如何讓站點式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸問題變得簡單化

引言

在解決一個監(jiān)控系統(tǒng)的信息傳輸問題時，遇到了一些困難，主要的原因是該系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)類型多，發(fā)送的方向雜，控制起來比較繁瑣。而引入XML文件后使得這個問題變得簡單化。

1 監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信

數(shù)據(jù)通信是依照一定的通信協(xié)議，利用數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在兩個終端之間傳遞數(shù)據(jù)信息。它可實現(xiàn)計算機和計算機、計算機和終端以及終端與終端之間的數(shù)據(jù)信息傳遞。在分布式監(jiān)控系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通信是最基本的問題。如圖1所示是一個比較典型的站點式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的模型。

在這個系統(tǒng)中，監(jiān)控中心和站點之間要相互發(fā)送數(shù)據(jù)，基本上有三種情況：

（1） 站點→監(jiān)控中心

如站點采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)、抓拍的圖片信息、報警信息、站點收到監(jiān)控中心發(fā)來的數(shù)據(jù)后回發(fā)的確認(rèn)應(yīng)答信息等。

（2） 監(jiān)控中心→站點

如監(jiān)控中心發(fā)往站點的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與系統(tǒng)運行參數(shù)、監(jiān)控中心收到站點發(fā)來的數(shù)據(jù)后回發(fā)的確認(rèn)應(yīng)答信息、監(jiān)控中心給站點的遠(yuǎn)程控制指令等。

（3） 站點→站點

有些事務(wù)可能需要兩個站點共同完成（如在站點A稱得皮重，在站點B稱得毛重，兩個站點要相互交換數(shù)據(jù)才能得到凈重值），因此在站點之間也會發(fā)送數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)監(jiān)控中心是不關(guān)心地。

由此可見，在這個站點式監(jiān)控系統(tǒng)中有多種數(shù)據(jù)要互相發(fā)送，并且數(shù)據(jù)的發(fā)送是隨機的、雜亂的、動態(tài)的，內(nèi)容相異，格式不同，種類繁多。另外，監(jiān)控中心通過局域網(wǎng)連接Internet，可以有固定的IP地址，而站點使用ADSL連接，通常其IP地址是不固定的，用Socket通信機制作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通道時，把監(jiān)控中心做為Socket Server，啟動偵聽，站點只能做Socket Client，主動連接Server。站點之間若要相互傳送數(shù)據(jù)，則只能通過監(jiān)控中心來轉(zhuǎn)發(fā)，更增加了監(jiān)控中心和站點之間收發(fā)數(shù)據(jù)的復(fù)雜性。

2 XML及其特點

XML（EXtensible Markup Language）是可擴展標(biāo)記語言，類似于HTML，但和HTML不同的是XML的標(biāo)記不是預(yù)先定義好的，用戶可以且必須自己定義標(biāo)記。XML是用來描述數(shù)據(jù)和保存數(shù)據(jù)的一種靈活而有效的方式，能夠清楚地表示出：什么是數(shù)據(jù)，有什么數(shù)據(jù)及如何組織數(shù)據(jù)。XML是Web上表示結(jié)構(gòu)化信息的一種標(biāo)準(zhǔn)文本格式，廣泛用于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換，具有“易于生成數(shù)據(jù)”的優(yōu)點。

XML支持世界上幾乎所有的主要語言，并且不同語言的文本可以在同一文檔中混合使用，應(yīng)用XML的軟件能處理這些語言的任何組合。所有這一切將使XML成為數(shù)據(jù)表示的一個開放標(biāo)準(zhǔn)，這種數(shù)據(jù)表示獨立于機器平臺、供應(yīng)商以及編程語言。

XML被引入許多網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以便于為二個軟件提供相互通信的標(biāo)準(zhǔn)方法，如簡單對象訪問協(xié)議（SOAP）和XML-RPC規(guī)范。

XML數(shù)據(jù)是以純文本格式存儲的，提供了一種與軟件和硬件無關(guān)的共享數(shù)據(jù)方法，所以XML數(shù)據(jù)文件可以被更多的用戶、更多的設(shè)備所利用，而不僅僅是基于HTML標(biāo)準(zhǔn)的瀏覽器。

XML是不同系統(tǒng)之間的橋梁。

3 系統(tǒng)模型的建立

根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求和XML的特點，將系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信問題轉(zhuǎn)化為如何實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)文件傳輸和如何使用XML文件表示數(shù)據(jù)這兩個子問題。同時，為了便于實現(xiàn)，提高系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性及可維護性，采用層次結(jié)構(gòu)，將系統(tǒng)的功能劃分為七層模型，如圖2所示：

（1） 物理鏈路層

是指網(wǎng)絡(luò)通訊的線路，本系統(tǒng)采用電信的ADSL有線方式，其它也可以是局域網(wǎng)（雙絞線、同軸電纜、光纖等）或者無線通訊方式（GPRS、GSM、CDMA等）；物理鏈路層是系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)，但與上層的實現(xiàn)方式基本無關(guān)。

（2） 標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層

是指TCP/IP（TransmissionControl Protocol/InternetProtocol）協(xié)議族，網(wǎng)絡(luò)中TCP/IP協(xié)議叫做傳輸控制/網(wǎng)際協(xié)議，又叫網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，是Internet國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，其中的TCP協(xié)議和UDP（User Datagram Protocol）協(xié)議是兩種最常用的數(shù)據(jù)通信協(xié)議。

（3） 文件傳輸層

使用Socket（套接字）技術(shù)實現(xiàn)文件的傳輸。Socket是Windows與網(wǎng)絡(luò)的接口。Windows通過Socket把數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)傳輸格式，也把網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換成Windows格式。Socket可以使用面向連接的協(xié)議（如TCP），也可以使用無連接的協(xié)議（如UDP）。Socket一般用來描述IP地址和端口，是一個通信鏈接的句柄。應(yīng)用程序通常通過Socket向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出請求或者應(yīng)答網(wǎng)絡(luò)請求，可以通過Socket傳送數(shù)據(jù)，進一步封裝成傳送任何文件（字節(jié)流）的功能。

（4） XML文件控制層

在XML中的數(shù)據(jù)可能是接收到的數(shù)據(jù)，也可能是要發(fā)送的數(shù)據(jù)，監(jiān)控中心和站點必須準(zhǔn)確控制XML文件的接收和發(fā)送。特別是對于監(jiān)控中心，可能同時接收到多個站點發(fā)送來的XML文件，發(fā)送XML文件時也要準(zhǔn)確控制發(fā)送的目標(biāo)站點。

（5） XML文件封裝/解析層

這是兩個相逆的過程，也是兩種相對應(yīng)的操作。XML文件封裝是指將要發(fā)送的數(shù)據(jù)按照一定的協(xié)議打包組裝成一個特定格式的XML文件，解析是指對一個XML文件按照特定的協(xié)議進行分析解讀，還原出其中所描述的數(shù)據(jù)。

（6） 數(shù)據(jù)表示層

將采集到的數(shù)據(jù)、處理中的數(shù)據(jù)或者在數(shù)據(jù)庫中存儲的數(shù)據(jù)等各種數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為能夠用XML文件描述的格式。這一層在本地操作的數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)程傳輸?shù)臄?shù)據(jù)之間建立了一個通道，使兩者之間互不影響，從而不會降低系統(tǒng)的執(zhí)行效率。

（7） 業(yè)務(wù)邏輯層

實際上就是整個系統(tǒng)的用戶接口，或者說是系統(tǒng)功能的實現(xiàn)層，包括打印單據(jù)、防作弊、報警處理、用戶管理、查詢統(tǒng)計、費用計算、實時監(jiān)控、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入、系統(tǒng)管理等。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

4.1 網(wǎng)絡(luò)文件傳輸

4.1.1 動態(tài)鏈接庫

本系統(tǒng)使用VC++開發(fā)專門用于網(wǎng)絡(luò)文件傳輸?shù)膭討B(tài)鏈接庫（DLL），基于對字節(jié)流的處理可以傳輸任何文件，因此對于XML文件的傳輸來說是透明的。該動態(tài)鏈接庫的主要接口及其功能如下：

（1） 初始化

服務(wù)器端要先啟動監(jiān)聽，客戶端主動聯(lián)接。

DWORD DT_Net_InitServer（BOOL bIsServer = TRUE）；

參數(shù)：bIsServer表示是否將此Socket端用作服務(wù)返回：0或者錯誤代碼

（2） 設(shè)置回調(diào)函數(shù)接口

DWORD DT_Net_SetCallBack（LPVOID pParam,LPNET_ACCEPT_CALLBACK pAccept,LPNET_RECV_CALLBACK pRevc,LPNET_DISCONN_CALLBACK pDisConnect,LPNET_LOG_CALLBACK pLogInfo）；

包括請求連接、接收到數(shù)據(jù)、斷開連接和日志回調(diào)。

（3） 設(shè)置文件操作的回調(diào)函數(shù)接口

DWORD DT_Net_SetFileCallBack（LPCTSTR pSavePath,LPNET_SENDFILE_CALLBACK pSendFile,LPNET_RECVFILE_CALLBACK pRecvFile,LPNET_ABORTFILE_CALLBACKpAbortFile）；

包括文件發(fā)送完畢、接收到文件、文件發(fā)送中斷的回調(diào)。

（4） 服務(wù)器啟動監(jiān)聽

DWORD DT_Net_StartListen（LPCTSTR pszLocalIP,unsigned long nSvrPort）；

參數(shù)：pszLocalIP－服務(wù)器IP地址nSvrPort－服務(wù)器端口號返回：0或者錯誤代碼

（5） 服務(wù)器停止監(jiān)聽

DWORD DT_Net_StopListen（）；

（6） 發(fā)送文件

DWORD DT_Net_SendFile（unsigned int nIDSocket,LPCTSTR pstrFileName, LPCTSTR pszReName=NULL）；

參數(shù)：nIDSocket－Client端套接字句柄pstrFileName－文件名稱（全部路徑）pszReName－文件重命名

（7） 中止文件發(fā)送

DWORD DT_Net_AbortFile（unsigned int nIDSocket）；

參數(shù)：nIDSocket－Client端套接字句柄

（8） 斷開連接

DWORD DT_Net_DisConnect（unsigned int nIDSocket）；

參數(shù)：nIDSocket－套接字句柄

（9） 連接服務(wù)器

D W O R D D T _ N e t _ C o n n e c t R e m o t e （ L P C T S T RpstrRemoteIP, unsigned long nRemotePort）；

參數(shù)：pstrRemoteIp－服務(wù)器IP地址；nRemotePort－服務(wù)器端口號

4.1.2 實現(xiàn)文件傳輸

將監(jiān)控中心作為Socket Server，啟動監(jiān)聽：DT_Net_InitServer（TRUE）；DT_Net_StartListen（ServerIP,ServerPort）；

然后設(shè)置回調(diào)函數(shù)：

DT_Net_SetCallBack（self,LPNET_ACCEPT_CALLBACK,LPNET_RECV_CALLBACK,LPNET_DISCONN_CALLBACK,LPNET_LOG_CALLBACK）；

DT_Net_SetFileCallBack（PChar（'d:\temps'），LPNET_SENDFILE_CALLBACK,LPNET_RECVFILE_CALLBACK,LPNET_ABORTFILE_CALLBACK）；

各站點作為Socket Client，也設(shè)置回調(diào)函數(shù)，并主動去連接Server：

DT_Net_InitServer（FALSE）；

DT_Net_SetCallBack（self,LPNET_ACCEPT_CALLBACK,LPNET_RECV_CALLBACK,LPNET_DISCONN_CALLBACK,LPNET_LOG_CALLBACK）；

DT_Net_SetFileCallBack（PChar（'c:\tempc'），LPNET_SENDFILE_CALLBACK,LPNET_RECVFILE_CALLBACK,LPNET_ABORTFILE_CALLBACK）；

DT_Net_ConnectRemote（ServerIP,ServerPort）；

每個站點和監(jiān)控中心之間建立唯一的獨立通道，當(dāng)連接建立成功后，就可以利用該套接字在該站點與監(jiān)控中心之間收發(fā)文件：

DT_Net_SendFile（theSocket,FileName）；

4.2 XML文件封裝協(xié)議

不同的數(shù)據(jù)最終封裝成的XML文件是不同的，但是為了便于處理，把每一個XML文件分成兩個主要的部分（Head和Data），如圖3所示：

（1） Head部分系統(tǒng)中的任何一個X M L數(shù)據(jù)文件都有相同的H e a d （數(shù)據(jù)包頭）， 表明該X M L文件的優(yōu)先級（ p r i o r i t y ）、數(shù)據(jù)種類（FrameType）、來自何處（FromStationNo，站點編號，如果是服務(wù)器則為“0”）以及封裝時間（DateTime）。

（2） Data部分這一部分是XML文件所要封裝的數(shù)據(jù)內(nèi)容，基本按字段格式排列即可。要注意數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換的問題，任何數(shù)據(jù)都必須想方設(shè)法轉(zhuǎn)換成字符串類型的表示形式。

4.3 XML文件控制

在實現(xiàn)了文件傳輸?shù)幕A(chǔ)上，對XML文件的封裝、解析、接收和發(fā)送等操作使用多線程方式并行處理，并且引入隊列（Queue）的機制。監(jiān)控中心的基本處理機制與流程如圖4所示：

文件接收線程接收到XML文件后，先不管文件的具體內(nèi)容，只負(fù)責(zé)將文件入隊。然后由專門負(fù)責(zé)從隊列中提取文件的線程將文件取出，由處理線程進行解析、處理，并將數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫，同時還要生成確認(rèn)應(yīng)答的XML文件放如發(fā)送隊列中。另外有專門負(fù)責(zé)發(fā)送文件的線程將文件發(fā)送出去。監(jiān)控中心要往各站點發(fā)送的數(shù)據(jù)有一個獨立的線程負(fù)責(zé)從數(shù)據(jù)庫中讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)封裝成XML文件放入發(fā)送隊列，等待發(fā)送。數(shù)據(jù)處理線程負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)做進一步的業(yè)務(wù)處理，而系統(tǒng)監(jiān)管線程主要的任務(wù)就是監(jiān)視其它各個線程的狀態(tài)，及時進行調(diào)整、修復(fù)或者發(fā)出報警，以保證系統(tǒng)正常運行。

站點的處理與監(jiān)控中心的處理比較相似，但更為簡單，因為監(jiān)控中心面對多個站點，而站點只面對一個監(jiān)控中心。

要保證監(jiān)控中西文件處理的速度和系統(tǒng)運行的效率還要考慮以下幾個問題：

（1） 優(yōu)先級

（2） 區(qū)分文件是哪個站點發(fā)送來的或者要發(fā)送給哪個站點

（3） 文件隊列的管理

雖然XML文件的

部分有優(yōu)先級和站點編號信息，但是需要解析XML文件才能得到，為此要把文件名定為“優(yōu)先級_站點編號_流水號。xml”的格式，可在一定程度上方便處理的過程。另外，文件隊列可能存在積壓現(xiàn)象，即入隊快而出隊慢，并且會造成惡性循環(huán)使系統(tǒng)性能持續(xù)降低，針對這種情況制定一個限度，當(dāng)隊列中的文件數(shù)達到此限度，則停止入隊，即把新生成的XML文件丟棄。

5 結(jié)語

利用上述方法解決了一個站點式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸問題，使原本錯綜復(fù)雜地、多種格式數(shù)據(jù)相互收發(fā)控制變得邏輯簡單、層次分明、實現(xiàn)方便、安全可靠、穩(wěn)定高效。經(jīng)實際應(yīng)用和測試，該方法是完全可行的，效果很好。