基于Intranet/Internet的嵌入式IP監(jiān)控系統(tǒng)的研究

傅文博,王 敏

(1.山西大同大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，山西大同 037009;2.中北大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院，山西太原 030051)

1 嵌入式IP監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于Intranet/Internet的嵌入式IP監(jiān)控系統(tǒng)，按照實(shí)現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)先后可劃分為三層.具體是：1、遠(yuǎn)程監(jiān)控層;2、智能控制層;3、現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備層.

遠(yuǎn)程監(jiān)控層是系統(tǒng)的前端部分，主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的上傳與轉(zhuǎn)發(fā).在智能控制器中創(chuàng)建基于B/S架構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)從監(jiān)控端采集上傳至服務(wù)器，通過(guò)路由與交換設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)接，從而使用戶通過(guò)本地Browser對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的整個(gè)狀況以及現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全時(shí)、全程監(jiān)控.

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)劃分

從遠(yuǎn)程監(jiān)控層采集到的數(shù)據(jù)匯集在智能控制層，智能控制層的主要工作就是進(jìn)行策略的制定、對(duì)過(guò)程參數(shù)進(jìn)行鑒定、安裝設(shè)計(jì)組態(tài).該層整個(gè)功能由是嵌入式控制器完成的.這一層能夠?qū)崿F(xiàn)總線接口的轉(zhuǎn)換，協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)流量等作用.

圖2 嵌入式IP監(jiān)控系統(tǒng)WEB服務(wù)器的硬件結(jié)構(gòu)

智能設(shè)備層的主要工作就是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)控制和實(shí)時(shí)處理.包括系統(tǒng)控制邏輯的具體實(shí)施，該層一般是通過(guò)系統(tǒng)總線的方式進(jìn)行安裝和管理.基本的要求是可靠、穩(wěn)定并有一定的冗余度.由于采用了總線結(jié)構(gòu)，新的設(shè)備可以簡(jiǎn)便地續(xù)接在新增的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上.

2 嵌入式IP監(jiān)控系統(tǒng)WEB服務(wù)器的硬件結(jié)構(gòu)

整個(gè)硬件系統(tǒng)也由主機(jī)與外設(shè)兩部分構(gòu)成，主機(jī)中主要由CPU芯片、SDRAM內(nèi)存構(gòu)成，外設(shè)由MPEG-4音視頻編碼芯片、大容量硬盤、Flash芯片、以太網(wǎng)絡(luò)接口組成.MPC8250是MOTOROLA公司推出的PowerPC嵌入式處理器的常用型號(hào).對(duì)從攝像頭傳送過(guò)來(lái)的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮和編碼的工作主要由MPEG-4音視頻編碼芯片完成，如圖2所示.MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)分層標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、寬帶以及對(duì)實(shí)際情況中對(duì)圖像質(zhì)量的要求，應(yīng)選用不同的分層可擴(kuò)展性編碼方案.

3 嵌入式IP監(jiān)控系統(tǒng) WEB服務(wù)器的軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)是WEB服務(wù)器的軟件設(shè)計(jì)，其中包括兩大部分，分別是嵌入式操作系統(tǒng)軟件與應(yīng)用軟件.

3.1 嵌入式操作系統(tǒng)軟件

嵌入式操作系統(tǒng)具有是一類專用的操作系統(tǒng)，有著諸多方面的優(yōu)點(diǎn)，如系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、硬件相關(guān)性、軟件固態(tài)化等.常見(jiàn)的嵌入式操作系統(tǒng)有Linux、Windows CE等，它是在根據(jù)系統(tǒng)需要對(duì)主操作系統(tǒng)進(jìn)行適量裁剪和實(shí)時(shí)處理.

3.2 應(yīng)用軟件

如圖3所示，是應(yīng)用軟件的主體架構(gòu).常見(jiàn)到的有攝像機(jī)控制模塊、視頻調(diào)度與傳輸模塊、CGI程序、存儲(chǔ)管理與調(diào)度模塊、嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)MSQL、WEB服務(wù)器等幾個(gè)重要部分組成.

圖3 嵌入式IP監(jiān)控系統(tǒng)WEB服務(wù)器的硬件結(jié)構(gòu)

4 嵌入式IP監(jiān)控系統(tǒng)容錯(cuò)性設(shè)計(jì)

容錯(cuò)是非常重要的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，對(duì)可靠性的要求將根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合有所不同.影響可靠性的因素來(lái)自兩個(gè)方面，一是設(shè)備硬件的可靠性，另一是軟件的穩(wěn)定性及容錯(cuò)性.

網(wǎng)絡(luò)冗余能夠很好的承擔(dān)容錯(cuò)的任務(wù).它的實(shí)現(xiàn)方法就是在智能控制層服務(wù)器和客戶端重構(gòu)第二個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于相同的過(guò)程數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能夠提供兩條網(wǎng)絡(luò)路徑，如果一個(gè)網(wǎng)絡(luò)路徑連接出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的中斷時(shí)，控制軟件就能夠自動(dòng)地切換到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)路徑繼續(xù)沿著網(wǎng)絡(luò)斷點(diǎn)堅(jiān)持工作.

5 WEB服務(wù)器監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)

第一，就是要進(jìn)行內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)的邏輯隔離.這種隔離一般是通過(guò)路由、交換以至VLAN等多種形式以實(shí)現(xiàn);第二，嚴(yán)格劃定內(nèi)部IP地址段落，全網(wǎng)的訪問(wèn)權(quán)限主機(jī)訪問(wèn)都必須使用內(nèi)部IP地址.對(duì)Web服務(wù)器進(jìn)行登錄地址驗(yàn)證，以保證內(nèi)部信息資源的安全;第三，嚴(yán)格控制訪問(wèn)密鑰管理驗(yàn)證.加強(qiáng)用戶名、口令及用戶權(quán)限的審計(jì)力度.最后在系統(tǒng)中建立監(jiān)護(hù)人制度.一個(gè)系統(tǒng)管理員下達(dá)遠(yuǎn)程控制指令時(shí)，要有網(wǎng)絡(luò)監(jiān)護(hù)人陪同，以防止出現(xiàn)誤操作.

6 結(jié)論

嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是現(xiàn)代信息技術(shù)的一項(xiàng)十分重要的應(yīng)用.開(kāi)展嵌入式研究有著明顯的現(xiàn)實(shí)意義.嵌入式與微計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和監(jiān)控設(shè)備的發(fā)展為遠(yuǎn)程監(jiān)控的進(jìn)步提供了良好的支撐條件.將嵌入式技術(shù)、Ethernet和國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的緊密結(jié)合，使得通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)嵌入式工業(yè)控制系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控成為自動(dòng)化系統(tǒng)一種新的實(shí)現(xiàn)方法.

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