文摘：針對目前遠程監控系統中存在的程序復雜，并且不能保證所獲監控數據的準確性和實時性問題，提出一種基于Java技術的嵌入式遠程監控系統的設計方案，描述該系統的實現方法和工作流程，文中對流行的Browser/Web Server/Database網絡模式進行改進，通過構建分布式體系的網絡結構及利用藍牙無線通信機制等手段，使遠程監控系統的監控簡便而可靠。 

        關鍵字：Java；Java Servlet；Java Applet；遠程監控 

        前言
 
        在Internet上建立基于Web平臺的嵌入式監控系統，可以使管理人員不必親臨現場，就能通過Internet及時了解企業中各個被監控設備的狀態，做出實時決策。對于網絡監控系統所要求的實時、準確和無漏控等指標，Browser/Web　Server/Database是解決方案。

        Browser/WebServer/Database模式是網絡應用的一種常用模式。在這種模式中，一部分應用進程(客戶)獲得另一組應用進程(服務器)提供的服務，一臺計算機采集數據，并將數據傳遞給其他的計算機。此時，它是一個服務器;同時作為一個客戶，這臺計算機又接受其他計算機傳來的指令和數據。多臺計算機執行不同的功能，實現不同的服務器和客戶角色，通過網絡環境，就可實現數據的遠程監控與處理。 

        通過試驗測試和實際應用，證實了本系統完全能夠采集到被監控設備的當前狀態、監控設備低電壓、監控設備網絡連線被破壞、監控設備被非法關閉、監控系統被非法入侵、監控設備被非法拆除等數據信息，并將異常的信息數據及時上報給遠端工作人員;同時能執行遠端工作人員從高層應用軟件發送過來的查詢被監控設備狀態、監控設備的狀態，配置監控設備的狀態等指令，從而可以滿足無人值守環境下對被監控設備的實時性管理。 

　　基于Java的嵌入式監控模型
 

　　Java技術優勢
　
　　現在，Browser/Web Server/Database三層體系結構的實現有許多不同的解決方案。從技術發展的角度來看，以前進行Web程序設計及訪問數據庫的渠道是CGI方式，隨后出現了ISAPI、NSAPI等技術方案，近來又流行ASP、Java技術。雖然目前有多種技術，但并非各種方案都適合監控系統的設計。 

　　CGI雖是傳統的動態Web技術，但是運行在無狀態環境中的CGI程序可能會同時被多個瀏覽器喚醒，導致多個實例運行，從而降低服務器系統的性能。同時，CGI對客戶網頁的變化無能為力。APl技術的性能，但是比較復雜且受平臺限制。微軟的ASP技術雖然具有簡便、高效、交互性強的特點，但是屬于NT平臺技術，受平臺的限制。 

　　Java具有跨平臺、簡單、面向對象、與Internet聯系緊密、多線程、健壯、安全等特點。同時作為計算機平臺，Java體現的是三層分布式企業計算架構。Java為每個層次都提供了強大的技術，Java平臺JDBC、Servlet、JSP、EJB在內的多種技術能夠讓用戶快速開發分布式應用。通過以上的比較和在實際中的應用看到，Java是實現Browser/Web Server/Database模式理想的方案。 

        嵌入式遠程監控系統的構成 

        以往的監控系統大都在監控端采用紅外設備或者家用射頻設備。紅外設備方向單一，只能在一定角度范圍內實現監控。家用射頻設備功能小，不能自行組網。因此，帶來諸多缺點，使產品的使用范圍受限。本系統以功能強大的藍牙嵌入式系統為核心，即以應用為中心，以計算機技術為基礎。應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗要求嚴格。系統結構主要分為監控中心、多個嵌入藍牙的外圍站和被測控藍牙從機組成。監控中心和多個外圍站之間通過定義好的協議在Internet進行通信握手和數據傳輸。一個嵌入藍牙的外圍站可以和多個藍牙測控從機構成微微網在網內通信。單個外圍站多可以攜帶二百多個藍牙從機，監控范圍遠可達方圓一百米。同時，在藍牙從機中還安裝了水銀傳感器，能夠靈敏地將外界的移動信息以中斷的形式傳遞到藍牙從機的處理器中，通過軟件對中斷的處理來將信息上報給監控中心。嵌入式遠程監控系統的結構圖示于圖1。

        單片機采用MSP430X449型，該單片機具有6個并行口，2個串行口，是一種功能強大的16位單片機。采用該芯片作為嵌入式監控系統的CPU，使外圍電路十分簡單。單片機通過匯編語言實現編程，單片機軟件實現的流程圖示于圖2。 

        分布式監控模型 

        在傳統的三層體系結構中，中間層Web服務器一般獨立Java應用，具有很強的通用性，一般用RMI(Remote Mothed lnvocation)實現客戶與中間層的通信。中間層服務器的操作包括創建RMI對象和注冊RMI對象，用RMI對象注冊提供安全機制，但是這樣做比較復雜。本系統選用Java來進行分布式Browser/Web Server/Database網絡模式的設計，亦即使用JavaSoft的JavaWeb　Server和Servlet。Servlet是處理服務器端編  程的一種基于Java的解決方案，在JavaWeb　Server上運行，JavaWeb Server提供ServletAPI。客戶通過URL調用Servlet，動態產生HTML頁面，處理與數據庫間的事務等工作。Servlet與前端的交互示于圖3。

        客戶與Servlet之間用HTTP作為通信機制。這里用RMI和Servlet結合的方式實現客戶與中間層通信，即用RMI對象形式實現應用相關邏輯，用Servlet返回到客戶的RMI對象，從而顯著地改善了客戶程序操作復雜的服務器端對象的能力。這樣可以利用JavaWeb Server和Servlet消除RMI對象注冊，簡化三層體系結構。 

        在改進后的三層體系結構中，用戶瀏覽器可從Web服務器上下載JavaApplet到本地瀏覽器，并由客戶端的Java虛擬機來執行JavaApplet的指令，該指令與硬件無關確保了JavaApplet的跨平臺性。同樣，Servlet也是一個跨平臺的服務方構件，并在簡化的三層模型中運行于Java　WebServer上，實現了與Applet的交互。Applet與Servlet的結合構成了客戶端服務器的Web應用模式以及客戶端和服務器端的交互式應用。同時，后臺數據庫選取創建和維護方便、安全性高的關系型數據庫，能夠滿足大的數據處理系統，保證JavaServlet和Web數據庫之間的高效、安全連接。其監控中心軟件的簡單流程圖示于圖4。

        監控系統實現方法和工作流程 

        Servlet是JavaWeb Server的靈魂，它被集成到服務器中，可以實現網絡上遠程動態加載。Servlet可以被認為是運行在服務器端的Applet，但它沒有與用戶進行交互的接口。Java虛擬機(JVM)在次調用Servlet時下載它并使它一直留在系統核心中，所以以后調用時可直接從內存訪問，響應速度較快。同時，一個Servlet可以在多個請求之間維系系統資源，避免了對數據庫連接的申請—使用—釋放的循環，可節約大量的CPU時間。采用Servlet技術時，利用JDBC訪問Web數據庫，實現Java程序與數據庫系統的無縫連接。JDBC提供給了一個統一的接口，對任意數據庫JDBCAPl都是一致的，它能夠獨立于特定的數據庫系統而實現與網絡數據庫的互連。Applet是執行在客戶端的Java小應用程序。
   
        Applet與Servlet之間的聯系一般是間接的，如頁面請求由瀏覽器發送給Servlet，Servlet將結果生成HTML文檔發送給瀏覽器。許多時候，Applet與Servlet不直接建立連接。但是，在顯示一些實時的動態數據或在較為復雜的分布式Java應用中，直接連接是必不可少的。客戶端與服務器端這種交互方式主要有:通過HTML傳遞參數，用Java.net包建立直接網絡連接，RMI和CORBA技術。如前所述，本文采用RMI的改進三層體系結構進行互聯。

        監控系統工作流程示于圖5。Web瀏覽器向Web Server發HTTP請求，Web Server在收到請求后，通過分發器將請求分配給被請求的Servlet，若Servlet不在本地Web Server上，也可遠程調用;被請求的Servlet通過JDBC訪問Web數據庫，由Servlet處理訪問結果，通過Web服務器將結果送到瀏覽器。

       客戶機向服務器發送請求，服務器監聽來自客戶機的請求，并為客戶機提供響應服務。Applet負責提供用戶界面與Web服務器端的Java Servlet進行通信。當Applet與Servlet建立TCP連接后，Web服務器會保留此連接直到客戶端與服務器的通信完畢為止。在此期間，客戶端與服務器的通信均通過此連接進行，不必為客戶機的每個連接請求都建立新連接。由于在監控過程中，客戶端會向Web服務器請求的數據，單一的TCP連接可以大大提高通信的效率。 

        結束語 

　　本文介紹的嵌入式監控系統的設計利用Java實現了分布式體系結構，從而極大地簡化了監控系統的復雜度，滿足了整個系統的實時性要求。實踐證明，由于藍牙通信機制的可靠性和全方位通信的特點，使系統能夠準確地采集到監控數據，克服了系統誤報和錯報的問題，具有很高的可靠性;分布式體系結構的引入，使系統在實際通信過程中花費的時間更短，能夠及時上報監控信息，減小了系統的網絡時延，很大地提升了系統的性能，并受到了用戶的認可。
 
　　Java程序具有很好的跨平臺、可移植、可伸縮的特性，更適合于監控系統資源有限的特點以及實時準確的要求，并且在該領域也必將有所發展。同時，本Java分布式結構的設計方案也可用于如電子商務、工業控制、信息家電等其他領域。