CN102801799A - 一种基于b/s架构的实时监控系统 - Google Patents

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陈天皓
徐漫江
蔡晖
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Abstract

本发明公开了一种基于B/S架构的实时监控系统，包括客户端/浏览器、服务器端、监控前置子系统和受控设备，所述客户端/浏览器，用于向系统使用者展现信息和接收使用者的指令；所述服务器端，用于全系统中所有数据和指令信息的处理和存储，管理所述前置子系统，以及用于实现客户端/浏览器对所述前置子系统的控制；所述监控前置子系统，用于接收所述服务器端和受控设备传送的数据，进行预处理和进行协议转换后，将数据传送到所述受控设备和服务器端；所述受控设备，用于在控制条件具备时，完成控制内容后向所述监控前置子系统发送变化数据报文；在控制条件不具备时，拒绝控制命令并向所述监控前置子系统发送拒绝报文。本发明适应性和可扩展性强、维护方便、成本低、能够实时通讯。

Description

一种基于B/S架构的实时监控系统
技术领域
本发明涉及一种实时监控系统，更具体的说，涉及一种基于B/S架构的实时监控系统。
背景技术
实时监控系统的主要特点为数据传输的实时性高、数据的事件驱动、数据源主动推送等。实时监控系统多采用C/S架构，以满足上述应用要求。
但是C/S架构下，系统设计与开发受硬件架构和操作系统影响较大，需要针对每一种硬件架构和操作系统设计开发专门的应用程序；情切每台客户端设备都需要安装相应的应用程序，难以实现快速部署，可扩展性低，维护升级成本高。
相对于C/S架构而言，B/S架构只需要安装维护一个服务器，而客户端采用浏览器运行，与硬件架构和操作系统无关。其适应性和可扩展性强、维护方便、总体拥有成本低的特点正好切合实时监控系统的需要。
然而，B/S架构系统一般采用HTTP协议，服务器端的数据变化信息无法主动发送到客户端，而是需要客户端主动请求才能获得新数据，不具备实时性。目前在B/S架构上实现实时应用多采用轮询方式。轮询是在特定的时间间隔由浏览器不断地对服务器发出HTTP请求，然后服务器返回最新数据给浏览器。然而HTTP请求的头部很长，其中包含的数据却可能很少，这样会占用许多带宽和服务器资源。而且数据源产生变化数据具有不可预测性，频繁的轮询必然带来大量不必要的请求，更加剧了无谓的消耗。改进的技术是长轮询，即服务器会接受浏览器的请求并将连接保持在打开状态直至到达预设时间，在连接开启期间，服务器每收到一个通知，就会向客户端发送一个相应的消息，这种方式与传统轮询方式相比并没有本质上的区别。更接近实时通讯要求的流解决方案则会接受浏览器的请求并无限期地将连接维持在开启状态，但由于流仍是封装在HTTP中，防火墙和代理服务器可能会对响应消息进行缓冲从而造成时延，当检测到缓冲时，大多数流解决方案仍会回退到长轮询方式，而如果利用TLS（SSL）连接来保护响应不被缓冲的话，每个连接的创建和清除则会消耗更多的服务器资源。最重要的是，全双工连接需要的不仅仅是服务器到客户端的下行连接。为了在半双工HTTP的基础上模拟全双工通信，目前的许多解决方案都使用了两个连接：一个用于下行数据流，另一个用于上行数据流。这两个连接的保持和协作也会造成大量的资源消耗，并增加了复杂度。
综上所述，各种“伪实时”的实现方式不能够满足实时监控系统的性能要求。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种适应性和可扩展性强、维护方便、成本低、能够实时通讯的基于B/S架构的实时监控系统。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种基于B/S架构的实时监控系统，包括客户端/浏览器、服务器端、监控前置子系统和受控设备，至少一个客户端/浏览器与所述服务器端连接，所述服务器端与至少一个监控前置子系统连接，每个监控前置子系统与一个受控设备连接，其中，
所述客户端/浏览器，用于向系统使用者展现信息和接收使用者的指令；
所述服务器端，用于全系统中所有数据和指令信息的处理和存储，管理所述前置子系统，以及用于实现客户端/浏览器对所述前置子系统的控制；
所述监控前置子系统，用于（1）接收所述服务器端传送的数据，进行预处理和进行协议转换后，将数据传送到所述受控设备；（2）接收所述受控设备传送的数据，进行预处理和协议转换后，将数据传送到所述服务器端；
所述受控设备，用于在控制条件具备时，完成控制内容后向所述监控前置子系统发送变化数据报文；在控制条件不具备时，拒绝控制命令并向所述监控前置子系统发送拒绝报文。
本发明技术方案的进一步限定为：所述客户端/浏览器与所述服务器端、所述监控前置子系统与所述服务器端和所述监控前置子系统与受控设备之间均通过Web实时消息总线建立全双工数据连接。
进一步的，所述客户端/浏览器为支持HTML5的Websocket和Canvas元素以及Javascript脚本的浏览器。
进一步的，所述监控前置子系统包括通信装置、数据预处理模块和协议转换模块，其中，
所述通信装置，用于接收来自受控设备的状态采集消息，向受控设备发送控制消息，接收来自服务器端的控制数据，向服务器端发送受控设备状态数据；
协议转换装置，用于实现与受控设备的通信协议转换；
数据预处理装置，用于将测量数据经过状态估计转换为结果数据。
进一步的，所述服务器端包括：
消息总线模块，用于和客户端/浏览器之间进行数据和命令的交互，接收来自客户端/浏览器的控制请求，包括下发控制命令、查询设备状态数、调阅历史记录等，以及向浏览器主动推送变化数据；
系统通信模块，用于和监控前置子系统之间进行数据和命令交互，接收监控前置子系统发送来的受控设备状态数据，向监控前置子系统发送控制数据；
实时数据库及管理模块，用于实时数据管理与访问，访问（读/写）和管理实时数据库，为运行时数据提供存储空间，为应用程序提供高速的访问接口；
数据存储及访问模块，用于数据非易失性存储与访问，为模型数据提供非易失性存储，为应用程序提供访问接口；
数据处理模块，用于数据运算分析，对采集到的数据进行综合运算和分析，转换成符合行业标准、便于管理、易于计算机表达的展现方式；
操作处理模块，用于对控制命令进行处理，识别和解析单条控制命令或组合控制命令，转换成符合行业标准、安全性要求、易于计算机执行的格式。
进一步的，所述服务器端还包括权限控制子系统，用于对不同角色、用户、用户组的权限管理，以及监控客户端子系统的权限鉴别。
进一步的，所述服务器端还包括报警管理子系统，用于在受控设备的工作状态或获取的环境信息满足预定义报警是进行报警。
进一步的，所述服务器端还包括C/S架构的消息收发处理模块，用于和C/S架构的客户端进行通信，兼容传统的实时监控系统。
有益效果：本发明的一种基于B/S架构的实时监控系统，既具备B/S架构适应性和可扩展性、维护方便、总体拥有成本低的优点，又具备C/S架构下应用系统的实时通讯能力，通信方法简单，节约网络资源，布网方便，便于使用。
附图说明
附图1为一种基于B/S架构的实时监控系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1所示，一种基于B/S架构的实时监控系统，包括客户端/浏览器103、服务器端104、监控前置子系统101和受控设备102，至少一个客户端/浏览器103与服务器端104连接，服务器端104与至少一个监控前置子系统101连接，每个监控前置子系统101与一个受控设备102连接。客户端/浏览器103与服务器端104、监控前置子系统101与服务器端104和监控前置子系统101与受控设备102之间均通过Web实时消息总线建立全双工数据连接。
客户端/浏览器103为支持HTML5的Websocket和Canvas元素以及Javascript脚本的浏览器，用于向系统使用者展现信息和接收使用者的指令，将实时监控系统与操作员的交互界面以网页形式呈现，网页分为前端和后端两个部分，前端以Canvas元素和SVG（可缩放矢量图形）绘制图元和图形，以Javascript实现动态效果；后端通过Websocket与服务器端104的Web实时消息总线建立全双工数据连接，保持实时通信。
服务器端104，用于全系统中所有数据和指令信息的处理和存储，管理所述前置子系统，以及用于实现客户端/浏览器对所述前置子系统的控制。
服务器端104包括：
消息总线模块，用于和客户端/浏览器之间进行数据和命令的交互，接收来自客户端/浏览器的控制请求，包括下发控制命令、查询设备状态数、调阅历史记录等，以及向浏览器主动推送变化数据。
系统通信模块，用于和监控前置子系统之间进行数据和命令交互，接收监控前置子系统发送来的受控设备状态数据，向监控前置子系统发送控制数据。
实时数据库及管理模块，用于实时数据管理与访问，访问（读/写）和管理实时数据库，为运行时数据提供存储空间，为应用程序提供高速的访问接口。
数据存储及访问模块，用于数据非易失性存储与访问，为模型数据提供非易失性存储，为应用程序提供访问接口。
数据处理模块，用于数据运算分析，对采集到的数据进行综合运算和分析，转换成符合行业标准、便于管理、易于计算机表达的展现方式。
操作处理模块，用于对控制命令进行处理，识别和解析单条控制命令或组合控制命令，转换成符合行业标准、安全性要求、易于计算机执行的格式。
权限控制子系统，用于对不同角色、用户、用户组的权限管理，以及监控客户端子系统的权限鉴别。
报警管理子系统，用于在受控设备的工作状态或获取的环境信息满足预定义报警是进行报警。
C/S架构的消息收发处理模块，用于和C/S架构的客户端进行通信，兼容传统的实时监控系统。
在服务器端104中，Web实时消息总线及消息处理模块创建一个WebSocketServer，监听HTTP的80端口，在收到浏览器的HTTP连接请求并建立连接后，如果客户端/浏览器103发起升级到WebSocket协议的请求，则服务器端104发出回应，实现“握手”。在Websocket连接建立后，根据应用的需要在服务器端104添加消息处理模块，通常包含广播推送模块和单播响应模块。前者用于实现服务器端的主动推送，将更新的设备状态数据实时地推送到各个浏览器；后者被动响应浏览器请求，用于将“受控设备状态”反馈给发出“获取设备状态”消息的浏览器。
在服务器端104中，操作处理模块定义和标记消息类型，包括但不限于以下类型：上送全数据消息、遥信变位消息、遥测测量值消息、遥控消息、遥调消息、组合控制消息、报警消息、监控客户端子系统窗体控制消息等。
监控前置子系统101，用于（1）接收所述服务器端传送的数据，进行预处理和进行协议转换后，将数据传送到所述受控设备；（2）接收所述受控设备传送的数据，进行预处理和协议转换后，将数据传送到所述服务器端。
监控前置子系统101包括通信装置、数据预处理模块和协议转换模块，其中，
所述通信装置，用于接收来自受控设备的状态采集消息，向受控设备发送控制消息，接收来自服务器端的控制数据，向服务器端发送受控设备状态数据；
协议转换装置，用于实现与受控设备的通信协议转换；
数据预处理装置，用于将测量数据经过状态估计转换为结果数据
所述受控设备，包括通信模块和状态采集模块，用于在控制条件具备时，完成控制内容后向所述监控前置子系统发送变化数据报文；在控制条件不具备时，拒绝控制命令并向所述监控前置子系统发送拒绝报文。
在实际应用当中，服务器端104主动推送状态变化数据过程如下：监控前置子系统101收到受控设备102状态变化报文；监控前置子系统101处理变化报文中包含的信息；监控前置子系统101将处理后的信息按照通信协议格式发送给服务器端104；服务器端104完成数据处理后将其存入实时数据库；服务器端104将变位信息通过Web实时消息总线发送给客户端/浏览器103；客户端/浏览器103在界面上做出响应。
客户端请求全数据过程如下：用户或系统自动向界面发出请求全数据指令；客户端/浏览器103通过Websocket链接向服务器端104发送请求全数据操作指令；服务器端104对所请求的操作进行分解与组合后发送给监控前置子系统101，监控前置子系统101经过协议转换向受控设备102下达召唤全数据命令；受控设备102向监控前置子系统101发送全数据报文。后续过程同服务器端主动推送状态变化数据过程。
整个系统的设备控制过程如下：用户或系统向界面发出控制指令；客户端/浏览器103通过Websocket链接向服务器端104发送控制操作指令；服务器端104对所请求的操作进行分解与组合后发送给监控前置子系统101，监控前置子系统101经过协议转换向对应受控设备102下达控制命令；控制条件具备时，受控设备102完成控制内容后向监控前置子系统101发送变化数据报文；控制条件不具备时，拒绝控制命令并向监控前置子系统101发送拒绝报文。后续过程同服务端主动推送状态变化数据过程。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于B/S架构的实时监控系统，其特征在于，包括客户端/浏览器、服务器端、监控前置子系统和受控设备，至少一个客户端/浏览器与所述服务器端连接，所述服务器端与至少一个监控前置子系统连接，每个监控前置子系统与一个受控设备连接，其中，
所述客户端/浏览器，用于向系统使用者展现信息和接收使用者的指令；
所述服务器端，用于全系统中所有数据和指令信息的处理和存储，管理所述前置子系统，以及用于实现客户端/浏览器对所述前置子系统的控制；
所述监控前置子系统，用于（1）接收所述服务器端传送的数据，进行预处理和进行协议转换后，将数据传送到所述受控设备；（2）接收所述受控设备传送的数据，进行预处理和协议转换后，将数据传送到所述服务器端；
所述受控设备，用于在控制条件具备时，完成控制内容后向所述监控前置子系统发送变化数据报文；在控制条件不具备时，拒绝控制命令并向所述监控前置子系统发送拒绝报文。
2.根权利要求1所述的一种基于B/S架构的实时监控系统，其特征在于：所述客户端/浏览器与所述服务器端、所述监控前置子系统与所述服务器端和所述监控前置子系统与受控设备之间均通过Web实时消息总线建立全双工数据连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于B/S架构的实时监控系统，其特征在于，所述客户端/浏览器为支持HTML5的Websocket和Canvas元素以及Javascript脚本的浏览器。
4.根据权利要求1所述的一种基于B/S架构的实时监控系统，其特征在于，所述监控前置子系统包括通信装置、数据预处理模块和协议转换模块，其中，
所述通信装置，用于接收来自受控设备的状态采集消息，向受控设备发送控制消息，接收来自服务器端的控制数据，向服务器端发送受控设备状态数据；
协议转换装置，用于实现与受控设备的通信协议转换；
数据预处理装置，用于将测量数据经过状态估计转换为结果数据。
5.根据权利要求1所述的一种基于B/S架构的实时监控系统，其特征在于，所述服务器端包括：
消息总线模块，用于和客户端/浏览器之间进行数据和命令的交互；
系统通信模块，用于和监控前置子系统之间进行数据和命令交互；
实时数据库及管理模块，用于实时数据管理与访问；
数据存储及访问模块，用于数据非易失性存储与访问；
数据处理模块，用于数据运算分析；
操作处理模块，用于对控制命令进行处理。
6.根据权利要求1所述的一种基于B/S架构的实时监控系统，其特征在于，所述服务器端还包括权限控制子系统，用于对不同角色、用户、用户组的权限管理，以及监控客户端子系统的权限鉴别。
7.根据权利要求1所述的一种基于B/S架构的实时监控系统，其特征在于，所述服务器端还包括报警管理子系统，用于在受控设备的工作状态或获取的环境信息满足预定义报警是进行报警。
8.根据权利要求1所述的一种基于B/S架构的实时监控系统，其特征在于，所述服务器端还包括C/S架构的消息收发处理模块，用于和C/S架构的客户端进行通信，兼容传统的实时监控系统。
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