嵌入式Linux遠程監控系統的設計與開發

岳立言，歐陽昇，翟寶蓉

（華北科技學院，北京　101601）

0　引言

傳統的遠程監控采用基于阻抗匹配功率放大的一種寬頻波段進行網絡遠程監控信息采集及智能信息監控識別[1]，該系統在實踐中存在一定的缺陷與不足，無法有效滿足嵌入式網絡監控系統的實際需求。對此文章提出了一種基于嵌入式 Linux的遠程監控系統設計方式并進行了論證分析。

1　硬件系統總體設計和指標性能描述

遠程網絡監控綜合了數字視頻監控及網絡傳輸技術的優勢，在實踐中不受地理環境、位置等因素的影響，其拓展較為簡單便捷，信息處理也更為容易，在實踐中可以提升遠程管理及維護的質量和效果，只要保障網絡覆蓋的面積就可以實現遠程網絡控制。另外嵌入式系統的網絡發展已成為主流趨勢，一些遠程的 Linux網絡監控信息編輯軟件應用較為廣泛，但是系統在運行過程中會出現信息篡改以及惡意壓縮等問題，容易出現網絡時延以及丟包等現象，直接降低了網絡遠程監控的質量，因此加強對嵌入式 Linux的遠程監控系統的設計與開發顯得迫在眉睫，在今后的發展中將網絡技術與嵌入式技術進行融合是遠程監控系統發展的趨勢。

1.1　設計指標和基本原理

基于嵌入式 Linux的遠程監控系統的設計，分為硬件系統及軟件系統兩個內容，其功能具體如下：

第一，持續、動態實時監測新數據 Linux的節點，可以為相關數據信息的采集子模塊提供代表身份的唯一識別碼；第二，為了真正實現嵌入式Linux網絡遠程監控系統，要通過自組織的方式使得不同監測模塊節點的數據在發送過程中加入，并且將其傳遞到協調器中的模塊存儲單元，同時可以對不同監測節點的反饋數據進行等待分析[2]。第三，利用協調模塊將集中采集和自動收集到的數據信息發送到控制中心，通過監測算法加強對系統的遠程控制，并開展實時數據分析。

1.2　網絡遠程監控系統硬件設計

系統在采集網絡遠程監控數據以及信息傳輸處理的過程中，主要受A/D，D/A分辨率以及A/D轉換器轉換速率的影響。其具體的技術指標為：進行預處理和動態模擬處理過程時的范圍為-40~+40 dB，同時其放大量的數值范圍為80 dB，輸出信號幅度范圍為±10 V；在采樣過程中利用8通道異步及同步輸入的方式作為主采樣通道，在該過程中需保障采樣率不小于200 HZ，并保障其A/D分辨率、D/A分辨率至少為12位，D/A轉換速率不小于200HZ。回放信號可采用LFM，CW，HFM等不同形式[3]，具體應用模型如下圖1：

圖1　監控信號發生匹配電路等效模型Fig. 1　Occurrence matching circuit equivalent model of monitoring Signal

本文通過將嵌入式 Linux及 Web開發技術融合，使用USB攝像頭作為監控系統終端進行圖像信息采集，利用網絡TCP協議進行圖像信息的傳輸，將其遠程發送到服務器終端，此種方式主要通過對等網絡模型，在客戶端以及服務端中發送與控制命令。

1.2.1USB攝像頭

攝像頭屬于視頻類設備，在 Linux中采用的視頻標準為Video for Linux，該標準定義了接口、內核、驅動以及應用程序等，使用視頻設備必須以此接口為標準進行控制，主要包括音視頻采集及圖像捕捉與處理等相關工作，其中USB攝像頭也屬于該標準范圍之內。

在嵌入式 Linux操作系統中應用 USB攝像頭時，必須在Linux內核配置信息中添加Video4Linux驅動并支持USB攝像頭驅動模塊，該過程需要通過靜態加載的方式進行驅動[4]。整個操作過程需首先進入到 Linux源代碼目錄中，在 Linux終端鍵入“make menuconfig”命令，在彈出的圖形界面上完成內核選項內容的系統配置，選擇多媒體設備“Multimedia device->”，隨后會進入到多媒體設備的配置界面中，再勾選“Video For Linux”，然后加載 Video4Linux模塊，這樣就初步實現了通過內核支持 Video4Linux驅動，并為視頻采集設備提供了一個編程接口。同時，還需要在內核配置的主界面中，勾選USB支持選項“USB support->”，然后選擇“USB Multimedia device”選項下拉菜單中的“USB OV511 Camera support”，這樣就會在內核中加入USB數字攝像頭，并為其提供驅動支持[5]。

1.2.2幀緩沖設備

在 Linux中，顯示設備通過幀緩沖(Frame Buffer，FB)進行顯存抽象，在運行中允許上層應用程序在基于圖形模型下對顯示緩沖區進行直接的讀寫操作與處理。由于幀緩沖設備在實踐中是一種受限驅動，對此在使用時必須額外主動開啟設備。在本設計中幀緩沖設備的啟用步驟具體流程如下：

首先，進行v86d及hwinfo的安裝，了解顯卡的支持狀況，設置本機支持模式，然后啟動文件“//etc/default/grub”，修改“modules”文件//etc/initramfs-tools/modules，更新并重啟系統后就會查看到幀緩沖設備[6]。

2　系統軟件設計

2.1　網絡遠程監控系統軟件設計

網絡遠程監控系統主要由攝像頭驅動模塊、網絡傳輸模塊、圖像采集模塊、網絡服務器模塊構成。攝像頭驅動模塊利用接口進行攝像頭設備的信息設置以及獲取、打開、關閉設備、進行信號通道的有效選擇、初始化窗口等相關內容。服務器主要利用網絡傳輸模塊系統與遠程電腦終端進行信息交流；圖像采集模塊的主要作用是將編程接口獲得的各種圖像信息進行暫時性的存儲。

2.2　網絡編程

系統使用 Socket(套接字)接口進行網絡編程，應用Socket可以為系統提供更為穩定的，基于連接的通訊流。應用TCP協議可以從根本上提升數據信息傳輸的有序性以及精準性，在實踐中基于TCP協議的服務器端以及客戶端在設計過程中并沒有固定的、單一的功能，客戶端在運行過程中不會對服務器的命令產生依賴[7]。基于嵌入式 Linux的遠程監控系統在服務器開啟之后，服務器與客戶端之間可以通過發送命令的方式實現各種網絡信息與數據的傳輸，且數據的傳輸方向是任意的。

圖2　圖像信息采集流程圖Fig. 2　Image Information Collection Flow Chart

2.3　工作組模型

在進行基于嵌入式Linux遠程監控系統的設計過程中應用的是工作組模式，其中工作組也就是對等網絡模型，使得處于網絡中的相關設備功能一致，沒有等級劃分，這樣不僅可以作為服務端進行共享資源網絡的應用，也可以作為客戶端應用。工作組是一種在小型局域網中常見的組網模式，在工作組中并沒有專門的服務器以及客戶端[8]。

2.4　基于嵌入式Linux的遠程安全監控系統實現

本系統軟件主要由攝像頭驅動模塊、網絡傳輸模塊以及網絡服務器模塊、圖像采集模塊共同構建組成。系統通過啟動USB攝像頭設備并開啟幀緩沖設備，實現視頻圖像信息的采集及圖片文件的形成、利用TCP/IP網絡進行數據傳輸，以及在監控端使用幀緩沖設備進行圖像顯示等功能，被監控端口圖像信息采集成功提示圖如下圖3：

圖3　被監控端口圖像信息采集成功提示圖Fig. 3　Successful Collection Prompt Diagram of Monitored Port Image Information.

3　系統實現

為測試系統運行效果以及遠程監控算法在系統中的性能，設計采用兩臺桌面計算機進行仿真實驗，其中一臺 PC進行 Linux遠程監控信息的采集及發送，另一臺PC作為Linux遠程網絡監控信息的接受以及顯示終端，通過有線或無線的方式進行完善的構建，將智能網絡信息監控系統植入到計算機中，構建局域網，通過對連續六十秒中的網絡數據進行分流監控處理，對各大量數據進行了24781 s的訓練，通過訓練獲得的結果對連續八十秒的數據信息進行分流監控處理，在143 s獲得結果，生成232MB的TXT文本文件，對異常狀態檢測成功率高達95%，效果較為顯著。通過遠程網絡監控數據的丟包率以及異常網絡信息內容的檢測，了解到此種算法監測性能較為良好[9-10]。

4　結語

基于嵌入式 Linux遠程監控系統的設計在實踐中真正的做到了嵌入式設備驅動模式的加載、網絡數據的存儲和傳輸、視頻圖像信息采集等相關功能，具備較為完善的遠程控制作用，嵌入式 Linux遠程監控系統是基于工作組網絡模型進行設計并實現的，能夠將端口應用程序作為服務器端或客戶端，可以在實踐中廣泛應用。