嵌入WWW服务功能的通信线路实时状态信息监视系统的设计与实现

近年来，Internet已经成为现代生活中不可缺少的一部分。随着被广泛应用的全球信息网（Wide World Web）的发展和Web浏览器，在应用系统设计时使用HTTP协议和HTML标准嵌入WWW服务功能，使应用系统与Web连接起来，这样任何一个有标准Web浏览器的客户都可以通过Web浏览器直接访问该应用系统，而无需安装专门的客户端软件，这给客户的访问带来方便。

这里设计的通信线路实时状态信息监视系统主要是对多路通信线路的收电平、发电平及误码率指标进行实时测试，并通过网络将实时测试结果送到相应的各级客户；各级客户通过Web浏览器选择所关心的线路及各类参数，并依据权限对应用系统进行相应的远程控制。

1 系统设计方法

1.1 系统构成

本系统主要由数据采集子系统、信息表现子系统和数据处理子系统三部分构成。其系统构成如图1所示。

数据采集子系统主要由收电平测量板、发电平测量板和误码测量板三个部分组成。在信息处理器的控制下，测量板对各路通信线路的各方面指标进行测量之后，送到信息处理器进行处理。

信息表现子系统主要由本地监视、控制平台和内、外部网络构成。本地客户通过本地监视来控制平台监视整个系统的通信线路实时状态信息和系统的工作状态，设置网络客户的权限，根据需要对系统进行配置和维护；网络客户则根据自己所拥有的权限通过Web浏览器监视应用系统中通信线路的实时状态信息，向系统发送远程控制命令。

数据处理子系统是信息处理的核心，它主要由信息处理器、多串口卡和网络卡等组成。一方面控制着数据采集子系统各采集板的数据采集，接收并处理采集板发送来的数据，并根据处理后的数据和主页模板生成公共数据主页；另一方面也响应本地客户和网络客户的请求，根据客户的请求进行相应的处理、显示和控制。

1.2 嵌入WWW服务功能的实现

在应用系统中嵌入WWW服务功能需要完成动态主页的实时生成和埂侦听应答客户请求这两个方面的工作即可，其具体实现流程如图2所示。

1.2.1 动态主页生成过程

动态主页生成的具体过程如下：

（1）主页模板的生成。

根据客户显示的需求，采用HTML标准，创建在Web浏览器上可以浏览的主页模板。对于主页模板中需要实时更新的数据和根据客户需求可能会改变的数据，采用相应的变量代替。

（2）公共数据主页的生成。

应用系统启动后，将事先生成的主页模板加载到内存中，根据系统的配置，对部分公共变量用实际的内容（如各路通信线路的名称等）进行替换，生成公共数据主页。

（3）更新数据的生成。

系统通过各类数据采集板采集各路通信线路中实时变化的接收电压、发送电压和误码等数据，并将这些采集的数据实时送到数据处理器进行处理，生成客户需要的收电平、发电平和误码率等实时更新数据。

（4）公共数据主页的实时更新。

数据处理器生成实时更新的数据后，将公共数据主页中该数据的对应项进行更新替换，实现公共数据主页的实时更新。

（5）客户数据主页的生成。

当应用系统收到客户请求的消息后，根据客户的权限和需求对公共数据主页中需要保密、限制的内容以及客户主页的刷新频率进行更新处理，为各级别的客户生成各自的客户数据主页。数据处理后对于不同客户的同一请求，发送的客户主页信息就可能不同。

1.2.2 应答客户请求过程

应答客户请求的具体过程有如下七个步骤：

（1）侦听客户请求。

应用系统启动后首先初始化网络设置，并在80端口打开一个被动的TCP连接，等待接受客户的连接。

（2）创建客户请求处理线程。

在收到客户连接后，应用系统为该客户请求创建一个线程，用来解析、处理、应答客户的请求。

（3）解析客户请求。

应用系统根据请求消息的格式解读请求消息，如果客户所请求的动作不能实施或者URI无效，返回一个错误状态并关闭该连接，否则对客户进行安全控制。

（4）完全控制。

根据客户的IP地址或者登录信息，判别客户的权限。如果客户不具备所请求动作的权限则返回权限足信息开关闭该连接，否则对客户请求进行处理，同时记录请求内容、时间等信息。

（5）处理客户请求。

根据客户的权限和请求，对构建于内存中的公共数据主页信息进行进一步处理，生成客户所需要的客户数据主页。

（6）应答客户请求。

对于客户的请求为Get方式时，打开该URI所指定的被程序构成建于内存之口客户数据主页，在发送以前，应用系统为客户数据主页建立一个适当的题头区，其后放一个空白行，然后将该题头区发送出去，最后发出客户数据主页。对于客户的请求为Post方式时，根据解析后的信息对应用系统进行相应的设置和操作，实现客户的远程控制。

（7）关闭客户连接，退出线制。

2 关键技术

2.1 处理客户请求

2.1.1 客户请求

当客户通过Web浏览器向应用系统发出请求时，需要指定一个全球资源定位器（URL）。URL是某个特定资源的Web名，用于定位Internet上面的资源，一个URL的基本格式为：

协议：//主机名[：端口]/路径

Web浏览器分析该URL，提取协议（这里是HTTP）、主机名以及全球资源路径（URI），并使用提取的协议向具有该主机中的网络主机发起连接。当连接建立后，Web浏览器发送请求消息，该消息包括一些可选配的题头，用于标识该客户和列出可接受的资源类型。应用系统发送响应消息，该消息有一个状态行，后随一个或多个题头，然后是所请求的资源。

2.1.2 解析客户请求

对客户请求的解析主要是应用系统根据HTTP消息的格式，从请求消息中提取客户请求的内容，并发送响应消息。HTTP消息是客户发给应用系统的请求或者由应用系统传给客户的应答，消息格式为：

Start-line（开始行）

Message-headers（消息题头）

CR LF（换行回车符，即空一行）

Message-body（消息正文）

请求包括开始行，题头和正文三部分。开始行一定要有，题头和正文可有可无。在客户传给应用系统的请求中，开始行就是请求行；在应用系统的应答中，则是状态行。

请求行仅有一行文本，包括三个区，以CR LF结束，格式如下：

Method 请求的URI HTTP版本

同上：

HTTP版本 状态码 原因说明文字

2.2 安全控制

应用系统中增强客户访问安全性的方法主要采用密码保护、身份限制、数据加密等。

2.2.1 密码保护

当客户访问应用系统中需要安全保护的数据主页，或者远程进行可能对应用系统造成危害和控制操作时，应用系统就会要求客户进行登录。经过应用系统确认后，才会应答客户的请求。

2.2.2 身份限制

当应用系统接收到客户发送来的请求后，将对客户IP进行过滤处理，判断合法IP地址的客户权限；根据系统的设置，为每个客户生成并发送相应权限的客户数据主页，同时根据客户的远程控制权限响应客户对应用系统的控制，向客户发送控制后的结果信息。

2.3 动态控制数据发送

客户想要实时检测到这些实时采集的、不断变化的的数据，就要不间断地向应用系统及送页而刷新请求，应用系统根据客户请求也不断地向客户实时发送最新的客户数据网页。当客户数量达到一定程度，就可能导致客户数据网页发送时间减慢，甚至引起系统崩溃。

一种叫动态控制客户数据主页的发送方法解决了这一难题。它是根据单位时间内客户请求的数量，来改变客户数据主页的刷新频率。当单位时间内客户请求的数量大于某一门限值时，就降低客户数据主页刷新频率；反之，则相反。

假定单位时间内允许客户请求为N，实时性要求较高客户数量为n1，刷新频率为f1，其它客户数量为n2，刷新频率为f2，则：

随着Internet的不断发展，在应用系统中嵌入WWW服务功能具有广阔的应用空间。不仅在应用系统的网络功能方面得到了增强，客户只要通过Web浏览器就能直接对信息进行访问，就能实现远程控制。而且可以广泛应用于家用电器、设备仪器之中，在它们的处理系统中嵌入WWW服务功能，通过有线、无线等数据传输技术，利用Web浏览器远程监视、控制这些家用电器和仪器设备的状态。