一 粵嵌智能實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)
(一)術(shù)語
管理服務(wù)器
系統(tǒng)業(yè)務(wù)主要邏輯處理,包括前臺(tái)系統(tǒng)管理軟件及數(shù)據(jù)庫。
遠(yuǎn)程管理終端
學(xué)生或教師登陸系統(tǒng)服務(wù)器所用終端,可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室預(yù)約、審批及查看等業(yè)務(wù)。
本地管理終端
值班老師登陸系統(tǒng)服務(wù)器所用終端,可進(jìn)行語音對(duì)講、監(jiān)控及視頻等業(yè)務(wù)。
實(shí)驗(yàn)室終端
實(shí)驗(yàn)室所在終端,帶LCD真彩屏,附帶觸摸功能,按鍵操作,可進(jìn)行語音通話,外帶門禁模塊等功能
無線技術(shù)
可外接wifi模塊,支持TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)傳輸。
(二)參考文獻(xiàn)
<<軟件工程導(dǎo)論>> 朱少民 清華大學(xué)出版社
二 系統(tǒng)概述
(一)系統(tǒng)說明
創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)物理拓樸結(jié)構(gòu)圖
粵嵌創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng):
1.本地管理終端及遠(yuǎn)程管理終端可以通過有線或無線WIFI的方式登陸實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng),進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)約,預(yù)約審批,信息查看等到。
2. 實(shí)驗(yàn)終端可以通過有線或無線WIFI的方式連接到管理服務(wù)器,進(jìn)行指紋數(shù)據(jù)采集、門禁系統(tǒng)控制與實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控及語音對(duì)講等到操作。
(二)系統(tǒng)任務(wù)
1 系統(tǒng)目標(biāo)
智能實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng),是我公司根據(jù)華農(nóng)大項(xiàng)目要求,并利用公司多年小區(qū)住宅弱電的產(chǎn)品的研究、生產(chǎn)、施工、應(yīng)用中所積累的豐富經(jīng)驗(yàn),投入一定量的人 力和財(cái)力,所決策的開發(fā)項(xiàng)目;該項(xiàng)目是集信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)、無線電技術(shù)、模糊控制技術(shù)等多種技術(shù)的綜合應(yīng)用,硬件核心為國際知名品牌的前沿芯片S3C2440(嵌入式CPU),軟件開發(fā)平臺(tái)為LIUNX系統(tǒng),利用現(xiàn)代的寬帶信息網(wǎng)絡(luò)和無線電網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),將網(wǎng)絡(luò)視頻、遠(yuǎn)程監(jiān)控,智能門禁控制,語音對(duì)講、實(shí)驗(yàn)室管理和服務(wù)集為一體構(gòu)成的智能系統(tǒng)產(chǎn)品,是具有較強(qiáng)的技術(shù)性和前瞻性的新產(chǎn)品。
2 運(yùn)行環(huán)境
嵌入式Linux運(yùn)行環(huán)境.(內(nèi)核版本: linux 2.6)
PC端Windows XP
3 結(jié)構(gòu)關(guān)系
創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)關(guān)系圖
(三)需求規(guī)定
1、功能需求
為了加強(qiáng)創(chuàng)新示范性實(shí)驗(yàn)室的管理工作,實(shí)時(shí)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行情況,實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)室的開放管理,實(shí)驗(yàn)安排,預(yù)約管理,決定對(duì)創(chuàng)新示范性實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行信息化管理;科技聯(lián)合會(huì)特制定了本管理方案,本著經(jīng)濟(jì),優(yōu)質(zhì),布局合理,容易管理規(guī)劃的原則,在減少各實(shí)驗(yàn)室管理員的工作負(fù)擔(dān),提高工作效率,使創(chuàng)新示范性實(shí)驗(yàn)室更加規(guī)范化、秩序化、科學(xué)化。
2、性能需求
(1)管理服務(wù)器規(guī)格參數(shù):
CPU 類型:Intel / AMD
存 儲(chǔ) 器:至少80GB 硬件、1G內(nèi)存
物理接口:以太網(wǎng)接口
通迅方式:TCP/IP
操作系統(tǒng):windows
支持網(wǎng)絡(luò):WiFi TCP/IP協(xié)議
(2)智能小區(qū)中央處理器規(guī)格參數(shù):
CPU 類型:ARM9 S3C2440
存 儲(chǔ) 器:64MB ROM、64MB SDRAM
顯示屏:通過VGA顯示接口將數(shù)據(jù)顯示到15"TFT LCD
音頻輸出:內(nèi)置16Bit單聲道揚(yáng)聲器
物理接口:以太網(wǎng)接口
通迅方式:TCP/IP
操作系統(tǒng):LINUX
支持網(wǎng)絡(luò):WiFi TCP/IP協(xié)議
3、數(shù)據(jù)要求
各個(gè)模塊牽涉到的數(shù)據(jù)描述
從用戶終端向管理服務(wù)器獲取用戶信息數(shù)據(jù):文本信息
語音對(duì)講功能:
A.訪客確認(rèn)
B.來訪通話 數(shù)據(jù):音頻數(shù)據(jù)
監(jiān)控視頻功能:
A.實(shí)時(shí)監(jiān)控 數(shù)據(jù): 音頻+視頻數(shù)據(jù)
B.視頻錄像 數(shù)據(jù):視頻壓縮數(shù)據(jù)
門禁控制
A.本地控制開鎖
B.遠(yuǎn)程控制開鎖 數(shù)據(jù):控制指令數(shù)據(jù)
防盜報(bào)警控制
A.智能控制
B.遠(yuǎn)程手動(dòng)控制 數(shù)據(jù):控制指令數(shù)據(jù)
三 總體設(shè)計(jì)
(一)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
1 系統(tǒng)流程圖
系統(tǒng)整體流程圖
(二)系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)
1 管理服務(wù)器
管理服務(wù)器主要是為本地與遠(yuǎn)程管理終端提供后臺(tái)服務(wù),接收從實(shí)驗(yàn)室終端采集來的指紋與音視頻信息,處理并做出相應(yīng)動(dòng)作。其載體是粵嵌智能實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)。
粵嵌智能實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)采用B/S與C/S結(jié)合的方式,該系統(tǒng)是根據(jù)實(shí)際應(yīng)用可分為實(shí)驗(yàn)儀器預(yù)約、管理員審核、按手指做實(shí)驗(yàn)。申請(qǐng)者必須注冊(cè)是學(xué)校學(xué)生然后申請(qǐng),經(jīng)管理員驗(yàn)證后,管理員批準(zhǔn)才可按手指做試驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)邏輯流程圖
整個(gè)系統(tǒng)主要包括:學(xué)生信息管理系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室預(yù)約管理系統(tǒng)、用戶權(quán)限設(shè)置、信息公告、查詢統(tǒng)計(jì)、實(shí)驗(yàn)室使用實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。
1)學(xué)生信息管理系統(tǒng)
通過登錄智能預(yù)約系統(tǒng),管理員能進(jìn)行學(xué)生指紋采集、帳戶密碼、信息添加、修改編輯、刪除,查詢等功能。學(xué)生信息添加后才能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室預(yù)約。
學(xué)生憑自己帳號(hào)密碼成功登錄才能正常預(yù)約。管理員通過登錄智能預(yù)約系統(tǒng)能對(duì)學(xué)生預(yù)約進(jìn)行審批管理,進(jìn)入系統(tǒng)后,系統(tǒng)自動(dòng)彈出短消息提示管理人員待申請(qǐng)人的信息,管理人員根據(jù)預(yù)約情況審核,如申請(qǐng)通過系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)布出來,并通過郵件、短消息或憑自己帳號(hào)密碼成功登錄查看申請(qǐng)結(jié)果。申請(qǐng)者憑指紋到他所申請(qǐng)的實(shí)驗(yàn)室就能成功進(jìn)入。
2)用戶權(quán)限設(shè)置
設(shè)置不同角色的權(quán)限,進(jìn)行分權(quán)管理;
3)信息公告
管理員登錄管理員后臺(tái)后可以發(fā)布公告和編輯公告。發(fā)布后公告可顯示在智能預(yù)約系統(tǒng)首頁
4)查詢統(tǒng)計(jì)
5)實(shí)驗(yàn)室使用實(shí)時(shí)監(jiān)控
實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)可以與監(jiān)控系統(tǒng)連接,實(shí)現(xiàn)在聯(lián)網(wǎng)的電腦上實(shí)時(shí)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室的使用情況。
實(shí)驗(yàn)室管理終端
一 門禁控制模塊
現(xiàn)代化的系統(tǒng)可以配備多種驗(yàn)證方式,如id卡、ic卡、第二代身份證、條碼等,而其中人臉識(shí)別,指紋識(shí)以及非接觸式IC卡系統(tǒng)別在便捷性以及安全系數(shù)性存在很大的優(yōu)勢(shì)。
本控制模塊通過在實(shí)驗(yàn)室安裝指紋識(shí)別系統(tǒng)及門禁系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室申請(qǐng)批準(zhǔn)者主動(dòng)進(jìn)入與離開實(shí)驗(yàn)室的功能。
(一)硬件設(shè)計(jì)
門禁系統(tǒng)
(二)軟件設(shè)計(jì)
Bioeky SDK算法是一種快速、準(zhǔn)確的 1:1和1:N指紋識(shí)別算法,面向軟件開發(fā)商和系統(tǒng)集成商全面開放。在使用Biokey SDK進(jìn)行指紋識(shí)別時(shí)(對(duì)2000到6000枚指紋進(jìn)行識(shí)別),不需要對(duì)指紋通過姓名、PIN等預(yù)先分類就就可以在 1到 5秒內(nèi)輕松完成 [5]。指紋識(shí)別算法的標(biāo)準(zhǔn)流程如下圖所示:
Bioeky SDK算法原理1
Biokey算法進(jìn)行二次開發(fā)。指紋注冊(cè)是通過函數(shù)()實(shí)現(xiàn),在注冊(cè)過程中,將所有人的指紋按照工序號(hào)儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)存當(dāng)中 。圖像保存是通過函數(shù):OnMeuSaveb 和函數(shù) OnMeusavej來實(shí)現(xiàn),保存路徑可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定。1:1和1:N兩種識(shí)別形式分別是由:OnMeuOnetoone()和OnMeuOneton()實(shí)現(xiàn)。匹配成功后,由函數(shù) m_PCI9111.WriteDOPort()輸出信號(hào),函數(shù)中變量 temp表示輸出信號(hào)的電壓,若設(shè)置temp=6,即輸出電壓設(shè)置為6V。 指紋識(shí)別系統(tǒng)完整流程圖下圖所示。
Bioeky SDK算法原理2
二 IPcamera模塊
大學(xué)實(shí)驗(yàn)室使用頻繁,人流量大,難免會(huì)因?yàn)閷?duì)實(shí)驗(yàn)室器件使用不合理而造成工具和元件的丟失,濫用。因此非常有需要在實(shí)驗(yàn)室走廊、門口、貴重儀器機(jī)器附近等重點(diǎn)部位安裝可控?cái)z像機(jī)或固定攝像機(jī)。一般視頻監(jiān)控系統(tǒng)可分為三個(gè)部分:視頻監(jiān)控前端、傳輸網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示:
視頻監(jiān)控前端
監(jiān)控前端主要由網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器、攝像機(jī)(防護(hù)罩、攝像機(jī)、鏡頭、支架)、等主要設(shè)備組成。根據(jù)圖像時(shí)實(shí)性要求高的特點(diǎn),采用MPEG4圖像處理技術(shù)的3000系列網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器,網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器完成模擬視頻監(jiān)視信號(hào)的數(shù)字采集、影像壓縮、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理、報(bào)警信號(hào)的采集、網(wǎng)絡(luò)的傳輸?shù)裙δ?。它可將前端的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成高清晰的實(shí)時(shí)數(shù)字圖像發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)中,可實(shí)現(xiàn)多用戶同時(shí)監(jiān)控的現(xiàn)場(chǎng)圖像,真正做到視頻共享。每路視頻在網(wǎng)絡(luò)中占用的帶寬低,適合對(duì)圖像高清晰,高實(shí)時(shí)性的特殊要求。
(一)監(jiān)控中心
監(jiān)控中心主要由系統(tǒng)服務(wù)器、值班管理工作站、網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備、打印設(shè)備等硬件組成,監(jiān)控中心安裝功能強(qiáng)大的“網(wǎng)絡(luò)視頻集中管理軟件”,可實(shí)時(shí)顯示音視頻、控制云鏡、存儲(chǔ)、錄像報(bào)警布防等。
具于上面功能出發(fā),本系統(tǒng)采用IP Camera-205網(wǎng)絡(luò)攝像頭,其具有如下主要特征安裝簡單,被監(jiān)控端只需要連接電源和網(wǎng)絡(luò)就可以,不需要有電腦及其他任務(wù)設(shè)備;占用寬帶少,只需要1M寬帶線路就可以清晰流暢傳輸視頻;具有紅外夜視、音頻監(jiān)聽、語音對(duì)講、臺(tái)控制旋轉(zhuǎn)等諸多實(shí)用功能;支持視頻流錄像、畫面抓掀拍,多畫面軟件可進(jìn)行多地多點(diǎn)集中監(jiān)控以及錄像;流程圖如下所示
IP Camera 模塊
三 防盜報(bào)警模塊(暫不開發(fā))
實(shí)驗(yàn)室是安全性要求極高的場(chǎng)所,要求實(shí)時(shí)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的電氣狀況,遇到火災(zāi)等突發(fā)情況必須及時(shí)準(zhǔn)確的報(bào)警,遇到非法侵入必須及時(shí)報(bào)警并且自主進(jìn)行防盜措施。
(一)溫度-煙霧報(bào)警:
實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部有很多器材容易引發(fā)火災(zāi),火災(zāi)報(bào)警是實(shí)驗(yàn)室安全監(jiān)控的一個(gè)重要組成部分,本模塊中采用煙霧溫度感應(yīng)探測(cè)器,該探測(cè)器能夠敏感的探測(cè)溫度,當(dāng)溫度濃度超過限量時(shí),探測(cè)器發(fā)動(dòng)聲控報(bào)警。
(二)惡意入侵檢測(cè)
實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的物品十分貴重,所以需要嚴(yán)密的防盜監(jiān)控,因此本模塊采用紅外感應(yīng)器人體感應(yīng)開關(guān)紅外感應(yīng)開關(guān),該感應(yīng)開關(guān)在其檢測(cè)范圍以內(nèi)有人存在的話就會(huì)輸出信號(hào)到服務(wù)器主機(jī),假如在實(shí)驗(yàn)室不開放的時(shí)候發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部有人的話就代表實(shí)驗(yàn)室受到惡意入侵,就會(huì)觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng),系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警,并且關(guān)閉門禁,防止入侵者逃跑。
防盜感應(yīng)示意圖
四 系統(tǒng)安全
(一) 系統(tǒng)安全
隨著信息社會(huì)的不斷發(fā)展,安全問題也越來越突出,甚至影響了我們的日常生活?;蛟S有人會(huì)認(rèn)為自己的電腦很安全,說不定特洛伊木馬正活動(dòng)在你系統(tǒng)的深處,竊取你的秘密;某發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)銀行的資金不翼而飛,游戲賬號(hào)登錄不進(jìn)去;電腦竟然不受控制了,去刪除一些辛辛苦苦積累多年的資料等等,這些情況都能說明你的系統(tǒng)被入侵了,或者中毒了。
下面簡單概述這些有關(guān)安全問題的起因:
1.外部人員和黑客
2.內(nèi)部的用戶
3.用戶用來執(zhí)行業(yè)務(wù)的應(yīng)用程序
4.用戶的桌面,服務(wù)器以及所使用的設(shè)備上使用的操作系統(tǒng)
5.網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備:路由器,集線器,交換機(jī),防火墻和網(wǎng)關(guān)
從計(jì)算機(jī)技術(shù)方面來說:
1.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
2.操作系統(tǒng)
3.網(wǎng)絡(luò)設(shè)備
無論是協(xié)議,還是系統(tǒng),或者設(shè)備,都不是完美,都存在這樣那樣的缺陷。所以說安全問題在信息社會(huì)里是不可避免的;因此系統(tǒng)安全問題也是一個(gè)永恒的話題。
具體防護(hù)方法,見的病毒防護(hù)。
(二) 數(shù)據(jù)安全
數(shù)據(jù)安全保護(hù)示意圖
計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸如上圖所示,我們都知道網(wǎng)絡(luò)協(xié)議都是開放,只要該數(shù)據(jù)包經(jīng)過某個(gè)特定的路由器,都是可以把數(shù)據(jù)包抓取下來,進(jìn)行分析。我們必須對(duì)正在通信的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密,例如,md5、或者RSA加密算法,這樣才會(huì)限度的保護(hù)數(shù)據(jù)。
(三)后備與恢復(fù)
一個(gè)正在使用中的設(shè)備,由于人為或非人為的原因,都是可能會(huì)出現(xiàn)各種的問題。例如,設(shè)備提供很多功能,用戶都設(shè)置了,功能多導(dǎo)致用戶要處理各種各樣的問題。這個(gè)時(shí)候,要把已經(jīng)設(shè)定的功能都去掉,只保留基本的功能就行了。這個(gè)時(shí)候,就需要一個(gè) 恢復(fù)出廠設(shè)置的功能,要給這個(gè)設(shè)備提供一份原始的文件,記錄它基本的功能。
有人會(huì)有這樣的經(jīng)歷,辛辛苦苦在電腦上打的資料,沒有及時(shí)存檔,停電重啟了;這個(gè)時(shí)候上回打的東西就找不回來了。所以,在設(shè)備上必須,提供可以讓用戶保存設(shè)置的接口。這樣就算是斷電重啟了,如果用戶保存他的設(shè)置,重啟后設(shè)備還是使用已經(jīng)設(shè)置好的功能。
所以說,要把系統(tǒng)中一些要記錄的消息,以文件或者其他的方式保存下來,在系統(tǒng)重啟以后,讀這些配置,完成初始化的動(dòng)作。
(四)出錯(cuò)處理
錯(cuò)誤,簡單地可以理解為應(yīng)用程序在執(zhí)行的過程所出現(xiàn)的問題。在這里,錯(cuò)誤可以劃分兩種:
1.內(nèi)存錯(cuò)誤
這種錯(cuò)誤很可怕,一旦出現(xiàn)了,就不可以恢復(fù),因?yàn)樗膬?nèi)存結(jié)構(gòu)都已經(jīng)被打亂了,同時(shí)應(yīng)用程序也掛掉了。這種錯(cuò)誤,經(jīng)常是應(yīng)用程序產(chǎn)生了野指針,引用不該引用的地方,或者是數(shù)組越界訪問了;或者緩沖區(qū)溢出了。只要在應(yīng)用程序中,考慮的足夠仔細(xì),這些都是可以避免的。對(duì)應(yīng)的錯(cuò)誤處理方法是,引入一個(gè)看門狗之類的東西,如果應(yīng)用程序掛掉了,重啟應(yīng)用程序。
這個(gè)時(shí)候,可以去看日志文件(linux 提供的syslog),看看什么時(shí)候,什么操作,導(dǎo)致的內(nèi)存錯(cuò)誤。這些操作是不是正常的操作,還是一些異常的操作。如果是正常的操作導(dǎo)致出現(xiàn),則是應(yīng)用程序沒寫好。如果是一些異常的操作,則要看,應(yīng)用程序有沒有對(duì)可能會(huì)出現(xiàn)異常操作的地方進(jìn)行容錯(cuò)處理。
2.非內(nèi)存錯(cuò)誤
出現(xiàn)這些錯(cuò)誤,應(yīng)用程序沒有死機(jī),但是對(duì)你操作不起反應(yīng)了。譬如,對(duì)字符’a’,使用方法 atoi(),由于某些庫函數(shù)沒有弄好,這個(gè)就會(huì)產(chǎn)生異常;使應(yīng)用程序產(chǎn)生一個(gè)中斷,停在這里。這個(gè)時(shí)候,可以引入C++的異常處理機(jī)制,捕獲這些應(yīng)用程序產(chǎn)生的中斷,返回到終端產(chǎn)生之前的堆棧;使應(yīng)用程序重新執(zhí)行就可以了。
(五) 計(jì)算機(jī)病毒的防治措施
對(duì)于我們現(xiàn)在使用的系統(tǒng),因?yàn)橐獜膚eb遠(yuǎn)程登錄來訪問,在設(shè)備上裝個(gè)殺毒軟件,軟件防火墻不太現(xiàn)實(shí)。在外圍,在路由器連到公網(wǎng)之間,裝個(gè)防火墻,過濾數(shù)據(jù),防止外圍的攻擊;這還是一個(gè)可行的方法。
目前安全威脅主要有以下:
堪測(cè)攻擊:獲取網(wǎng)絡(luò)信息,設(shè)備信息;手段是掃描和竊聽
訪問攻擊:利用操作系統(tǒng)應(yīng)用中漏洞,如緩存溢出,可以不經(jīng)過認(rèn)證就獲得訪問受權(quán)
會(huì)話攻擊:偽裝,會(huì)話重放,會(huì)話挾持
拒絕服務(wù)攻擊:應(yīng)用攻擊,email炸彈,數(shù)據(jù)包分片,ping,syn報(bào)文洪水等等
數(shù)據(jù)操作攻擊
未授權(quán)攻擊
病毒,木馬攻擊
這些潛在的威脅都可以通過防火墻進(jìn)行防護(hù)。防火墻可以過濾數(shù)據(jù)包,授權(quán)通訊,允許數(shù)據(jù)包從某些特定的端口經(jīng)過,過濾數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)等等。
目前市場(chǎng)比較流行的防火墻有:
國外的Cisco , Juniper旗下的Netscreen,Checkpoint,國內(nèi)的華為3Com;通過它們的方案,制定相應(yīng)的策略,配合防火墻提供系統(tǒng)日志可以分析問題的所在。這樣就可以達(dá)到病毒防護(hù)的目的。