摘  要: 在通信线路实时状态信息监视系统中嵌入WWW服务功能的设计方法,系统构成以及各组成部分结构和WWW功能的实现流程,描述了系统中的关键技术。目前该设计方法已经成功应用于通信线路实时状态信息监视系统中,取得了很好的效果。 

　　关键词: 全球信息网  实时嵌入系统  通信线路状态信息监视 

　　目前客户在访问具有远程访问和控制功能的应用系统时,大多都需要安装专门的客户端软件,这给客户的访问带来了很大的不便。随着全球信息网(Wide World Web)的发展和Web浏览器的广泛应用,在应用系统设计时使用HTTP协议和HTML标准嵌入WWW服务功能,使应用系统与Web连接起来,这样任何一个有标准Web浏览器的客户都可以通过Web浏览器直接访问该应用系统,而不需要安装专门的客户端软件。 

　　这里设计的通信线路实时状态信息监视系统主要是对多路通信线路的收电平、发电平及误码率等指标进行实时测试,并通过网络将实时测试结果送到相应的各级客户;各级客户在远端通过Web浏览器而不用专门的客户端程序就可以对自己所关心的数据进行监测,通过Web浏览器客户还可以在客户端选择所关心的线路及各类参数,并依据权限对应用系统进行相应的远程控制。 

　　在实时系统中嵌入WWW服务功能,主要解决了如下问题: 

　　(1)动态实时地改变数据网页,即将需要发送的数据网页模板在系统启动时装入内存,根据实时采集的数据,实时改变已装入内存的数据网页。 

　　(2)对HTTP服务器端口(80)进行监听,处理、响应客户端的各类请求。 

　　(3)实现安全控制,根据访问客户的IP地址和登录信息,对客户进行过滤和权限设置,记录客户的操作。 

　　(4)根据各级客户的权限不同,实现对不同客户的同一请求发送不同的客户数据网页。 

　　(5)根据正在访问客户的数量和级别,动态控制数据网页的发送和刷新。 

1 系统设计方法 

1.1系统构成 

　　通信线路实时状态信息监视系统主要由以下三部分构成:数据采集子系统、数据处理子系统和信息表现子系统。其系统构成如图1所示。 

　　数据采集子系统主要由收电平测量板、发电平测量板和误码测量板组成。这些测量板在信息处理器的控制下,对各路通信线路的接收电压、发送电压和误码等指标进行测量,并将测量数据送到信息处理器进行处理。 

　　数据处理子系统主要由信息处理器、多串口卡和网络卡等组成,它是信息处理的核心。一方面控制着数据采集子系统各采集板的数据采集,接收并处理这些采集板发送来的数据,并根据处理后的数据和主页模板生成公共数据主页;另一方面响应本地客户和网络客户的请求,根据客户的请求进行相应的处理、显示和控制。 

　　信息表现子系统主要由本地监视、控制平台和内、外部网络构成。本地客户通过本地监视、控制平台监视整个系统的通信线路实时状态信息,控制系统的工作状态,设置网络客户的权限,根据需要对系统进行配置和维护;网络客户则根据自己所拥有的权限通过Web浏览器监视应用系统中通信线路的实时状态信息,向系统发送远程控制命令。 

1.2嵌入WWW服务功能的实现 

　　在应用系统中嵌入WWW服务功能需要完成两个方面的工作:一是动态主页的实时生成;二是侦听应答客户请求,其具体实现流程图如图2所示。 

1.2.1动态主页生成过程 

　　动态主页生成过程主要是应用系统根据主页模板和实时采集的数据,实时更新生成通用的公共数据主页;在客户请求时依据客户的权限和设置生成客户数据主页,发送给远程客户。其具体过程如下: 

　　(1)主页模板的生成。根据客户显示的需求,采用HTML标准,创建在Web浏览器上可以浏览的主页模板。对于主页模板中需要实时更新的数据和根据客户需求可能会改变的数据,采用相应的变量代替。 

　　(2)公共数据主页的生成。应用系统启动后,将事先生成的主页模板加载到内存中,根据系统的配置,对部分公共变量用实际的内容(如各路通信线路的名称等)进行替换,生成公共数据主页。 

　　(3)更新数据的生成。系统通过各类数据采集板采集各路通信线路中实时变化的接收电压、发送电压和误码等数据,并将这些采集的数据实时送到数据处理器进行处理,生成客户需要的收电平、发电平和误码率等实时更新数据。 

　　(4)公共数据主页的实时更新。数据处理器生成实时更新的数据后,将公共数据主页中该数据的对应项进行更新替换,实现公共数据主页的实时更新。 

　　(5)客户数据主页的生成。当应用系统收到客户请求的发送主页消息后,根据客户的权限和需求对公共数据主页中需要保密、限制的内容以及客户主页的刷新频率进行更新处理,为各级别的客户生成各自的客户数据主页。这样处理后对于不同客户的同一请求,发送的客户主页信息就可能不同。 

1.2.2 应答客户请求过程 

　　应答客户请求的过程主要是应用系统在TCP端口(80)上侦听客户的连接。当连接建立后,为该客户的请求建立一个线程,读取并解析客户从Web浏览器发送来的请求,并对请求进行安全和权限控制,应答客户请求,最后关闭此客户的连接并退出该线程。具体过程如下: 

　　(1)侦听客户请求。应用系统启动后首先初始化网络设置,并在80端口打开一个被动的TCP连接,等待接受客户的连接。 

　　(2)创建客户请求处理线程。在收到客户连接后,应用系统为该客户请求创建一个线程,用来解析、处理、应答客户的请求。 

　　(3)解析客户请求。应用系统根据请求消息的格式解读请求消息,如果客户所请求的动作不能实施或者URI无效,返回一个错误状态并关闭该连接,否则对客户进行安全控制。 

　　(4)安全控制。根据客户的IP地址或者登录信息,判别客户的权限。如果客户不具备所请求动作的权限则返回权限不足信息并关闭该连接,否则对客户请求进行处理,同时记录客户请求内容、时间等信息。 

　　(5)处理客户请求。根据客户的权限和请求,对构建于内存中的公共数据主页信息进行进一步处理,生成客户所需要的客户数据主页。 

　　(6)应答客户请求。对于客户的请求为Get方式时,打开该URI所指定的被程序构建于内存之中客户数据主页,在发送以前,应用系统为客户数据主页建立一个适当的题头区,其后放一个空白行,然后将该题头区发送出去,最后发出客户数据主页。对于客户的请求为Post方式时，根据解析后的信息对应用系统进行相应的设置和操作,实现客户的远程控制。 

　　(7)关闭客户连接,退出线程。 

2 关键技术 

2.1处理客户请求 

2.1.1 客户请求 

　　当客户通过Web浏览器向应用系统发出请求时,需要指定一个全球资源定位器(URL)。URL是某个特定资源的Web名,用于定位Internet上面的资源,一个URL的基本格式为: 

　　协议://主机名[:端口]/路径 

　　Web浏览器分析该URL,提取协议(这里是HTTP)、主机名以及全球资源路径(URI),并使用提取的协议向具有该主机名的网络主机发起连接。当连接建立后,Web浏览器发送请求消息,该消息包含一些可选配的题头,用于标识该客户和列出可接受的资源类型。应用系统发送响应消息,该消息有一个状态行,后随一个或多个题头,然后是所请求的资源。 

2.1.2 解析客户请求 

　　对客户请求的解析主要是应用系统根据HTTP消息的格式,从客户发送来的请求消息中提取客户请求的内容,并向客户发送响应消息。HTTP消息是客户发给应用系统的请求或者由应用系统传给客户的应答,消息格式为: 

　　Start-line(开始行) 

　　Message-headers(消息题头) 

　　CR LF(换行回车符,即空一行) 

　　Message-body(消息正文) 

　　一个请求包括三部分:开始行、题头以及正文。开始行是必须有的,题头及正文则是可选的。在客户传给应用系统的请求中,开始行就是请求行;在应用系统的应答中,则是状态行。 

　　请求行仅有一行文本,包括三个区,以CR LF结束,格式如下: 

　　Method  请求的URI  HTTP版本 

　　请求行也仅有一行文本,包括三个区,以CR LF结束,格式如下: 

　　HTTP版本  状态码  原因说明文字 

2.2 安全控制 

　　在该应用系统中主要采用身份限制、密码保护、数据加密等方法来增强客户访问的安全性。 

2.2.1 身份限制 

　　当应用系统接收到客户发送来的请求后,提取客户的IP地址,过滤掉非法IP地址的客户请求,并判断合法IP地址的客户权限;根据系统的设置,为每个客户生成并发送相应权限的客户数据主页,同时根据客户的远程控制权限响应客户对应用系统的控制,向客户发送控制后的结果信息。 

2.2.2 密码保护 

　　当客户访问应用系统中需要安全保护的数据主页,或者远程进行可能对应用系统造成危害的控制操作时,应用系统首先要求客户进行登录帐号和密码。只有经过应用系统确认后,应用系统才会应答客户的这些请求。

2.3 动态控制数据发送 

　　应用系统所处理的数据是实时采集的、不断变化的,如果客户要实时检测到这些采集的数据,就要按照一定时间间隔不断地向应用系统发送页面刷新请求,应用系统根据客户请求也不断地向每一个客户实时发送最新的客户数据网页。当大量客户同时对应用系统进行请求时,就可能导致客户数据网页发送时间减慢,甚至引起系统崩溃。为解决这种情况,这里提出一种动态控制客户数据主页的发送方法。 

　　动态控制客户数据主页的发送主要是根据单位时间内客户请求的数量,动态改变客户数据主页的刷新频率。当单位时间内客户请求的数量大于某一门限值时,就降低客户数据主页刷新频率;反之,就增加客户数据主页刷新频率;这样保证单位时间内客户请求数量在一定可允许的范围内。对于实时性要求较高的客户,不降低刷新频率。 

　　假定单位时间内允许客户请求为N,实时性要求较高的客户数量为n₁，刷新频率为f₁， 其它客户数量为n₂，刷新频率为f₂，则: 

    随着Internet的不断发展,在应用系统中嵌入WWW服务功能具有广阔的应用前景。一方面增强了应用系统的网络功能,在客户不用下载专门的客户端应用程序情况下,就可以通过Web浏览器直接对应用系统中的实时数据信息进行访问,实现对应用系统的远程控制;另一方面可以广泛应用于具有微处理器和存储器的家用电器、设备仪器之中,在它们的处理系统中嵌入WWW服务功能,通过有线、无线等数据传输技术,利用Web浏览器远程监视、控制这些家用电器和仪器设备的状态。 

参考文献 

1 许汝峰. 32位嵌入系统编程.北京:中国电力出版社，2001;3 

2 许锦波，严望佳.Internet/Intranet网络安全结构设计.北京:清华大学出版社，1999.2