基于Socket通信的多媒體教室移動(dòng)監(jiān)控模塊的設(shè)計(jì)

張　波

（常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院 教育技術(shù)中心，江蘇 常州 213164）

基于Socket通信的多媒體教室移動(dòng)監(jiān)控模塊的設(shè)計(jì)

張波

（常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院 教育技術(shù)中心，江蘇 常州 213164）

文章主要討論了多媒體教室遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)中的移動(dòng)監(jiān)控模塊的設(shè)計(jì)。移動(dòng)監(jiān)控模塊主要由運(yùn)動(dòng)的方式進(jìn)行通信。APP程序定時(shí)從服務(wù)器獲取網(wǎng)絡(luò)中控節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，同時(shí)給用戶提供調(diào)用接口，通過服務(wù)器向下位機(jī)（網(wǎng)絡(luò)中控）發(fā)送控制指令完成控制動(dòng)作。最后，文章總結(jié)了移動(dòng)監(jiān)控模塊的設(shè)計(jì)意義。

多媒體教室；移動(dòng)監(jiān)控模塊；Socket；APP；線程

隨著多媒體教學(xué)的日益普及，各個(gè)學(xué)校的多媒體教室數(shù)量在迅速增長(zhǎng)。在現(xiàn)有管理人員不變的情況下，實(shí)現(xiàn)高效地管理多媒體教學(xué)設(shè)備成為學(xué)校迫切需要解決的問題。隨著手機(jī)、平板等手持移動(dòng)端電子設(shè)備的逐漸增多，人們的日常生活方式和行為習(xí)慣正悄悄發(fā)生著改變，支付寶消費(fèi)、微信紅包等給人們?nèi)粘Ｉ顜?lái)了很大的便利。本論文從技術(shù)的角度給出一種多媒體教室移動(dòng)監(jiān)控方案。通過該方案，只要有網(wǎng)絡(luò)，管理人員就可以在任何時(shí)間任何地點(diǎn)通過移動(dòng)端APP程序?qū)h(yuǎn)程教室的多媒體教學(xué)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。

1　移動(dòng)監(jiān)控模塊的結(jié)構(gòu)

多媒體教室移動(dòng)監(jiān)控模塊的實(shí)現(xiàn)有兩個(gè)總體思路：直接監(jiān)控方式和間接監(jiān)控方式。所謂直接監(jiān)控方式是教室下位機(jī)通過GSM/GPRS模塊連接移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，以短信的形式將設(shè)備狀態(tài)反饋給移動(dòng)端手機(jī)或者帶移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的其他設(shè)備。移動(dòng)端也以短信的形式向遠(yuǎn)程教室下位機(jī)GSM/GPRS模塊直接發(fā)送控制命令。但這樣的設(shè)計(jì)需要在教室下位機(jī)增加GSM/ GPRS模塊，增加了硬件的復(fù)雜度和生產(chǎn)成本，復(fù)雜的電路同時(shí)降低了通信的穩(wěn)定性，當(dāng)教室數(shù)量很多并且經(jīng)常變動(dòng)時(shí)，SIM卡號(hào)碼的管理也是件讓人頭痛的事情。本設(shè)計(jì)采用的是間接監(jiān)控方式，在原有監(jiān)控中心服務(wù)器（上位機(jī)）—教室網(wǎng)絡(luò)中控（下位機(jī)）的遠(yuǎn)程監(jiān)控方案的基礎(chǔ)上增加了移動(dòng)監(jiān)控模塊，原有硬件和軟件架構(gòu)完全不需要變動(dòng)，很方便地實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)功能模塊的擴(kuò)展。移動(dòng)監(jiān)控模塊主要由兩部分程序構(gòu)成：運(yùn)行于移動(dòng)設(shè)備端的APP程序和運(yùn)行于監(jiān)控服務(wù)器端的上位機(jī)程序以及后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)。由于遠(yuǎn)程教室端設(shè)備狀態(tài)均存儲(chǔ)于服務(wù)器上的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)并會(huì)實(shí)時(shí)更新，移動(dòng)端APP只需要定時(shí)讀取后臺(tái)數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)刷新UI界面就可以向管理人員呈現(xiàn)最新的設(shè)備狀態(tài)；另一方面，移動(dòng)端APP不需要直接向遠(yuǎn)程教室下位機(jī)發(fā)送控制指令，只需要向服務(wù)器上位機(jī)發(fā)送控制指令，再由服務(wù)器上位機(jī)向?qū)?yīng)教室下位機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)相同的控制指令即可。只要選取合適的數(shù)據(jù)刷新頻率，間接監(jiān)控方式也可以有很好的實(shí)時(shí)效果。移動(dòng)監(jiān)控模塊的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2　移動(dòng)端APP程序設(shè)計(jì)

移動(dòng)端APP，Android版采用Java原生語(yǔ)言開發(fā)，ios版基于Object C語(yǔ)言開發(fā)，兩種開發(fā)環(huán)境這里不做介紹，本文以Android版APP為例來(lái)闡述，IOS版與之類似。既然是移動(dòng)監(jiān)控程序，那么網(wǎng)絡(luò)通信是必不可少的，Android Java開發(fā)環(huán)境中涉及網(wǎng)絡(luò)通信的組件對(duì)象有很多，比如HttpClient，Http URLConnection和Socket等，Http對(duì)象通常和某種服務(wù)器語(yǔ)言配合使用，比如jsp，php等。在這里我們選擇Socket對(duì)象，原因是在服務(wù)器端我們采用.net c#開發(fā)的服務(wù)器程序也是基于Socket對(duì)象的，移動(dòng)端APP采用Socket對(duì)象和服務(wù)器程序通信，兩邊就能很方便地進(jìn)行對(duì)接。

圖1　移動(dòng)監(jiān)控模塊的結(jié)構(gòu)

所謂Socket通常也稱作“套接字”，用于描述IP地址和端口，是一個(gè)通信鏈的句柄。應(yīng)用程序通常通過“套接字”向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送請(qǐng)求或者應(yīng)答網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求。Socket有兩種主要的操作方式：面向連接（TCP）的和無(wú)連接的（UDP），在這里我們選擇面向連接（TCP）的操作方式，原因也是為了能和我們的服務(wù)器端程序匹配。Java中提供了兩個(gè)類Socket和ServerSocket，分別用來(lái)表示雙向連接的客戶端和服務(wù)端。

在移動(dòng)端APP主程序中，首先實(shí)例化一個(gè)客戶端線程類，該類實(shí)例將負(fù)責(zé)與服務(wù)器通信，實(shí)例化的同時(shí)會(huì)新建一個(gè)Socket對(duì)象，并指定服務(wù)器地址和端口，我們可以新建一個(gè)InetSocket Address類來(lái)描述一個(gè)網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)地址，參數(shù)包括IP地址和端口號(hào)，InetSocket Address類作為Socket對(duì)象的連接參數(shù)。其次如果和服務(wù)器連接失敗則返回網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤，如果和服務(wù)器連接成功則開始如下的工作：每5s鐘向服務(wù)器提交教室設(shè)備狀態(tài)刷新請(qǐng)求；每15s鐘定時(shí)向服務(wù)器發(fā)送保持在線狀態(tài)的心跳包。為了保證手持移動(dòng)設(shè)備在按下電源鍵關(guān)閉屏幕后仍然能夠定時(shí)向服務(wù)器發(fā)送消息包，我們不使用Handler 與timer及TimerTask結(jié)合的方法，而是采用Handler與線程的sleep（long）方法或者采用Handler的postDelayed（Runnable, long）方法，假設(shè)這里采用前者，啟用兩個(gè)線程暫停（sleep）一段時(shí)間以后發(fā)包。最后在Socket對(duì)象和服務(wù)器連接成功之后，我們需要通過Socket對(duì)象的getOutputStream()方法來(lái)獲取輸出流OutputStream發(fā)送消息包，通過Socket對(duì)象的getInputStream()方法來(lái)獲取輸入流InputStream接收消息包。值得注意的是，需要在客戶端類實(shí)例中單獨(dú)開啟一個(gè)線程來(lái)接收從服務(wù)器發(fā)送過來(lái)的消息包，而且該線程的讀取過程需要往復(fù)循環(huán)進(jìn)行以保證不會(huì)丟包，我們可以用一個(gè)死循環(huán)比如while（true）,也可以用循環(huán)對(duì)象Looper來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外在從服務(wù)器讀取到設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)以后，不是直接更新主線程中的UI界面，而是向主線程發(fā)送消息Message，主線程接收到消息Message以后根據(jù)消息內(nèi)容來(lái)更新UI界面。在搞清楚上述一系列問題以后，移動(dòng)端APP主程序的流程便非常清楚了，如圖2所示。

對(duì)遠(yuǎn)程多媒體教室設(shè)備的控制過程是這樣的，當(dāng)管理者用手指觸控APP UI中的按鈕發(fā)出各種控制指令時(shí)，APP主程序首先需要判斷是何種控制命令（打開中控電源命令或打開投影機(jī)命令），然后根據(jù)命令類型封裝消息包，最后利用客戶端線程類實(shí)例句柄（handler）來(lái)向該線程類實(shí)例發(fā)送消息，在該類實(shí)例的消息處理函數(shù)中由Socket對(duì)象的輸出流OutputStream完成最終的消息包發(fā)送。

3　服務(wù)器端程序設(shè)計(jì)

圖2　移動(dòng)端APP主程序

服務(wù)器端是采用.net c#語(yǔ)言環(huán)境開發(fā)的winform類型應(yīng)用程序，主線程啟動(dòng)以后首先創(chuàng)建用于服務(wù)端偵聽的主Socket，打開相應(yīng)的偵聽端口接收移動(dòng)端和下位機(jī)的Socket接入。然后啟動(dòng)一個(gè)處理接入Socket連接的子線程，該線程默認(rèn)處于阻塞狀態(tài)，當(dāng)有遠(yuǎn)端Socket連入時(shí)，該線程會(huì)在服務(wù)端創(chuàng)建相應(yīng)的Socket來(lái)處理和遠(yuǎn)端Socket的通信，同時(shí)會(huì)啟動(dòng)一個(gè)新線程來(lái)負(fù)責(zé)和這個(gè)遠(yuǎn)端Socket通信消息包的接收和發(fā)送。為了能夠維護(hù)和管理客戶端Socket，我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)客戶端連接對(duì)象，這個(gè)結(jié)構(gòu)將客戶端Socket、新的連接子線程關(guān)聯(lián)起來(lái)，并且將這個(gè)客戶端連接對(duì)象增加到客戶端連接對(duì)象集合中，這樣對(duì)于后期的遍歷、檢索、引用以及對(duì)象的增刪改操作都將非常方便；管理子線程是主線程啟動(dòng)以后需要啟動(dòng)的另外一個(gè)子線程，該線程負(fù)責(zé)離線客戶端對(duì)象的清理、自動(dòng)恢復(fù)和刪除選中的客戶端、讀取服務(wù)器后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)并更新服務(wù)器樹形列表UI、查詢服務(wù)器后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)顯示當(dāng)前教室狀態(tài)等事務(wù)。服務(wù)器端程序主流程如圖3所示。

服務(wù)器程序處理移動(dòng)端消息包是單獨(dú)啟動(dòng)一個(gè)連接子線程進(jìn)行的，當(dāng)收到有效數(shù)據(jù)包時(shí)首先記錄時(shí)間戳，管理子線程根據(jù)這個(gè)時(shí)間戳判斷移動(dòng)端是否離線。然后判斷設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)是否請(qǐng)求消息包，如果是則讀取請(qǐng)求消息包的教室號(hào)字段，再根據(jù)教室號(hào)檢索后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，最后將檢索到的教室設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)封裝成消息包返回給移動(dòng)端；如果不是設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)請(qǐng)求消息包就判斷是否保持在線狀態(tài)消息包，如果是保持在線狀態(tài)消息包則更新該移動(dòng)端的激活時(shí)間為當(dāng)前時(shí)間；如果既不是設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)請(qǐng)求消息又不是保持在線狀態(tài)消息則判斷是否為設(shè)備控制消息包，如果是設(shè)備控制消息包則根據(jù)獲取的教室號(hào)將消息包轉(zhuǎn)發(fā)至對(duì)應(yīng)教室的下位機(jī)（網(wǎng)絡(luò)中控）以完成設(shè)備控制動(dòng)作。

4　結(jié)語(yǔ)

通過本模塊的設(shè)計(jì)，能夠讓管理人員在任何時(shí)間任何地點(diǎn)，只要有網(wǎng)絡(luò)信號(hào)、有安裝了APP的手機(jī)或者平板等移動(dòng)端設(shè)備，就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多媒體教室設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護(hù)管理。發(fā)生故障的設(shè)備能夠在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)、診斷和維修，提高了設(shè)備的運(yùn)行效率，減少了設(shè)備管理人員的工作量。據(jù)統(tǒng)計(jì)，使用了該管理模塊以后，設(shè)備維修的平均響應(yīng)時(shí)間縮短75%，教室設(shè)備的平均故障率降低53%，設(shè)備管理人員的維護(hù)工作量減少了68%，師生對(duì)于多媒體教室的使用滿意度大幅度提升。

圖3　服務(wù)器端主程序

[1]梁曉明，王惠芳，張新嶺，等.基于ARM及GPRS的多媒體教室中控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].河北工業(yè)科技，2012（6）：435-437.

Design of mobile monitoring module of multimedia classroom based on Sockets communication

Zhang Bo
（Education and Technology Center of Changzhou Textile Garment Institute, Changzhou 213164, China）

This paper mainly discussed the design of mobile remote monitoring module management system in multimedia classroom. Mobile monitoring module mainly communicates by way of movement. The APP program obtain real-time status in network control nodes timing from the server, and provides the user with interface at the same time, completing control action through the the server（WEB）sending control command. Finally, the article summarized the design significance of mobile monitoring module.

multimedia classroom; mobile monitoring module; Socket; APP; thread

常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012年校級(jí)應(yīng)用課題；項(xiàng)目名稱：多媒體教室遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；項(xiàng)目編號(hào)：CFK201207。

張波（1982— ），男，江蘇鹽城，碩士；研究方向：計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)方面教學(xué)與管理。