基于Ｂ／Ｓ结构的装备车辆远程故障诊断系统设计分析

夏利民　周荣良

[摘要]基于网络的远程故障诊断是诊断系统的发展趋势，提出基于B/S结构的装备车辆的远程故障诊断技术的总体结构模型，B/S结构设计分析和系统软件平台设计思想。阐述基于B/S结构的远程故障诊断系统对提高装备车辆技术保障的重要意义。

[关键词]远程故障 B/S结构 诊断系统

中图分类号：TP3文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0120124－02

一、引言

随着科学技术的快速发展，装备车辆的技术含量也越来越高，价格越来越昂贵，对其维修保障的要求也相应提高。传统的装备车辆维修主要由人工来完成，工作量大，涉及面广，任务繁杂，面对现代装备车辆，其弊端越来越明显。同时，维修已不是由少数维修人员进行的具体维修作业，而是涉及到除维修技术之外的组织指挥、人员训练、装备性能、保障资源等多方面的要素。因此，研究装备车辆的远程故障诊断系统对加强装备车辆的维修管理，实现了装备车辆维修的动态跟踪，具有重要的现实意义。

本文研究远程故障诊断系统的基本框架和总体结构。系统采用B/S结构，在此结构下使用户可以通过操作系统中自带的Web浏览器运行程序而不必安装任何客户端程序。远程故障诊断要实现故障异地远程诊断和系统维护，需要在原有机载和单机诊断设备的基础上，构建一个网络系统。系统一般分为客户端、网络通信协议和远程故障诊断中心三大部分。本文对采用基于三层Browser/Server结构的系统模式优势以及结构进行了探讨，最后对该系统的软件平台进行了分析。

二、远程诊断系统结构

整个远程诊断系统由诊断服务中心、无线网络和车载监测系统组成。系统的核心是远程诊断服务中心，它可向装备车辆提供诊断服务。车载监测设备对本地装备车辆进行监测，在出现故障时，车载监测设备将采集到的信号数据通过网络传输到远程诊断中心，远程诊断中心对其进行故障诊断。远程故障诊断系统的网络结构如图（1）所示：

车载监测设备是诊断系统的基础。其主要功能是采集和记录装备车辆运行过程的状态信息，这些信号按照预定义的格式经过处理，将得到结构化的数据存储在本地数据库。当设备出现故障时，远程诊断中心提供诊断服务，车载监测设备接收诊断服务器发出的指令，协助其进行诊断。车载监测设备对设备进行实时监控和故障预报，并且具有一定的诊断分析能力，能够处理一些简单的故障问题。当设备出现严重的故障时，设备现场监测系统不能做出正确的处理，本地系统将请求远程诊断服务。在本地与远程诊断系统建立连接以后，远程诊断软件系统可以根据需要获取本地设备的实时信息或历史信息，远程诊断软件系统通过人机界面与诊断专家相交互，或从专家案例库中检索源案例，通过分析推理后将从案例库检索选出的最佳源案例作为目标案例的最佳解反馈给本地系统。

三、基于三层Browser/Server结构的系统模式设计

（一）系统采用B/S模式结构的优势

与传统的两层Client/Server应用中的用户界面层的功能类似，Web浏览器(Browser)用作客户框架，直接和最终用户打交道，显示静态或动态HTML页面。浏览器的使用使得数据流向不仅仅是从服务器到客户，而是具有更加强大的双向功能。Web服务器主要处理与界面相关的服务，接收用户提交的各种请求并提交给应用服务器，得到处理结果后，再将相应的标准HTML页面返回给客户浏览器；应用服务器处理业务逻辑，在接收到客户方的请求后根据应用逻辑将这个请求转化为数据库请求，然后与数据库服务器交互，并将交互结果送给Web服务器。B/S模式结构具有以下优势：

1．B/S结构的客户端是Web浏览器，属于瘦客户模式。目前，软件系统的改进和升级越来越频繁，B/S架构的产品明显体现着更为方便的特性。对一个稍微大一点单位来说，系统管理人员如果需要在几百甚至上千部电脑之间来回奔跑，效率和工作量是可想而知的，但B/S架构的软件只需要管理服务器就行了，所有的客户端只是浏览器，根本不需要做任何的维护。无论用户的规模有多大，有多少分支机构都不会增加任何维护升级的工作量，所有的操作只需要针对服务器进行；如果是异地，只需要把服务器连接专网即可，实现远程维护、升级和共享。

2．成本降低，选择更多。凡使用B/S架构的应用管理软件，只需安装在Linux服务器上即可，而且安全性高。所以服务器操作系统的选择是很多的，不管选用那种操作系统都可以让大部分人使用Windows作为桌面操作系统电脑不受影响，这就使的最流行免费的Linux操作系统快速发展起来，Linux除了操作系统是免费的以外，连数据库也是免费的，这种选择非常盛行。

3．B/S结构可以减少网络开销。在两层结构中，对于典型的一次的事务处理(Transaction)，客户机与数据库往往要进行多次交互，而在多层结构中，可以通过中间层，客户机的数据交互只需要一次，数据的多次交互可以限定在中间层与数据库之间，这样网络上的数据流量就会大减少。

（二）诊断系统的B/S模式结构

三层Browser/Server模式提供了一个跨平台、简单一致的浏览环境，使系统的开发环境与应用环境（标准通用的浏览器，如InternetExplorer，Netscape Navigator等）相分离，也降低了对网络带宽的要求，还可以集成多种网络服务（如E-Mail、FTP等），因此在本系统中采用这种基于Browser/Server模式的结构，建立三级系统：数据库服务器、远程故障诊断中心服务器和客户终端。基木结构如图2所示。

1．数据库服务器。数据库服务器包括设备状态的历史信息库、维修信息库，以及专家系统知识库、培训知识库等，数据库的实现与管理关系到系统中数据共享的程度。数据库系统应具有良好的安全性、可移植性、操作性和开放性，支持远图程数据访问，节省时间与费用。在选择系统的数据库管

（2） 故障诊断系统的三层B/S体系结构图

理系统时主要应从安全性、构造数据库的难易程度、程序开发的难易程度、并行处理能力、容错能力（包括软件、硬件的容错能力）、对分布式应用的支持、数据库管理系统的性能分析、经济性、可靠性、实用性等方面进行考虑。本系统中开发采用SQL Server。它具有以下特点：

（1）支持集中化数据管理，最大程度地实现管理与优化工作的自动化，如多服务器、单控制台管理，基于事件的作业执行和警报，集成化安全性，以及管理脚本等，降低了使用的总成本，将数据库管理员解放出来，减轻他们的负担，以便处理更高级的工作。

（2）SQL Server 2000建立在成熟而强大的关系模型基础上，可以很好地支持B/S模型在大型多处理器服务器上运行时能支持成千上万的用户同时连接。它还支持表中的数据在多台服务器间分区，具有优越的多台服务器彼此协作能力。

（3）具有优秀的可伸缩性，即可以按设计的要求作网络数据存储引擎，也可以作为一个独立的数据库。

（4）在可靠性方面：SQL Server充分利用了硬件性能，使数据库的备份和恢复速度尽可能地快，从而使系统具有高可靠性。而且SQL Server 数据库是自描述的，因此没有必要在恢复之前创建数据库及其相关文件，它们由系统自动重建。这可以减少人为失误。

（5）在安全性方面：SQL Server 2000与Windows server 2000是完全集成的，并且直接利用了Windows server 2000的安全性系统，因此它具有良好的安全性。SQL Server的安全性，主要包含身份验证和权限验证两方面。

2．远程故障诊断中心服务器。远程故障诊断系统平台的核心是远程故障诊断中心。远程诊断中心服务器作为一个独立的应用系统开发和安装环境，大部分情况下以应用服务器的形式存在，它是连接其它部门，保证网点之间传输有效信息的枢纽，起着协调部门之间行动的作用。它是直接面向于网络服务的信息处理系统，系统功能将受到最终用户对应用需求的指引，根据用户需求开发各功能模块，在本系统中服务器平台采用Windows2000，该系统是一个与硬件平台无关的、稳定性好、安全性好、可伸缩的服务器操作系统，可同时运行多个线程，同时可确保系统的稳定性。配置了SQL Server和IIS的系统服务平台，同时可以运行在Linux和Unix系统上的WebServer和免费的Apache服务器。

由于选择了Windows 操作系统和SQLServer数据库，而且由于系统的信息访问量不是非常的大，无疑IIS(InternetInformation Serve)服务器是最佳的选择。

3．客户终端（装备车辆）。客户端（装备车辆）向诊断中心提供信息，并申请相应的服务。客户端系统平台也用了Windows2000系统。车载监测设备直接监测装备车辆，通过传感器获取设备状态信息，经过预处理后，用数据传送程序通过网络传输到远程诊断中心保存在数据库中。然后用户通过浏览器登录诊断中心服务器。

四、系统的软件平台设计

（一）操作系统

目前，服务器操作系统主要有三大类：一类是Windows，其代表产品就是Windows 2000 Server；一类是Unix，代表产品包括HP-UX、IBM AIX等；还有一类是Linux，它虽说是后起之秀，但由于其开放性和高性价比等特点，近年来获得了长足发展。Windows的特点是部署、管理、使用方便，应用和开发软件丰富。Unix操作系统的特点是安全、稳定和强大的网络支持。Linux的特点是源代码开放、免费，有很高的可靠性和性能。考虑系统的使用对象，系统的开发难度和系统稳定性维护方便等，这里本系统选择 Windows 2000 server作为本系统的服务器的操作系统。

（二）软件结构

本系统软件共分为二部分：Web程序和数据库管理系统。数据库管理系统主要是管理各式各样的数据，包括当前五天的历史数据、当前一年内的历史数据、故障数据、事件发生记录数据等。Web程序是这个系统的界面部分，也是核心部分，按功能可分为历史数据分析、故障诊断和事件列表等功能。其中信号分析模块包括时域分析、频域分析及时频域特征参数统计等功能；故障诊断则主要包括是神经网络专家系统诊断和在线人工诊断两种诊断模式。

五、结束

本系统进入实用阶段，必将对提高装备车辆的现代化诊断水平做出巨大的贡献，能是使装备车辆技术保障能力上一个台阶。然而远程故障诊断涉及到故障诊断学、计算机科学、设备状态监测等多个学科和大量的工程背景，建立一个完善和实用的远程故障诊断系统是一个技术难度很高的复杂的工作。由于本人能力和时间所限，该远程故障诊断系统还存在许多不足，其功能地深入挖掘，还有待进一步研究。

参考文献：

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[2]王道平，故障智能诊断系统的理论与方法，北京：冶金工业出版社，2001.

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[5]牛双诚，一种复杂装备可视化远程维修系统设计，电子测量技术，2006.

[6]刘玉成，复杂控制系统故障诊断的远程实现技术，微计算机信息，2005.

作者简介：

周荣良，男，硕士，主要研究方向为通信与信息系统；夏利民，教授，博士生导师。