基于Android 的OTDR 遠程控制系統(tǒng)設(shè)計

張志遠，張志輝，閆寶東，韓 強，黃紅偉

（中電科儀器儀表有限公司，山東 青島266555）

1 引言

光時域反射計（OTDR），通過檢測光纖中返回的瑞利散射和菲涅爾反射的數(shù)值，可以單端無損地測試光纖光纜的長度、損耗分布、損耗系數(shù)、熔接及連接損耗、反射損耗及鏈路損耗等物理特性，能夠?qū)︽溌分械墓收宵c自動分析并準確定位，因而廣泛應(yīng)用于光纖生產(chǎn)與維護，是光纖通信系統(tǒng)中不可或缺的測試儀器。

伴隨著光纖通信的快速發(fā)展，光纖通信骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)、接入網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)日益龐大，光纖網(wǎng)絡(luò)的測試環(huán)境也日益復(fù)雜，這給光纖網(wǎng)絡(luò)的運維工作帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。面對這一挑戰(zhàn)，結(jié)合當前測量儀器的發(fā)展趨勢，設(shè)計了一款可以使用智能手機和OTDR 進行遠程交互的軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)的目標是實現(xiàn)手機端和OTDR 端的互聯(lián)，在無線局域網(wǎng)的情況下，用戶可以使用手機對OTDR 進行遠程控制并接收OTDR 回傳的測試結(jié)果。用戶可以通過手機查看光纖的測試結(jié)果，實時了解光纜狀態(tài)，也可以將測試結(jié)果上傳到光纖運維中心，進行光纖網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的匯總。這些功能能夠為用戶的光纖運維工作帶來便利。

2 Android 系統(tǒng)

2.1 Android 系統(tǒng)介紹

Android 中文名為安卓，是基于Linux 的移動設(shè)備操作系統(tǒng)，主要用于智能手機和平板電腦。自2007 年面世以來，Android 系統(tǒng)便完全開源。同時，Android 系統(tǒng)還具有豐富的接口功能，通過對其進行修改和開發(fā)，現(xiàn)已方便地應(yīng)用在互聯(lián)網(wǎng)電視、可穿戴設(shè)備、車載終端、智能測量儀器等硬件設(shè)備上。由于Android 系統(tǒng)強大的性能表現(xiàn)以及良好的用戶體驗，Android 系統(tǒng)在全球市場所占的市場份額已經(jīng)大幅領(lǐng)先于iOS 系統(tǒng)。在中國，Android 的市場份額更是遙遙領(lǐng)先，據(jù)最新的移動系統(tǒng)調(diào)研報告，Android 在中國的市場份額已達到87%。

2.2 Android 開發(fā)特色

Android 系統(tǒng)作為市場份額最大的移動設(shè)備系統(tǒng)，具備以下開發(fā)特色：①豐富的系統(tǒng)控件。Android 系統(tǒng)為開發(fā)者提供了豐富的系統(tǒng)控件，能夠讓開發(fā)者很輕松地編寫出漂亮的界面。若系統(tǒng)自帶的控件效果不能夠滿足用戶，開發(fā)者可以通過自定義的方式實現(xiàn)定制的控件效果。②SQLite 數(shù)據(jù)庫。Android 系統(tǒng)還自帶了輕量級、運算速度極快的嵌入式關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。它不僅支持標準的SQL 語法，還可以通過Android 封裝好的API 進行操作，讓存儲和讀取數(shù)據(jù)變得非常方便。③4 大組件。Android 擁有完善的應(yīng)用程序框架，支持4 大應(yīng)用組件，分別是活動（Activity）、服務(wù)（Service）、廣播接收器（Broadcast Receiver）和內(nèi)容提供器（Content Provider），4 大組件可以在任意層次上進行復(fù)用和更換。④強大的拓展能力。Android 系統(tǒng)具有豐富的接口功能，支持眾多的硬件傳感器，例如方向傳感器、壓力傳感器等和其他一些硬件，例如藍牙、Wi-Fi、GPS 等。通過強大的拓展能力，能夠讓應(yīng)用豐富多彩，潛力無限。

2.3 Android 開發(fā)環(huán)境

早期，在Android 下開發(fā)APP 主要使用Eclipse 和基于Eclipse 的ADT，但Eclipse 是為Java 工程而生的開發(fā)平臺，而非專門用于Android，所以難以避免存在先天性不足。

自2015 年之后，谷歌公司停止了ADT 的版本更新，轉(zhuǎn)而重點打造自家的Android 應(yīng)用開發(fā)環(huán)境Android Studio，與Eclipse 比起來，Android Studio 擁有更加強大的功能和更高效的性能。所以，OTDR 遠程控制系統(tǒng)中所有代碼都將在Android Studio 上進行開發(fā)。

3 遠程控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1 遠程控制系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)可以分為3 個組件：①通信組件。實現(xiàn)智能手機客戶端和OTDR 服務(wù)端的TCP 連接，使用套接字（Socket）進行通信。②客戶端組件。手機客戶端對OTDR 服務(wù)端進行遠程控制并接收OTDR 回傳的測試結(jié)果。③服務(wù)端組件。OTDR 服務(wù)端監(jiān)聽手機發(fā)來的指令，按照指令運行，并返回結(jié)果，往復(fù)循環(huán)。

3.2 通信組件設(shè)計

智能手機和OTDR 的交互系統(tǒng)采用的是TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的C/S（C：客戶端/S：服務(wù)端）體系結(jié)構(gòu)，TCP 連接建立流程如圖1 所示。

其流程為：①Android 智能手機設(shè)計成客戶端，通過指定的IP 地址和端口號，向服務(wù)端發(fā)送連接請求報文段，發(fā)送完成后，客戶端進入SYN-SENT（同步已發(fā)送）狀態(tài)；②光時域反射計（OTDR）設(shè)計成服務(wù)端，接收到客戶端連接請求報文段后，回復(fù)確認報文，發(fā)送完成后，服務(wù)端進入SYN-RCVD（同步收到）狀態(tài)；③客戶端接收到服務(wù)端發(fā)出的確認報文后，向服務(wù)端發(fā)送確認報文，發(fā)送后進入ESTAB-LISHED 狀態(tài)，服務(wù)端接收到確認報文后，也進入ESTAB-LISHED 狀態(tài)，此時雙方TCP 連接正式建立，實現(xiàn)通信。

TCP 連接建立后，Android 手機客戶端與OTDR 服務(wù)端通過套接字（Socket）進行通信。手機向OTDR 發(fā)送字符指令，字符指令包括參數(shù)指令和測試指令，分別用于設(shè)置OTDR 的測試參數(shù)和控制OTDR 進行測試。當OTDR 接收到參數(shù)指令后，對測試參數(shù)進行設(shè)置，并將設(shè)置結(jié)果返回到手機客戶端，當OTDR 接收到測試指令后進行測試，并將測試結(jié)果返回到手機客戶端，供用戶分析光纖故障或上傳。

3.3 客戶端組件設(shè)計

客戶端的設(shè)計主要包括以下幾個方面：OtdrClient 類、OtdrSet 類、OtdrPaint 類。

OtdrClient 類是實現(xiàn)交互通信的重要模塊，主要通過以下方法實現(xiàn)：①connect。用戶輸入指定的IP 和端口，通過“connect（）”的方法主動向服務(wù)器端發(fā)出連接請求，用于智能手機客戶端與OTDR 服務(wù)器端的連接。②getInput Stream。獲取輸入流，即自身收到對方發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。③getOutputStream。獲取輸出流，即自身向?qū)Ψ桨l(fā)送的數(shù)據(jù)。④DataInputStream。數(shù)據(jù)輸入流，用于接收對方發(fā)送的測試文件。⑤Thread。通過新建一個繼承自Thread 的類定義一個線程，然后復(fù)寫“run（）”，實現(xiàn)Android 多線程編程。

OtdrClient 類UI 設(shè)計與功能實現(xiàn)如圖2 所示。

圖2 OtdrClient 類UI 設(shè)計與功能實現(xiàn)

OtdrSet 類是設(shè)置OTDR 測試參數(shù)的模塊，主要通過以下方法實現(xiàn)：①ArrayList。ArrayList 是一個動態(tài)數(shù)據(jù)，其容量能自動增長，用于提供設(shè)置列表，是日常開發(fā)中最常用的List。通過“clear（）”和“add（）”清除或添加列表中的內(nèi)容。②ArrayAdapter。只能處理列表項全是文本的數(shù)組適配器，用于每行列表只展示文本的情況。通過自定義ArrayAdapter，能夠指定設(shè)置列表的格式。

OtdrSet 類UI 設(shè)計與功能實現(xiàn)如圖3 所示。

圖3 OtdrSet 類UI 設(shè)計與功能實現(xiàn)

OtdrPaint 類是繪制OTDR 測試曲線并顯示分析結(jié)果的模塊，主要通過以下方法實現(xiàn)：①RandomAccessFile。用來訪問OTDR 測試數(shù)據(jù)文件，是非常豐富的文件內(nèi)容訪問類，RandomAccessFile 可以自由的訪問文件的任何位置，用“seek（）”“read（）”方式讀取測試文件的數(shù)據(jù)。②onDraw。最常用的繪圖方法，該方法的入?yún)镃anvas 畫布對象，在畫布上繪圖相當于在屏幕上繪圖，從而根據(jù)讀取的測試數(shù)據(jù)繪制測試曲線。③SimpleAdapter。簡單適配器，不僅能夠顯示文本列表，還能給列表加上圖標，用于事件點分析列表。SimpleAdapter 的第一個參數(shù)表示訪問整個Android 應(yīng)用程序接口；第二個參數(shù)表示生產(chǎn)一個Map（String，Object）列表選項；第三個參數(shù)表示界面布局的ID，表示該文件作為列表項的組件；第四個參數(shù)表示該Map 對象的那些key 對應(yīng)value 來生成列表項；第五個參數(shù)表示來填充的組件Map對象key 對應(yīng)的資源依次填充組件，順序有對應(yīng)關(guān)系。

OtdrPaint 類UI 設(shè)計與功能實現(xiàn)如圖4 所示。

圖4 OtdrPaint 類UI 設(shè)計與功能實現(xiàn)

3.4 服務(wù)端組件設(shè)計

服務(wù)端的設(shè)計是通過OtdrServer 類實現(xiàn)的。

OtdrServer 類是實現(xiàn)交互通信的重要模塊，主要通過以下方法實現(xiàn)：①構(gòu)造函數(shù)。指定監(jiān)聽哪個端口。②accept。開始接受客戶端的連接。有客戶端連上時就返回一個Socket對象，若要持續(xù)監(jiān)聽連接，則在循環(huán)語句中調(diào)用該函數(shù)。

OtdrServer 類UI 設(shè)計與功能實現(xiàn)如圖5 所示。

4 結(jié)束語

手機客戶端與OTDR 服務(wù)端建立連接后，通過手機能遠程設(shè)置OTDR 的測試參數(shù)并控制OTDR 進行測試，當OTDR接收到測試指令后進行測試，并將測試結(jié)果返回到手機客戶端，手機客戶端通過繪制并分析OTDR 測試數(shù)據(jù)及時了解光纖網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)。這套軟件系統(tǒng)能夠為用戶的光纖運維工作帶來便利。

圖5 OtdrServer 類UI 設(shè)計與功能實現(xiàn)