基于嵌入式Web服務器的無線通信設備監控系統

王富強，曾 凌，張運福，陳宏波，唐 瑜

（重慶金美通信有限責任公司，重慶400030）

1 引 言

隨著瀏覽器技術的普及，瀏覽器提供的圖形化界面越來越友好，在監控系統方面，運用Web 技術的監控，已逐漸成為眾多類型監控系統不可或缺的一部分。其中，基于嵌入式Linux 系統的無線通信設備的Web 遠程監控系統，結合了先進的Web 技術和嵌入式技術，可通過Web 技術實現客戶端與服務器端的跨平臺信息交互，具有功能強大、實時性強、可靠性高和結構小巧等優點[1-2]。

在對系統的控制設備進行設計時，采用以太網通信，同時在設備內部嵌入WEB 服務器，通過PC機的瀏覽器訪問設備的IP 地址，就可以直接對設備進行控制與監測。客戶端無需開發任何用戶界面，用戶也不需要下載安裝特殊的控制軟件，只需通過PC機上的瀏覽器就能遠程訪問設備上的Web 界面，達到對設備狀態實時監控的目的。由此降低了Web 監控系統軟件的開發難度，縮短了開發周期，節約了研發成本，同時也有助于提高Web 監控系統軟件的實用性和移植性。

2 系統整體架構

系統的客戶端采用支持HTML5 的瀏覽器，服務器采用開源的Apache 服務器，后端采用基于PHP 語言的腳本程序，數據庫采用支持XML 的主控軟件。以無線通信設備作為監控對象，監控目標包括：設備運行狀態、設備性能、設備參數的配置和查詢操作、文件下載和上傳功能。

系統的開發體系結構采用Brower/Server（即B/S）系統架構。在每個設備中搭建一個Web 服務器，通過以太網連接一個設備，接入設備局域網絡中，可以任意訪問此網絡中的設備中的Web 服務器，實現局域網內所有設備的實時監控。簡單的場景應用網絡拓撲結構如圖1 所示。

圖1 網絡拓撲結構

在整個網絡中，客戶端和服務器端之間節點不對HTTP 請求及響應做任何操作，用戶在PC 機上的瀏覽器中輸入目的設備的IP 地址，就可以訪問相應的無線設備的Web 監控界面。

按照此法設計的監控系統架構的優勢如下：

(1) 具有分布式特點，具備實時業務處理能力；

(2) 開發簡便，共享性強：只需在服務器端進行網頁程序開發，客戶端只需瀏覽器就可以訪問，降低了用戶的總體成本，提高了監控系統的實用性和可移植性；

(3) 軟件升級和維護方便快捷：進行軟件升級和維護操作時，不需要關閉服務器，只需對服務器端網頁程序進行替換，即可實現用戶端的Web 監控界面在線同步更新，以此減輕了Web 監控系統維護與升級的成本和工作量。

3 系統設計

3.1 Linux 系統

無線通信設備采用的是基于PC（PowerPC）平臺的Linux 操作系統。嵌入式Linux 系統具有以下幾個特點：

1、內核源碼完全開放，用戶可以根據具體的應用需求對內核源碼進行修改和優化，實現內核源碼的定制化；

2、具有強大的網絡支持功能，支持TCP/IP 協議；

3、擁有便捷的開發工具，能為開發人員提供多種開源的開發者工具，方便開發人員對Web 應用軟件的開發，節約了Web 監控系統軟件的開發成本，提高了Web 監控系統軟件的開發效率；

4、具有廣泛的硬件支持特性，宜于在不同平臺上進行軟件移植；

5、保密性高，程序運行在保護模式下，防止重要的數據被截獲。

3.2 Web 服務器

監控系統的Web 服務器采用開源的Apache 服務器。Apache 是一個單任務的HTTP 服務器，源代碼開放，性能高，支持認證和PHP 等，在嵌入式系統資源有限的情況下，它的快速性和可靠性非常適合于嵌入式系統的應用[3]。

基于PowerPC 平臺的Linux 操作系統的嵌入式Web 服務器搭建分為兩個方面：服務器環境搭建和服務器源碼交叉編譯。

在服務器環境搭建中，把定義的GCC 編譯器指定為pc-linux-gnuspe-gcc、交叉編譯數據壓縮用的函式庫（zlib）、字庫（freetype）、圖像壓縮庫（jpeg）、語言解析器（xml）、圖片識別（PNG）和腳本解析器（PHP）。

在Web 服務器源碼交叉編譯前，首先利用configure 命令引用已經搭建好的環境庫文件和參數配置。然后用pc-linux-gnuspe-gcc 編譯器進行交叉編譯，編譯成功后生成一個可運行在PowerPC 平臺下的httpd 可執行文件。然后在平臺上修改配置文件，在httpd.conf 文件中配置服務器的端口號、用戶信息和PHP 文檔存放目錄等參數信息，在httpd_mpm.conf 文件中配置服務器工作模式、進程等參數。至此，通過瀏覽器就可以訪問存放在服務器里的靜態PHP 網頁，實現對無線設備運行狀態的實時監控。

3.3 Web 軟件設計

監控系統軟件采用分層、模塊化的結構設計[4]，軟件分為3 層，第一層是界面層，提供給用戶操作使用的可視化界面；第二層是數據處理層，處理客戶的操作請求和采集到的設備數據等信息；第三層是接口層，負責服務器端與主控軟件模塊通信。

接口層采用Sokect 通道與主控軟件進行信息交互，包括用戶操作信息、設備運行狀態、設備操作記錄、報警事件和日志等數據信息。

數據處理層采用PHP 腳本語言建立各模塊之間的通信橋梁，通過與嵌入式Web 服務器之間的數據通信，實現對設備運行狀態和設備參數信息的實時讀取。基于JavaScript 語言進行Web 頁面各個程序的動態交互，維護系統中其它模塊之間的通信。

界面層接收來自數據處理層的實時數據和用戶操作指令，生成各種抽象的表格、曲線圖或圖形動畫等來顯示設備的運行狀態。其中，曲線圖以Jtopo、Highcharts 控件的組件方式設計，使Web 監控界面呈現出最直觀的設備監控效果。

客戶端的模塊化設計有利于將人機交互、動態數據和圖形動畫集成于一體的網絡遠程監控平臺的開發[4]。針對各種不同的應用場景的監控需求，可以靈活增減監控頁面，靈活組態出符合特定要求的監控界面，使系統監控平臺的設計具有良好的模塊性和可移植性。

客戶端訪問服務器端的流程如圖2 所示。通過瀏覽器執行JavaScript 腳本語言收集用戶在瀏覽器上的操作信息，通過Ajax 引擎傳到（HTTP 請求）Web服務器[5]，由Web 服務器里的PHP 解析器進行信息處理，PHP 腳本程序通過Sokect 通道與Linux 系統中的主控模塊進行信息交互，并通過Web 服務器把交互返回的結果（PHP 數據）提交給客戶端頁面的Ajax 引擎，再由Ajax 引擎來決定將這些數據（HTML+CSSS 數據）插入到頁面的指定位置，生成各種抽象表格、曲線圖或圖形動畫等直觀的顯示效果界面[6]。

圖2 客戶端訪問服務器端流程

4 系統應用及效果

針對無線設備在不同應用場景下的監控需求，設計研發了3 種監控系統。根據不同的應用場景進行多點混合組網測試[7]。實際測試中的軟件界面如圖3 所示。

圖3 系統實測登錄界面

系統整體測試效果可歸納如下：

1) 保密性

在數據安全性的需求方面，系統提供了密碼訪問機制，用戶登錄時需要進行用戶名和密碼認證才可訪問本系統。每次跳轉頁面通過數據庫模塊進行用戶登錄的合法性驗證，防止非法訪問。每個頁面訪問內置了時效性功能，防止長時間訪問一個頁面造成設備關鍵信息泄密。在數據采集方面，數據采集軟件（以嵌入式腳本語言PHP 通過Socket 通道與Linux 系統中的主控模塊進行數據交互）只在服務器平臺中運行，瀏覽器顯示的都是裁剪過的數據，以此提高了軟件的保密性。

2) 設備狀態采集和控制

系統采用PHP 程序通過Socket 通道與主控模塊進行實時設備狀態信息交互，采集的設備數據在系統主界面上動態顯示，改善了遠程監控的實時性。用戶可根據實際需要，通過客戶端瀏覽器對上設備上的各個軟硬件模塊進行參數的配置、查詢等操作。

3) 實時網絡運行監控

系統的無線設備組網拓撲的監控圖像界面，是根據采集的路由信息[8]，采用Jtopo 控件實現的。實時顯示接入網絡設備的設備號、IP 地址、北斗信息、路由鏈路連接情況等信息，可令監控端能夠隨時隨地用Web 瀏覽器監控設備組網情況。

4) 遠程控制

在線設備處在組網狀態下，使用PC 機通過以太網連接一個設備，連接進入設備局域網絡中，可以任意訪問此網絡中的設備中的Web 服務器，實現對遠程設備運行狀態實時測控。

5 結 束 語

隨著無線網絡通信技術、數據采集技術和嵌人式控制技術的迅猛發展，基于Linux 操作系統的嵌入式Web 的監控系統，擺脫了傳統的集中控制系統在設計、使用和維護上的諸多局限性，將成為現代監控技術發展的一個必然趨勢。在設計中提出的研發思路與實驗調試，都是在迎合這一發展趨勢，做出符合現有條件與現實需要的初步試探。對于系統的進一步完善與擴展，也將在后續的研究工作予以完成。