基于gprs的高校机房远程监控终端设计与实现硕士学位论文.docx
《基于gprs的高校机房远程监控终端设计与实现硕士学位论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于gprs的高校机房远程监控终端设计与实现硕士学位论文.docx（41页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
基于gprs的高校机房远程监控终端设计与实现硕士学位论文
工程硕士学位论文
基于GPRS的高校机房远程监控终端设计与实现
ClassifiedIndex:
TM131.6
DissertationfortheMasterDegreeinEngineering
StudyandRealizationofCollegeComputerRoomRemoteMonitoringTerminalBasedonGPRS
Candidate：
Supervisor：
ViceSupervisor：
AcademicDegreeAppliedfor：
MasterofEngineering
ProfessionalField：
ElectronicandCommunicationEngineering
DateofOralExamination：
Dec,2014
University：
HarbinUniversityofScienceandTechnology
哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明
本人郑重声明：
此处所提交的硕士学位论文《基于GPRS的高校机房远程监控终端设计与实现》，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。
据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。
对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。
本声明的法律结果将完全由本人承担。
作者签名：
日期：
年月日
哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书
《基于GPRS的高校机房远程监控终端设计与实现》系本人在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。
本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。
本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。
本人授权哈尔滨理工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。
本学位论文属于
保密，在年解密后适用授权书。
不保密√
（请在以上相应方框内打√）
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
基于GPRS的高校机房远程监控终端设计与实现
摘要
基于GPRS的高校机房远程监控终端是GPRS技术、计算机技术和网络技术结合的产物，它通过GPRS、内部网和Internet，把分布于高校的各个机房的视频监控设备互联起来，实现监控设备间的远程信息交互，完成机房的远程监视与控制。
本文结合国内外监控行业的发展需要，设计并部分实现了一个基于GPRS的高校机房远程监控终端。
本终端主要包括视频显示、视频存储、报警管理、设备管理、系统管理和用户管理等六大功能模块，所有功能提供C/S和B/S两种实现方式，用户可以通过专用的客户端软件和浏览器对机房的教学情况进行实时监控，系统可以容纳32路视频信号同时监看、控制。
本文从硬件和软件两个方面阐述了基于GPRS的高校机房远程监控终端的整体设计方案，深入研究了监控系统的关键技术。
本课题首先对监控终端进行了总体设计。
对监控系统的结构进行了划分，分析了系统的技术路线和系统的模块设计；然后对系统的通信模块、视频编解码模块、监控端模块进行了详细的设计，并对监控终端进行了实现。
其中，通信模块的设计和实现主要是三方通信模块的设计和实现，三方模块主要是客户端通信模块、采集服务器通信模块和组管理服务器通信模块。
三方通信模块都是采用TCP/IP协议，然后不同的操作系统，不同的通信机制实现了三方的通信；视频编解码模块是使用的MPEG-4视频编解码标准来进行的视频的编码和解码；监控端实现了部分视频监控的界面的设计和实现。
关键词：
高校机房，监控，编码标准，组播，协议
第一章绪论
1.1选题背景
进入二十一世纪后，我国的高校进行了一定程度的改革，高校的规模得到了扩展。
同时，高校的招生规模也大幅度提高，这就需要高校增大教学规模。
在这种背景下，就同时要求教学质量和水平的提高，尤其是实验教学的监控和管理又是整个高校教学水平的一个重要的表现方面。
正是本着这个原则，高校需要建立一个对于高校机房的远程监控系统，来对机房的实验教学的过程和质量进行监督，以提高整个高校的教学水平和学校的整体发展[1]。
高校的教师需要具备较多的能力，例如教学、科研和育人等。
而一个完善的高校机房远程监控终端能够对在机房的实验和实践教学进行有效的监控和管理。
机房的管理相关的部门也很多，例如实验中心、教务处和后勤部门等。
一个完善的高校机房远程监控终端需要涉及的人员、部门和管理内容是很多的，需要包括上述的内容和部门，还需要涉及教师、学生和管理人员等用户。
所以，高校机房远程监控终端的主要目标就是提高实验和实践教学的质量和效率，并能整合学校的各种资源为教学这个中心服务，最终实现高校各个部门的数据信息资源的整合实现数字化校园的建设。
正是基于这个目标，本文设计了一个基于GPRS的高校机房远程监控终端。
1.2研究意义
随着国民经济的快速发展和科学技术的不断进步，高校院校也越来越多的采用现代化的信息技术来辅助高校的机房管理。
随着信息技术的发展，高校也开始采用信息技术来进行高校机房的远程监控工作。
而在机房的监控过程中会用到一些设备，对这些设备的良好运行是高校机房远程监控终端是否能够发挥作用的基础。
近年来，随着传感器技术、无线组网技术和射频识别技术等感知设备的不断发展，GPRS越来越多的应用到了人们的日常生活中。
GPRS利用它的无线组网、可靠传送和智能处理的特性有效地将这种设备联系起来。
在高校机房远程监控终端的设计中可以利用GPRS来实现监控终端和监控设备的连接[2]。
利用GPRS技术将机房内的实验设备和监控设备连接起来，实时传送监控设备的运行状态和工作参数。
结合国内外监控系统的发展现状同时通过GPRS的思想将使机房监控方案成为一个通甩性好，覆盖范围大，信息传递可靠迅速的机房监控解决方案。
1.3国内外研究现状与分析
由于国外发达国家的互联网技术的发展较早，现在已经在很多发达国家内形成了四通八达的互联网。
所以，以无线网络为依托的监控系统也迅速发展起来，法国“ALARM”研究组开展了长期的理论和应用研究工作，并且在多个实际应用项目中取得了很大的成果。
由法国巴黎大学信号与系统实验室研制的“基于GPRS的家庭实时远控系统”也取得了很好的运行效果[3]。
近年来，国内在远程监控领域开展了大量的理论及应用研究，并且取得了长足的进步。
很多知名企业与国内的高等学府和科研机构在远程监控领域开展了大量的合作项目，并取得了诸多成果，遍及各行各业。
中国电信就针对远程监控推出了“全球眼”业务[4]。
浙江大学开发的“家庭无线智能监控系统”、华中科技大学研发的“涡轮监测和诊断系统”、哈尔滨工业大学研制的“配电网监控与诊断系统”等[5]。
专门在高校应用的监控系统也有一些范例：
广州市信和电信发展有限公司的教学监控系统，能够对高校实现院系管理、专业管理、权限设置、考试管理、成绩管理和教学管理等[6]。
系统的接口是开放的，但是系统偏重成绩管理，对不同高校的教学模式的研究还不够。
合肥工业大学开发的高校教学管理系统，是一种B/S结构的系统，在Internet上运行，系统能够处理批量的数据，能够管理大量的用户和分布式应用[7]。
但是系统的开发技术是Asp，不够先进，另外系统的数据处理能力和安全管理也较为薄弱。
笔者通过搜集的国内外教学监控系统的分析和对比，得出了这些系统的一些重要的特点，主要有如下两点。
1.教学监控系统的功能往往较为详细和强大。
通过分析，大多数的教学监控系统都会具有服务器端和客户端组成[8]。
2.教学监控系统的架构一般会采用B/S或者C/S架构[9]。
C/S模式是发展较早的分布式概念，应用C/S可以使得一个应用程序在不同的电脑上执行，虽然这些程序被分开，但是它们不是孤立的，彼此之间还关联，相互协作进行计算[10]。
但是C/S架构还是存在比较明显的缺点的，它的不同的电脑上存在界面不统一的情况，所以，这些程序在不同的电脑上运行时，复用性、集成性和扩展性都存在很大的问题，这些问题通过C/S模式很难克服。
所以，如果应用C/S模式来进行教学监控系统的开发是存在很多缺陷的[11]。
B/S模式实际上时扩展的C/S架构，它能克服C/S架构的服务器负担重的缺陷，将C/S架构的服务器分解为两个职能不同的服务器，一个负责数据的存储，一个负责数据的处理。
这样就能将C/S的“胖服务器”的负担减轻。
而且，B/S架构有开放的和统一的接口标准，这样，不同的B/S服务器就能实现动态交互，提供了系统的信息处理能力和用户服务能力[12]。
1.4研究内容和论文结构
本文的研究内容主要是围绕高校机房远程监控终端的管理展开的，通过对基于GPRS技术的高校机房远程监控终端的分析、设计，最终实现高校机房远程监控终端的部分功能。
通过该系统的应用提高高校机房远程监控终端的效率。
论文的结构如下：
第一章：
给出本研究的背景、目的、内容等。
第二章：
介绍基于GRPS的高校机房远程监控终端统开发的相关理论基础，例如GPRS技术、开发模式和开发技术等。
第三章：
对基于GRPS的高校机房远程监控终端进行需求分析。
通过需求过程的分析，确定系统的功能需求和非功能需求。
第四章：
对基于GRPS的高校机房远程监控终端进行设计。
主要包括系统的层次结构的设计、主要模型的设计和数据库的设计等。
第五章：
实现基于GRPS的高校机房远程监控终端的部分功能并进行一些必要的测试工作的分析。
系统主要功能的实现包括表示层的实现、业务逻辑层的实现和数据层的实现，并讨论了系统网络安全方案的实现。
结论。
对系统开发和论文中所做的工作进行总结，并提出了进一步工作的展望。
第二章相关理论和技术
2.1GPRS技术分析
GPRS（GeneralPacketRadioService，通用分组无线服务技术）经常被描述成“2.5G”，也就是说GPRS是处于2G和3G之间的无线通信技术[13]。
GPRS能够通过GSM（GlobalSystemforMobileCommunications，全球移动通讯系统）的未使用的TDMA（TimeDivisionMultipleAccess，时分多址）信道，提供中速的数据传递[14]。
GPRS和传统的GSM网络是不同的，传统的GSM智能通过电路完成信息的交换，而GPRS可以通过所有现实中的实体和基站进行数据的交换。
虽然这种改造并没有花费太多成本，但是得到的数据传输的速率却相当可观。
而且，GPRS不需要中介转换器，这就使得其和其他无线网络相比，传输更为容易。
由于数据的传输在多数情况下都是突发的，这就要求传输的信道的带宽能够适应较大的变化，因此在本文中将机房采集到的视频和音频信息采用分组方式进行传输[15]。
这样就能够更好地利用信道资源。
图2-1是基于分组的通信过程示意图。
图2-1基于分组的通信过程示意图
在本课题中采用GPRS通信使用分组通信技术，机房数据往监控终端进行传输的过程中不会固定占用无线信道，因此系统的设计对于信道资源能够更合理使用。
2.2开发技术分析
2.2.1.Net开发技术
ASP.Net的前身是ASP技术，它的实现最早是在微软IIS2.0上，但是ASP.Net发展最快的阶段却是在IIS3.0上，ASP.Net技术现在已经是服务器端一个非常热门的开发工具[16]。
本节就课题研究需要的ASP.Net分析一下特点：
1.ASP.Net有非常强的适应性。
在ASP.Net中使用通用语言进行程序开发，这就使得其适应性非常强。
在ASP.Net开发的程序的跨平台性非常好。
2.ASP.Net非常容易学习。
ASP.Net的开发时用模块和组件实现的，所以ASP.Net在开发一些其他开发平台比较难实现的任务，如通过提交表单的方式进行用户身份验证、对系统进行分布式配置等都是相对非常容易实现的。
3.ASP.Net有非常高的管理性能。
ASP.Net的配置信息是存储在文件内的，这就是的其服务器的配置很容易实现。
并且在实现新的配置时，仅仅需要对本地管理工具进行重新启动就可以，而不需要重新配置新的文件内容。
如果在ASP.Net环境下要创建Windows类型的应用程序需要用到.Net本身的基础框架，基础框架的组成主要是CRL、.Net框架类库以及改写的ASP.Net，具体如图2-2所示。
图2-2.Net框架
下面，本文就对这三部分进行分析：
1.CRL（CommonLanguageRuntime），这部分是在操作系统的最上层的，它是被所有.Net语言所公用的基础组件，CRL的作用主要是配合程序的执行的组件。
2.共享对象类别库，这部分实际上主要就是系统的数据、输入输出信息等，这部分属于.Net基础框架的基本对象部分，类库除了提供系统的数据之外还能为系统提供一些服务。
例如：
存取数据、访问网络、绘制图形等[14]。
3.第三部分是以组件的形式存在的ASP.Net，它实际上也可以不单独作为一部分，也同样放在共享对象类别库中管理就可以。
因为这些改写的ASP.Net是一些专门提供Web服务的模型和控件，所以才将其单独管理。
.Net基础框架可以为ASP.Net的程序开发提供大量的服务，这使得程序员在程序开发时的难度大大降低，并且程序的可靠性大大提高。
.Net基础框架中的共享对象类别库是通用的，类库可以被任何的开发者来使用来开发应用程序。
并且.Net基础框架还设置了很多用于开发程序的模板，开发者使用这些模板就能开发出很多不同级别的Web应用组件[17]。
2.2.2数据库开发技术
基于GRPS的高校机房远程监控终端是一个综合性的应用系统[18]。
系统是一个较为大型的系统，所以系统需要设备具备不同权限的用户，之所以要设置不同的权限是为了让这些用户能够在系统内使用不同的权限[19]。
用户权限的控制需要系统事先设计好，但是系统如何判断用户是那种权限呢？
这就需要在数据库中事先对用户的权限进行设置，这种权限的设置对数据库的安全性要求是较高的，因为用户的权限设置在数据库中之后，是不能被其他人随意修改的，这就要求数据库系统在其管理方面的安全性较好。
针对系统对数据库的这些需求，微软的SQLServer2005可以满足要求。
1988年，SQLServer推出第一个OS/2版本，是一个关系型数据库系统管理，首先利用Sybase，艾什顿Tate和微软公司共同开发的。
。
在WindowsNT推出后，Microsoft将SQLServer搬移到了WindowsNT管理系统上，并灌注于研发和推行SQLServer的WindowsNT版本软件。
直到2011，SQLServer已推出2010版，但为了稳定，节省了企业应用系统的维修费用，还是选择最稳定的SQL服务器2005版。
SQLServer2005能够完成了企业级的数据管理是采用了集成的商业智能（BI）工具功能，为关系型数据系统和结构化数据系统提供了更加可靠、更加安全的存储功能，用户可以构建和管理业务的高可用性和高性能的数据中的应用。
本文设计的高校机房远程监控终端管理的核心是SQLServer2005数据的引擎。
它结合了报表功能，分析功能，集成功能和通知功能，使监控终端的构造能够为经济有效的BI提供了解决方案。
它与MicrosoftVisualStudio、MicrosoftOfficeSystem以及新的建设工具包（包含BusinessIntelligenceDevelopmentStudio）的精密联合一起，也使SQLServer2005成为出色的系统数据库工具选择。
2.3统一建模语言
统一建模语言标准的软件工程设计语言的其中一种，它主要是运用对软件的设计部分进行图形描述。
统一建模语言UML，简称，它不仅是一种软件设计中的应用，还是用于标准的系统建模和设计[20]。
UML不仅仅应用在软件设计领域，它也应用在其他很多的领域，并作为这些领域的设计标准。
UML在软件领域主要用来构造各种模型，负责完成软件系统的生命周期前期的需求描述和设计描述。
UML的诞生是软件工程发展到面向对象的分析与设计方法阶段的产物。
UML的应用已经非常成熟，在不同的领域类，UML都已经完成了很多成功的建模的案例。
所以UML在各个不同的领域都获得了业界专业人士的认可。
就连ANSI和OMG等国外软件专业机构也都采纳UML作为标准衡量[21]。
UML和软件工程领域的发展是相辅相成的，它有着良好的定义、强大的功能，和容易使用的特点。
UML的发展虽然是面向对象的分析和设计的产物，但是它并不是只能描述面向对象的分析和设计，它也可以描述面向过程的分析与设计。
UML的建模是通过图形来实现的因此，它比较容易被人们理解和接受。
UML建模的方式主要包括图2-3所示的几个类别。
图2-3UML中的各种模型图
进行监控终端的需求和设计的过程中，主要应用到了UML建模中的一些图形工具来完成系统的设计和分析工作。
而可以完成UML的工具有很多，本系统选择使用微软公司的MicrosoftVisio来完成。
2.4系统开发模式分析
本文采用的是扩展的B/S开模模式——MVC开发模式[23]。
MVC分别是模型、控制器、视图三个部分。
这这个部分是彼此独立的，这样他们之间的耦合就很低，能够实现模块的独立性。
但是他们也不是完全没有关联的，他们通过公开的借口连接，使得整个系统成为一个有机的整体。
这种架构可以便于开发大型的管理信息系统。
模型（Model）主要用来对系统的业务逻辑进行处理。
它是MVC架构的最为重要的结构，Model封装系统的关键流程，Model的表象是处理和视图用户之间的交互关系，它能将视图用户的请求传递给模型，然后将模型的处理结果再发回给试图用户。
但是实际上，Model的所有内部业务逻辑都是封装的，对外仅仅是提供一个公共的访问接口，这样，系统的维护性就更高，模块间的独立性也就更好。
如果视图用户提出新的请求，也不必对后台业务逻辑进行修改，即使后台的业务逻辑改变，用户的显示界面也能保持不变。
视图（View）就是用户的界面，通过该界面用户可以和系统进行交互，MVC模式中，是将视图和业务逻辑完全分离的。
视图不处理任何的业务逻辑，知识负责显示数据处理的结果，而所有的业务逻辑都通过模型来处理。
控制器（Controller）的作用是完成视图和模型之间的信息的接收和转发，它就是一个控制作用，本身并不进行业务逻辑处理。
本文使用的开发环境是VisualStudio.Net，在该开发环境下是非常容易部署MVC架构的，主要是通过一种称为“code-behind”的机制来实现的，每个“code-behind”都对应着一个.Net的页面。
但是它并不等同于HTML，在系统中使用“code-behind”可以实现表现和业务逻辑的分离[24]。
在ASP.Net实现MVC是通过ASP.Net自身的分层来实现的。
ASP.Net的分层式三层的，从前往后依次是表示层、业务层和数据层[25]。
这三层分别对应着MVC的视图、控制和模型。
Asp.Net的三层架构和MVC设计模式的三部分是一种一一对应的关系，具体如图2-4所示。
图2-4基于MVC模式的ASP.Net系统应用模型
1.视图的设计
Asp.Net下的视图就是一个aspx的页面。
通过aspx页面的展示来实现系统的视图部分的内容。
VisualStudio.NET的开发环境中本身就内置了专门的视图设计器。
利用视图设计器就能大大降低程序设计员的视图设计工作量。
一些视图中常用的空间都可以利用视图设计器来直接选择，而不需要程序设计员自己完全从头去设计。
一些在试图控制器中没有的控件，程序设计员也可以利用这些已有的控件进行组合产生。
2.控制器的设计
控制器在MVC中式最为关键的，它承上启下，有效的实现代码的分离。
我们的系统是在VisualStudio.NET下实现的，使用的VisualStudio.NET的C#的开发语言。
所以在系统中的每个表示视图的aspx文件，还会有一个.cs文件和它对应。
控制器中的逻辑控制内容就是在.cs文件中实现的。
那么代码的分离是如何实现的呢？
例如：
在一个aspx页面中想要通过它设计的控件来实现一些方法的调用。
这个调用就会转向一个.cs文件中。
在.cs文件中都会有一个函数，称为System.UI.Web.Page，这个函数是其他所有控制器函数的父类。
其他所有的控制器函数都必须继承该函数才能执行操作。
3.模型的设计
VisualStudio.NET开发环境中的所有的数据都是存在数据层的，数据层就对应着模型。
在VisualStudio.NET中客户以将主要的业务逻辑、数据存储等都封装在类中。
每个特殊的数据逻辑都有专门的类来执行。
这样就能在很大程度上调高代码的复用性。
具体的操作是定义个数据库操作的公共类，然后具体的数据库操作都由该类的派生类来实现。
这种数据库访问方式和传统的方式是存在很大的区别的。
传统的数据库访问方法如果要进行数据库的访问，就需要在系统开发的代码中使用SQL语句。
但是这种传统的方法不利于系统的升级和维护。
一旦系统需要对数据库进行哪怕是一点点的改动，都需要直接膝盖源代码中的SQL语句。
所以，这种传统的方法在大型系统中是有很明显的问题的。
为了解决这个问题Asp.Net下的MVC架构中就从源代码中分离出来SQL语句，将这些语句封装在一个独立的类中。
这样数据库的访问都是通过封装的类来完成的。
使用封装的类来实现对数据库的访问和操作，就可以使得程序开发员不用再讲大量的精力放在数据库的访问上，可以尽快去设计和开发系统的主要业务逻辑。
一般进行数据库访问的类具备如下几个特点：
1.使得程序设计员不用再花费精力去关注SQL操作；
2.通过对数据访问操作的封装，可以提高系统内的模块独立性，提高系统的复用性和开发效率；
3.可以将数据访问的事务进行集中。
2.5本章小结
本章主要对课题所使用的主要的技术进行了分析，包括GPRS技术、开发技术、统一建模语言和开发模式等。
其中GPRS技术是进行高校机房个远程监控的核心技术，围绕该技术通过软件开发的方式建立一个机房远程监控终端。
所以开发技术笔者选择了.Net开发平台和MicrosoftSQLServer2005数据库。
然后系统的开发模式采用的是MVC模式，通过统一建模语言进行系统的需求分析和设计工作。
第三章GPRS的高校机房远程监控终端需求分析
3.1系统总体需求分析
开发基于GRPS的高校机房远程监控终端，其中一个最为重要的环节就是需求分析，实践表明，系统分析的好坏在很大程度上决定了系统的成败。
基于GRPS的高校机房远程监控终端需求分析是系统进行开发的第一步。
系统的需求分析主要是先对开发的范围进行识别，然后进行可行性分析。
如果确定系统的开发从技术、经济和法律等方面都是可行的。
再开始对开发的领域进行详细调查，设计后需求分析文档。
需求分析文档的主要内容是系统的用例、系统的边界和系统的参与人员。
这些都确定后就可以进行后续的设计工作了。
需求分析需要做好和客户方的沟通，真正了解客户的“做什么”的需求，也就是要确定系统的大方向，这是需求分析过程中最重要的。
需求分析做的好坏是和软件能否顺利完成密切相关的，因此必须通过需求分析使得系统开发的内容得到客户的认可，才能做其他的后续设计和开发工作。
需求分析时首先考虑该系统面向的是谁？
有什么特征。
使用者需要有什么样的功能、权限。
如何管理相关的监控信息。
如何进一步优化整个监控的流程，如何解决这些问题成为本系统开发的
升级会员 