遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)及其應(yīng)用發(fā)展

摘 要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的越來(lái)越成熟，其應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，文章主要分析了工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)及基于P2P技術(shù)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，期望促進(jìn)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù) 應(yīng)用 發(fā)展

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)可以實(shí)時(shí)了解被監(jiān)控設(shè)備的狀態(tài)。遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)以計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，再結(jié)合相關(guān)的通信系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控，通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的故障，這樣可以提高生產(chǎn)率，降低成本。近年來(lái)，隨著生產(chǎn)力的不斷進(jìn)步，工業(yè)設(shè)備越來(lái)越多，越來(lái)越離散，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)提出了更高的要求，無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)在遠(yuǎn)程監(jiān)控中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

一、工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)

1.工業(yè)有線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)。隨著工業(yè)通信技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中最常用的有線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)屬于數(shù)字式串行多點(diǎn)通信數(shù)據(jù)總線(xiàn)，它安裝在自動(dòng)化裝置和現(xiàn)場(chǎng)裝置之間，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化底層的控制設(shè)備和智能儀表等的通信連接，具有可維護(hù)性和可靠性高等特點(diǎn)。工業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)包括CAN、LonWorks、Profibus，這些現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)沒(méi)有統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，不能實(shí)現(xiàn)不同總線(xiàn)之間的互通操作，導(dǎo)致連接的工作站有限，不能直接接入Internet，因此限制了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的發(fā)展。由于以太網(wǎng)具有通信速度快、組網(wǎng)簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn)，是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的通信網(wǎng)絡(luò)，并且可以選擇多種傳輸介質(zhì)。最初，以太網(wǎng)應(yīng)用于辦公自動(dòng)化，隨著交換技術(shù)的發(fā)展，無(wú)碰撞全雙工通信及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)優(yōu)先級(jí)的應(yīng)用，提高了以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性，并相應(yīng)的延長(zhǎng)了傳輸距離，其在工業(yè)場(chǎng)合中的應(yīng)用也逐漸廣泛。雖然以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性有所提高，但是還是不能滿(mǎn)足工業(yè)監(jiān)控中的高實(shí)時(shí)性需求。為了提高以太網(wǎng)的通信實(shí)時(shí)性，一般采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和以太網(wǎng)相互結(jié)合。在遠(yuǎn)程通信控制中，大部分現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議都與以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)了整合，形成了實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，因此，未來(lái)以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的結(jié)合將成為工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展方向。由于以太網(wǎng)存在不提供電源、安全性難以保障等缺點(diǎn)，因此，需要與Internet連接才能實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的監(jiān)控，因此，這也成為遠(yuǎn)程監(jiān)控的新的發(fā)展方向。工業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)采用有線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)具有一定的實(shí)時(shí)性和可靠性?xún)?yōu)勢(shì)，但是在對(duì)于一些控制點(diǎn)分散的、地域較為偏遠(yuǎn)的地區(qū)，如果只采用有線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)則達(dá)不到需要監(jiān)控的效果。

2.工業(yè)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)。由于基于有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)控存在一定的限制，出現(xiàn)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)之后，它在遠(yuǎn)程監(jiān)控中的應(yīng)用較為廣泛，成為新的研究熱點(diǎn)。無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、聲音、視頻等信號(hào)的監(jiān)控，利用無(wú)線(xiàn)技術(shù)組建局域網(wǎng)。當(dāng)前工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中應(yīng)用的無(wú)線(xiàn)技術(shù)有藍(lán)牙技術(shù)、ZigBee技術(shù)、WiFi技術(shù)、WirelessHART技術(shù)，不同的無(wú)線(xiàn)技術(shù)傳輸協(xié)議也不相同，WiFi技術(shù)和WirelessHART技術(shù)的傳輸協(xié)議相同，為IEEE802.11協(xié)議，藍(lán)牙技術(shù)基于IEEE 802.15.1協(xié)議、ZigBee技術(shù)基于IEEE802.15.4協(xié)議。并且不同的無(wú)線(xiàn)技術(shù)具有不同的特點(diǎn)，藍(lán)牙和ZigBee無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)具有價(jià)格低、組網(wǎng)靈活等特點(diǎn)，但是這兩者的通信距離較短，其應(yīng)用受限制，一些通信距離較短的領(lǐng)域如現(xiàn)代農(nóng)業(yè)監(jiān)控、智能家居監(jiān)控中的應(yīng)用較廣泛。WiFi無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)及Wireless HART技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中的應(yīng)用較為廣泛，WiFi的通信距離比較遠(yuǎn)，其通信速率最快，但是功耗最大；Wireless HART技術(shù)的安全性較高，功耗及通信速率都較低，因此，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控中要根據(jù)實(shí)際條件和監(jiān)控需求選擇適宜的無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)。

二、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

1.設(shè)計(jì)流程。基于計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)包括客戶(hù)端和服務(wù)器端兩部分，在使用之前需要先在主控計(jì)算機(jī)上安裝客戶(hù)端程序，在被控制計(jì)算機(jī)上安裝服務(wù)器端，主控端計(jì)算機(jī)上運(yùn)行客戶(hù)端應(yīng)用程序之后，由遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的控制功能實(shí)現(xiàn)口令傳送，同時(shí)通過(guò)服務(wù)器端中的控制軟件實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)遠(yuǎn)程操作問(wèn)題。如通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)查看/控制某一個(gè)被控端計(jì)算機(jī)當(dāng)前屏幕畫(huà)面，并可以利用多畫(huà)面管控功能，同時(shí)查看多個(gè)計(jì)算機(jī)的畫(huà)面。

2.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的建立。在構(gòu)建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的總體框架結(jié)構(gòu)時(shí)需要考慮多方面的問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，黑客技術(shù)水平也不斷提升，當(dāng)前，很多病毒都對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的安全問(wèn)題造成威脅，因此，構(gòu)建監(jiān)控框架時(shí)應(yīng)該包含處理系統(tǒng)遇到問(wèn)題的幫助模塊，在搭建運(yùn)行平臺(tái)時(shí)，一定要保證系統(tǒng)的簡(jiǎn)潔化和低能耗化，并選擇合理的人機(jī)界面。在設(shè)計(jì)和構(gòu)建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，要充分考慮系統(tǒng)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化等方面的內(nèi)容，降低存在的安全隱患，最大程度上保障用戶(hù)的信息安全。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)模式主要有客戶(hù)機(jī)和服務(wù)器模式、瀏覽器與服務(wù)器模式。在客戶(hù)機(jī)與服務(wù)器模式中，服務(wù)器實(shí)施監(jiān)控、發(fā)送命令，客戶(hù)機(jī)被監(jiān)控。在瀏覽器與服務(wù)器模式中，瀏覽器為控制端。

三、基于P2P技術(shù)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控

當(dāng)前，以通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)為平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。由于遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控可以突破地域的限制，因此，其發(fā)展越來(lái)越成熟，通過(guò)P2P點(diǎn)對(duì)點(diǎn)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)/平板/的任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。傳統(tǒng)的IP Camera存在一個(gè)普遍的現(xiàn)象，不同的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商之間訪(fǎng)問(wèn)很慢甚至無(wú)法進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻的瀏覽查看。采用P2P遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)可以免去攝像機(jī)在內(nèi)網(wǎng)的繁瑣的端口映射程序，做到即插即用：一是，通過(guò)唯一的設(shè)備ID號(hào)對(duì)唯一的一臺(tái)攝像機(jī)或NVR/DVR進(jìn)行標(biāo)識(shí)，用戶(hù)在使用時(shí)只需要設(shè)定需要查看到攝像機(jī)的ID號(hào)即可。二是，無(wú)需端口映射，設(shè)備通過(guò)有交換功能的路由器或者是交換機(jī)+路由器連接到互聯(lián)網(wǎng)之后，就可以通過(guò)通過(guò)PC/PAD/手機(jī)等客戶(hù)端觀看設(shè)備實(shí)時(shí)視頻，徹底擺脫有些網(wǎng)絡(luò)無(wú)法進(jìn)行端口映射的問(wèn)題。三是，對(duì)于無(wú)法建立P2P連接的攝像機(jī)，則可以通過(guò)連接具有P2P功能的DVR/NVR來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程觀看。四是，多種監(jiān)控終端相結(jié)合PC電腦、安卓/蘋(píng)果平板電腦、手機(jī)均可以安裝P2P客戶(hù)端查看監(jiān)控畫(huà)面，通過(guò)客戶(hù)端軟件，可以實(shí)時(shí)查看遠(yuǎn)程監(jiān)控畫(huà)面、調(diào)取監(jiān)控錄像、抓拍圖片、控制云臺(tái)，有報(bào)警器的還可以對(duì)報(bào)警探頭進(jìn)行設(shè)防和撤防等操作，可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的任何地點(diǎn)、任何時(shí)間、任何設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。基于 P2P 模式下的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)其實(shí)現(xiàn)方法如下：首先要有一臺(tái)中心服務(wù)器。選擇的監(jiān)控點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)能夠通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)直接訪(fǎng)問(wèn)，各視頻監(jiān)控服務(wù)器中需要安裝相關(guān)的視頻監(jiān)控服務(wù)的軟硬件及 P2P 管理軟件。在中心服務(wù)器和每個(gè)視頻服務(wù)器中都需要安裝WEB 服務(wù)器， 然后再在 WEB 中嵌入視頻。

四、結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)從初期的模擬信息傳輸和控制實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的信息傳輸控制。當(dāng)前主要應(yīng)用的遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)為Internet技術(shù)，在WWW規(guī)范及TCP/IP協(xié)議的支持下，遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控技術(shù)會(huì)向著嵌入式系統(tǒng)的方向發(fā)展。由于使用者會(huì)對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)提出更高的要求，導(dǎo)致遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)會(huì)向著實(shí)時(shí)性和簡(jiǎn)便性的方向發(fā)展，只有不斷在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用新技術(shù)才能不斷滿(mǎn)足人們的監(jiān)控需求。

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作者簡(jiǎn)介：高南虎（1974.02—）男。民族：漢，山西太原人。網(wǎng)絡(luò)工程師，博士。研究方向：軟件工程計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。