王富強，曾 凌，張運福，陳宏波，唐 瑜

（重慶金美通信有限責(zé)任公司，重慶400030）

1 引 言

隨著瀏覽器技術(shù)的普及，瀏覽器提供的圖形化界面越來越友好，在監(jiān)控系統(tǒng)方面，運用Web 技術(shù)的監(jiān)控，已逐漸成為眾多類型監(jiān)控系統(tǒng)不可或缺的一部分。其中，基于嵌入式Linux 系統(tǒng)的無線通信設(shè)備的Web 遠程監(jiān)控系統(tǒng)，結(jié)合了先進的Web 技術(shù)和嵌入式技術(shù)，可通過Web 技術(shù)實現(xiàn)客戶端與服務(wù)器端的跨平臺信息交互，具有功能強大、實時性強、可靠性高和結(jié)構(gòu)小巧等優(yōu)點[1-2]。

在對系統(tǒng)的控制設(shè)備進行設(shè)計時，采用以太網(wǎng)通信，同時在設(shè)備內(nèi)部嵌入WEB 服務(wù)器，通過PC機的瀏覽器訪問設(shè)備的IP 地址，就可以直接對設(shè)備進行控制與監(jiān)測?？蛻舳藷o需開發(fā)任何用戶界面，用戶也不需要下載安裝特殊的控制軟件，只需通過PC機上的瀏覽器就能遠程訪問設(shè)備上的Web 界面，達到對設(shè)備狀態(tài)實時監(jiān)控的目的。由此降低了Web 監(jiān)控系統(tǒng)軟件的開發(fā)難度，縮短了開發(fā)周期，節(jié)約了研發(fā)成本，同時也有助于提高Web 監(jiān)控系統(tǒng)軟件的實用性和移植性。

2 系統(tǒng)整體架構(gòu)

系統(tǒng)的客戶端采用支持HTML5 的瀏覽器，服務(wù)器采用開源的Apache 服務(wù)器，后端采用基于PHP 語言的腳本程序，數(shù)據(jù)庫采用支持XML 的主控軟件。以無線通信設(shè)備作為監(jiān)控對象，監(jiān)控目標包括：設(shè)備運行狀態(tài)、設(shè)備性能、設(shè)備參數(shù)的配置和查詢操作、文件下載和上傳功能。

系統(tǒng)的開發(fā)體系結(jié)構(gòu)采用Brower/Server（即B/S）系統(tǒng)架構(gòu)。在每個設(shè)備中搭建一個Web 服務(wù)器，通過以太網(wǎng)連接一個設(shè)備，接入設(shè)備局域網(wǎng)絡(luò)中，可以任意訪問此網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備中的Web 服務(wù)器，實現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)所有設(shè)備的實時監(jiān)控。簡單的場景應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

在整個網(wǎng)絡(luò)中，客戶端和服務(wù)器端之間節(jié)點不對HTTP 請求及響應(yīng)做任何操作，用戶在PC 機上的瀏覽器中輸入目的設(shè)備的IP 地址，就可以訪問相應(yīng)的無線設(shè)備的Web 監(jiān)控界面。

按照此法設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)的優(yōu)勢如下：

(1) 具有分布式特點，具備實時業(yè)務(wù)處理能力；

(2) 開發(fā)簡便，共享性強：只需在服務(wù)器端進行網(wǎng)頁程序開發(fā)，客戶端只需瀏覽器就可以訪問，降低了用戶的總體成本，提高了監(jiān)控系統(tǒng)的實用性和可移植性；

(3) 軟件升級和維護方便快捷：進行軟件升級和維護操作時，不需要關(guān)閉服務(wù)器，只需對服務(wù)器端網(wǎng)頁程序進行替換，即可實現(xiàn)用戶端的Web 監(jiān)控界面在線同步更新，以此減輕了Web 監(jiān)控系統(tǒng)維護與升級的成本和工作量。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 Linux 系統(tǒng)

無線通信設(shè)備采用的是基于PC（PowerPC）平臺的Linux 操作系統(tǒng)。嵌入式Linux 系統(tǒng)具有以下幾個特點：

1、內(nèi)核源碼完全開放，用戶可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求對內(nèi)核源碼進行修改和優(yōu)化，實現(xiàn)內(nèi)核源碼的定制化；

2、具有強大的網(wǎng)絡(luò)支持功能，支持TCP/IP 協(xié)議；

3、擁有便捷的開發(fā)工具，能為開發(fā)人員提供多種開源的開發(fā)者工具，方便開發(fā)人員對Web 應(yīng)用軟件的開發(fā)，節(jié)約了Web 監(jiān)控系統(tǒng)軟件的開發(fā)成本，提高了Web 監(jiān)控系統(tǒng)軟件的開發(fā)效率；

4、具有廣泛的硬件支持特性，宜于在不同平臺上進行軟件移植；

5、保密性高，程序運行在保護模式下，防止重要的數(shù)據(jù)被截獲。

3.2 Web 服務(wù)器

監(jiān)控系統(tǒng)的Web 服務(wù)器采用開源的Apache 服務(wù)器。Apache 是一個單任務(wù)的HTTP 服務(wù)器，源代碼開放，性能高，支持認證和PHP 等，在嵌入式系統(tǒng)資源有限的情況下，它的快速性和可靠性非常適合于嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用[3]。

基于PowerPC 平臺的Linux 操作系統(tǒng)的嵌入式Web 服務(wù)器搭建分為兩個方面：服務(wù)器環(huán)境搭建和服務(wù)器源碼交叉編譯。

在服務(wù)器環(huán)境搭建中，把定義的GCC 編譯器指定為pc-linux-gnuspe-gcc、交叉編譯數(shù)據(jù)壓縮用的函式庫（zlib）、字庫（freetype）、圖像壓縮庫（jpeg）、語言解析器（xml）、圖片識別（PNG）和腳本解析器（PHP）。

在Web 服務(wù)器源碼交叉編譯前，首先利用configure 命令引用已經(jīng)搭建好的環(huán)境庫文件和參數(shù)配置。然后用pc-linux-gnuspe-gcc 編譯器進行交叉編譯，編譯成功后生成一個可運行在PowerPC 平臺下的httpd 可執(zhí)行文件。然后在平臺上修改配置文件，在httpd.conf 文件中配置服務(wù)器的端口號、用戶信息和PHP 文檔存放目錄等參數(shù)信息，在httpd_mpm.conf 文件中配置服務(wù)器工作模式、進程等參數(shù)。至此，通過瀏覽器就可以訪問存放在服務(wù)器里的靜態(tài)PHP 網(wǎng)頁，實現(xiàn)對無線設(shè)備運行狀態(tài)的實時監(jiān)控。

3.3 Web 軟件設(shè)計

監(jiān)控系統(tǒng)軟件采用分層、模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計[4]，軟件分為3 層，第一層是界面層，提供給用戶操作使用的可視化界面；第二層是數(shù)據(jù)處理層，處理客戶的操作請求和采集到的設(shè)備數(shù)據(jù)等信息；第三層是接口層，負責(zé)服務(wù)器端與主控軟件模塊通信。

接口層采用Sokect 通道與主控軟件進行信息交互，包括用戶操作信息、設(shè)備運行狀態(tài)、設(shè)備操作記錄、報警事件和日志等數(shù)據(jù)信息。

數(shù)據(jù)處理層采用PHP 腳本語言建立各模塊之間的通信橋梁，通過與嵌入式Web 服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)對設(shè)備運行狀態(tài)和設(shè)備參數(shù)信息的實時讀取?；贘avaScript 語言進行Web 頁面各個程序的動態(tài)交互，維護系統(tǒng)中其它模塊之間的通信。

界面層接收來自數(shù)據(jù)處理層的實時數(shù)據(jù)和用戶操作指令，生成各種抽象的表格、曲線圖或圖形動畫等來顯示設(shè)備的運行狀態(tài)。其中，曲線圖以Jtopo、Highcharts 控件的組件方式設(shè)計，使Web 監(jiān)控界面呈現(xiàn)出最直觀的設(shè)備監(jiān)控效果。

客戶端的模塊化設(shè)計有利于將人機交互、動態(tài)數(shù)據(jù)和圖形動畫集成于一體的網(wǎng)絡(luò)遠程監(jiān)控平臺的開發(fā)[4]。針對各種不同的應(yīng)用場景的監(jiān)控需求，可以靈活增減監(jiān)控頁面，靈活組態(tài)出符合特定要求的監(jiān)控界面，使系統(tǒng)監(jiān)控平臺的設(shè)計具有良好的模塊性和可移植性。

客戶端訪問服務(wù)器端的流程如圖2 所示。通過瀏覽器執(zhí)行JavaScript 腳本語言收集用戶在瀏覽器上的操作信息，通過Ajax 引擎?zhèn)鞯剑℉TTP 請求）Web服務(wù)器[5]，由Web 服務(wù)器里的PHP 解析器進行信息處理，PHP 腳本程序通過Sokect 通道與Linux 系統(tǒng)中的主控模塊進行信息交互，并通過Web 服務(wù)器把交互返回的結(jié)果（PHP 數(shù)據(jù)）提交給客戶端頁面的Ajax 引擎，再由Ajax 引擎來決定將這些數(shù)據(jù)（HTML+CSSS 數(shù)據(jù)）插入到頁面的指定位置，生成各種抽象表格、曲線圖或圖形動畫等直觀的顯示效果界面[6]。

圖2 客戶端訪問服務(wù)器端流程

4 系統(tǒng)應(yīng)用及效果

針對無線設(shè)備在不同應(yīng)用場景下的監(jiān)控需求，設(shè)計研發(fā)了3 種監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)不同的應(yīng)用場景進行多點混合組網(wǎng)測試[7]。實際測試中的軟件界面如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)實測登錄界面

系統(tǒng)整體測試效果可歸納如下：

1) 保密性

在數(shù)據(jù)安全性的需求方面，系統(tǒng)提供了密碼訪問機制，用戶登錄時需要進行用戶名和密碼認證才可訪問本系統(tǒng)。每次跳轉(zhuǎn)頁面通過數(shù)據(jù)庫模塊進行用戶登錄的合法性驗證，防止非法訪問。每個頁面訪問內(nèi)置了時效性功能，防止長時間訪問一個頁面造成設(shè)備關(guān)鍵信息泄密。在數(shù)據(jù)采集方面，數(shù)據(jù)采集軟件（以嵌入式腳本語言PHP 通過Socket 通道與Linux 系統(tǒng)中的主控模塊進行數(shù)據(jù)交互）只在服務(wù)器平臺中運行，瀏覽器顯示的都是裁剪過的數(shù)據(jù)，以此提高了軟件的保密性。

2) 設(shè)備狀態(tài)采集和控制

系統(tǒng)采用PHP 程序通過Socket 通道與主控模塊進行實時設(shè)備狀態(tài)信息交互，采集的設(shè)備數(shù)據(jù)在系統(tǒng)主界面上動態(tài)顯示，改善了遠程監(jiān)控的實時性。用戶可根據(jù)實際需要，通過客戶端瀏覽器對上設(shè)備上的各個軟硬件模塊進行參數(shù)的配置、查詢等操作。

3) 實時網(wǎng)絡(luò)運行監(jiān)控

系統(tǒng)的無線設(shè)備組網(wǎng)拓撲的監(jiān)控圖像界面，是根據(jù)采集的路由信息[8]，采用Jtopo 控件實現(xiàn)的。實時顯示接入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的設(shè)備號、IP 地址、北斗信息、路由鏈路連接情況等信息，可令監(jiān)控端能夠隨時隨地用Web 瀏覽器監(jiān)控設(shè)備組網(wǎng)情況。

4) 遠程控制

在線設(shè)備處在組網(wǎng)狀態(tài)下，使用PC 機通過以太網(wǎng)連接一個設(shè)備，連接進入設(shè)備局域網(wǎng)絡(luò)中，可以任意訪問此網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備中的Web 服務(wù)器，實現(xiàn)對遠程設(shè)備運行狀態(tài)實時測控。

5 結(jié) 束 語

隨著無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)和嵌人式控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，基于Linux 操作系統(tǒng)的嵌入式Web 的監(jiān)控系統(tǒng)，擺脫了傳統(tǒng)的集中控制系統(tǒng)在設(shè)計、使用和維護上的諸多局限性，將成為現(xiàn)代監(jiān)控技術(shù)發(fā)展的一個必然趨勢。在設(shè)計中提出的研發(fā)思路與實驗調(diào)試，都是在迎合這一發(fā)展趨勢，做出符合現(xiàn)有條件與現(xiàn)實需要的初步試探。對于系統(tǒng)的進一步完善與擴展，也將在后續(xù)的研究工作予以完成。