CN109302646A - 一种基于gprs的水表远程抄表系统和系统的实现方法 - Google Patents

Abstract

一种基于GPRS的水表远程抄表系统和系统的实现方法SPSERVER框架实现并发抄表，每个DTU设备通过socket连接被dispatch到SP_handler，然后根据socket连接的fd和DTU的卡号的不同把DTU设备与SP_handler联系起来，这样DTU的所有行为和方法都映射到SP_handler；软件把有线表和无线表通过组网和读取数据的方式有机地集合在一起，使得采集过程简单、程序结构清晰，便于维护和使用。

Description

一种基于GPRS的水表远程抄表系统和系统的实现方法

技术领域

本发明涉及水表抄表领域，具体为一种基于GPRS的水表远程抄表系统和系统的实现方法。

背景技术

随着嵌入式技术的发展，传统远程抄表系统正面临着挑战。如何快速准确地对水表数据进行抄收并实现远传是目前工业自动化领域正在研究的热点。本系统通过分析现阶段国内外各种远程抄表方案的优点和缺点，提出以基于GPRS的水表远程抄收的方案，因为该系统技术较为先进，软件功能强大，具体到我国实际来说，基于GPRS的水表远程抄收系统更具有现实意义。系统主要由GPRS和采集器(采集终端)组成，采集器通过M-BUS总线或者无线模块读取水表数据，经GPRS传输到系统后台，后台计算机采用并发方式接收处理,极大地提高了抄表效率和抄表实时性。本系统对采集器采用存储加透传的方式，既保证数据实时性又提高了数据传输效率，后台抄表程序的并发机制可以支持处理10000个GPRS同时传输数据，基本覆盖了远程抄表的所有要求。

在实现并发处理多事件的应用程序方面，有如下两种常见的编程模型：ThreadPerConnection的多线程模型和事件驱动的单线程模型。

一、ThreadPerConnection的多线程模型

优点：简单易用，效率也不错。在这种模型中，开发者使用同步操作来编写程序，比如使用阻塞型I/O；使用同步操作的程序能够隐式地在线程的运行堆栈中维护应用程序的状态信息和执行历史，方便程序的开发。

缺点：没有足够的扩展性。如果应用程序只需处理少量的并发连接，那么对应地创建相应数量的线程，一般的机器都还能胜任；但如果应用程序需要处理成千上万个连接，那么为每个连接创建一个线程也许是不可行的。

二、事件驱动的单线程模型

优点：扩展性高，通常性能也比较好。在这种模型中，把会导致阻塞的操作转化为一个步操作，主线程负责发起这个异步操作，并处理这个异步操作的结果。由于所有阻塞的操作都转化为异步操作，理论上主线程的大部分时间都是在处理实际的计算任务，少了多线程的调度时间，所以这种模型的性能通常会比较好。

缺点：要把所有会导致阻塞的操作转化为异步操作。一个是带来编程上的复杂度，异步操作需要由开发者来显示地管理应用程序的状态信息和执行历史。第二个是目前很多广泛使用的函数库都很难转为用异步操作来实现，即是可以用异步操作来实现，也将进一步增加编程的复杂度。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种基于GPRS的水表远程抄表系统和系统的实现方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一方面，本发明提供一种基于GPRS的水表远程抄表系统，包括：SPSERVER框架、Sever服务器、Firewall装置、DTU设备、无线非扩频集中器、无线扩频集中器、有限MUS采集器；所述Sever服务器无线连接Firewall装置，Sever服务器和Firewall装置构成SPSERVER框架，所述SPSERVER框架通过无线信号连接DTU设备，所述DTU设备设置3个，分别无线连接所述无线非扩频集中器、无线扩频集中器和有限MUS采集器。

另一方面，并发系统通常既包含异步处理服务，又包含同步处理服务；系统程序员有充分的理由使用异步特性改善性能；相反，应用程序员也有充分的理由使用同步处理简化他们的编程强度； 针对这种情况，ACE 的作者提出了 半同步/半异步 （Half-Sync/Half-Async） 模式；本发明提供一种种基于GPRS的水表远程抄表系统的实现方法，包括：

SPServer 是一个实现了半同步/半异步(Half-Sync/Half-Async)和领导者/追随者(Leader/Follower) 模式的服务器框架，能够简化 TCP server 的开发工作。SPSERVER 里面的半同步半异步模式相当于主线程负责所有的数据收发， 工作者线程负责逻辑。

主线程与工作者线程之间通过消息队列进行通信，SPSERVER主要实现流程如下所述：

（1）、连接接收套接字AcceptSocket，并设置必要的属性，如非阻塞等等；

（2）、一个完成端口对象，并将AcceptSocket套接字与它关联；

（3）、一个单独的子线程用于接收连接，该线程首先在AcceptSocket上调用Accept，然后调用WaitForSingleObject等待连接事件；

（4）、创建2个任务队列，用于存储服务端的待执行任务；

（5）、创建2个线程池，在后面用于执行任务队列中的任务；

（6）、主线程此后不断调用GetQueuedCompletionStatus，检查该IOCP，从而找出待处理任务，然后根据任务的类别，有连接事件时，通知连接接收线程；将Recv任务放入任务队列1；将Send任务放入任务队列2。然后将这两个任务队列中的任务交由2个线程池处理。 程序就有4个并行的部分：连接接收线程、主线程也就是任务产生和分配线程、线程池1处理Recv任务、 线程池2处理Send任务；

SPSERVER程序具体实现：

（1）、SP_Handler 基于spserver实现网络服务的基类，包含start，handle等方法，用户可以通过覆盖这些方法，实现网络服务的真正逻辑 ；

（2）、SP_IOChannel 网络IO操作基类，包含receive，transmit等方法，用户可以通过覆盖这些方法，实现不同的IO操作，比如文件读写，SSL等；

（3）、SP_IocpServer 实现服务器的用户接口类，负责配置服务器的各项属性（例如：最大连接数， 连接超时等）， 引用用户的业务服务类（SP_Handler）并引用底层IO类（SP_IOChannel），并提供runforever方法实现spserver运行 ；

（4）、SP_IocpEventCallback 定义了一系列回调函数，比如OnAccept（当发生accept事件时回调），eventloop（spserver主循环回调）等 ；

（5）、SP_IocpEventHelper 封装doClose，doStart，doError和doWork等成为SP_Task，利用线程池异步执行，这些被封装的函数会调用 ；

（6）、SP_Handler中用户覆盖的方法，从而实现用户业务逻辑 ；

（7）、SP_MsgDecoder 把buffer内的数据（raw data）decode，例如接收数据后，decode判断接收到的数据是否拥有完整语义，如果完整就进行处理，如果不完整，就继续接收 ；

（8）、SP_Task 封装线程的函数名，传入参数等，线程池管理类读取SP_Task并运行 ；

（9）、SP_ThreadPool 线程池类 ；

（10）、SP_Executor 线程池管理类，引用SP_ThreadPool，并实现线程池管理线程，当有任务（SP_Task）被加入后，该线程dispatch这个task到SP_ThreadPool；

（11）、SP_Request 封装client端的request，包含client端的ip，端口等等，同时也封装了SP_MsgDecoder；

（12）、SP_Response 封装server端回复client的reponse，所有的response被SP_Message封装。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）本系统采用SPSERVER框架实现并发抄表，每个DTU设备通过socket连接被dispatch到SP_handler，然后根据socket连接的fd和DTU的卡号的不同把DTU设备与SP_handler联系起来，这样DTU的所有行为和方法都映射到SP_handler；（2）软件把有线表和无线表通过组网和读取数据的方式有机地集合在一起，使得采集过程简单、程序结构清晰，便于维护和使用。组网是通过服务器给设备下发batch命令，设备收到命令后自身开始抄表，等抄表结束以后发送一个抄表结束命令给服务器，服务器收到这条指令后然后给设备下发读取数据指令，设备一次把抄到的所有数据发送给服务器，这样的好处是既提高了抄表效率又提高了抄表正确性（因为网络传输是不稳定传输，时间越长和通讯次数越多越容易丢数据）。

附图说明

图1为本发明的硬件拓扑示意图。

SPSERVER框架1、Sever服务器2、Firewall装置3、DTU设备4、无线非扩频集中器5、无线扩频集中器6、有限MUS采集器7。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果，显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的的其他实施例，均属于本发明保护的范围，另外，专利中设计到的所有联接/连接关系，并非单指构建直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少所有联接辅件，来组成更有的联接结构，为了使本发明的实现技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1所示，一方面，本发明提供一种基于GPRS的水表远程抄表系统，包括：SPSERVER框架、Sever服务器、Firewall装置、DTU设备、无线非扩频集中器、无线扩频集中器、有限MUS采集器；所述Sever服务器无线连接Firewall装置，Sever服务器和Firewall装置构成SPSERVER框架，所述SPSERVER框架通过无线信号连接DTU设备，所述DTU设备设置3个，分别无线连接所述无线非扩频集中器、无线扩频集中器和有限MUS采集器。

另一方面，并发系统通常既包含异步处理服务，又包含同步处理服务；系统程序员有充分的理由使用异步特性改善性能；相反，应用程序员也有充分的理由使用同步处理简化他们的编程强度； 针对这种情况，ACE 的作者提出了 半同步/半异步 （Half-Sync/Half-Async） 模式；本发明提供一种种基于GPRS的水表远程抄表系统的实现方法，包括：

SPServer 是一个实现了半同步/半异步(Half-Sync/Half-Async)和领导者/追随者(Leader/Follower) 模式的服务器框架，能够简化 TCP server 的开发工作。SPSERVER 里面的半同步半异步模式相当于主线程负责所有的数据收发， 工作者线程负责逻辑。

主线程与工作者线程之间通过消息队列进行通信，SPSERVER主要实现流程如下所述：

（1）、连接接收套接字AcceptSocket，并设置必要的属性，如非阻塞等等；

（2）、一个完成端口对象，并将AcceptSocket套接字与它关联；

（3）、一个单独的子线程用于接收连接，该线程首先在AcceptSocket上调用Accept，然后调用WaitForSingleObject等待连接事件；

（4）、创建2个任务队列，用于存储服务端的待执行任务；

（5）、创建2个线程池，在后面用于执行任务队列中的任务；

（6）、主线程此后不断调用GetQueuedCompletionStatus，检查该IOCP，从而找出待处理任务，然后根据任务的类别，有连接事件时，通知连接接收线程；将Recv任务放入任务队列1；将Send任务放入任务队列2。然后将这两个任务队列中的任务交由2个线程池处理。 程序就有4个并行的部分：连接接收线程、主线程也就是任务产生和分配线程、线程池1处理Recv任务、 线程池2处理Send任务；

SPSERVER程序具体实现：

（1）、SP_Handler 基于spserver实现网络服务的基类，包含start，handle等方法，用户可以通过覆盖这些方法，实现网络服务的真正逻辑 ；

（2）、SP_IOChannel 网络IO操作基类，包含receive，transmit等方法，用户可以通过覆盖这些方法，实现不同的IO操作，比如文件读写，SSL等；

（3）、SP_IocpServer 实现服务器的用户接口类，负责配置服务器的各项属性（例如：最大连接数， 连接超时等）， 引用用户的业务服务类（SP_Handler）并引用底层IO类（SP_IOChannel），并提供runforever方法实现spserver运行 ；

（4）、SP_IocpEventCallback 定义了一系列回调函数，比如OnAccept（当发生accept事件时回调），eventloop（spserver主循环回调）等 ；

（5）、SP_IocpEventHelper 封装doClose，doStart，doError和doWork等成为SP_Task，利用线程池异步执行，这些被封装的函数会调用 ；

（6）、SP_Handler中用户覆盖的方法，从而实现用户业务逻辑 ；

（7）、SP_MsgDecoder 把buffer内的数据（raw data）decode，例如接收数据后，decode判断接收到的数据是否拥有完整语义，如果完整就进行处理，如果不完整，就继续接收 ；

（8）、SP_Task 封装线程的函数名，传入参数等，线程池管理类读取SP_Task并运行 ；

（9）、SP_ThreadPool 线程池类 ；

（10）、SP_Executor 线程池管理类，引用SP_ThreadPool，并实现线程池管理线程，当有任务（SP_Task）被加入后，该线程dispatch这个task到SP_ThreadPool；

（11）、SP_Request 封装client端的request，包含client端的ip，端口等等，同时也封装了SP_MsgDecoder；

（12）、SP_Response 封装server端回复client的reponse，所有的response被SP_Message封装。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）本系统采用SPSERVER框架实现并发抄表，每个DTU设备通过socket连接被dispatch到SP_handler，然后根据socket连接的fd和DTU的卡号的不同把DTU设备与SP_handler联系起来，这样DTU的所有行为和方法都映射到SP_handler；（2）软件把有线表和无线表通过组网和读取数据的方式有机地集合在一起，使得采集过程简单、程序结构清晰，便于维护和使用。组网是通过服务器给设备下发batch命令，设备收到命令后自身开始抄表，等抄表结束以后发送一个抄表结束命令给服务器，服务器收到这条指令后然后给设备下发读取数据指令，设备一次把抄到的所有数据发送给服务器，这样的好处是既提高了抄表效率又提高了抄表正确性（因为网络传输是不稳定传输，时间越长和通讯次数越多越容易丢数据）。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种基于GPRS的水表远程抄表系统，其特征在于：包括：SPSERVER框架、Sever服务器、Firewall装置、DTU设备、无线非扩频集中器、无线扩频集中器、有限MUS采集器；所述Sever服务器无线连接Firewall装置，Sever服务器和Firewall装置构成SPSERVER一框架，所述SPSERVER框架通过无线信号连接DTU设备，所述DTU设备设置3个，分别无线连接所述无线非扩频集中器、无线扩频集中器和有限MUS采集器。

2.根据权利要求1所述的一种基于GPRS的水表远程抄表系统的实现方法其特征在于：包括：

SPServer 是一个实现了半同步/半异步(Half-Sync/Half-Async)和领导者/追随者(Leader/Follower) 模式的服务器框架，能够简化 TCP server 的开发工作；SPSERVER 里面的半同步半异步模式相当于主线程负责所有的数据收发， 工作者线程负责逻辑；

主线程与工作者线程之间通过消息队列进行通信，SPSERVER主要实现流程如下所述：

（1）、连接接收套接字AcceptSocket，并设置必要的属性，如非阻塞等等；

（2）、一个完成端口对象，并将AcceptSocket套接字与它关联；

（3）、一个单独的子线程用于接收连接，该线程首先在AcceptSocket上调用Accept，然后调用WaitForSingleObject等待连接事件；

（4）、创建2个任务队列，用于存储服务端的待执行任务；

（5）、创建2个线程池，在后面用于执行任务队列中的任务；

（6）、主线程此后不断调用GetQueuedCompletionStatus，检查该IOCP，从而找出待处理任务，然后根据任务的类别，有连接事件时，通知连接接收线程；将Recv任务放入任务队列1；将Send任务放入任务队列2；然后将这两个任务队列中的任务交由2个线程池处理； 程序就有4个并行的部分：连接接收线程、主线程也就是任务产生和分配线程、线程池1处理Recv任务、 线程池2处理Send任务；

SPSERVER程序具体实现：

（1）、SP_Handler 基于spserver实现网络服务的基类，包含start，handle等方法，用户可以通过覆盖这些方法，实现网络服务的真正逻辑 ；

（2）、SP_IOChannel 网络IO操作基类，包含receive，transmit等方法，用户可以通过覆盖这些方法，实现不同的IO操作，比如文件读写，SSL等；

（3）、SP_IocpServer 实现服务器的用户接口类，负责配置服务器的各项属性（例如：最大连接数， 连接超时等）， 引用用户的业务服务类（SP_Handler）并引用底层IO类（SP_IOChannel），并提供runforever方法实现spserver运行 ；

（4）、SP_IocpEventCallback 定义了一系列回调函数，比如OnAccept（当发生accept事件时回调），eventloop（spserver主循环回调）等 ；

（5）、SP_IocpEventHelper 封装doClose，doStart，doError和doWork等成为SP_Task，利用线程池异步执行，这些被封装的函数会调用 ；

（6）、SP_Handler中用户覆盖的方法，从而实现用户业务逻辑 ；

（7）、SP_MsgDecoder 把buffer内的数据（raw data）decode，例如接收数据后，decode判断接收到的数据是否拥有完整语义，如果完整就进行处理，如果不完整，就继续接收 ；

（8）、SP_Task 封装线程的函数名，传入参数等，线程池管理类读取SP_Task并运行 ；

（9）、SP_ThreadPool 线程池类 ；

（10）、SP_Executor 线程池管理类，引用SP_ThreadPool，并实现线程池管理线程，当有任务（SP_Task）被加入后，该线程dispatch这个task到SP_ThreadPool；

（11）、SP_Request 封装client端的request，包含client端的ip，端口等等，同时也封装了SP_MsgDecoder；

（12）、SP_Response 封装server端回复client的reponse，所有的response被SP_Message封装。