于述春 林 晶

(懷化學(xué)院計算機工程系 湖南 懷化 418000)

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智能終端與Web通信的可擴展性優(yōu)化

于述春 林 晶

(懷化學(xué)院計算機工程系 湖南 懷化 418000)

在基于Web的遠程智能水務(wù)管理系統(tǒng)中,Web服務(wù)器與遠程智能水表的通信問題可能會影響系統(tǒng)的可擴展性。為此，提出利用Windows消息隊列作為在Web服務(wù)器與遠程智能水表之間進行通信的中間渠道，它們間的通信采用異步頁面技術(shù)。實驗結(jié)果表明，系統(tǒng)可擴展性有較大改善。

Windows消息隊列 遠程智能水表 可擴展性

0 引 言

基于GPRS+工業(yè)網(wǎng)絡(luò)對遠程智能水表的數(shù)據(jù)采集已經(jīng)有許多研究[2-7]，他們所采用的軟件平臺大多基于C/S模式，對于目前不支持TCP/IP協(xié)議通信的智能終端，它采用基于GPRS+工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的通信方式，如何將他們集成到Web系統(tǒng)有很現(xiàn)實的意義。

1 問題的提出

在GPRS+工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方式下，每個智能終端分配有一個物理地址，通過RS485連接到DTU，每個DTU也有自己的一個GSM下的地址。

客戶機與智能終端進行通信完成一次請求的標準處理過程如下所示：

客戶機發(fā)起請求；

服務(wù)器接收請求；

服務(wù)器組裝命令串；

服務(wù)器向設(shè)備發(fā)送命令串；

服務(wù)器接收設(shè)備返回數(shù)據(jù)；

服務(wù)器生成響應(yīng)返回給客戶機。

在“服務(wù)器向設(shè)備發(fā)送命令串”與“服務(wù)器接收設(shè)備返回數(shù)據(jù)”之間，可能會因為設(shè)備所處環(huán)境問題，導(dǎo)致較大的通信時延(可能會有十幾秒，如果經(jīng)過大約15秒，還未收到數(shù)據(jù)，認為設(shè)備沒有返回數(shù)據(jù)或通信異常)。在整個Web系統(tǒng)訪問量不大時，這只會使每個訪問請求的響應(yīng)延遲，但系統(tǒng)的可擴展性一定不好。

系統(tǒng)中除了需要與智能終端進行通信的Web請求外，還存在其他不需要與智能終端進行通信的Web請求，可擴展性差會影響這類請求的延遲。因此，我們需要對那些需要與智能終端進行通信的Web請求進行特殊處理，以優(yōu)化那些不需要與智能終端進行通信的Web請求處理的響應(yīng)時間。

在Web客戶端與智能終端的Web請求處理與響應(yīng)過程中，客戶端與Web服務(wù)器通信采用同步方式，Web服務(wù)器與智能終端的通信采用異步方式。

在這種方式中，客戶請求被Web服務(wù)器線程池中的一個線程所接收，在需要與智能終端通信時，調(diào)用異步方法，使用ASP.NET的異步頁面技術(shù)，釋放剛才那個線程回到線程池；在等待智能終端返回數(shù)據(jù)的過程中，沒有線程被阻塞；在智能終端返回數(shù)據(jù)時，再從線程池中調(diào)度另一個線程進行后續(xù)處理，從而使系統(tǒng)具有更好的可擴展性。

2 Web與遠程智能水表通信的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 消息隊列

Web服務(wù)器與遠程智能水表間的通信采用異步方式，可通過幾種不同途徑來實現(xiàn)。由于第三方提供的通信接口未提供異步實現(xiàn)方式，因此，常規(guī)的C#中的BeginXXX異步方法無法在這里采用。因此，需要有某種可為多個進程或線程訪問的緩沖方式來暫存待發(fā)送的數(shù)據(jù)以及所接收到的數(shù)據(jù)。我們選擇消息隊列[11]作為緩沖，由相關(guān)進程進行操作。發(fā)送命令和接收響應(yīng)消息的兩個線程放在一個Windows服務(wù)中，如圖1所示。

圖1 用消息隊列實現(xiàn)的異步通信框架圖

整個異步通信方式的架構(gòu)如下：

Windows服務(wù)中的接收線程對接收到的消息進行第一步的檢查，只有那些經(jīng)本系統(tǒng)的無線訪問點返回的消息才寫入接收消息隊列。

Web頁面檢查從接收消息隊列中收到的消息，確定是否為本頁面所期望的響應(yīng)消息。由于可能會同時存在多個Web頁面從接收消息隊列中接收，因此，在Web服務(wù)器中建立一個hashtable，存放所有從接收消息隊列中收到的消息，這可在global.asax中定義。

2.2 異步Web頁面技術(shù)及數(shù)據(jù)的收發(fā)

異步頁面技術(shù)的基本思想是：在Web頁面的Page_Load事件中通過調(diào)用頁面的AddOnPreRenderCompleteAsync()方法來設(shè)置異步處理的BeginXXX和EndXXX方法。Web服務(wù)器中處理客戶請求的線程在調(diào)用BeginXXX方法后會立即返回，并返回一個IAsyncResult對象，在這個BeginXXX方法中可設(shè)置一個回調(diào)函數(shù)。在回調(diào)函數(shù)中調(diào)用EndXXX方法，這樣這個處理客戶請求的線程會立即返回線程池中，繼續(xù)為其他客戶請求服務(wù)；在異步處理結(jié)束后，再由另外一個線程來接收數(shù)據(jù)，更新頁面。

從頁面生命周期來看，同步頁面與異步頁面的區(qū)別如圖2所示。

圖2 同步頁面與異步頁面中的線程

其中，同步頁面中一個IIS線程池中的線程負責從接收請求到向客戶發(fā)送響應(yīng)的全過程。如果在請求處理中有費時間的I/O操作，那么，整個線程將被阻塞在I/O操作；異步頁面中，一個IIS線程池中的線程負責接收請求，到PreRender為止的上部過程，中間調(diào)用異步操作，此時線程thread1返回線程池，準備為其他客戶服務(wù)；在異步操作返回后，再由線程池中的另一個線程thread2負責下部的處理，從而將線程從等待I/O操作中解放出來。

在那些需要與遠程智能水表通信以完成Web請求處理的頁面中，我們采用異步頁面技術(shù)。

2.3 啟動消息隊列的Windows服務(wù)

與智能終端通信的Windows服務(wù)的功能包括：創(chuàng)建兩個消息隊列，一個用于暫存命令串的發(fā)送，即發(fā)送消息隊列，另一個用于暫存返回數(shù)據(jù)的接收，即接收消息隊列；同時啟動兩個線程，一個線程專門負責監(jiān)聽發(fā)送消息隊列，有消息時即讀取消息，并將消息命令串通過調(diào)用通信接口發(fā)送到智能終端；另一個線程專門負責接收智能終端返回的數(shù)據(jù)，并將那些屬于本系統(tǒng)的智能終端返回的數(shù)據(jù)組成一個接收消息放置到接收消息隊列中。Windows服務(wù)設(shè)置為開機自動啟動運行。

3 實驗與結(jié)果分析

實驗環(huán)境：硬件采用雙核CPU、內(nèi)存2 GB的PC機，操作系統(tǒng)為Windows XP，安裝Windows 消息隊列組件。Windows服務(wù)和Web系統(tǒng)部署于同一臺PC機上，所創(chuàng)建的消息隊列也位于該PC機，Web服務(wù)器為IIS6.0，并將同步頁面部署在配置完全相同的PC機上。

測試時，將Web服務(wù)器部署在該機器的IIS上，用另兩臺PC機作為測試機，通過腳本方式發(fā)起測試請求，一部分請求是與遠程智能水表有關(guān)的，另一部分是與它無關(guān)的，然后計算平均響應(yīng)時間，如圖3所示。

圖3 異步與同步處理的響應(yīng)時間

結(jié)果表明：在訪問量少時，同步響應(yīng)時間比異步響應(yīng)時間要小，但隨著訪問量的增加，同步響應(yīng)時間急劇增大，而異步響應(yīng)時間則小于同步響應(yīng)時間。

可擴展性與系統(tǒng)可容納的并發(fā)訪問量有關(guān)，在同步方式下，隨著總的訪問量的增加，其響應(yīng)時間也急劇增加。因此在并發(fā)訪問量達到某個度后，同步方式下對于更多的并發(fā)訪問將無法給予響應(yīng)，而異步方式下卻可給予雖然較慢但仍可接受的響應(yīng)。

4 結(jié) 語

隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，將會有越來越多的智能終端通過Web技術(shù)進行訪問[13-15]。當訪問Web服務(wù)器的用戶數(shù)增加時，Web服務(wù)器的性能將成為一個瓶頸。為改善Web服務(wù)器的性能，本文提出基于異步頁面和消息隊列構(gòu)建的Web和遠程智能水表的通信的技術(shù)。當系統(tǒng)訪問量增加時，可以將Web服務(wù)器與Windows服務(wù)分別部署在兩臺機器上，消息隊列在Web服務(wù)器所在機器上。付出的代價是Windows服務(wù)訪問消息隊列需要通過網(wǎng)絡(luò)進行。只要保證消息隊列在Web服務(wù)器所在網(wǎng)段，且發(fā)送消息隊列與接收消息隊列都是唯一的，那么，系統(tǒng)可具有較大的可擴展性。

在頁面向智能終端發(fā)送命令時，可通過在準備接收消息時設(shè)置一個超時值，可在某個時間內(nèi)知道發(fā)送是否成功。如果對于每個消息，設(shè)置一個最大發(fā)送次數(shù)，且只有在接收到此消息的返回時才從發(fā)送消息隊列中刪除相應(yīng)消息，還可處理因外界因素導(dǎo)致智能終端通信臨時異常的情況。

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SCALABLE OPTIMISATION FOR COMMUNICATION BETWEEN INTELLIGENT TERMINAL AND WEB

Yu Shuchun Lin Jin

(Department of Computer Science and Engineering,Huaihua University,Huaihua 418000,Hunan,China)

In Web-based remote intelligent water supplies management systems,the problem in communication between Web server and remote intelligent device may affect system’s scalability.Therefore we proposed the solution,it uses Windows message queue as the middle channel of the communication between Web server and remote intelligent water meter,and the asynchronous page technique is employed in the communication between them.Experimental result showed that system’s scalability has been greatly improved.

Windows message queue Remote intelligent water meter Scalability

2015-10-16。湖南省科技項目計劃(2014KP0083)。于述春，講師，主研領(lǐng)域：計算機網(wǎng)絡(luò)，計算機視覺。林晶,高工。

TP39

A

10.3969/j.issn.1000-386x.2016.11.075