孫 磊周志坤張成玉

1.中國海洋大學信息科學與工程學院；2.阿爾伯塔大學 農(nóng)業(yè)、生命及環(huán)境科學學院加拿大；3.中國海洋大學 信息科學與工程學院

基于混合服務模式的遠程監(jiān)控系統(tǒng)

孫 磊1周志坤2張成玉3

1.中國海洋大學信息科學與工程學院；2.阿爾伯塔大學 農(nóng)業(yè)、生命及環(huán)境科學學院加拿大；3.中國海洋大學 信息科學與工程學院

以前的監(jiān)控系統(tǒng)主要是在現(xiàn)場配備一臺計算機進行現(xiàn)場監(jiān)控，目前的監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)進展為通過網(wǎng)絡技術在遠端進行遠程監(jiān)控。遠程監(jiān)控系統(tǒng)是現(xiàn)代網(wǎng)絡通訊技術與現(xiàn)代科學技術聯(lián)合產(chǎn)生的一個重要技術產(chǎn)物。在監(jiān)控對象數(shù)量較大，地域分布相對零散，并且監(jiān)控系統(tǒng)平臺多樣性的情況下，采用遠程監(jiān)控技術是一個很好的解決方案。利用監(jiān)控系統(tǒng)，能為構建一個安全、便利、舒適的監(jiān)控環(huán)境提供有力保障。本文針對目前監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題，提出了一種基于ActiveMQ 和Web Service混合模式的遠程監(jiān)控系統(tǒng)。

基于混合服務模式的遠程監(jiān)控系統(tǒng)通過定義的Web Service接口，將不同地域的監(jiān)控站點，不同廠商的監(jiān)控系統(tǒng)集成到一個統(tǒng)一的監(jiān)控系統(tǒng)中進行集中查看與操作。利用ActiveMQ的可靠、高效、及時的特性，實現(xiàn)報警信息的快速報告。實現(xiàn)對監(jiān)控站點、設備、設備參數(shù)的動態(tài)配置，適應三者的變化，方便系統(tǒng)的維護與擴展。

總體設計

本系統(tǒng)的架構主要分為三個層次，從下到上依次是：數(shù)據(jù)采集層、管理層、應用層。相鄰的層之間通過標準接口來傳遞信息，如圖1所示。本系統(tǒng)的這三層架構都執(zhí)行一個相互分離的明確的關注點，即系統(tǒng)中的每一層都提供了一個不同形式的功能，并具有高度的自治權。每一層都實現(xiàn)了接口與實現(xiàn)的分離，外層只關注接口的定義，層內(nèi)部只關注接口的實現(xiàn)，這樣在某一層發(fā)生變化時，接口保持不變，其他層不會受到影響。

圖1　總體框架

詳細設計

本監(jiān)控系統(tǒng)按照模塊間要松耦合，模塊內(nèi)要高內(nèi)聚的原則把系統(tǒng)調(diào)整為如圖2所描述的四個模塊。

報警管理模塊設計

報警管理模塊負責監(jiān)控報警信息，當監(jiān)控環(huán)境發(fā)生警情時，報警探測器采集到報警信息，將報警信息傳送至系統(tǒng)前臺。前臺會以聲音和發(fā)光閃耀的形式提醒相關人員，在前臺可以查看所有站點和分站點的報警信息，還能夠?qū)λ械膱缶畔⑦M行查看。用戶報警信息設置包括：報警參數(shù)設置、報警等級設置、報警方式設置。圖3描述了報警管理模塊的詳細結構。

報警采集負責實時采集報警信息的傳感器：煙感、火感、水浸等信息。根據(jù)這些信息判斷是否有警情發(fā)生，如果發(fā)生警報情況，通過報警信息發(fā)送模塊將報警數(shù)據(jù)發(fā)送至服務器，前臺界面會在醒目的地方顯現(xiàn)報警信息。報警包含兩種方式顯示：所有站點的報警和分站點的報警。歷史報警查看是根據(jù)用戶輸入的時間段和監(jiān)控站點等信息查看相應的報警數(shù)據(jù)。報警參數(shù)設置是設置報警探測器值的上下限，報警探測器的增加、刪除。報警等級設置是設置報警情況的等級，它包含緊急報警、重要報警和一般報警。報警方式設置是設置短信和郵件的自由組合，全選或者選其一。

圖2　功能模塊圖

圖3　報警管理模塊結構　

圖4　站點監(jiān)控模塊結構

圖5　系統(tǒng)配置模塊結構　

圖6　監(jiān)控站點、設備和設備參數(shù)關系

圖7　系統(tǒng)集成模塊結構

站點監(jiān)控模塊設計

站點監(jiān)控模塊負責對各監(jiān)控站點的查看與管理，包括：地圖導航、數(shù)據(jù)曲線、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)下載、數(shù)據(jù)備份、實時數(shù)據(jù)、用戶管理。圖4描述了站點監(jiān)控模塊的結構。

地圖導航根據(jù)各監(jiān)控站點的經(jīng)緯度在地圖上顯示各監(jiān)控站點的位置，點擊相應的監(jiān)控站點，可以查看監(jiān)控站點的所有信息。數(shù)據(jù)曲線是以曲線的形式顯示監(jiān)控站點下監(jiān)控設備的傳感參數(shù)的數(shù)值。數(shù)據(jù)查詢可以查看各個傳感參數(shù)的所有數(shù)據(jù)，用戶可以選擇時間段和傳感參數(shù)，把相應的數(shù)據(jù)下載在本地。系統(tǒng)會定時對監(jiān)控數(shù)據(jù)進行備份，防止數(shù)據(jù)丟失，還能夠查看傳感參數(shù)的實時數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)配置模塊設計

系統(tǒng)配置模塊主要負責監(jiān)控對象的動態(tài)管理。本模塊的功能是通過配置操作即可適應監(jiān)控對象的：添加、修改、刪除需求。系統(tǒng)配置模塊包括：監(jiān)控站點管理，設備管理，設備參數(shù)管理。圖3～圖7描述了系統(tǒng)配置模塊的結構。

監(jiān)控站點、監(jiān)控設備和監(jiān)控設備參數(shù)三者之間的關系是父與子的關系。即監(jiān)控站點下有多個設備，每個設備有多個參數(shù)。三者之間的關系圖如圖6所示。

系統(tǒng)集成模塊設計

系統(tǒng)集成模塊負責將不同廠商的監(jiān)控系統(tǒng)集成到本系統(tǒng)中來，在一個平臺下統(tǒng)一對整個監(jiān)控環(huán)境進行監(jiān)控管理。圖7描述了系統(tǒng)集成模塊的結構。

各個廠商的監(jiān)控系統(tǒng)只要按照定義的標準接口便可以方便集成到本監(jiān)控系統(tǒng)中。

圖8　發(fā)布/訂閱模型中目標主題屬性

數(shù)據(jù)訪問接口設計

數(shù)據(jù)訪問接口是管理層和應用層之間進行數(shù)據(jù)請求和反饋的標準通道。接口分為兩種類型：Web Service接口和ActiveMQ接口。其中Web Service接口用于獲得監(jiān)控對象信息以及監(jiān)控設備數(shù)據(jù)；ActiveMQ接口用于獲得監(jiān)控的報警數(shù)據(jù)。下面分別描述接口的設計。

Web Service是一個面向服務編程的架構，它不依賴于語言和平臺，通過提供定義好的標準接口，可以讓不同的應用程序集成到一起，異構的應用程序可以相互訪問，在一定程度上大大減小了各個模塊之間的耦合度。相關人員只需要通過WSDL就能夠查看服務接口的信息。

ActiveMQ是面向消息的中間件，他能夠跨語言、跨平臺，為使用者提供可靠、高效、穩(wěn)定的消息通信，同時也降低了使用者之間的耦合度。ActiveMQ提供兩種消息模型：點對點模型（Point－to－Point）和發(fā)布/訂閱模型（Publish/Subscribe）。本監(jiān)控系統(tǒng)選擇一對多的發(fā)布/訂閱模型，為后續(xù)要添加的消費者提供預留空間，以體現(xiàn)系統(tǒng)的擴展性。圖8描述了發(fā)布/訂閱模型中目標主題的屬性。

系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)集成

本監(jiān)控系統(tǒng)將不同地域的監(jiān)控站點、不同平臺的監(jiān)控系統(tǒng)集成到一起。圖9描述了系統(tǒng)的首頁，最左側(cè)是所有的監(jiān)控站點名稱，在監(jiān)控站點下顯示所有的設備信息。首頁的菜單欄包括：首頁、報警查詢、站點數(shù)據(jù)、報警設置、用戶管理、系統(tǒng)配置。右上方是報警等級的圖例說明，圖例下面以文本的方式顯示當前的報警信息，當有報警信息時，上方的報警指示燈會發(fā)光，同時發(fā)出報警音樂。中間是監(jiān)控站點的地圖導航。

圖9　系統(tǒng)集成

圖10　查看歷史報警信息

報警管理

啟動ActiveMQ服務，輸入URL，進入鏈接之后輸入用戶名和密碼，可以查看ActiveMQ的目標主題以及目標主題的消費者數(shù)量，發(fā)送消息的總數(shù)，接收消息的總數(shù)?？梢圆榭礆v史報警信息，對報警信息進行設置，如圖10所示。

站點監(jiān)控

監(jiān)控站點的地圖導航如圖12所示，站點在地圖上根據(jù)經(jīng)緯度以錨點的形式顯示。通過滾動鼠標軸可以實現(xiàn)放大縮小地圖，用鼠標左鍵可以控制地圖的移動，當鼠標移動到某一個站點的時候顯示該站點的名稱和經(jīng)緯度，用戶可以查看監(jiān)控數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)曲線和數(shù)據(jù)列表。

圖11　監(jiān)控站點的地圖導航

圖12　監(jiān)控站點管理

系統(tǒng)配置

實現(xiàn)對監(jiān)控站點、監(jiān)控設備和設備參數(shù)的管理。如圖12所示，監(jiān)控站點管理每個站點所顯示的信息有：名稱、注冊時間、地址、經(jīng)度、緯度、描述信息。點擊“添加”按鈕，出現(xiàn)新窗口實現(xiàn)加入新站點操作。在執(zhí)行刪除站點時，其中刪除操作支持多項選擇刪除。點擊“修改”按鈕，會出現(xiàn)相應的窗口，完成對現(xiàn)有的站點信息的修改。點擊“確定”按鈕，會保存所有更改操作。點擊“取消”按鈕，會放棄所有更改。

總結

近幾年，遠程監(jiān)控系統(tǒng)朝著更高級的應用和網(wǎng)絡通信技術應用的方向發(fā)展，本文根據(jù)遠程監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的網(wǎng)絡化趨勢，總結分析目前遠程監(jiān)控系統(tǒng)暴露出的問題，提出了一種適用于機房監(jiān)控、工業(yè)生產(chǎn)控制等類似工程的集成化的遠程監(jiān)控系統(tǒng)的解決方案，即基于ActiveMQ和Web Service混合模式的遠程監(jiān)控系統(tǒng)。

將系統(tǒng)按功能劃分為四個模塊：報警管理、站點監(jiān)控、系統(tǒng)配置、系統(tǒng)集成。其中報警管理模塊可以實現(xiàn)對報警信息級別和參數(shù)的設置，報警信息的發(fā)送和接收通過ActiveMQ實現(xiàn)，可以滿足報警信息的并發(fā)，報警準確率基本達到100%，報警信息持久保存永遠不丟失。報警信息還能夠借助短信、郵件發(fā)送給相關人員。

站點監(jiān)控模塊采用GMAP.NET地圖控件實現(xiàn)了監(jiān)控站點的地圖導航，為用戶提供了按時間段進行數(shù)據(jù)下載的服務，應用操作系統(tǒng)自帶的任務計劃按照備份方法定時進行數(shù)據(jù)備份，用戶可以實時查看監(jiān)控數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)走向還能夠以數(shù)據(jù)曲線的直觀方式展示。

系統(tǒng)配置模塊采用XML技術實現(xiàn)了對監(jiān)控站點、設備、設備參數(shù)的動態(tài)配置，配置操作能自動執(zhí)行數(shù)據(jù)庫的更行，重啟系統(tǒng)即可查看配置結果。

系統(tǒng)集成模塊采用Web Service技術完成了把不同地域的站點，不同廠商的監(jiān)控系統(tǒng)集成到一起集中查看與管理，在數(shù)據(jù)傳輸過程中采用JSON技術，方便傳輸、利于轉(zhuǎn)換、占用帶寬小。