劉永斌，李宥謀，王 濤，趙成青

(西安郵電大學(xué) 計算機學(xué)院，陜西 西安 710000)

0 引 言

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及信息技術(shù)的快速發(fā)展，儀器儀表的測控技術(shù)領(lǐng)域發(fā)生了巨大變化，出現(xiàn)了以LXI總線為基礎(chǔ)的測控技術(shù)。LXI網(wǎng)絡(luò)儀器是一種結(jié)構(gòu)化、模塊化的儀器系統(tǒng)，儀器中各模塊之間、儀器與網(wǎng)絡(luò)之間均通過LXI總線進行互聯(lián)，這樣可不受機箱和零槽控制器的制約，使得集成更方便，也使得儀器中各測量模塊相互獨立，具備模塊化特點，突破了傳統(tǒng)通信技術(shù)的時空和地域限制。而且通過代理使得不帶網(wǎng)口的測量儀器網(wǎng)絡(luò)化，使其大大超越了傳統(tǒng)測試測量儀器的通訊性能及局限性。

而對LXI網(wǎng)絡(luò)儀器的測控、監(jiān)管與維護的前提是監(jiān)管平臺應(yīng)提供良好的網(wǎng)絡(luò)儀器拓?fù)鋱D，通過良好的拓?fù)鋱D既可對代理及其所接網(wǎng)絡(luò)儀器提供直觀的鏈接和分布等情況，也可提供操作簡單、功能完善的測量和管理服務(wù)。因此LXI網(wǎng)絡(luò)儀器拓?fù)鋱D的發(fā)現(xiàn)、呈現(xiàn)與管理顯得尤為重要。文中就拓?fù)鋱D的動態(tài)生成、刷新以及對拓?fù)鋱D上節(jié)點的狀態(tài)和事件展開研究，并進行設(shè)計與實現(xiàn)。

1 拓?fù)鋱D生成的設(shè)計與實現(xiàn)

1.1 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計

整個LXI網(wǎng)絡(luò)儀器[1]管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫管理統(tǒng)一由監(jiān)管平臺處理，該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息存儲在名為xnmsdb的mysql5.5.54版本數(shù)據(jù)庫中，其中包含的數(shù)據(jù)表是根據(jù)監(jiān)管平臺所提供的功能確定的，而網(wǎng)絡(luò)儀器拓?fù)涔芾碜鳛楸O(jiān)管平臺的一部分，涉及的關(guān)鍵數(shù)據(jù)表有代理編號與其MAC地址映射表(t_AgentIDMAC)和節(jié)點信息及拓?fù)潢P(guān)系表(t_RunningTreeView)。由于篇幅有限，只給出這兩張表的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

t_AgentIDMAC的結(jié)構(gòu)設(shè)計：

CREATE TABLE `t_AgentIDMAC` (

`id`int(11) NOT NULL,//代理編號，非空

`mac` varchar(20) NOT NULL, //代理MAC地址，非空，字符串類型

PRIMARY KEY (`id`), //id為主鍵

UNIQUE KEY `mac` (`mac`) //唯一性約束，防止MAC地址重復(fù)

)

t_RunningTreeView的結(jié)構(gòu)設(shè)計：

CREATE TABLE `t_RunningTreeView` (

`id`int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT, //節(jié)點唯一標(biāo)識號，自增

`name`varchar(20) NOT NULL, //節(jié)點名稱，非空

`pid` int(11) NOT NULL, //本節(jié)點的父節(jié)點ID，非空

`ip` varchar(20) DEFAULT NULL, //代理IP地址

`mac` varchar(20) DEFAULT NULL, //代理MAC地址

`dscr` varchar(100) DEFAULT NULL, //節(jié)點信息描述

`interface`int(2) DEFAULT NULL, //代理的接口號

PRIMARY KEY (`id`) //id字段為主鍵

)

1.2 拓?fù)鋱D結(jié)構(gòu)的布局設(shè)計

該監(jiān)管平臺開發(fā)環(huán)境是使用Windows OS中Microsoft Visual Studio 2012的IDE，利用C#[2]語言在.NET Framework4.5平臺下進行開發(fā)。在C#的窗體應(yīng)用程序開發(fā)時，要求在監(jiān)管平臺的主控界面上顯示局域網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)儀器拓?fù)鋱D[3]。拓?fù)涫且环N層次關(guān)系，而在面向組件的C#中，窗體開發(fā)時它本身提供的顯示節(jié)點層級關(guān)系的控件只有TreeView控件，基于縱向的目錄樹結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于書的目錄樣式，雖然功能完善，但是結(jié)構(gòu)單一，不直觀，不靈活，不能夠適應(yīng)特定的需求。所以對網(wǎng)絡(luò)儀器拓?fù)鋱D的管理需要有更符合人機操作關(guān)系的特定的拓?fù)鋱D，那么就需要利用C#提供的圖形設(shè)備接口GDI+[4]來繪制出更符合需求的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

拓?fù)鋱D布局結(jié)構(gòu)采用樹狀結(jié)構(gòu)，整個LXI網(wǎng)絡(luò)儀器管理系統(tǒng)最多有32個代理，每個代理最多可接4個測量儀器，根據(jù)實際情況可分為8組顯示具體的拓?fù)鋱D，每組可通過按鈕分別顯示。每組都為三級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，根節(jié)點作為第一級，沒有實際意義，起到連接代理的作用，代理為第二層節(jié)點，測量儀器為第三級節(jié)點，即葉子節(jié)點，連接在代理下。如果實際局域網(wǎng)中設(shè)備不能形成8組，那么只有存在的組的按鈕才具備顯示該組拓?fù)涞氖录?。繪制拓?fù)鋱D的關(guān)鍵是要把每組的三級拓?fù)鋵哟谓Y(jié)構(gòu)繪制出來，并在拓?fù)渲車L制出必要的簡易文字說明，繪制過程的控制中代碼細節(jié)很多，這里只給出GDI+操作的主要步驟，對于每一組拓?fù)洳捎米陨隙?、從左到右的畫法，如下?/p>

(1)Graphics graphic=panel1.CreateGraphics();即在窗體form中的panel1面板上創(chuàng)建畫板，接下來就可以在panel1上繪制圖形、線條、文字等，但繪制的前提是要根據(jù)panel1的大小以及三級拓?fù)鋵哟谓Y(jié)構(gòu)的大小及位置確定合理的X、Y坐標(biāo)，確定繪制對象的長度、粗細、形狀、顏色等屬性。

(2)根據(jù)坐標(biāo)和繪制對象的屬性，利用Pen類實例化畫筆對象，繪制根節(jié)點，形狀為圓形，并利用上述的graphic[5]對象在圓形中繪制一個Image圖形作為根節(jié)點標(biāo)志；再根據(jù)根節(jié)點相對panel1位置繪制出相應(yīng)的線條，用于連接四個代理。

(3)根據(jù)坐標(biāo)和繪制對象屬性，利用Pen類實例化畫筆對象，通過for循環(huán)從左到右繪制出四個矩形，用來作為填充代理圖標(biāo)的框架。這里不需要急于繪制代理圖標(biāo)，因為還不知道實際有沒有代理或存在哪些代理。再根據(jù)代理的矩形框圖相對panel1位置繪制出相應(yīng)的線條，用于連接16個測量儀器。

(4)類似步驟3，區(qū)別是for循環(huán)16次，每次繪制正方形，用作填充測量儀器圖標(biāo)的框架。

1.3 拓?fù)鋱D的生成與實現(xiàn)

前面已將三級拓?fù)鋵哟谓Y(jié)構(gòu)框圖繪制出來，接下來需要在其基礎(chǔ)上繪制出實際局域網(wǎng)中設(shè)備的圖標(biāo)，這樣就能確定局域網(wǎng)中有哪些設(shè)備，以及這些設(shè)備的連接關(guān)系。前面已提到TreeView控件的局限性，所以將它作為輔助的拓?fù)滹@示，而將文中設(shè)計的拓?fù)溆糜谥饕耐負(fù)滹@示，該主要拓?fù)湟蕾囉谳o助拓?fù)涞耐負(fù)潢P(guān)系及數(shù)據(jù)，而該輔助拓?fù)湟蕾囉跀?shù)據(jù)表t_RunningTreeView。所以拓?fù)鋱D的生成[6]步驟大致如下：

(1)生成TreeView。首先從t_RunningTreeView中讀取數(shù)據(jù)存入DataTable內(nèi)存數(shù)據(jù)表中，利用DataTable類的對象的Select方法，即DataRow[] dr=dt.Select("pid="+pid)，通過foreach遞歸的從根節(jié)點，即pid為0的節(jié)點開始遍歷dr；每次遍歷實例化新的node對象，用于在TreeView中添加新節(jié)點，即TreeNode node=new TreeNode()，將dr對象的每行值與node的相關(guān)屬性綁定，再把node通過Add方法添加到TreeView；在這個過程中還要進行總代理個數(shù)、總測量儀器個數(shù)等數(shù)據(jù)的統(tǒng)計。

(2)將TreeView中的信息保存到相應(yīng)數(shù)組中，以便將TreeView輔助拓?fù)涞耐負(fù)潢P(guān)系及數(shù)據(jù)與主拓?fù)淇驁D進行數(shù)據(jù)的綁定，即通過foreach語句遞歸地遍歷TreeView中nodes節(jié)點，根據(jù)節(jié)點層次級別等屬性判斷，將node的信息存儲到代理或測量儀器相關(guān)數(shù)組中，并做相關(guān)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，代碼[7]如下：

private void tp_binding(TreeNodeCollection nodes)

{

foreach(TreeNode node in nodes)

{

if(node.Level==1) //代理

{

agentName[i1]=node.Text; //代理名

imgIndexAgent[i1]=node.ImageIndex;//代理圖標(biāo)索引

if(node.Nodes!=null)//該代理下還有孩子節(jié)點，即測量儀器

{

childNodeCount[k1]=node.Nodes.Count;//統(tǒng)計該代理下的儀器數(shù)

k1++;

sub_tp_binding(node.Nodes);//統(tǒng)計測量儀器相關(guān)數(shù)據(jù)

}

i1++;

m1++;

}

tp_binding(node.Nodes);//遞歸

}

}

private void sub_tp_binding(TreeNodeCollection nodes)

{

foreach(TreeNode childNode in nodes)//遍歷代理下的測量儀器

if(childNode.Level==2) //測量儀器

{

devName[j1]=childNode.Text;//存儲測量儀器名

imgIndexDev[j1]=childNode.ImageIndex;//測量儀器圖標(biāo)索引

j1++;

n1++;

}

sub_tp_binding(childNode.Nodes);//可以注釋掉，因為沒有四級節(jié)點

}

}

(3)根據(jù)所點擊的某一組，獲取該組索引，利用索引、代理框圖的坐標(biāo)及步驟2得到的節(jié)點信息，通過for循環(huán)依次繪制出四個代理圖標(biāo)，并繪制出代理名等文字說明，對于不存在的代理用專門的特定圖標(biāo)替代，不需要繪制代理名等文字說明；代理繪制完成后，統(tǒng)計所查看組的前面所有組代理所連接的測量儀器總數(shù)，即：for(int i=0;i<4*index;i++) j1+=childNodeCount[i];這樣就知道了當(dāng)前組中測量儀器圖標(biāo)的起始索引，然后結(jié)合該索引，通過雙重循環(huán)(第一重循環(huán)為每個代理，第二重循環(huán)為每個代理下的四個測量儀器)和判斷，依次繪制每個代理下所連接的測量儀器的圖標(biāo)，并繪制出代理名等文字說明，對不存在的測量儀器，用特定圖標(biāo)替代，不需要繪制代理名等文字說明。由于篇幅有限，不具體介紹代碼，最后實現(xiàn)的拓?fù)涫遣榭吹谝唤M拓?fù)滹@示的操作，見圖1(左側(cè)為TreeView目錄樹圖，右側(cè)就是基于TreeView的拓?fù)鋱D)。

圖1 網(wǎng)絡(luò)儀器拓?fù)?/p>

2 拓?fù)鋱D的動態(tài)刷新

拓?fù)鋱D的刷新實質(zhì)上是清除已有的TreeView目錄樹狀圖和拓?fù)鋱D，再重新生成一次它們，基本原理還是根據(jù)t_RunningTreeView數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)生成TreeView目錄樹狀圖，再根據(jù)TreeView節(jié)點的數(shù)據(jù)繪制樹狀拓?fù)鋱D。其缺點是無論拓?fù)鋱D關(guān)系是否發(fā)生變化，就去刷新[8]，人為控制時消耗人力，程序輪詢控制時，在時間間隔上又有局限性。要實現(xiàn)動態(tài)刷新，刷新原理不變，區(qū)別是當(dāng)局域網(wǎng)的代理或測量儀器連接狀態(tài)的改變導(dǎo)致拓?fù)鋱D改變時，更新t_RunningTreeView數(shù)據(jù)表，再進行程序控制的刷新。

獲取[9]局域網(wǎng)中拓?fù)鋱D連接狀態(tài)改變的方法有三種，三種方法相互協(xié)調(diào)，共同完成各自的任務(wù)，缺一不可。由于代碼較多，限于篇幅，這里只概述流程，分別為：

(1)DHCP自動發(fā)現(xiàn)[10]。這是后臺模塊調(diào)用的一個開源DHCP，目的是發(fā)現(xiàn)局域網(wǎng)[11]中的代理開發(fā)板，并為其分配IP地址，然后將IP地址和代理的MAC地址推送給監(jiān)管平臺，推送指的是后臺和監(jiān)管模塊之間采用進程間的socket通信實現(xiàn)；監(jiān)管平臺專門創(chuàng)建并啟動了一個后臺線程去接收該推送的任務(wù)，接收到推送信息后，將線程將字節(jié)數(shù)組中的數(shù)據(jù)反序列化成對應(yīng)的結(jié)構(gòu)體，并將得到的有效數(shù)據(jù)顯示在監(jiān)管平臺主控界面的運行欄中，還要寫入日志文件，并通過MAC在t_AgentIDMAC數(shù)據(jù)表中查找對應(yīng)代理編號，再根據(jù)IP在t_RunningTreeView表中查找對應(yīng)的ID號，如果沒找到，說明該代理不存在，需要將該代理信息添加至數(shù)據(jù)表t_RunningTreeView中，表明拓?fù)鋱D連接狀態(tài)已改變。反序列化和結(jié)構(gòu)體[12]代碼分別如下：

//對Socket收到的字節(jié)數(shù)組數(shù)據(jù)進行反序列化

public Object BytesToStruct(Byte[] bytes,Type strcutType)

{

int size=Marshal.SizeOf(strcutType);//得到結(jié)構(gòu)體的大小

//分配結(jié)構(gòu)體大小的內(nèi)存空間

IntPtr buffer=Marshal.AllocHGlobal(size);

//從bytes字節(jié)數(shù)組拷貝到內(nèi)存空間

Marshal.Copy(bytes,0,buffer,size);

//將數(shù)據(jù)從非托管內(nèi)存封送到結(jié)構(gòu)類型的托管對象

object obj=Marshal.PtrToStructure(buffer,strcutType);

Marshal.FreeHGlobal(buffer);//釋放非托管內(nèi)存空間

return obj; //返回對象

}

//反序列化后的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為結(jié)構(gòu)體，C#中結(jié)構(gòu)的定義如下：

//引用C#的StructLayout特性，說明結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)字段的物理布局

[StructLayout(LayoutKind.Sequential,CharSet=CharSet.Ansi,Pack=0)]

public struct DHCPInfo

{

//MarshalAs特性表示如何在托管和非托管代碼間封送數(shù)據(jù)

[MarshalAs(UnmanagedType.ByValTStr, SizeConst=20)]

public stringMACAddress;//MAC地址字段

[MarshalAs(UnmanagedType.ByValTStr,SizeConst=20)]

public stringIPAddress;//IP字段

}

(2)SNMP協(xié)議的Trap。代理Trap給監(jiān)管平臺的信息包括告警、事件和測量儀器的狀態(tài)等信息，監(jiān)管平臺通過Trap的OID號進行字符串的解析和較為復(fù)雜的過濾、判斷、映射及控制，獲取測量儀器的插拔狀態(tài)信息，更新t_RunningTreeView。Trap消息由代理模塊發(fā)送給后臺模塊，后臺模塊進行一系列處理再通過socket套接字發(fā)送給監(jiān)管模塊。

(3)監(jiān)管平臺的掃描[13]代理線程。代理的上線有DHCP自動發(fā)現(xiàn)，測量儀器的插拔有代理的SNMP的Trap。對于代理的斷線，首先它無法通過網(wǎng)絡(luò)Trap，其次這里的DHCP不具備這樣的功能，故只能依賴監(jiān)管平臺每隔一定時間去讀取t_RunningTreeView表中所有代理的ID和IP，然后通過C#中Ping類和PingReply類來Ping每個IP，即發(fā)送ICMP回送請求，并獲取ICMP應(yīng)答狀態(tài)，如果應(yīng)答狀態(tài)不成功，則表明該IP對應(yīng)的代理不存在，應(yīng)該從數(shù)據(jù)庫[14]中刪除該代理的記錄并刪除該代理下連接的全部測量儀器，即更新[15]數(shù)據(jù)表t_RunningTreeView，如果Ping通，ICMP應(yīng)答狀態(tài)成功，則讀取下一個ID和IP，然后進行同樣的操作。該掃描關(guān)鍵代碼[16]如下：

Threadt_scan=new Thread(new ThreadStart(scanAgentIp));//創(chuàng)建線程

t_scan.Start();//啟動線程

public voidscanAgentIp()

{

string sqlStr="select ip,id from t_RunningTreeView where pid=1";/* pid為1，表示代理，因為所有代理的父節(jié)點的id是1 */

string connectionString="server=localhost; user id=root; password=lyb; database=xnmsdb";//數(shù)據(jù)庫連接的必要信息

conn_s=new MySqlConnection(connectionString);//實例化數(shù)據(jù)庫連接對象

conn_s.Open(); //打開數(shù)據(jù)庫連接

MySqlCommand cmd=conn_s.CreateCommand();

cmd.CommandText=sqlStr;

MySqlDataReader read=cmd.ExecuteReader();

while(read.Read())//讀取下一個記錄行

{

string ip=read.GetString(0); //獲得該行第一個字段，即ip

int id=read.GetInt32(1); //得到id

Ping pingSender=new Ping();//實例化Ping類

PingReply reply=pingSender.Send(ip,250); //發(fā)送ICMP回送消息，并得到應(yīng)答

if(reply.Status!=IPStatus.Success)//判斷ICMP應(yīng)答狀態(tài)，如果不成功

{

string sqlStr1="delete from t_RunningTreeView where ip='"+ip + "' or pid='" + id + "'";//定義刪除該代理及其所接的測量儀器的命令字符串

MyMysqlMeans.getsqlcom(sqlStr1);/*執(zhí)行數(shù)據(jù)庫操作，調(diào)用監(jiān)管模塊封裝的數(shù)據(jù)庫操作的靜態(tài)類的相應(yīng)靜態(tài)方法 */

load_tp=new Thread(new ThreadStart(createAutoFind));

load_tp.Start();

}

pingSender.Dispose();//銷毀對象

}

read.Dispose();

Thread.Sleep(3000); //隔3 s掃描一次

}

在上述三種方法中更新了t_RunningTreeView數(shù)據(jù)表后，就需要自動重新生成拓?fù)鋱D，即調(diào)用繪制拓?fù)鋱D所封裝的方法[17]，然而，這三種方式對應(yīng)三個線程，這三個線程分別產(chǎn)生一個線程去專門執(zhí)行重繪拓?fù)鋱D的方法，如果再次產(chǎn)生的這三個線程都去調(diào)用該方法更新UI界面的拓?fù)鋱D，會產(chǎn)生錯誤。C#中不允許這樣的操作，所以要聲明委托，在線程上執(zhí)行指定的委托。關(guān)鍵代碼如下：

Thread load_tp=new Thread(new ThreadStart(createAutoFind));

load_tp.Start();

public delegate voidmy_autoFind();//聲明委托

public voidcreateAutoFind()

{

this.Invoke(new my_autoFind(autoFindStart));// 在線程上執(zhí)行指定的委托

}

3 拓?fù)鋱D的節(jié)點右擊事件

節(jié)點操作事件是對拓?fù)鋱D中的代理和測量儀器進行符合需求的各種操作，即在代理或測量儀器的圖標(biāo)區(qū)域通過單擊鼠標(biāo)右鍵形成各自的菜單欄，再根據(jù)菜單欄選定某一菜單項，完成該菜單項所提供的設(shè)備管理功能。panel1面板鼠標(biāo)單擊事件的注冊代碼如下：

this.panel1.MouseClick+=

newSystem.Windows.Forms.MouseEventHandler(this.panel1_MouseClick);

對于實現(xiàn)panel1_MouseClick(object sender,MouseEventArgs e)方法的代碼細節(jié)較多，這里只給出該方法的算法描述：

首先根據(jù)e對象判斷單擊的是哪個鼠標(biāo)按鈕，如果是左鍵，方法調(diào)用結(jié)束，否則對每一組拓?fù)渲写砗蜏y量儀器所占用的20個區(qū)域，逐個判斷e對象的X、Y坐標(biāo)是否在這些區(qū)域中，如果在(表明就不需要判斷其他區(qū)域了，程序完成了整個功能后可以通過break跳出循環(huán)，并結(jié)束)，計算出當(dāng)前點擊的是第j索引組拓?fù)鋱D。然后再判斷鼠標(biāo)右擊的第i索引區(qū)域編號是否小于4，如果是，表明該區(qū)域是代理，否則該區(qū)域是測量儀器；其中i取值范圍是-1

如果是代理區(qū)域，即i<4,需用i<(agentNum-4*j)判斷該區(qū)域是否存在代理,如果存在，通過index=i+4*j計算出該代理在整個拓?fù)渲械乃饕?，最后根?jù)該索引在該代理區(qū)域周圍彈出菜單欄，即agentMenu.Show(e.X+250,e.Y+150)，程序結(jié)束；其中agentNum表示存在的代理總數(shù)。

如果是測量儀器區(qū)域，要用index=4*j+(i-4)/4計算出該區(qū)域是否屬于index索引的代理下的區(qū)域，需用(index+1)<=agentNum判斷該區(qū)域附屬的索引為index的代理區(qū)域是否存在代理。如果存在，通過node=treeView1.Nodes[0].Nodes[index]獲得TreeView控件中索引為index的代理節(jié)點，如果該代理節(jié)點下還有節(jié)點(測量儀器)，通過index1=i%4計算出右擊的測量儀器區(qū)域相對其附屬代理下的4個區(qū)域中的索引號，再通過index1

4 結(jié)束語

文中研究了局域網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)儀器拓?fù)鋱D的結(jié)構(gòu)設(shè)計和自動發(fā)現(xiàn)、生成以及節(jié)點的右擊事件，屬于LXI網(wǎng)絡(luò)儀器測控與管理系統(tǒng)項目中監(jiān)管平臺的一部分。該項目具備研究與實現(xiàn)的意義與價值，也具備創(chuàng)新性與實用性；該項目已被驗收，運行正常，達到了預(yù)期目標(biāo)。