基于計算機網絡技術的遠程監(jiān)控系統(tǒng)應用

滕偉寧

（廣西物流職業(yè)技術學院，廣西 南寧 530007）

0 引 言

目前，計算機網絡技術在監(jiān)控領域得到了迅速推廣和應用。計算機網絡技術改變了遠程監(jiān)控系統(tǒng)的底層控制結構，通過構建更高性能的分布式監(jiān)控體系，不僅可以滿足異地控制要求，而且可以完成更大范疇的監(jiān)控資源共享，便于管理人員遠程干預現場，實現設備的遠程維護?；诖?，研究以計算機網絡技術為基礎的遠程監(jiān)控系統(tǒng)具有非常突出的現實意義。

1 基于計算機網絡技術的遠程監(jiān)控系統(tǒng)應用需求

1.1 安全性

安全性是基于計算機網絡技術遠程監(jiān)控系統(tǒng)應用的首要需求。根據計算機網絡技術的開放性特點，系統(tǒng)應具備拒絕非法用戶連接操作的特性。在用戶登錄時，系統(tǒng)服務器自動完成用戶信息與數據庫內存儲信息的比對，拒絕信息比對不一致的用戶登錄。同時系統(tǒng)可以在完成發(fā)送命令加密的基礎上，比對服務器解碼后命令與命令表的一致性，拒絕不準確的操作命令。

1.2 準確性

對于基于計算機網絡技術的遠程監(jiān)控系統(tǒng)而言，需要滿足準確監(jiān)控要求，借助數據流圖闡釋監(jiān)控內容，或者用結構化語言、判定樹與判定圖表示數據流的交換。同時根據作用、數據行為序列結構在目標軟件系統(tǒng)需求引導下進行實體行為準確標識，確保接口、模塊協調一致，同時模塊之間接口冗余度、復雜度更低[1]。

1.3 高效性

基于計算機網絡技術的遠程監(jiān)控系統(tǒng)應用時涉及網絡延遲、儀器設備延遲以及路徑延遲等多種延遲。其中，網絡延遲與路徑延遲不以人的意志為轉移。為了滿足系統(tǒng)運行的高效性要求，技術人員需要從減少命令數量、減少網絡內傳輸數據量等方面進行操作，如在用戶終端完成測試結構的計算與分析等。

2 基于計算機網絡技術的遠程監(jiān)控系統(tǒng)應用框架

搭建基于計算機網絡技術的遠程監(jiān)控系統(tǒng)應用框架時，技術人員應根據安全性、低能耗、簡潔化以及經濟性原則選擇適宜的操縱界面，搭建科學的人機交互結構。計算機網絡技術支撐下的遠程監(jiān)控系統(tǒng)能夠實現數據自動采集、存儲管理、遠程傳輸、分析處理以及網絡發(fā)布等功能，在邏輯結構上包括現場數據采集與遠程傳輸、基于Web的數據管理與應用、服務器端數據接收與存儲等部分，各部分組成如圖1所示。

圖1 計算機網絡技術支撐下的遠程監(jiān)控系統(tǒng)應用框架

現場數據采集與遠程傳輸部分由匯聚節(jié)點、帶有物聯網傳輸終端的嵌入式系統(tǒng)構成，負責從節(jié)點端進行現場數據采集，并經無線通信技術將現場采集的數據發(fā)送至主節(jié)點，經主節(jié)點向嵌入式系統(tǒng)傳遞，最終經通用分組無線業(yè)務（Gerneral Packer Radio Service，GPRS）網絡與計算機網絡對接，完成數據向遠程數據監(jiān)控中心的發(fā)送?；赪eb的數據管理與應用部分主要運行于Web服務器，基于ASP.NET動態(tài)網頁技術與Visual Studio.net 2018開發(fā)工具、C++語言開發(fā)而成的瀏覽器/服務器（Browser/Server，B/S）模式，用戶可以經客戶端瀏覽器訪問Web程序并讀取SQL Server數據庫內的實時數據、歷史記錄，同時根據需要下載相應內容[2]。

3 基于計算機網絡技術的遠程監(jiān)控系統(tǒng)應用實現

3.1 硬件配置

基于計算機網絡技術的遠程監(jiān)控系統(tǒng)硬件功能實現需要在通信電源配置的基礎上，配置具備防火墻/虛擬專用網絡（Virtual Private Network，VPN）功能的安全接入網關、網閘、支持無線功能的外置式光纖調制解調器與用于過程控制的OLE服務器設備[3]。根據現場實際情況，可以選用光纖到戶（Fiber To The Home，FTTH）、非對稱數字用戶線路等方式接入公網，為安全接入網關與公網連接提供樞紐，并在核心區(qū)防火墻與虛擬專用網絡（Virtual Private Network，VPN） 之 間 建 立IP Sec VPN通信鏈路。經公網向核心區(qū)數據服務器單向傳輸采集數據，配合現場、核心區(qū)多級網閘擺渡完成通信鏈路命令包的安全隔離，擺脫線路干擾，確保上下行不對稱傳輸帶寬下遠程數據傳輸的穩(wěn)定性。除此之外，技術人員可以直接借助具有防火墻/VPN功能的安全接入路由器完成固定IP與公網的連接，在核心區(qū)之間建立安全的通信鏈路，由核心區(qū)遠程診斷操作站經公網訪問現場網絡，同時經現場完成通信鏈路命令包物理隔離，并經核心區(qū)防火墻完成通信鏈路命令包的安全過濾。

在網絡配置的基礎上，技術人員應根據遠程數據收發(fā)、處理、協調以及調度要求進行采集端硬件配置。采集端硬件為無線傳感器（含Motolola實驗板GIMO-3、JN5139芯片、NodeBuilder的LTM-10模塊）和LonPoint DO輸出節(jié)點，可自動完成工作狀態(tài)實時采集或周期采集，同時根據動態(tài)路由協議將采集信息傳輸給上級計算機。傳感器結構為星型拓撲結構，主節(jié)點為全功能設備（Full Function Device，FFD），從節(jié)點則為簡化功能設備（Reduced Function Device，RFD）。而在服務中心，可根據需要同時連接若干模擬傳感器，將傳感器收集到的信息經網絡定時發(fā)送到匯聚節(jié)點，并經無線網絡、Internet傳輸給遠端[4]。

3.2 軟件設計

基于計算機網絡技術的遠程監(jiān)控系統(tǒng)軟件功能實現需要在Java編程語言內利用超文本標記語言（Hyper Text Marked Language，HTML）對遠程監(jiān)控數據格式、短消息編碼、命令進行設計。在基于計算機網絡技術的遠程監(jiān)控系統(tǒng)運行過程中，系統(tǒng)配置后可加電啟動，等待命令加入時鐘；管理員則可以經服務器發(fā)送啟動命令到網關節(jié)點，在網關節(jié)點符合啟動要求后完成串口初始化[5]。在要求延遲時間內加入網絡參數獲取短地址信息，根據節(jié)點類型配置本地鏈路地址，并向網關節(jié)點申請全局單播地址網絡前綴，將配置參數傳輸到服務器數據庫。在采集周期內，將節(jié)點采集信息實時匯聚到數據庫端，以數據包方式傳遞到服務器。

3.3 功能實現

3.3.1 監(jiān) 視

在監(jiān)視功能實現后，管理員可以完全掌握被監(jiān)視對象的歷史運行狀態(tài)、當前運行狀態(tài)，并根據參數設置對被監(jiān)視對象運行過程進行管理，避免被監(jiān)視對象運行失控。管理員可以同時監(jiān)視多個對象的運行狀態(tài)畫面，輪循顯示16個及以上被監(jiān)視對象的實時操作，及時發(fā)現被監(jiān)視對象運行異常情況。管理人員也可以自定義監(jiān)視選項，僅監(jiān)視部分對象的部分操作，提高監(jiān)視效率。

3.3.2 控 制

在控制功能實現后，管理員可以完善規(guī)范被監(jiān)控對象運行過程，并根據需要對被監(jiān)控對象運行流程進行限制，如限制被監(jiān)控對象訪問行為、封堵被監(jiān)控對象上網端口等。此外，還可以對全部硬件設備禁用紅外線、光驅與藍牙，確保被監(jiān)控設備規(guī)范運行。

3.3.3 管 理

在管理功能實現后，管理員可以對全部被監(jiān)控對象進行遠程管理。例如，管理員可以對被監(jiān)控對象的全部文件進行遠程復制、重命名、剪切、刪除、下載以及上傳等操作；對被監(jiān)控對象進行遠程重啟、關機或查看窗口列表、關閉窗口、關閉進程等操作。與此同時，管理員還可以對被監(jiān)控對象的周期運行效率進行匯總，直觀了解被監(jiān)控對象運行頻率、時長，并以餅圖或柱形圖表示，為制定管理方案提供依據[6]。

4 基于計算機網絡技術的遠程監(jiān)控系統(tǒng)應用場景

4.1 海上測控

海上測控是針對船舶及相關設備的監(jiān)測控制，基于船舶在塔標校期間對塔上設備點頻切換、增益控制、應答/信標切換、電平調整以及相應標志燈開/關等內容的實時控制需求，可以采用計算機網絡技術支撐下的遠程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)獨立于其他系統(tǒng)，傳輸帶寬較高、隱蔽性較好且抗干擾性較強，可以在較寬頻率范圍內發(fā)射無線電信號，并將發(fā)送端、接收端分別簡化為調頻與擴頻、解擴與解調。此時，接收端產生偽隨機碼序列，接收信號內偽隨機碼序列可滿足精確同步要求[7]?；跀[脫天線波束、作用距離限制的要求，可以利用標校網絡對外服務代替移動通信固定點對點服務，即將通信網卡插入船舶上計算機，與塔上計算機構建無線通信網，滿足船上計算機與塔上計算機的信息交互需求。此外還可以將普通網卡接入辦公自動化局域網，隔開無線通信網與辦公自動化局域網。相關人員可以登錄基于Windows Server 2016中文操作系統(tǒng)的標校網站，結合SQL Server 2016 數據庫系統(tǒng)對塔上標校設備進行控制，并在局域網點對點通信軟件上實時顯示標校過程中的設備狀態(tài)[8]。

4.2 環(huán)境監(jiān)控

在環(huán)境監(jiān)控場景中，通過分步驟集成軟件與硬件，可以根據傳感器配置情況遠程監(jiān)測1個主節(jié)點和若干從節(jié)點的參數。用戶僅需登錄網頁瀏覽器就可以瀏覽相關數據，并借助數據庫遠距離調用、在線圖表分析等功能獲知各環(huán)節(jié)因子隨時間變化的趨勢與空間分布情況，診斷環(huán)境適宜程度，為現場環(huán)節(jié)控制提供遠程咨詢服務，實現環(huán)境的精準化管理[9]。

4.3 通信電源監(jiān)控

計算機網絡技術支撐下的遠程監(jiān)控系統(tǒng)為通信電源監(jiān)控提供了充足支持，可以對智能開關電源運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，并針對異常狀態(tài)發(fā)出報告，如開關跳閘等。同時執(zhí)行監(jiān)控中心命令進行智能開關遠程控制，確保監(jiān)控交流配電盤電壓、電流穩(wěn)定。在實際應用中，監(jiān)控系統(tǒng)的運行依賴于市電電源，可以實時采集被監(jiān)控系統(tǒng)的信息數據，將采集信息傳遞給上級計算機。在上級計算機內根據設備歷史監(jiān)測信息完成被監(jiān)控設備運行狀態(tài)的全面分析，及時報送告警信息，并根據上級計算機控制命令進行被控制設備信息數據的配置和相關文件的刷新[10]。

5 結 論

基于計算機網絡技術的遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要用于遠端監(jiān)視控制，包括遠程控制設備、監(jiān)測被控設備、完成設備遠程操作維護等。為了實現遠程監(jiān)控功能，技術人員應選擇適宜的計算機網絡技術，以視頻圖像為反饋模式制定數據傳遞間隔機制，并根據運行需求進行系統(tǒng)升級。根據網絡監(jiān)測要求，借助消息模擬技術將信息運算分析結果反饋到系統(tǒng)場景中，提高應用程序的運行效率。