孙 磊周志坤张成玉

1.中国海洋大学信息科学与工程学院；2.阿尔伯塔大学 农业、生命及环境科学学院加拿大；3.中国海洋大学 信息科学与工程学院

基于混合服务模式的远程监控系统

孙 磊1周志坤2张成玉3

1.中国海洋大学信息科学与工程学院；2.阿尔伯塔大学 农业、生命及环境科学学院加拿大；3.中国海洋大学 信息科学与工程学院

以前的监控系统主要是在现场配备一台计算机进行现场监控，目前的监控系统已经进展为通过网络技术在远端进行远程监控。远程监控系统是现代网络通讯技术与现代科学技术联合产生的一个重要技术产物。在监控对象数量较大，地域分布相对零散，并且监控系统平台多样性的情况下，采用远程监控技术是一个很好的解决方案。利用监控系统，能为构建一个安全、便利、舒适的监控环境提供有力保障。本文针对目前监控系统存在的问题，提出了一种基于ActiveMQ 和Web Service混合模式的远程监控系统。

基于混合服务模式的远程监控系统通过定义的Web Service接口，将不同地域的监控站点，不同厂商的监控系统集成到一个统一的监控系统中进行集中查看与操作。利用ActiveMQ的可靠、高效、及时的特性，实现报警信息的快速报告。实现对监控站点、设备、设备参数的动态配置，适应三者的变化，方便系统的维护与扩展。

总体设计

本系统的架构主要分为三个层次，从下到上依次是：数据采集层、管理层、应用层。相邻的层之间通过标准接口来传递信息，如图1所示。本系统的这三层架构都执行一个相互分离的明确的关注点，即系统中的每一层都提供了一个不同形式的功能，并具有高度的自治权。每一层都实现了接口与实现的分离，外层只关注接口的定义，层内部只关注接口的实现，这样在某一层发生变化时，接口保持不变，其他层不会受到影响。

图1　总体框架

详细设计

本监控系统按照模块间要松耦合，模块内要高内聚的原则把系统调整为如图2所描述的四个模块。

报警管理模块设计

报警管理模块负责监控报警信息，当监控环境发生警情时，报警探测器采集到报警信息，将报警信息传送至系统前台。前台会以声音和发光闪耀的形式提醒相关人员，在前台可以查看所有站点和分站点的报警信息，还能够对所有的报警信息进行查看。用户报警信息设置包括：报警参数设置、报警等级设置、报警方式设置。图3描述了报警管理模块的详细结构。

报警采集负责实时采集报警信息的传感器：烟感、火感、水浸等信息。根据这些信息判断是否有警情发生，如果发生警报情况，通过报警信息发送模块将报警数据发送至服务器，前台界面会在醒目的地方显现报警信息。报警包含两种方式显示：所有站点的报警和分站点的报警。历史报警查看是根据用户输入的时间段和监控站点等信息查看相应的报警数据。报警参数设置是设置报警探测器值的上下限，报警探测器的增加、删除。报警等级设置是设置报警情况的等级，它包含紧急报警、重要报警和一般报警。报警方式设置是设置短信和邮件的自由组合，全选或者选其一。

图2　功能模块图

图3　报警管理模块结构　

图4　站点监控模块结构

图5　系统配置模块结构　

图6　监控站点、设备和设备参数关系

图7　系统集成模块结构

站点监控模块设计

站点监控模块负责对各监控站点的查看与管理，包括：地图导航、数据曲线、数据查询、数据下载、数据备份、实时数据、用户管理。图4描述了站点监控模块的结构。

地图导航根据各监控站点的经纬度在地图上显示各监控站点的位置，点击相应的监控站点，可以查看监控站点的所有信息。数据曲线是以曲线的形式显示监控站点下监控设备的传感参数的数值。数据查询可以查看各个传感参数的所有数据，用户可以选择时间段和传感参数，把相应的数据下载在本地。系统会定时对监控数据进行备份，防止数据丢失，还能够查看传感参数的实时数据。

系统配置模块设计

系统配置模块主要负责监控对象的动态管理。本模块的功能是通过配置操作即可适应监控对象的：添加、修改、删除需求。系统配置模块包括：监控站点管理，设备管理，设备参数管理。图3～图7描述了系统配置模块的结构。

监控站点、监控设备和监控设备参数三者之间的关系是父与子的关系。即监控站点下有多个设备，每个设备有多个参数。三者之间的关系图如图6所示。

系统集成模块设计

系统集成模块负责将不同厂商的监控系统集成到本系统中来，在一个平台下统一对整个监控环境进行监控管理。图7描述了系统集成模块的结构。

各个厂商的监控系统只要按照定义的标准接口便可以方便集成到本监控系统中。

图8　发布/订阅模型中目标主题属性

数据访问接口设计

数据访问接口是管理层和应用层之间进行数据请求和反馈的标准通道。接口分为两种类型：Web Service接口和ActiveMQ接口。其中Web Service接口用于获得监控对象信息以及监控设备数据；ActiveMQ接口用于获得监控的报警数据。下面分别描述接口的设计。

Web Service是一个面向服务编程的架构，它不依赖于语言和平台，通过提供定义好的标准接口，可以让不同的应用程序集成到一起，异构的应用程序可以相互访问，在一定程度上大大减小了各个模块之间的耦合度。相关人员只需要通过WSDL就能够查看服务接口的信息。

ActiveMQ是面向消息的中间件，他能够跨语言、跨平台，为使用者提供可靠、高效、稳定的消息通信，同时也降低了使用者之间的耦合度。ActiveMQ提供两种消息模型：点对点模型（Point－to－Point）和发布/订阅模型（Publish/Subscribe）。本监控系统选择一对多的发布/订阅模型，为后续要添加的消费者提供预留空间，以体现系统的扩展性。图8描述了发布/订阅模型中目标主题的属性。

系统实现

系统集成

本监控系统将不同地域的监控站点、不同平台的监控系统集成到一起。图9描述了系统的首页，最左侧是所有的监控站点名称，在监控站点下显示所有的设备信息。首页的菜单栏包括：首页、报警查询、站点数据、报警设置、用户管理、系统配置。右上方是报警等级的图例说明，图例下面以文本的方式显示当前的报警信息，当有报警信息时，上方的报警指示灯会发光，同时发出报警音乐。中间是监控站点的地图导航。

图9　系统集成

图10　查看历史报警信息

报警管理

启动ActiveMQ服务，输入URL，进入链接之后输入用户名和密码，可以查看ActiveMQ的目标主题以及目标主题的消费者数量，发送消息的总数，接收消息的总数。可以查看历史报警信息，对报警信息进行设置，如图10所示。

站点监控

监控站点的地图导航如图12所示，站点在地图上根据经纬度以锚点的形式显示。通过滚动鼠标轴可以实现放大缩小地图，用鼠标左键可以控制地图的移动，当鼠标移动到某一个站点的时候显示该站点的名称和经纬度，用户可以查看监控数据的数据曲线和数据列表。

图11　监控站点的地图导航

图12　监控站点管理

系统配置

实现对监控站点、监控设备和设备参数的管理。如图12所示，监控站点管理每个站点所显示的信息有：名称、注册时间、地址、经度、纬度、描述信息。点击“添加”按钮，出现新窗口实现加入新站点操作。在执行删除站点时，其中删除操作支持多项选择删除。点击“修改”按钮，会出现相应的窗口，完成对现有的站点信息的修改。点击“确定”按钮，会保存所有更改操作。点击“取消”按钮，会放弃所有更改。

总结

近几年，远程监控系统朝着更高级的应用和网络通信技术应用的方向发展，本文根据远程监控系统发展的网络化趋势，总结分析目前远程监控系统暴露出的问题，提出了一种适用于机房监控、工业生产控制等类似工程的集成化的远程监控系统的解决方案，即基于ActiveMQ和Web Service混合模式的远程监控系统。

将系统按功能划分为四个模块：报警管理、站点监控、系统配置、系统集成。其中报警管理模块可以实现对报警信息级别和参数的设置，报警信息的发送和接收通过ActiveMQ实现，可以满足报警信息的并发，报警准确率基本达到100%，报警信息持久保存永远不丢失。报警信息还能够借助短信、邮件发送给相关人员。

站点监控模块采用GMAP.NET地图控件实现了监控站点的地图导航，为用户提供了按时间段进行数据下载的服务，应用操作系统自带的任务计划按照备份方法定时进行数据备份，用户可以实时查看监控数据，数据走向还能够以数据曲线的直观方式展示。

系统配置模块采用XML技术实现了对监控站点、设备、设备参数的动态配置，配置操作能自动执行数据库的更行，重启系统即可查看配置结果。

系统集成模块采用Web Service技术完成了把不同地域的站点，不同厂商的监控系统集成到一起集中查看与管理，在数据传输过程中采用JSON技术，方便传输、利于转换、占用带宽小。