基于嵌入式Web服务器的无线通信设备监控系统

王富强，曾 凌，张运福，陈宏波，唐 瑜

（重庆金美通信有限责任公司，重庆400030）

1 引 言

随着浏览器技术的普及，浏览器提供的图形化界面越来越友好，在监控系统方面，运用Web 技术的监控，已逐渐成为众多类型监控系统不可或缺的一部分。其中，基于嵌入式Linux 系统的无线通信设备的Web 远程监控系统，结合了先进的Web 技术和嵌入式技术，可通过Web 技术实现客户端与服务器端的跨平台信息交互，具有功能强大、实时性强、可靠性高和结构小巧等优点[1-2]。

在对系统的控制设备进行设计时，采用以太网通信，同时在设备内部嵌入WEB 服务器，通过PC机的浏览器访问设备的IP 地址，就可以直接对设备进行控制与监测。客户端无需开发任何用户界面，用户也不需要下载安装特殊的控制软件，只需通过PC机上的浏览器就能远程访问设备上的Web 界面，达到对设备状态实时监控的目的。由此降低了Web 监控系统软件的开发难度，缩短了开发周期，节约了研发成本，同时也有助于提高Web 监控系统软件的实用性和移植性。

2 系统整体架构

系统的客户端采用支持HTML5 的浏览器，服务器采用开源的Apache 服务器，后端采用基于PHP 语言的脚本程序，数据库采用支持XML 的主控软件。以无线通信设备作为监控对象，监控目标包括：设备运行状态、设备性能、设备参数的配置和查询操作、文件下载和上传功能。

系统的开发体系结构采用Brower/Server（即B/S）系统架构。在每个设备中搭建一个Web 服务器，通过以太网连接一个设备，接入设备局域网络中，可以任意访问此网络中的设备中的Web 服务器，实现局域网内所有设备的实时监控。简单的场景应用网络拓扑结构如图1 所示。

图1 网络拓扑结构

在整个网络中，客户端和服务器端之间节点不对HTTP 请求及响应做任何操作，用户在PC 机上的浏览器中输入目的设备的IP 地址，就可以访问相应的无线设备的Web 监控界面。

按照此法设计的监控系统架构的优势如下：

(1) 具有分布式特点，具备实时业务处理能力；

(2) 开发简便，共享性强：只需在服务器端进行网页程序开发，客户端只需浏览器就可以访问，降低了用户的总体成本，提高了监控系统的实用性和可移植性；

(3) 软件升级和维护方便快捷：进行软件升级和维护操作时，不需要关闭服务器，只需对服务器端网页程序进行替换，即可实现用户端的Web 监控界面在线同步更新，以此减轻了Web 监控系统维护与升级的成本和工作量。

3 系统设计

3.1 Linux 系统

无线通信设备采用的是基于PC（PowerPC）平台的Linux 操作系统。嵌入式Linux 系统具有以下几个特点：

1、内核源码完全开放，用户可以根据具体的应用需求对内核源码进行修改和优化，实现内核源码的定制化；

2、具有强大的网络支持功能，支持TCP/IP 协议；

3、拥有便捷的开发工具，能为开发人员提供多种开源的开发者工具，方便开发人员对Web 应用软件的开发，节约了Web 监控系统软件的开发成本，提高了Web 监控系统软件的开发效率；

4、具有广泛的硬件支持特性，宜于在不同平台上进行软件移植；

5、保密性高，程序运行在保护模式下，防止重要的数据被截获。

3.2 Web 服务器

监控系统的Web 服务器采用开源的Apache 服务器。Apache 是一个单任务的HTTP 服务器，源代码开放，性能高，支持认证和PHP 等，在嵌入式系统资源有限的情况下，它的快速性和可靠性非常适合于嵌入式系统的应用[3]。

基于PowerPC 平台的Linux 操作系统的嵌入式Web 服务器搭建分为两个方面：服务器环境搭建和服务器源码交叉编译。

在服务器环境搭建中，把定义的GCC 编译器指定为pc-linux-gnuspe-gcc、交叉编译数据压缩用的函式库（zlib）、字库（freetype）、图像压缩库（jpeg）、语言解析器（xml）、图片识别（PNG）和脚本解析器（PHP）。

在Web 服务器源码交叉编译前，首先利用configure 命令引用已经搭建好的环境库文件和参数配置。然后用pc-linux-gnuspe-gcc 编译器进行交叉编译，编译成功后生成一个可运行在PowerPC 平台下的httpd 可执行文件。然后在平台上修改配置文件，在httpd.conf 文件中配置服务器的端口号、用户信息和PHP 文档存放目录等参数信息，在httpd_mpm.conf 文件中配置服务器工作模式、进程等参数。至此，通过浏览器就可以访问存放在服务器里的静态PHP 网页，实现对无线设备运行状态的实时监控。

3.3 Web 软件设计

监控系统软件采用分层、模块化的结构设计[4]，软件分为3 层，第一层是界面层，提供给用户操作使用的可视化界面；第二层是数据处理层，处理客户的操作请求和采集到的设备数据等信息；第三层是接口层，负责服务器端与主控软件模块通信。

接口层采用Sokect 通道与主控软件进行信息交互，包括用户操作信息、设备运行状态、设备操作记录、报警事件和日志等数据信息。

数据处理层采用PHP 脚本语言建立各模块之间的通信桥梁，通过与嵌入式Web 服务器之间的数据通信，实现对设备运行状态和设备参数信息的实时读取。基于JavaScript 语言进行Web 页面各个程序的动态交互，维护系统中其它模块之间的通信。

界面层接收来自数据处理层的实时数据和用户操作指令，生成各种抽象的表格、曲线图或图形动画等来显示设备的运行状态。其中，曲线图以Jtopo、Highcharts 控件的组件方式设计，使Web 监控界面呈现出最直观的设备监控效果。

客户端的模块化设计有利于将人机交互、动态数据和图形动画集成于一体的网络远程监控平台的开发[4]。针对各种不同的应用场景的监控需求，可以灵活增减监控页面，灵活组态出符合特定要求的监控界面，使系统监控平台的设计具有良好的模块性和可移植性。

客户端访问服务器端的流程如图2 所示。通过浏览器执行JavaScript 脚本语言收集用户在浏览器上的操作信息，通过Ajax 引擎传到（HTTP 请求）Web服务器[5]，由Web 服务器里的PHP 解析器进行信息处理，PHP 脚本程序通过Sokect 通道与Linux 系统中的主控模块进行信息交互，并通过Web 服务器把交互返回的结果（PHP 数据）提交给客户端页面的Ajax 引擎，再由Ajax 引擎来决定将这些数据（HTML+CSSS 数据）插入到页面的指定位置，生成各种抽象表格、曲线图或图形动画等直观的显示效果界面[6]。

图2 客户端访问服务器端流程

4 系统应用及效果

针对无线设备在不同应用场景下的监控需求，设计研发了3 种监控系统。根据不同的应用场景进行多点混合组网测试[7]。实际测试中的软件界面如图3 所示。

图3 系统实测登录界面

系统整体测试效果可归纳如下：

1) 保密性

在数据安全性的需求方面，系统提供了密码访问机制，用户登录时需要进行用户名和密码认证才可访问本系统。每次跳转页面通过数据库模块进行用户登录的合法性验证，防止非法访问。每个页面访问内置了时效性功能，防止长时间访问一个页面造成设备关键信息泄密。在数据采集方面，数据采集软件（以嵌入式脚本语言PHP 通过Socket 通道与Linux 系统中的主控模块进行数据交互）只在服务器平台中运行，浏览器显示的都是裁剪过的数据，以此提高了软件的保密性。

2) 设备状态采集和控制

系统采用PHP 程序通过Socket 通道与主控模块进行实时设备状态信息交互，采集的设备数据在系统主界面上动态显示，改善了远程监控的实时性。用户可根据实际需要，通过客户端浏览器对上设备上的各个软硬件模块进行参数的配置、查询等操作。

3) 实时网络运行监控

系统的无线设备组网拓扑的监控图像界面，是根据采集的路由信息[8]，采用Jtopo 控件实现的。实时显示接入网络设备的设备号、IP 地址、北斗信息、路由链路连接情况等信息，可令监控端能够随时随地用Web 浏览器监控设备组网情况。

4) 远程控制

在线设备处在组网状态下，使用PC 机通过以太网连接一个设备，连接进入设备局域网络中，可以任意访问此网络中的设备中的Web 服务器，实现对远程设备运行状态实时测控。

5 结 束 语

随着无线网络通信技术、数据采集技术和嵌人式控制技术的迅猛发展，基于Linux 操作系统的嵌入式Web 的监控系统，摆脱了传统的集中控制系统在设计、使用和维护上的诸多局限性，将成为现代监控技术发展的一个必然趋势。在设计中提出的研发思路与实验调试，都是在迎合这一发展趋势，做出符合现有条件与现实需要的初步试探。对于系统的进一步完善与扩展，也将在后续的研究工作予以完成。