滕偉寧

（廣西物流職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530007）

0 引 言

目前，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在監(jiān)控領(lǐng)域得到了迅速推廣和應(yīng)用。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)改變了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的底層控制結(jié)構(gòu)，通過(guò)構(gòu)建更高性能的分布式監(jiān)控體系，不僅可以滿(mǎn)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(yuǎn)程干預(yù)現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程維護(hù)?；诖?，研究以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)具有非常突出的現(xiàn)實(shí)意義。

1 基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用需求

1.1 安全性

安全性是基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用的首要需求。根據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開(kāi)放性特點(diǎn)，系統(tǒng)應(yīng)具備拒絕非法用戶(hù)連接操作的特性。在用戶(hù)登錄時(shí)，系統(tǒng)服務(wù)器自動(dòng)完成用戶(hù)信息與數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)存儲(chǔ)信息的比對(duì)，拒絕信息比對(duì)不一致的用戶(hù)登錄。同時(shí)系統(tǒng)可以在完成發(fā)送命令加密的基礎(chǔ)上，比對(duì)服務(wù)器解碼后命令與命令表的一致性，拒絕不準(zhǔn)確的操作命令。

1.2 準(zhǔn)確性

對(duì)于基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)而言，需要滿(mǎn)足準(zhǔn)確監(jiān)控要求，借助數(shù)據(jù)流圖闡釋監(jiān)控內(nèi)容，或者用結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言、判定樹(shù)與判定圖表示數(shù)據(jù)流的交換。同時(shí)根據(jù)作用、數(shù)據(jù)行為序列結(jié)構(gòu)在目標(biāo)軟件系統(tǒng)需求引導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)體行為準(zhǔn)確標(biāo)識(shí)，確保接口、模塊協(xié)調(diào)一致，同時(shí)模塊之間接口冗余度、復(fù)雜度更低[1]。

1.3 高效性

基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)涉及網(wǎng)絡(luò)延遲、儀器設(shè)備延遲以及路徑延遲等多種延遲。其中，網(wǎng)絡(luò)延遲與路徑延遲不以人的意志為轉(zhuǎn)移。為了滿(mǎn)足系統(tǒng)運(yùn)行的高效性要求，技術(shù)人員需要從減少命令數(shù)量、減少網(wǎng)絡(luò)內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)量等方面進(jìn)行操作，如在用戶(hù)終端完成測(cè)試結(jié)構(gòu)的計(jì)算與分析等。

2 基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用框架

搭建基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用框架時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)安全性、低能耗、簡(jiǎn)潔化以及經(jīng)濟(jì)性原則選擇適宜的操縱界面，搭建科學(xué)的人機(jī)交互結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支撐下的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、存儲(chǔ)管理、遠(yuǎn)程傳輸、分析處理以及網(wǎng)絡(luò)發(fā)布等功能，在邏輯結(jié)構(gòu)上包括現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集與遠(yuǎn)程傳輸、基于Web的數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用、服務(wù)器端數(shù)據(jù)接收與存儲(chǔ)等部分，各部分組成如圖1所示。

圖1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支撐下的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用框架

現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集與遠(yuǎn)程傳輸部分由匯聚節(jié)點(diǎn)、帶有物聯(lián)網(wǎng)傳輸終端的嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成，負(fù)責(zé)從節(jié)點(diǎn)端進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，并經(jīng)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)將現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至主節(jié)點(diǎn)，經(jīng)主節(jié)點(diǎn)向嵌入式系統(tǒng)傳遞，最終經(jīng)通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)（Gerneral Packer Radio Service，GPRS）網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)接，完成數(shù)據(jù)向遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控中心的發(fā)送?；赪eb的數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用部分主要運(yùn)行于Web服務(wù)器，基于ASP.NET動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)技術(shù)與Visual Studio.net 2018開(kāi)發(fā)工具、C++語(yǔ)言開(kāi)發(fā)而成的瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，B/S）模式，用戶(hù)可以經(jīng)客戶(hù)端瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)Web程序并讀取SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史記錄，同時(shí)根據(jù)需要下載相應(yīng)內(nèi)容[2]。

3 基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

3.1 硬件配置

基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)硬件功能實(shí)現(xiàn)需要在通信電源配置的基礎(chǔ)上，配置具備防火墻/虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)（Virtual Private Network，VPN）功能的安全接入網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)閘、支持無(wú)線(xiàn)功能的外置式光纖調(diào)制解調(diào)器與用于過(guò)程控制的OLE服務(wù)器設(shè)備[3]。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，可以選用光纖到戶(hù)（Fiber To The Home，F(xiàn)TTH）、非對(duì)稱(chēng)數(shù)字用戶(hù)線(xiàn)路等方式接入公網(wǎng)，為安全接入網(wǎng)關(guān)與公網(wǎng)連接提供樞紐，并在核心區(qū)防火墻與虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)（Virtual Private Network，VPN） 之 間 建 立IP Sec VPN通信鏈路。經(jīng)公網(wǎng)向核心區(qū)數(shù)據(jù)服務(wù)器單向傳輸采集數(shù)據(jù)，配合現(xiàn)場(chǎng)、核心區(qū)多級(jí)網(wǎng)閘擺渡完成通信鏈路命令包的安全隔離，擺脫線(xiàn)路干擾，確保上下行不對(duì)稱(chēng)傳輸帶寬下遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。除此之外，技術(shù)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(wǎng)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(yuǎn)程診斷操作站經(jīng)公網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)完成通信鏈路命令包物理隔離，并經(jīng)核心區(qū)防火墻完成通信鏈路命令包的安全過(guò)濾。

在網(wǎng)絡(luò)配置的基礎(chǔ)上，技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)收發(fā)、處理、協(xié)調(diào)以及調(diào)度要求進(jìn)行采集端硬件配置。采集端硬件為無(wú)線(xiàn)傳感器（含Motolola實(shí)驗(yàn)板GIMO-3、JN5139芯片、NodeBuilder的LTM-10模塊）和LonPoint DO輸出節(jié)點(diǎn)，可自動(dòng)完成工作狀態(tài)實(shí)時(shí)采集或周期采集，同時(shí)根據(jù)動(dòng)態(tài)路由協(xié)議將采集信息傳輸給上級(jí)計(jì)算機(jī)。傳感器結(jié)構(gòu)為星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主節(jié)點(diǎn)為全功能設(shè)備（Full Function Device，F(xiàn)FD），從節(jié)點(diǎn)則為簡(jiǎn)化功能設(shè)備（Reduced Function Device，RFD）。而在服務(wù)中心，可根據(jù)需要同時(shí)連接若干模擬傳感器，將傳感器收集到的信息經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定時(shí)發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)，并經(jīng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、Internet傳輸給遠(yuǎn)端[4]。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)軟件功能實(shí)現(xiàn)需要在Java編程語(yǔ)言?xún)?nèi)利用超文本標(biāo)記語(yǔ)言（Hyper Text Marked Language，HTML）對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)格式、短消息編碼、命令進(jìn)行設(shè)計(jì)。在基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)配置后可加電啟動(dòng)，等待命令加入時(shí)鐘；管理員則可以經(jīng)服務(wù)器發(fā)送啟動(dòng)命令到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，在網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)符合啟動(dòng)要求后完成串口初始化[5]。在要求延遲時(shí)間內(nèi)加入網(wǎng)絡(luò)參數(shù)獲取短地址信息，根據(jù)節(jié)點(diǎn)類(lèi)型配置本地鏈路地址，并向網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)申請(qǐng)全局單播地址網(wǎng)絡(luò)前綴，將配置參數(shù)傳輸?shù)椒?wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)。在采集周期內(nèi)，將節(jié)點(diǎn)采集信息實(shí)時(shí)匯聚到數(shù)據(jù)庫(kù)端，以數(shù)據(jù)包方式傳遞到服務(wù)器。

3.3 功能實(shí)現(xiàn)

3.3.1 監(jiān) 視

在監(jiān)視功能實(shí)現(xiàn)后，管理員可以完全掌握被監(jiān)視對(duì)象的歷史運(yùn)行狀態(tài)、當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)參數(shù)設(shè)置對(duì)被監(jiān)視對(duì)象運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行管理，避免被監(jiān)視對(duì)象運(yùn)行失控。管理員可以同時(shí)監(jiān)視多個(gè)對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)畫(huà)面，輪循顯示16個(gè)及以上被監(jiān)視對(duì)象的實(shí)時(shí)操作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)被監(jiān)視對(duì)象運(yùn)行異常情況。管理人員也可以自定義監(jiān)視選項(xiàng)，僅監(jiān)視部分對(duì)象的部分操作，提高監(jiān)視效率。

3.3.2 控 制

在控制功能實(shí)現(xiàn)后，管理員可以完善規(guī)范被監(jiān)控對(duì)象運(yùn)行過(guò)程，并根據(jù)需要對(duì)被監(jiān)控對(duì)象運(yùn)行流程進(jìn)行限制，如限制被監(jiān)控對(duì)象訪(fǎng)問(wèn)行為、封堵被監(jiān)控對(duì)象上網(wǎng)端口等。此外，還可以對(duì)全部硬件設(shè)備禁用紅外線(xiàn)、光驅(qū)與藍(lán)牙，確保被監(jiān)控設(shè)備規(guī)范運(yùn)行。

3.3.3 管 理

在管理功能實(shí)現(xiàn)后，管理員可以對(duì)全部被監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行遠(yuǎn)程管理。例如，管理員可以對(duì)被監(jiān)控對(duì)象的全部文件進(jìn)行遠(yuǎn)程復(fù)制、重命名、剪切、刪除、下載以及上傳等操作；對(duì)被監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行遠(yuǎn)程重啟、關(guān)機(jī)或查看窗口列表、關(guān)閉窗口、關(guān)閉進(jìn)程等操作。與此同時(shí)，管理員還可以對(duì)被監(jiān)控對(duì)象的周期運(yùn)行效率進(jìn)行匯總，直觀了解被監(jiān)控對(duì)象運(yùn)行頻率、時(shí)長(zhǎng)，并以餅圖或柱形圖表示，為制定管理方案提供依據(jù)[6]。

4 基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景

4.1 海上測(cè)控

海上測(cè)控是針對(duì)船舶及相關(guān)設(shè)備的監(jiān)測(cè)控制，基于船舶在塔標(biāo)校期間對(duì)塔上設(shè)備點(diǎn)頻切換、增益控制、應(yīng)答/信標(biāo)切換、電平調(diào)整以及相應(yīng)標(biāo)志燈開(kāi)/關(guān)等內(nèi)容的實(shí)時(shí)控制需求，可以采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支撐下的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)獨(dú)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(qiáng)，可以在較寬頻率范圍內(nèi)發(fā)射無(wú)線(xiàn)電信號(hào)，并將發(fā)送端、接收端分別簡(jiǎn)化為調(diào)頻與擴(kuò)頻、解擴(kuò)與解調(diào)。此時(shí)，接收端產(chǎn)生偽隨機(jī)碼序列，接收信號(hào)內(nèi)偽隨機(jī)碼序列可滿(mǎn)足精確同步要求[7]。基于擺脫天線(xiàn)波束、作用距離限制的要求，可以利用標(biāo)校網(wǎng)絡(luò)對(duì)外服務(wù)代替移動(dòng)通信固定點(diǎn)對(duì)點(diǎn)服務(wù)，即將通信網(wǎng)卡插入船舶上計(jì)算機(jī)，與塔上計(jì)算機(jī)構(gòu)建無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)，滿(mǎn)足船上計(jì)算機(jī)與塔上計(jì)算機(jī)的信息交互需求。此外還可以將普通網(wǎng)卡接入辦公自動(dòng)化局域網(wǎng)，隔開(kāi)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)與辦公自動(dòng)化局域網(wǎng)。相關(guān)人員可以登錄基于Windows Server 2016中文操作系統(tǒng)的標(biāo)校網(wǎng)站，結(jié)合SQL Server 2016 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)對(duì)塔上標(biāo)校設(shè)備進(jìn)行控制，并在局域網(wǎng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信軟件上實(shí)時(shí)顯示標(biāo)校過(guò)程中的設(shè)備狀態(tài)[8]。

4.2 環(huán)境監(jiān)控

在環(huán)境監(jiān)控場(chǎng)景中，通過(guò)分步驟集成軟件與硬件，可以根據(jù)傳感器配置情況遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)1個(gè)主節(jié)點(diǎn)和若干從節(jié)點(diǎn)的參數(shù)。用戶(hù)僅需登錄網(wǎng)頁(yè)瀏覽器就可以瀏覽相關(guān)數(shù)據(jù)，并借助數(shù)據(jù)庫(kù)遠(yuǎn)距離調(diào)用、在線(xiàn)圖表分析等功能獲知各環(huán)節(jié)因子隨時(shí)間變化的趨勢(shì)與空間分布情況，診斷環(huán)境適宜程度，為現(xiàn)場(chǎng)環(huán)節(jié)控制提供遠(yuǎn)程咨詢(xún)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境的精準(zhǔn)化管理[9]。

4.3 通信電源監(jiān)控

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支撐下的遠(yuǎn)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(duì)智能開(kāi)關(guān)電源運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并針對(duì)異常狀態(tài)發(fā)出報(bào)告，如開(kāi)關(guān)跳閘等。同時(shí)執(zhí)行監(jiān)控中心命令進(jìn)行智能開(kāi)關(guān)遠(yuǎn)程控制，確保監(jiān)控交流配電盤(pán)電壓、電流穩(wěn)定。在實(shí)際應(yīng)用中，監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行依賴(lài)于市電電源，可以實(shí)時(shí)采集被監(jiān)控系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)，將采集信息傳遞給上級(jí)計(jì)算機(jī)。在上級(jí)計(jì)算機(jī)內(nèi)根據(jù)設(shè)備歷史監(jiān)測(cè)信息完成被監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的全面分析，及時(shí)報(bào)送告警信息，并根據(jù)上級(jí)計(jì)算機(jī)控制命令進(jìn)行被控制設(shè)備信息數(shù)據(jù)的配置和相關(guān)文件的刷新[10]。

5 結(jié) 論

基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要用于遠(yuǎn)端監(jiān)視控制，包括遠(yuǎn)程控制設(shè)備、監(jiān)測(cè)被控設(shè)備、完成設(shè)備遠(yuǎn)程操作維護(hù)等。為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，技術(shù)人員應(yīng)選擇適宜的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以視頻圖像為反饋模式制定數(shù)據(jù)傳遞間隔機(jī)制，并根據(jù)運(yùn)行需求進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)要求，借助消息模擬技術(shù)將信息運(yùn)算分析結(jié)果反饋到系統(tǒng)場(chǎng)景中，提高應(yīng)用程序的運(yùn)行效率。