自動化技術(shù)和計算機技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，設備監(jiān)控及檢測技術(shù)也都實現(xiàn)了智能化及計算機化，計算機的實時分析、檢測及自動控制在實際的生產(chǎn)環(huán)境中被廣泛使用。計算機網(wǎng)絡技術(shù)發(fā)展及使用為社會行業(yè)生產(chǎn)、設備在生產(chǎn)過程中的遠程檢測、集中管理及分析提供了一定的條件，并且還能夠有效提高社會的工作效率[1]?，F(xiàn)代市場中的大型企業(yè)及生產(chǎn)基地都在不同的地理位置中所分布，在傳統(tǒng)管理方式中，主要是根據(jù)定期的報表、運行總結(jié)的傳送等多種方式得到生產(chǎn)的實際信息，為了能夠有效提高管理遠程維護及實時性，此種報表是無法實現(xiàn)的，要將市場及工業(yè)生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)對總部進行發(fā)送，從而有效實現(xiàn)在線管理[2]。傳統(tǒng)市場監(jiān)測系統(tǒng)是利用網(wǎng)絡對總部傳送生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并且在其中安裝監(jiān)控軟件，從而能夠?qū)⑸a(chǎn)運行的情況充分的展現(xiàn)出來?，F(xiàn)代化的管理要能夠為工作人員提供全面的全力，使其能夠掌握信息，實現(xiàn)遠程的故障診斷、辦公、維護、設備管理及指揮調(diào)度[3]?；诖?，本文就根據(jù)市場控制信息及工業(yè)生產(chǎn)的特點，提出了基于Java EE多層架構(gòu)的實時監(jiān)測系統(tǒng)。

1　多層軟件的體系結(jié)構(gòu)

圖1　網(wǎng)絡應用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式

多層框架的主要優(yōu)勢為：

1）客戶端瀏覽界面統(tǒng)一，能夠根據(jù)相應的需求在服務器中實現(xiàn)不同頁面的設計，利用在線遠程實現(xiàn)網(wǎng)頁的下載，從而有效滿足不同用戶需求[4]；

2）瀏覽器中的應用服務器及應用程序能夠?qū)崿F(xiàn)響應及請求信息的傳送；

八是各區(qū)域交易所開拓新業(yè)務。國家發(fā)改委明確了全國碳市場的交易平臺由上海環(huán)境能源交易所（其為上海碳市場的交易平臺）牽頭搭建，其他碳市場的交易所不會在全國碳市場中承擔交易平臺的責任。因此，在2017履約年度，除常規(guī)的交易及履約等，大多數(shù)交易所進行了適度轉(zhuǎn)型并開拓新業(yè)務，如廣州碳排放權(quán)交易所拓展新能源融資平臺、天津排放權(quán)交易所及北京環(huán)境交易所隨著螞蟻金服的入股拓展綠色金融業(yè)務等。

3）使用多層架構(gòu)能夠分離應用邏輯層及交互界面，有效提高系統(tǒng)可伸縮性，實現(xiàn)應用邏輯的共享，系統(tǒng)客戶性較高；

4）提高了系統(tǒng)的負載均衡、連接緩沖及安全管理等功能，并且提高系統(tǒng)頁面的可擴展性、安全性及靈活性[5]。

2　Java EE多層框架的含義

使用Java EE多層框架能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的分層，包括表示層、數(shù)據(jù)持久層及業(yè)務邏輯層。

其一，表示層的主要目的就是對用戶請求進行處理，并且向業(yè)務邏輯層的的對象進行轉(zhuǎn)發(fā)，之后接收業(yè)務邏輯層結(jié)構(gòu)，在客戶端進行顯示?，F(xiàn)代大型的系統(tǒng)頁面比較復雜，如何能夠?qū)Ω鱾€網(wǎng)頁之間流轉(zhuǎn)的開發(fā)尤為重要。表示層中的Struts標準能夠利用配置文件實現(xiàn)系統(tǒng)多個部分的流轉(zhuǎn)聯(lián)系，這對于系統(tǒng)的后期維護具有重要的意義。Struts簡單來說就是MVC框架，在Struts框架中能夠?qū)崿F(xiàn)信息資源的相互整合，開發(fā)人員能夠通過其進行開發(fā)，有效的節(jié)約了時間[6]。圖2為Struts的MVC框架的開發(fā)。

圖2　Struts的MVC框架的開發(fā)

其二，業(yè)務層框架的主要目的就是實現(xiàn)業(yè)務層邏輯對象的管理，其中的邏輯對象管理主要包括分布式管理、事務管理及生命周期管理，并且還要對邏輯對象調(diào)用關(guān)系進行維護，以此能夠便于開發(fā)。圖3為業(yè)務框架中的Spring框架實現(xiàn)。

圖3　業(yè)務框架中的Spring框架實現(xiàn)

其中的Spring框架是根據(jù)自身實際項目經(jīng)驗描寫的輕量級框架，和Java EE框架相比，其維護較為簡單，并且速度較快、分層較為清晰、代碼較少，還能夠支持最新AOP和ORM技術(shù)。Spring框架能夠有效實現(xiàn)系統(tǒng)組織中間層對象，避免出現(xiàn)中間層對象創(chuàng)建使用較為緊密的問題，并且還消除了多種格式需求，在使用過程中能夠通過一種方式實現(xiàn)配置[7]。

其三，數(shù)據(jù)持久層的目的就是實現(xiàn)實現(xiàn)項目安全、高層、并發(fā)且統(tǒng)一的數(shù)據(jù)持久機制，實現(xiàn)其中數(shù)據(jù)的可編程工作，并且還為系統(tǒng)業(yè)務邏輯層提供相應的服務。數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)訪問方式能夠使其他的工作人員避免了使用手工編寫程序的方式，重視業(yè)務邏輯開發(fā)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)添加、修改、刪除及查看等多種功能的優(yōu)化[8]。圖4就是數(shù)據(jù)持久層的創(chuàng)建。

3　以Java EE為基礎(chǔ)的實時監(jiān)測系統(tǒng)設計

圖4　數(shù)據(jù)持久層的創(chuàng)建

工業(yè)控制系統(tǒng)主要包括傳感器、控制工作站、智能儀表等部分構(gòu)成，實現(xiàn)測試點設備及生產(chǎn)狀態(tài)過程中數(shù)據(jù)進行實時的收集，利用數(shù)據(jù)服務器及網(wǎng)絡廣播等多種形式進行發(fā)送，其具有較強的實時性，并且在應用過程中具有復雜的邏輯性。在實現(xiàn)系統(tǒng)設計的過程中，根據(jù)靈活結(jié)構(gòu)及便于維護等多方面的原則，實現(xiàn)遠程顯示系統(tǒng)功能的分解，并且確定動態(tài)的頁面表達、制作及數(shù)據(jù)的實時處理、收集及服務等功能，網(wǎng)絡實時檢測系統(tǒng)使用Java EE多層框架，圖5為基于Java EE多層框架實時監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，其中主要包括監(jiān)測頁面、應用服務器、web服務器、數(shù)據(jù)庫、驅(qū)動器、數(shù)據(jù)庫服務器、頁面制作等。在實際使用的過程中，web服務器、數(shù)據(jù)服務器及應用服務器能夠在計算機系統(tǒng)中共同存在[9]。

圖5　基于Java EE多層框架實時監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

4　實時監(jiān)測系統(tǒng)的模塊設計

4.1　數(shù)據(jù)收集模塊

數(shù)據(jù)收集模塊的主要目的就是實現(xiàn)和控制系統(tǒng)的相互連接，實現(xiàn)控制系統(tǒng)設備和生產(chǎn)運行過程中信息數(shù)據(jù)的在線收集，在自動控制系統(tǒng)中使用異步通信端口、文本文件、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、網(wǎng)絡廣播等多種方式實現(xiàn)信息的實時傳輸，不同控制子系統(tǒng)的存儲媒體、數(shù)據(jù)傳輸格式及收集方式都并不相同，所以，數(shù)據(jù)收集層主要包括多個驅(qū)動組件實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集和轉(zhuǎn)換[10]。圖6為數(shù)據(jù)收集層的結(jié)構(gòu)設計。

圖6　數(shù)據(jù)收集層的結(jié)構(gòu)設計

4.2　數(shù)據(jù)服務器

數(shù)據(jù)服務器是在控制系統(tǒng)之外獨立運行的實時數(shù)據(jù)服務系統(tǒng)，也是自動控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡檢測使用的橋梁，其能夠有效實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時生產(chǎn)和加工、存儲、管理及發(fā)送等多種功能，數(shù)據(jù)服務器主要包括服務利程、處理利程、數(shù)據(jù)定義管理、實時數(shù)據(jù)庫等組件[11]，圖7為數(shù)據(jù)庫服務器的結(jié)構(gòu)。

圖7　數(shù)據(jù)庫服務器的結(jié)構(gòu)

4.3　應用服務器

應用服務器的主要目的就是實現(xiàn)頁面服務及管理的功能，其屬于并發(fā)中間件，接收頁面動態(tài)數(shù)據(jù)的服務請求，根據(jù)頁面中的數(shù)據(jù)對象對數(shù)據(jù)服務器提交相應的請求，從而得到數(shù)據(jù)，之后將數(shù)據(jù)進行打包，對客戶瀏覽器進行發(fā)送，其還具有數(shù)據(jù)共享、實時傳輸、服務管理等功能。應用服務器主要包括客戶注冊管理、頁面服務、端口守護及數(shù)據(jù)對象服務管理構(gòu)成，端口守護的主要目的就是對服務端口進行監(jiān)聽，在出現(xiàn)服務請求的時候，就將頁面服務線程進行啟動，根據(jù)相應的請求數(shù)據(jù)對象實現(xiàn)服務器數(shù)據(jù)線程收集數(shù)據(jù)的觸發(fā)，之后將實時的數(shù)據(jù)對客戶端進行發(fā)送，其還具有并發(fā)機制的在線服務，頁面請求的不同，其頁面服務線程也各不相同[12]。圖8為應用服務器的結(jié)構(gòu)。

圖8　應用服務器的結(jié)構(gòu)

5　系統(tǒng)的通信模塊設計

系統(tǒng)通信模塊的結(jié)構(gòu)詳見圖9，系統(tǒng)主要使用DSP作為主控芯片，其不僅能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的收集，還能夠?qū)崿F(xiàn)模塊的功能配置，因為數(shù)據(jù)收集任務是利用板卡實現(xiàn)，所以其中的板卡硬件電路接口主要是通過非本文工作實現(xiàn)，只是利用了其中的部分功能[13]。

圖9　系統(tǒng)通信模塊的結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡模塊硬件連接和軟件程序都和DSP具有密切的聯(lián)系，在實現(xiàn)系統(tǒng)通信模塊設計的過程中，其中的芯片是使用美國公司具有浮點處理器的芯片，其不僅能夠支持原有DSP優(yōu)勢，其還能夠?qū)崿F(xiàn)復雜浮點運算，并且還能夠?qū)崿F(xiàn)代碼執(zhí)行時間及存儲空間的節(jié)約，而且功耗還比較低，具有較高的精度，成本也比較低，外部具有較大的程序數(shù)據(jù)存儲量，A/D的轉(zhuǎn)換不僅較快，而且精準[14]。

通信模塊的軟件設計是通過CCStdio環(huán)境使用C語言進行開發(fā)，并且能夠通過CCS實現(xiàn)代碼的編寫、仿真調(diào)試及文件燒寫，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)不使用硬件的仿真[15-17]。圖10為通信模塊軟件的整體流程。

6　結(jié)束語

圖10　通信模塊軟件的整體流程

文中所研究的實時檢測系統(tǒng)主要是使用Java EE多層框架進行實現(xiàn)，使用開源框架對系統(tǒng)典型模塊進行設計，將此種開源框架進行相互的結(jié)合，不僅能夠有效提高企業(yè)應用系統(tǒng)在開發(fā)過程中的效率，還能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)可測試性及維護便捷性的進一步提高。通過本研究系統(tǒng)的使用，其能夠有效滿足現(xiàn)代企業(yè)市場的需求，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還能夠?qū)崿F(xiàn)工作設備運行的實時檢測。但是，本文所研究的內(nèi)容還需要進一步的完善，值得相關(guān)研究人員進一步的深入研究。

參考文獻：