基于Socket技术的煤矿远程监控系统.pdf

| 第 l 期 2 0 0 3年 2月 工矿 自 动化 I n d us t r y a n d M i ne Au t o m a t i o n NO ． 1 Fe b．2 0 0 3 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 0 3 叭 一0 0 3 70 3 基于S o c k e t 技术的煤矿远程监控系统 苏炳 秒 ， 黄 劲 1 ． 河 海 大学 计算 机 及信 息工 程学 院 ， 江 苏 常 州 2 1 3 0 2 2 ； 2 ． 贵州 省六 盘水 有线 电视 台 ， 贵州 六 盘水5 5 3 0 0 0 摘要 探讨如何利用 S o c k e t 以及 多线程技术 来开发煤矿远程监控 系统 ， 并着重介 绍了系统的 总体 方案 以及 服 务 器程序 的设 计 。 关键 词 煤 矿 ； 远 程监 控 ； 数 据传 输 ； 多线程服 务 器 ； S o c k e t ； MP E G一4 中图分 类号 T P 3 9 ； T D 6 7 6 文 献标 识码 B Re mo t e Mo ni t o r i ng a n d Co nt r o l S y s t e m Ba s e d o n S o c ke t Te c h n o l o g y Us e d i n Co a l M i n e S U Bi n g mi a o ，HUANG J i n g 1 ． C o l l e g e o f Co mp u t e r a n d I n f o r ma t i o n E n g i n e e r i n g，He h a i Un i v e r s i t y ，C h a n g z h o u 2 1 3 0 2 2，Ch i n a ． 2 ． Ca b l e Te l e v i s i o n S t a t i o n o f L i u p a n s h u i ，Li u p a n s h u i 5 5 3 0 0 0 ，Ch i n a Ab s t r a c t Th e p a p e r ma i n l y d i s c u s s e d h o w t o d e v e l o p a r e mo t e mo n i t or i ng a nd c o n t r o l s y s t e m b a s e d on So c k e t u s e d i n c o a l mi ne a n d m u l t i t hr e a di ng t e c hn o l o gy，s t r e s s l y i n t r o du c e d t h e s c h e me o f t he s y s t e m a n d t h e d e s i gn of p r o gr a m f o r t he s e r v e r ． Ke y wo r ds c o a l mi n e，r e mo t e mon i t o r i n g a n d c o nt r o l ，d a t a t r a n s m i s s i o n，m u l t i t h r e a d i n g s e r ve r，So c k e t ， M PEG一 4 0 引言 务器处 理后利用 S O c k e t 技 术发送 到客户端 。 Soc k e t 是一 种文 件 描 述 符 ， 网 络 的 So c k e t 数 据 传输 是一 种 特 殊 的 I ／ O， 它 提 供 了进 程 之 间 通 信 的 一 种 方 法 。Soc k e t 主 要 有 流 式 套 接 字 S t r e a m So c k e t 、 数 据报 套 接 字 D a t a g r a m So c k e t 和 原 始 数 据 报 套接 字 Ra w So c k e t 3种 。其 中 流式 套 接 字 是 一 种 面 向连接 的 S o c k e t ， 针 对 面 向连 接 的 T C P服务 应 用 。在 T C P ／ I P网 络 中 ， 流 式 So c k e t 是 进 行 网络 编 程 的重 要手 段 。本 文 主要探 讨 如何 利 用 流式 Soc k e t 技术设计一种适用于煤矿企业的远程监控系统 。 1 系统设 计 方案 远 程监控 系统主要 解决数 据的采 集 、 视频 信 息的 压缩与解 压缩和实 时数据 的传输 问题 ， 系统 结构 如 图 1 所示 。首先是利用煤 矿现场传感器及视频采集设 备对气体浓度进行测定及对视频信息进行采集。现 场采集到 的 数据 通 过 O P C技 术 提 供 给 服 务 器 ， 经 服 收稿 日期 2 0 0 2 0 8 0 6 作者简介 苏炳秒 1 9 7 8一 ， 男 ， 河海大学 通信 与信息 系统专业 硕士研 究生 ， 研究方向为计算 机信息 系统。 围 T C P／ I P连接 图 I系 统 结 构 由于矿 区地理位置一般较为偏僻 ， 煤矿 内部局 域网与外界连接 主要靠 电话线实现 ， 因此要求对视 频 信 息进 行高 压缩 比的压 缩编 码处 理 后 才能 进行 传 输。MP E G一4视频 压缩标准 可 以满 足上述要 求 ； 它不仅是针对一定 比特率下的视频 、 音频编码 ， 而且 更加注重多媒体系统的交互性和灵活性 。它能利用 较 窄 的带 宽 ， 通过 帧 重建 技 术 ， 用 最 少 的数据 获 得最 佳 的 图象 质 量 。视 频 压 缩 编 码 可 以 采 用 硬 件 来 实 现 ， 也 可 以采 用软 件 来 实现 。不 管采 用何 种 方式 ， 服 务器端一般都要有解码器和编码器 ， 客户端 只要 有 解码 器 即可 。本 系 统 采 用 软 件 编 码 、 解码 器实 现 视 频压 缩 解 压缩处 理 。 实时数据的传输 主要是指实现实时数据从服务 器端到客户端的发送 。煤矿现场需要一次测量的数 据较 多 ， 所 以服务 器 没 有 必 要 每 次 把 所 有 的数 据 都 j 维普资讯 3 8 工 矿 自动 化 2 0 0 3年 2 月 发送到客户端 。系统可以设计成可交互的体系 ， 服 务器响应客户的请求并把客户所需要的数据发送到 客户 端 。服 务器 与 客 户 端 的连 接 可 以使 用 T C P ／ I P 连接 ， 也就是说 不管是 P S TN、 I S DN还 是 L AN， 只 要可 以 提 供 TC P ／ I P 的 服 务 ， 就 可 以 运 行 该 系 统 。 服 务器 守 护进 程 ／ 守 护 线程 监 听特 定 的端 口， 在接 到 客 户 的连接 请求 时作 出 响应 ， 建 立 一 个 端 到 端 的连 接 ， 建立 连接 后 客 户 端 和 服 务 器 就 可 以通 过 这 个 连 接进行交互。服务器对端 口的监听以及数据的传输 可以用 S o c k e t 技 术实现。用 S o c k e t 技术设 计 的多 线 程 服务 器可 以 同 时 接 受 多 个 用 户 的 连 接 请 求 ， 并 有 效 地进 行 数据 发送 与接 收 。 2 系统 的软 件设 计 系统的软件体系结构如图 2所示。该系统属于 B ／ S结 构 ， 也 就 是 说 客 户 端 为 浏 览 器 的 C ／ S结 构 。 其中 C OM／ D C OM 部分利用 OP C技术存取 现场数 据 服 务器 程 序负责 端 口的监 听 、 连 接 的 建立 以及 数 据的发送和客 户控 制信息 的接 收 ； Ap p l e t ／ Ac t i v e X 为嵌入到脚本文件的客户端程序 ， 主要负责数据 的 接 收 与发 送 ， 并根 据数 据 进 行 图形 、 表格 的绘 制 。服 务器 与 客户 端用 流式 S o c k e t 进行 交 互 。 OP C服务器 器 图 2软 件 体 系 结 构 2． 1 流 式 S o c k e t的 工作 方式 流式 S o c k e t 是一种面向连接 的套接字 ， 是针对 T C P协议 的 一 种 套 接 字 。服 务 器 与 客 户 机 的 应 用 程序就可 以利用流式 S o c k e t 进行通 信。服 务器程 序监听特定端 口， 等待客户的连接请求 ， 当一个连接 请 求 到达 时 ， 客 户 与 服 务 器 建 立 一 条 专 用 连 接 。在 建立连 接 的过 程 中 ， 服 务 器 与 客 户 机都 被 分 配一 个 本地端 口， 并将套接字绑定到各 自的端 口上 ， 通过各 自的端 口进行通信。它的工作流程如图 3所示 。 匿 圜 图 3 流式 S o c k e t 的工作 流程 2 ． 2服 务 器程序 的设 计 服务 器 程序 利用 S o c k e t 技 术 ， 监 听 特 定 的某 个 端 口。在 接 到客 户 的连 接 请 求 时 ， 服 务 器 就 为 它 建 立一个连接 ， 并把该连接 的有关信息 加入到用户链 表， 服务器就可 以利用此链表管理客户。服务器需 要 同时 完成 多 种操 作 ， 如果 不 采用 多线 程技 术 ， 服 务 器程序的运行效率将会 比较低 。特别是在有费时间 S o c k e t I ／ O 的情 况下 这 种情 况 下 ， 主 进 程 的 大部 分 时 间要 用 于 I ／ O 等 待 ， 多 线 程 更 是 W i n 3 2环 境 下 设计高性能服务器程序不可或缺的技术。本系统的 服 务 器程 序采 用 C斗 斗编 写 ， 主要 利 用 W i n 3 2 AP I 中 的 S o c k e t AP I 来 实现 网络程 序 的编写 。 2 ． 2 ． 1 服务 器线 程 模式 的选 择 在 W i n 3 2的环境 下 ， 服 务 器 的线 程 模 式 有 以 下 3种 1 由单 独 1个 线 程 负责 数 据 的 发 送 与 接 收 。 这种方式的服务器效率较低 ， 由于 S o c k e t I ／ O的速 度相 对较 慢 ， 会 造成 大 量 的 C P U 资源 浪 费 。 2 为每个客户建立线 程， 负责数据 的发送 与 接收 。这种模式 的服务器开销较 大、 在高负载的情 况下性能较差 ， 但可以为客户提供较快的响应速度。 3 建立 一定 数 量 的线 程 ， 利 用 I ／ O C o mp l e t i o n p o r t 这种特殊 的同步对象来综合这些线程 ， 使 C P U 尽可能地忙碌 。这是一种具有较高运行效率的服务 器模式 ， 适合于设计具有较多用户 同时访 问的高负 荷 服 务器 。 根据 远 程监 控 系 统 的 实 际 情 况 ， 系 统 采 用 第 2 种线程模式 比较适合 。因为远程监控系统对客户响 应时间的要求较高 ， 而且一般情 况下 同时访 问的客 户数 较 少 。 2 ． 2 ． 2 服 务器 线 程之 间 的 同步 问题 对 于需 要 在线 程 之 间进行 数 据共 享 的多线 程 程 序 ， 线 程 同步 是需 要 解 决 的 重 要 问题 。W i n 3 2环 境 下解 决 同 步 问 题 的方 法 主 要 有 互 斥 量 Mu t e x 、 事 件 E v e n t 、 信 号量 S e ma p h o r e 和 临界 区 C r i t i c a l S e c t i o n 。相 对 于其 它 3个 同步 对 象而 言 ， 临 界 区是 最 轻 型 的 同步 对 象 。它 主要 用 于 同一进 程 的线 程之 间 的同步 。临界 区 的使 用不 象 其它 同步 对 象那 样需 要在用户态和内核态之间进行切换 。在多个线程争 用 临界 区时 ， 只有 1个线 程 能够 进 入 临界 区 ， 而与 其 它 同步 对象 不 同之 处 在于 其它 线 程在 不能 进 入临 界 区时将 进入 等 待状 态 。 当进入 临 界 区的线 程 调用 离 开 临界 区 的函数 ， 操 作 系统 将 按 照 调用 的顺 序 唤醒 等 待 线 程 。 因 此 ， 使 用 临 界 区 能 较 好 地 提 高 系 统 维普资讯 第 1 期 2 0 0 3年 2月 工矿 自 动 化 I n d u s t r y a n d M i n e Au t o m a t i o n No ． 1 Fe b．2 0 0 3 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 0 3 0 1 0 0 3 9 0 2 基于 We b的下井人员跟踪查询系统的设计应用 孙 亚军 ， 吴 兆和 ， 黄 兴 ， 顾 军 ， 王利 娟 1 ． 兖矿集团兴隆庄煤矿 ， 山东 兖州 2 7 2 0 0 2 ；2 ． 徐州华讯科技有限公 司， 江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 摘要 煤矿下井人 员查询 系统基于 I n t r a n e t 的 We b技术 ， 完全采用 B ／ S体 系结构的 内联 网 系统 ， 具有培 训简单、 使用方便、 个性化强、 系统维护简单可靠、 模块化设计、 兼容性设计等特点。 关键词 矿井 ； 信息管理 ； 信息查询； 考勤； We b ； I n t r a n e t 中图分 类 号 T D 6 7 2 ／ “ ／ 6 ； T P 3 9 文献 标识 码 B 0 引 言 及时准确地掌握下井人员的信息 ， 督促 、 监督有 关人 员下井 是煤 炭 企业 安 全 生产 的一个 重 要 环节 之 一 。目前煤 炭企业 也采取 了各种 矿灯 考勤 、 电话 跟踪 定位等系统来掌握人员的下井信息。但是 ， 采用传统 的手送报表等形式 ， 不能确保有关领导和相关单位准 确及时地 了解人 员 的下 井情 况 。基于 We b的下 井 人 员查询系统， 将提供一种更为准确 、 及时的信息服务。 该系统可做到信息快速传递 ， 及时发现并反映下井人 员信 息 ； 同时 实现 基本 数 据 的快 速 统计 ， 为管 理 考 核 相关人员提供依据。本系统 以全国特大型现代化矿 井兖矿集团兴隆庄煤矿为例加以介绍。 系 统就 能完 成 所有 的 系统 安装 和 配置 ； 2 简洁 明了 、 操作方便 煤 炭企业 人员上网， 完全映射部 门实体 ， 适用煤炭企业现有的组织部门。 实现下井人员的在线查询 、 报警 、 汇总、 打印 ； 3 系统成本 、 维护 费用低 系统的模块 化设 计 ， 提供了高性能的系统信息流转机制， 大大降低 了 系统 成本 和维 护 费用 ； 4 信息反馈及时 对所发 的信息及时进行监 控和管理 ， 能确切知道信息的接收状态 ， 提高 了信息 传递的可靠性 ； 5 强 大 的消 息 支 持 实 现 实 时可 控 的在 线 提 示功能 ， 模块化设计 ， 即插 即用围绕 内核设计思想贯 穿系统 开 发 始终 ， 方 便 系统扩 展 和 升级 。 1 系统特 点 2 系统 框 架 1 安装 简 易 在简 单 的 几个 安 装 步骤 下 ， 收稿 日期 2 0 0 20 90 6 作者简介 孙亚军 ， 男 ， 复旦大学计算机专业毕业 ， 现在兖矿 集团 兴隆庄 煤矿 从事计算机信息管理和开发工作 。 C P U 的利 用 率 。由于 本 系 统 的 线 程 同 步 主要 发 生 在 同一进 程 的多 线 程 之 间 ， 所 以 系统 主要 采 用 临 界 区实现线程 的同步较为合适 。 2 ． 3 客 户端程 序 的设 计 客 户端 程 序为嵌 入 到脚 本 文件 的 A p p l e t 或 A c t i v e X控 件 。二者 相 比 ， A c t i v e X有 速 度 更 快 、 功 能 更 强大 的 特点 ， 但 是 在初 次运 行 时 下 载 A c t i v e X控 件 比较 费时问 ； 而 Ap p l e t 控件具 有下载速度快 、 安 全 性 好 的 特 点 ， 但 其 初 始 化 速 度 较 慢 。A c t i v e X 可 以采 用 A TL进 行 开 发 ， 因 为 用 A TL开 发 的 A c t i v e x体积相对较小 ， 速度也相对快一点 。不管是采用 系统 的数据 流程 如 图 1所示 。 1 预输 入 系 统 基 本 信 息 采 用 模 块 化 管 理 ， 系 统管理员可 以定制基本属性信息； 2 用户 用户是分 配给使 用者 的一个唯一 标 识 ， 它 的 作用 在 于 有效 地 通 过 角 色 授权 的办 法 规 范 A p p l e t ， 还 是采 用 A c t i v e X， 客 户 端 的 程 序 都 需 要 建 立 线程 ， 利用 S o c k e t 进 行 数据 的接 收 与 发送 。为 了 得到较好的视觉效果 ， 绘图工作主要 由主进程完成 。 3 结 语 远 程监 控 系统 牵 涉 的 领域 比较 多 ， 以 上仅 对 整 体方案及服务器软件的设计等一些问题做了较为详 细的阐述。显然 ， 还有其它一些方案可 以用来设计 远程监控系统。但是 ， S o c k e t 技 术在实施过程 中表 现出来的较好的性能优势 ， 可满 足当前煤 矿企业 的 实际 需要 。 维普资讯