基于分布式組件的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

基于分布式組件的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

隨著監(jiān)測(cè)技術(shù)向自動(dòng)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的日益發(fā)展，監(jiān)測(cè)管理的越來(lái)越復(fù)雜化，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不斷被賦予新的內(nèi)容和組織形式，從而對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提出了更高的要求。該文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于分布式組件技術(shù)的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)各種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和非實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，具有良好的可擴(kuò)展性，并實(shí)際應(yīng)用于全國(guó)短波監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中。現(xiàn)代監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由一套完整的信號(hào)檢測(cè)、傳送、分析、控制和顯示系統(tǒng)組成，配備了先進(jìn)的監(jiān)測(cè)設(shè)備以及相應(yīng)的控制和自動(dòng)監(jiān)測(cè)軟件，并通過(guò)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

? 為了提高系統(tǒng)響應(yīng)性能和穩(wěn)定性，增強(qiáng)代碼的可重用性，可擴(kuò)展性和易維護(hù)性，最大程度地滿足用戶日益變化的需求，整個(gè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則為：基于分布式組件設(shè)計(jì)；基于三層結(jié)構(gòu)模式設(shè)計(jì)：將設(shè)備驅(qū)動(dòng)與網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)軟件分開；將數(shù)據(jù)流與業(yè)務(wù)流程分開；基于網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；基于標(biāo)準(zhǔn)化模塊設(shè)計(jì)。

? 基于分布式組件(DCOM)設(shè)計(jì)的軟件每一部分模塊都是一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的程序，并可以運(yùn)行于不同的計(jì)算機(jī)上。這樣可以使各軟件功能之間、各設(shè)備之間完全獨(dú)立。

? 基于三層結(jié)構(gòu)模式設(shè)計(jì)，將設(shè)備驅(qū)動(dòng)與網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)軟件分離開，使各部分完成各自的功能，盡可能地減少了各部分的耦合度。將數(shù)據(jù)流與業(yè)務(wù)流程分開，可以簡(jiǎn)化業(yè)務(wù)流程的邏輯復(fù)雜性，從而可以降低軟件的開發(fā)難度，提高軟件開發(fā)效率。

?? 將監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備根據(jù)不同的監(jiān)測(cè)中心、監(jiān)測(cè)站進(jìn)行樹型結(jié)構(gòu)管理，既可以對(duì)用戶、設(shè)備、功能進(jìn)行統(tǒng)一的管理，也可以避免因統(tǒng)一管理而帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)瓶頸。

?? 基于標(biāo)準(zhǔn)化模塊設(shè)計(jì)，使得各功能模塊獨(dú)立運(yùn)行，一個(gè)模塊死掉，不影響其他無(wú)關(guān)模塊工作。

2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

2.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

?? 監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過(guò)各種測(cè)量設(shè)備，能對(duì)溫度、流量、壓力還有無(wú)線電等各種信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到各級(jí)監(jiān)測(cè)中心及監(jiān)測(cè)站，并對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，及時(shí)、準(zhǔn)確地將信號(hào)測(cè)量情況反饋給監(jiān)控人員，從而監(jiān)測(cè)運(yùn)行情況，對(duì)出現(xiàn)的異常情況作出及時(shí)的處理，指導(dǎo)決策。

?? 整個(gè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)中心、各級(jí)監(jiān)測(cè)站和監(jiān)測(cè)站下的監(jiān)測(cè)設(shè)備通過(guò)聯(lián)網(wǎng)組成。監(jiān)測(cè)中心負(fù)責(zé)對(duì)各監(jiān)測(cè)站進(jìn)行控制，下達(dá)監(jiān)測(cè)任務(wù)，是采集和處理數(shù)據(jù)的中心，由控制器、路由器、集線器／交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)適配器、MODEM及對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)軟件等組成，實(shí)時(shí)掌握整個(gè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。監(jiān)測(cè)站至少包括一個(gè)監(jiān)測(cè)服務(wù)器、一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和若干個(gè)監(jiān)測(cè)設(shè)備，能夠接受監(jiān)測(cè)中心的測(cè)量任務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并進(jìn)行分析處理顯示，將數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)測(cè)中心。監(jiān)測(cè)站也可做成移動(dòng)車載系統(tǒng)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，靈活機(jī)動(dòng)地完成各種監(jiān)測(cè)任務(wù)。監(jiān)測(cè)站下的各種監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)具體的監(jiān)測(cè)功能。

監(jiān)測(cè)中心、各級(jí)監(jiān)測(cè)站和監(jiān)測(cè)設(shè)備組成一個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行樹型結(jié)構(gòu)管理，實(shí)現(xiàn)各種監(jiān)測(cè)功能，達(dá)到統(tǒng)一管理、分工合作、數(shù)據(jù)共享的目的。在監(jiān)測(cè)站內(nèi)部的數(shù)據(jù)通訊直接通過(guò)分布式組件來(lái)完成，而各個(gè)監(jiān)測(cè)站之間的數(shù)據(jù)通訊的實(shí)現(xiàn)則是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊服務(wù)程序進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊(PPP)，這樣可以避免網(wǎng)絡(luò)設(shè)備統(tǒng)一管理而帶來(lái)的數(shù)據(jù)傳輸瓶頸問(wèn)題。根據(jù)實(shí)際情況，用戶可以建成只有一個(gè)監(jiān)測(cè)站的小型監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，也可以擴(kuò)建成全國(guó)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

2.2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

?? 整個(gè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基于分布式組件設(shè)計(jì)，采取“客戶端-中間層-設(shè)備底層”三層結(jié)構(gòu)形式?？蛻舳耸潜O(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能界面程序，主要完成與用戶的交互功能；中間層是工程的核心組件，主要負(fù)責(zé)命令與數(shù)據(jù)的分發(fā)以及設(shè)備和用戶的統(tǒng)一管理；底層設(shè)備封裝成組件形式，主要完成用戶的測(cè)量任務(wù)，并返回?cái)?shù)據(jù)。圖1是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體框架結(jié)構(gòu)圖。

?? 客戶端程序，從功能上來(lái)說(shuō)是一個(gè)面向用戶的窗口，主要完成的功能有兩個(gè)：作為用戶和設(shè)備交互的窗口，向中間層發(fā)送命令和顯示中間層返回的數(shù)據(jù)；完成一些獨(dú)立于中間層的數(shù)據(jù)處理功能。

?? 中間層就象整個(gè)系統(tǒng)的中樞神經(jīng)，其主要完成兩大功能：一是負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流的管理，向上接受客戶端輸入的測(cè)量命令和參數(shù)，并向客戶返回相應(yīng)的測(cè)量數(shù)據(jù)和狀態(tài)，向下將測(cè)量命令和參數(shù)發(fā)送給底層設(shè)備，并接受設(shè)備返回的數(shù)據(jù)。二是設(shè)備管理和用戶管理，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備和用戶進(jìn)行統(tǒng)一管理。

設(shè)備底層主要是設(shè)備的DCOM封裝和與中間層的接口程序。

3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

3.1 客戶端程序設(shè)計(jì)

?? 怎樣設(shè)計(jì)界面友好，運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)時(shí)反應(yīng)迅速的監(jiān)測(cè)軟件是監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的首要要求。監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用軟件的交互界面和功能直接反映了用戶的需求。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用基于分布式組件設(shè)計(jì)的模塊化設(shè)計(jì)：每項(xiàng)功能設(shè)計(jì)成相對(duì)獨(dú)立的功能模塊，每一部分模塊都是一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的程序，模塊與模塊之間各自預(yù)留接口，通過(guò)調(diào)用接口的方式相互調(diào)用。這就要求每個(gè)模塊有自己獨(dú)立的參數(shù)、變量和過(guò)程；各個(gè)模塊的功能不重復(fù)，每個(gè)業(yè)務(wù)功能可以重復(fù)調(diào)用。模塊化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：利于開發(fā)分工、減少程序的開銷、提高代碼使用效率等。

??? 用戶功能界面主要是由用戶登陸模塊、任務(wù)管理模塊、命令控制模塊、測(cè)量參數(shù)設(shè)置模塊、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示及分析模塊等組成。每一個(gè)獨(dú)立的模塊充分利用面向?qū)ο笾蓄惖乃枷雭?lái)開發(fā)設(shè)計(jì)。在進(jìn)行程序開發(fā)階段，分別對(duì)各個(gè)功能模塊進(jìn)行開發(fā)、測(cè)試，實(shí)現(xiàn)和完善各項(xiàng)具體功能。當(dāng)進(jìn)行整體規(guī)劃的時(shí)候，就像堆砌房子一樣，調(diào)用一個(gè)一個(gè)的模塊，組成一個(gè)漂亮、實(shí)用、且可隨意變形的“房子”。

3.2 中間層設(shè)計(jì)

??? 中間層是整個(gè)系統(tǒng)的核心控制層，主要負(fù)責(zé)命令數(shù)據(jù)流的管理和設(shè)備管理與用戶管理。其中數(shù)據(jù)流的管理包括：數(shù)據(jù)的分發(fā)與管理、命令的排隊(duì)管理與分發(fā)、數(shù)據(jù)的分發(fā)與管理。

主要的數(shù)據(jù)流為數(shù)據(jù)請(qǐng)求過(guò)程：

(1)通過(guò)參數(shù)面板選擇測(cè)量參數(shù)，通過(guò)命令面板選擇功能操作，將命令直接編譯成設(shè)備認(rèn)識(shí)的、能直接操作的二進(jìn)制流，遞交給網(wǎng)絡(luò)通訊服務(wù)程序；

(2)網(wǎng)絡(luò)通訊服務(wù)程序?qū)?shù)據(jù)傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)管理服務(wù)程序(加到中間層隊(duì)列中)；

(3)數(shù)據(jù)管理服務(wù)程序?qū)⒚顢?shù)據(jù)流發(fā)送到對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)服務(wù)程序；

(4)設(shè)備得到的監(jiān)測(cè)結(jié)果返回到數(shù)據(jù)管理服務(wù)程序；

(5)數(shù)據(jù)管理服務(wù)程序?qū)⒈O(jiān)測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，遞交給網(wǎng)絡(luò)通訊服務(wù)程序；

(6)網(wǎng)絡(luò)通訊服務(wù)程序?qū)⒔Y(jié)果數(shù)據(jù)返回給用戶界面；

(7)用戶界面將數(shù)據(jù)顯示出來(lái)或通過(guò)存儲(chǔ)過(guò)程保存到數(shù)據(jù)庫(kù)。

? 整個(gè)數(shù)據(jù)請(qǐng)求過(guò)程類似于“寫信→寄信→回信”過(guò)程。首先用戶界面按設(shè)備認(rèn)識(shí)的格式寫好“信和信封”，然后通過(guò)中間層“寄”給設(shè)備，中間層將設(shè)備的“回信”轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)格式返回給用戶界面。

3.3 設(shè)備底層設(shè)計(jì)

?? 底層設(shè)備以DCOM形式封裝，各設(shè)備間獨(dú)立運(yùn)行。一旦設(shè)備出現(xiàn)意外問(wèn)題詘口死機(jī)或斷網(wǎng)等，不影響其他設(shè)備工作。設(shè)備底層的開發(fā)主要包括兩部分：設(shè)備與中間層的DLL接口程序；設(shè)備的DCOM封裝。設(shè)備與中間層的接口程序：當(dāng)加入新設(shè)備時(shí)，中間層程序不需要編譯，只需在底層的DLL中加入新的設(shè)備信息；底層DLL負(fù)責(zé)將上層命令翻譯成底層DCOM能夠識(shí)別的命令格式。

整個(gè)系統(tǒng)軟件分為五個(gè)部分的內(nèi)容，即：

(1)用戶界面，他是瘦客戶端，可以安裝在需要監(jiān)測(cè)的任意計(jì)算機(jī)上。

(2)登錄服務(wù)程序，安裝在監(jiān)測(cè)中心的監(jiān)測(cè)服務(wù)器上。

(3)數(shù)據(jù)流管理程序，也可稱中間層。包括數(shù)據(jù)管理服務(wù)程序和狀態(tài)管理服務(wù)程序，安裝在監(jiān)測(cè)站的監(jiān)測(cè)服務(wù)器上。

(4)設(shè)備驅(qū)動(dòng)服務(wù)程序。

(5)網(wǎng)絡(luò)通訊服務(wù)程序，安裝在需要遠(yuǎn)程訪問(wèn)的任意計(jì)算機(jī)上。

?? 基于分布式組件設(shè)計(jì)，使軟件的各個(gè)部分可以完全獨(dú)立來(lái)封裝，形成一個(gè)可獨(dú)立運(yùn)行的程序，使軟件的各部分可以運(yùn)行于不同的計(jì)算機(jī)。這樣可以縮短設(shè)備的啟動(dòng)時(shí)間，提高設(shè)備的運(yùn)行效率，減少CPU占用率，可以使各軟件功能之間、各設(shè)備之間完全獨(dú)立。

4 系統(tǒng)測(cè)試

?? 軟件測(cè)試是保證軟件質(zhì)量，提高軟件可靠性的關(guān)鍵。下面通過(guò)搭建全國(guó)短波監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的單頻測(cè)向監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為例來(lái)進(jìn)行測(cè)試和演示。

?? 無(wú)線電短波單頻測(cè)向系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)站下的監(jiān)測(cè)服務(wù)器和接收機(jī)，測(cè)向儀等監(jiān)測(cè)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)組成，能對(duì)短波信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和測(cè)向，也可以通過(guò)幾個(gè)監(jiān)測(cè)站進(jìn)行聯(lián)合測(cè)向，提供對(duì)單一無(wú)線電信號(hào)的時(shí)域示向度測(cè)量和統(tǒng)計(jì)分析。由于監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件的各個(gè)部分都封裝成標(biāo)準(zhǔn)化模塊形式，這樣就可以對(duì)其每一部分進(jìn)行獨(dú)立的測(cè)試，包括軟件的功能和性能指標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)各個(gè)部分的可測(cè)可控。

?? 于是在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件開發(fā)過(guò)程中，就可以對(duì)完成的各個(gè)模塊進(jìn)行獨(dú)立的單元測(cè)試。當(dāng)開發(fā)人員編寫完代碼封裝成獨(dú)立功能模塊后，可以專門針對(duì)此模塊編寫簡(jiǎn)單的測(cè)試程序，主要測(cè)試模塊各個(gè)接口實(shí)現(xiàn)的具體功能。最后通過(guò)調(diào)用各個(gè)功能模塊組成整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行整體的功能和性能測(cè)試?；诜植际浇M件設(shè)計(jì)的軟件每一部分模塊都是一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的程序，對(duì)于開發(fā)完并通過(guò)測(cè)試的模塊，進(jìn)行系統(tǒng)集成測(cè)試時(shí)，此模塊只需安裝，并不需要源代碼，降低了軟件重復(fù)開發(fā)的可能性，提高了代碼安全性。

??? 圖2是無(wú)線電短波單頻測(cè)向監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)界面顯示。開啟一個(gè)監(jiān)測(cè)測(cè)試流程：首先用戶登陸系統(tǒng)，選擇監(jiān)測(cè)臺(tái)站中的測(cè)向設(shè)備和測(cè)向功能，啟動(dòng)測(cè)量，調(diào)用測(cè)向功能界面模塊。如圖2，在參數(shù)輸入面板上設(shè)置測(cè)量參數(shù)，點(diǎn)擊開始測(cè)量按鈕向設(shè)備發(fā)送“開始測(cè)量”命令，對(duì)接收到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)分析處理顯示在界面上。也可以通過(guò)調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)、文件、打印模塊來(lái)保存數(shù)據(jù)、打印文件等。另外，既可以啟動(dòng)單個(gè)測(cè)量任務(wù)，也可以啟動(dòng)多個(gè)不同的測(cè)量任務(wù)，各個(gè)測(cè)量任務(wù)之間互不影響。

?? 通過(guò)測(cè)試表明，整個(gè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)簡(jiǎn)潔實(shí)用，易操作；設(shè)置監(jiān)測(cè)任務(wù)類型、設(shè)置測(cè)量參數(shù)、運(yùn)行及關(guān)閉程序的操作都非常簡(jiǎn)單快捷；能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和非實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能；整個(gè)系統(tǒng)響應(yīng)快速且運(yùn)行穩(wěn)定。

5 結(jié)語(yǔ)

?? 本文基于分布式組件技術(shù)和模塊化思想設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)安全可靠、獨(dú)立性強(qiáng)、易于擴(kuò)展的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件的開發(fā)和測(cè)試過(guò)程中，基于標(biāo)準(zhǔn)模塊化和分布式組件技術(shù)的設(shè)計(jì)思想有助于軟件從結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)弱耦合分解，可以極大地提高代碼的獨(dú)立性、重用性和可維護(hù)性，方便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能擴(kuò)展，而且可以在不同的語(yǔ)言平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)功能模塊的開發(fā)，從而使得并行開發(fā)過(guò)程變得更加容易、高效。整個(gè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)用，易操作；監(jiān)測(cè)功能完善，具有良好的可擴(kuò)展性；系統(tǒng)運(yùn)行快速穩(wěn)定，并實(shí)現(xiàn)應(yīng)用于全國(guó)短波監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中。