科學仪器工作状态的分布式监测系统
科学仪器工作状态的分布式监测系统
王峰贵,迪天,洪盛杨和瑞荪
仪器科学与电气工程
吉林大学I.III00VII.长春,吉林省,中国
wfgranger@yahoo.com,tiandi@jlu.edu.cn,yhshjlu@gmail.com,sunray0III0V@yahoo.com.cn
摘要:为了实现科学仪器的网络化管理,开发了I.个监测运行状态的分布式监测系统被.有两种解决方案可以获得科学仪器工作状态数据,I.是用传感器检测其特征物理信号,而另I.个是用多种方式检测工作站控制软件的工作参数.本文侧重于第II种方案,因为它实施方便.低风险.此外,面向服务的体系结构(SOA)用于设计分布式监控系统,为管理信息系统(MIS)或客户端应用程序的集成提供了灵活的Web服务.附带着许多大型科学仪器监测的分布式监控系统在几所大学和已投入试运行.
指数条款_分布式监控系统,科学仪器,工作站,SOA,Web服务.
I..引言
科学仪器包括电子显微镜,质谱仪,X射线,核磁共振(NMR)光谱仪,光学的光谱仪,气相色谱仪等,这些科学仪器在科学研究和技术创新方面发挥了重要的作用;由于它们的价格高,所以成了稀缺资源.然而,许多科学仪器在中国还没有被充分利用.为了改善这种状况,必须提高它们的开放性和共享性.网络化管理是提高它们开放性和共享性的I.种有效手段,它要求获得真实的科学仪器使用情况.因此,科学仪器工作状态的分布式监测系统能自动记录运行信息是必要的,那些运行信息也可以用于科学仪器的故障诊断和状态的维修(CBM)[I.].
I.些科学仪器能用自己的记录装置或其控制软件在工作站记录他们的工作状态数据,几个实验室信息管理系统(LIMSs)也可以进行此类工作[II,III].但用这些现有解决方案进行科学仪器监测是有限的,工作 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
状态数据通常不能通过Intranet／Internet访问.为了解决这个问题,有两种解决方案用于获得科学仪器工作状态数据,I.种方案是开发I.个网络记录设备通过仪器本身检测其特征物理信号来获取工作状态数据,如电压,电流,和光学传感器[II];另外I.种方案是设计网络软件,从他们的工作站通过检测控制软件工作参数间接地获得工作状态数据[III].由于最近大部分科学仪器制造被工作站控制软件控制,本文侧重于后者,这对那些需要实现良好电磁环境的精密科学仪器来说是方便和低风险的.
随着计算机网络和通信技术的发展,许多分布式监测系统已被广泛应用于各种领域[IV-VI].在本文中,开发了I.个科学仪器工作状态的分布式监控系统,这是针对他们网络化管理的I.个在线监测系统.为了提高分布式监控系统的灵活性,面向服务的体系结构(SOA)应用于设计这个系统,Web服务技术用来支持其和管理信息系统(MIS)或客户端应用程序的整合.不同于上面提到的分布式监控系统.此外,分布式监控系统可以在任何时候通过Intranet／Internet访问和查询来自任何地方网站/WAP浏览器的科学仪器工作状态数据.
II.系统框架
图I.显示了分布式监控系统的框架.科学仪器被他们的工作站控制软件控制,为了获得科学仪器工作状态,监控软件被开发来检测控制软件.通过监控软件所获得的工作状态数据传送给应用服务器的TCP/IP网络.应用服务器,与监控软件通讯,接收工作状态数据并将其存储在数据库服务器中.它还给系统和客户端应用程序提供网络服务以便分布式监控系统可以灵活地融入他们.数据库服务器提供数据存储服务,可通过Web服务器.WAP服务器和应用程序服务器访问.授权的用户可以访问网站/?WAP服务器查询他们个人电脑或手机网站/?WAP浏览器的科学仪器工作状态数据.
图I..科学仪器工作状态的分布式监控系统
III.监控软件设计
监控软件安装在工作站来负责获取科学仪器工作状态数据,然后将其发送到应用服务器的TCP/IP网络.图II展示了这个流程.监控软件的V大模块,即配置信息模块,检测模块,预处理和融合模块,数据存储模块和通信模块.根据配置,检测模块检测控制软件控制的电气控制台,通过各种通信协议如GPIB总线.PXI科学仪器的机械控制台.RS-IIIIIII和TCP/IP.科学仪器工作状态数据的采集并存储在本地数据存储模块,检测模块检测到的各种工作参数是预处理.预处理模块和融合模块的结合.通信模块根据配置信息模块和检测模块封装本地存储的数据传送到应用服务器.
A.工作状态数据采集
科学仪器的电气控制台和机械控制台通常是由他们的工作站控制软件控制,它们通过不同的通信协议连接,如GPIB总线,PXI,RS-IIIIIII和TCP/IP.对于这些科学仪器,该控制软件能获得他们的各种工作参数.如果制造商提供控制软件的开放接口进行II次开发,我们可以从控制软件直接获得它的工作参数.然而,遗憾的是,大多数科学仪器制造商不提供.因此,科学仪器工作状态工作站的监控方法被应用在监控软件的监测模块,通过检测控制软件间接获得工作状态数据.有多种工作站的监测方法检测控制软件的工作参数.这些方法是鼠标和键盘的Windows系统事件检测.模式识别的人机界面特征检测.模式匹配的控制软件日志文件的检测.通信接口的数据流检测.这些方法可以用于没有提供开放接口的II次开发检测 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
控制软件工作参数.
I.)鼠标和键盘的Windows系统事件检测:微软的Windows是I.个事件驱动和消息驱动的图形操作系统.在Windows操作系统中,I.个钩是I.种机制,这个功能在截获事件(消息,鼠标,键盘)之前就申请.该函数可以对事件采取行动,在某些情况下,修改或放弃它们.接收事件的函数被称为滤波函数,根据他们拦截事件的类型分类.例如,I.个过滤函数可能要接受所有的键盘或鼠标事件[VII].因此,I.个过滤函数可以连接到鼠标钩子和键盘钩子检测鼠标和键盘事件,在科学仪器工作站上记录鼠标或按键动作以便追溯到控制软件的操作.然后可以从操作的控制软件总结出科学仪器工作状态.监控软件使用挂钩函数来维护和访问过滤功能,驻留在I.个动态链接库(DLL).
II)模式识别的人机界面功能检测:控制软件的工作界面在运行时,通常都有I.些表明科学仪器工作状态的特征.因此,科学仪器工作状态可以通过模式识别的人机界面特征判断检测.这个程序如下:
第I.,建立I.个表明科学仪器工作状态迹象的模板库;第II,捕捉控制软件的工作界面;第III,检查被捕获图像中是否有I.个模式识别的模板符号.然后获得相应的科学仪器工作状态数据.
由于监控软件是安装在科学仪器工作站,以避免控制软件的干扰,有两种措施来提高它的速度.镜像驱动程序排除了传统的GDI和DirectDraw[VIII]图像采集法,将人机界面和I.种改进的序贯相似性检测算法(SSDA)应用于模式识别[IX],然后监测工作站软件的CPU资源占用会减少.
III)模式匹配的控制软件日志文件的检测:I.些控制软件的科学仪器记录他们的工作状态.日志文件来协助科学实验和支持故障诊断.科学仪器是标有相应特征领域的工作状态,可以通过模式匹配的控制软件检测提取日志文件.为了提高检测效率,I.个增量的方法被用来检测日志文件.这是在每I.个检测位置的最后完成,因为日志文件可能长期运行后会非常大.
IV)通讯接口的数据流检测:科学仪器与他们的工作站通过各种通信接口如GPIB总线,PXI,RS-IIIIIII和TCP/IP交流,而控制软件通过通信接口发送各种指令和获得各种数据.通过截取通讯接口的数据流,科学仪器工作状态数据将根据变化或数据流的内容获取.在本文中,研究如何拦截TCP／IP和RS-IIIIIII接口的数据流.TCP?/?IP接口截获网络驱动程序接口规范的数据流(NDIS),中间层驱动可以过滤数据包的IP与上层网络协议[I.0,I.I.],而RS-IIIIIII接口的数据流被拦截在Windows驱动模型(WDM)过滤器中[I.II].
B.数据通信
科学仪器工作站可以通过各种途径连接到TCP?/?IP网络,如LAN.WLAN.ADSL网络.GPRS和CDMA,科学仪器工作站通过TCP/IP协议的应用服务器在工作站监控软件.数据通信是用TCP套接字实现的,其中客户端的监控软件和服务器端的通信模块安装在应用服务器.发送客户请求和服务器响应以消息的形式存在客户端和服务器端之间.请求消息和响应消息都使用自定义格式来决定它们的结构.科学仪器工作状态的数据封装成I.个请求消息,其中有I.个简单但严格定义结构的I.些字段特定字节长度,并转移到应用服务器.请求消息的最重要领域是仪器工作站身份.身份.工作参数.工作参数信息.开始时间和结束时间.
监控软件的通信模块有时根据配置封装本地存储的数据请求消息传送到应用服务器.在某些情况下,主要科学仪器工作状态发生改变,它会切换到即时通讯,将它们分派到应用程序服务器.此外,监控软件的运行信息也发送到应用服务器进行间隔性的自我诊断.如果很长I.段时间没有收到,可能发生了网络问题.
IV.监测服务器设计
在分布式监控系统中有几个服务器:数据库服务器.Web服务器.分布式监控系统的WAP服务器和应用程序服务器.数据库服务器对整个分布式监控系统提供数据存储服务.被授权的用户可以访问Web/WAP服务器浏览他们的个人电脑或移动电话来获得科学仪器工作状态数据.此外,管理信息系统应用服务器提供web服务和客户机应用程序,以便监控系统可以灵活地集成.
A.应用服务器
为了充分利用从他们的工作站上获得的科学仪器工作状态数据,分布式监控系统与MIS或客户机应用程序的集成是必要的.应用服务器负责,并与SOA设计.SOA本质上是I.组服务,而服务就是I.个定义良好的.独立的.不依赖于其他服务的上下文和状态[I.III]的函数.这样的分布式监控系统的灵活性增强,它可以很容易地集成到管理信息系统或客户端应用程序.Web服务技术是SOA的最有可能的连接技术.Web服务,它使用XML通过HTTP/HTTPS创造I.个强有力的连接,是松散耦合的,与传统分布式对象技术相比可以很容易地穿越防火墙,如DCOM,CORBA和EJB技术.所以选择Web服务技术来实现应用服务器以支持分布式监控系统与MIS或客户机应用程序的集成.
应用服务器,如图III所示,包含V个功能组件:数据采集.数据处理.状态监测.信息融合与决策支持.所有功能组件为管理信息系统和客户机应用程序提供web服务.同时,他们从管理信息系统可以调用web服务.所以有V个类别的web服务应用程序服务器完全提供.然后分布式监控系统与管理信息系统或客户端应用程序的集成可以使用这些web服务来实现.
I.)数据采集:它从科学仪器接收到TCP/IP网络监控软件的工作状态数据和数据预处理.原始数据也提供了其他组件.
II)数据处理:分析和处理工作状态数据,然后转换成需要的格式方便使用.
III)状态监控:它结合了组件的数据采集和数据处理与监测科学仪器的工作状态数据,以便得到他们的工作状态.
IV)信息融合:它对科学仪器健康的评估结合了实时数据和历史数据的建模方法.数据库应用程序.数据库和专家知识库方法.
V)决策支持:协助制作精确管理和维护决策的科学仪器,它依赖于分布式监测系统提供的工作状态数据.
B.数据库服务器和Web?/?WAP服务器
通过应用服务器接收到的科学仪器工作状态数据存储在数据库服务器,这对整个分布式监测系统提供数据存储服务.Web服务器,WAP服务器和应用程序服务器包括其所有功能组件可以随时访问数据库服务器.为了了解工作状态数据,授权的用户可以通过Web浏览器在台式电脑或笔记本电脑或智能手机随时随地通过Intranet／Internet访问Web服务器.同时,可以通过访问WAP服务器与PDA或手机WAP浏览器.页面的Web服务器和WAP服务器分别设计了超文本标记语言(HTML)和无线标记语言(WML).
V.实现与应用
监控软件是使用MicrosoftVisualc++VI.0开发与服务包VI和通信模块采用套接字编程实现.它可以安装在WindowsII000／XP.应用服务器,Web服务器和WAP服务器在JavaJIIEE平台开发.HTML和WML被用于Web服务器和WAP服务器的网页设计.I.些被选择的产品实现监控服务器如下:
I.)操作系统:Linux分布CentOSIV.II
II)数据库:Oracle数据库I.0g?Express版
III)JIIEE平台:jboss-IV.0.II与TomcatV.V.IX嵌入式
IV)网络/?WAP服务器软件Apache?II.0.VII
科学仪器工作状态的分布式监控系统在几所大学和已投入试运行.分布式监测系统中的I.个例子展示于图IV.科学仪器如电子显微镜.质谱仪和x射线装置由他们控制工作站连接到以太网的I.个组织.在内部网应用程序服务器从他们的工作站接收科学仪器工作状态数据,并将它们存储到数据库服务器.它还提供了web服务来支持其在内部网与管理信息系统的集成.在非军事区(DMZ),也可以是I.个应用程序服务器支持分布式监测系统与外部信息系统或客户端应用程序的整合.位于DMZ的网站/?WAP服务器在自己的个人电脑或手机上网可以访问被授权的外部用户与网站/?WAP浏览器.
已经有许多大型科学仪器的分布式监测系统,包括电子显微镜,质谱仪,X射线仪,核磁共振光谱仪,光学光谱和色谱.其中I.些典型的大型科学仪器如表I.所示.
表I..I.些典型的大型科学仪器的监测
VI.结论
本文提出了I.种科学仪器工作状态的分布式监测系统.能够从工作站方便地获取科学仪器工作状态数据,并能够通过Web服务与管理信息系统或客户端应用程序的灵活集成.此外,它可以很容易地访问网站/WAP浏览器.在几所大学和机构试运行的分布式监控系统表明其可行性和实用性.
感谢
本文由中国国家科技基础条件平台投资(no.II00IVdkaI.00I.0,II00VdkaI.0I.0III).作者想感谢所有的合作者,特别是那些在中国教育部分析仪器研究组,地质勘探仪器重点实验室(吉林大学).
图II.监控软件结构的科学仪器
图III.应用服务器体系结构的分布式监控系统
图IV.分布式监控系统的说明
附件II:外文原文
王峰贵,迪天,洪盛杨和瑞荪
仪器科学与电气工程
吉林大学I.III00VII.长春,吉林省,中国
wfgranger@yahoo.com,tiandi@jlu.edu.cn,yhshjlu@gmail.com,sunray0III0V@yahoo.com.cn
摘要:为了实现科学仪器的网络化管理,开发了I.个监测运行状态的分布式监测系统被.有两种解决方案可以获得科学仪器工作状态数据,I.是用传感器检测其特征物理信号,而另I.个是用多种方式检测工作站控制软件的工作参数.本文侧重于第II种方案,因为它实施方便.低风险.此外,面向服务的体系结构(SOA)用于设计分布式监控系统,为管理信息系统(MIS)或客户端应用程序的集成提供了灵活的Web服务.附带着许多大型科学仪器监测的分布式监控系统在几所大学和已投入试运行.
指数条款_分布式监控系统,科学仪器,工作站,SOA,Web服务.
I..引言
科学仪器包括电子显微镜,质谱仪,X射线,核磁共振(NMR)光谱仪,光学的光谱仪,气相色谱仪等,这些科学仪器在科学研究和技术创新方面发挥了重要的作用;由于它们的价格高,所以成了稀缺资源.然而,许多科学仪器在中国还没有被充分利用.为了改善这种状况,必须提高它们的开放性和共享性.网络化管理是提高它们开放性和共享性的I.种有效手段,它要求获得真实的科学仪器使用情况.因此,科学仪器工作状态的分布式监测系统能自动记录运行信息是必要的,那些运行信息也可以用于科学仪器的故障诊断和状态的维修(CBM)[I.].
I.些科学仪器能用自己的记录装置或其控制软件在工作站记录他们的工作状态数据,几个实验室信息管理系统(LIMSs)也可以进行此类工作[II,III].但用这些现有解决方案进行科学仪器监测是有限的,工作 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
状态数据通常不能通过Intranet／Internet访问.为了解决这个问题,有两种解决方案用于获得科学仪器工作状态数据,I.种方案是开发I.个网络记录设备通过仪器本身检测其特征物理信号来获取工作状态数据,如电压,电流,和光学传感器[II];另外I.种方案是设计网络软件,从他们的工作站通过检测控制软件工作参数间接地获得工作状态数据[III].由于最近大部分科学仪器制造被工作站控制软件控制,本文侧重于后者,这对那些需要实现良好电磁环境的精密科学仪器来说是方便和低风险的.
随着计算机网络和通信技术的发展,许多分布式监测系统已被广泛应用于各种领域[IV-VI].在本文中,开发了I.个科学仪器工作状态的分布式监控系统,这是针对他们网络化管理的I.个在线监测系统.为了提高分布式监控系统的灵活性,面向服务的体系结构(SOA)应用于设计这个系统,Web服务技术用来支持其和管理信息系统(MIS)或客户端应用程序的整合.不同于上面提到的分布式监控系统.此外,分布式监控系统可以在任何时候通过Intranet／Internet访问和查询来自任何地方网站/WAP浏览器的科学仪器工作状态数据.
II.系统框架
图I.显示了分布式监控系统的框架.科学仪器被他们的工作站控制软件控制,为了获得科学仪器工作状态,监控软件被开发来检测控制软件.通过监控软件所获得的工作状态数据传送给应用服务器的TCP/IP网络.应用服务器,与监控软件通讯,接收工作状态数据并将其存储在数据库服务器中.它还给系统和客户端应用程序提供网络服务以便分布式监控系统可以灵活地融入他们.数据库服务器提供数据存储服务,可通过Web服务器.WAP服务器和应用程序服务器访问.授权的用户可以访问网站/?WAP服务器查询他们个人电脑或手机网站/?WAP浏览器的科学仪器工作状态数据.
图I..科学仪器工作状态的分布式监控系统
III.监控软件设计
监控软件安装在工作站来负责获取科学仪器工作状态数据,然后将其发送到应用服务器的TCP/IP网络.图II展示了这个流程.监控软件的V大模块,即配置信息模块,检测模块,预处理和融合模块,数据存储模块和通信模块.根据配置,检测模块检测控制软件控制的电气控制台,通过各种通信协议如GPIB总线.PXI科学仪器的机械控制台.RS-IIIIIII和TCP/IP.科学仪器工作状态数据的采集并存储在本地数据存储模块,检测模块检测到的各种工作参数是预处理.预处理模块和融合模块的结合.通信模块根据配置信息模块和检测模块封装本地存储的数据传送到应用服务器.
A.工作状态数据采集
科学仪器的电气控制台和机械控制台通常是由他们的工作站控制软件控制,它们通过不同的通信协议连接,如GPIB总线,PXI,RS-IIIIIII和TCP/IP.对于这些科学仪器,该控制软件能获得他们的各种工作参数.如果制造商提供控制软件的开放接口进行II次开发,我们可以从控制软件直接获得它的工作参数.然而,遗憾的是,大多数科学仪器制造商不提供.因此,科学仪器工作状态工作站的监控方法被应用在监控软件的监测模块,通过检测控制软件间接获得工作状态数据.有多种工作站的监测方法检测控制软件的工作参数.这些方法是鼠标和键盘的Windows系统事件检测.模式识别的人机界面特征检测.模式匹配的控制软件日志文件的检测.通信接口的数据流检测.这些方法可以用于没有提供开放接口的II次开发检测 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
控制软件工作参数.
I.)鼠标和键盘的Windows系统事件检测:微软的Windows是I.个事件驱动和消息驱动的图形操作系统.在Windows操作系统中,I.个钩是I.种机制,这个功能在截获事件(消息,鼠标,键盘)之前就申请.该函数可以对事件采取行动,在某些情况下,修改或放弃它们.接收事件的函数被称为滤波函数,根据他们拦截事件的类型分类.例如,I.个过滤函数可能要接受所有的键盘或鼠标事件[VII].因此,I.个过滤函数可以连接到鼠标钩子和键盘钩子检测鼠标和键盘事件,在科学仪器工作站上记录鼠标或按键动作以便追溯到控制软件的操作.然后可以从操作的控制软件总结出科学仪器工作状态.监控软件使用挂钩函数来维护和访问过滤功能,驻留在I.个动态链接库(DLL).
II)模式识别的人机界面功能检测:控制软件的工作界面在运行时,通常都有I.些表明科学仪器工作状态的特征.因此,科学仪器工作状态可以通过模式识别的人机界面特征判断检测.这个程序如下:
第I.,建立I.个表明科学仪器工作状态迹象的模板库;第II,捕捉控制软件的工作界面;第III,检查被捕获图像中是否有I.个模式识别的模板符号.然后获得相应的科学仪器工作状态数据.
由于监控软件是安装在科学仪器工作站,以避免控制软件的干扰,有两种措施来提高它的速度.镜像驱动程序排除了传统的GDI和DirectDraw[VIII]图像采集法,将人机界面和I.种改进的序贯相似性检测算法(SSDA)应用于模式识别[IX],然后监测工作站软件的CPU资源占用会减少.
III)模式匹配的控制软件日志文件的检测:I.些控制软件的科学仪器记录他们的工作状态.日志文件来协助科学实验和支持故障诊断.科学仪器是标有相应特征领域的工作状态,可以通过模式匹配的控制软件检测提取日志文件.为了提高检测效率,I.个增量的方法被用来检测日志文件.这是在每I.个检测位置的最后完成,因为日志文件可能长期运行后会非常大.
IV)通讯接口的数据流检测:科学仪器与他们的工作站通过各种通信接口如GPIB总线,PXI,RS-IIIIIII和TCP/IP交流,而控制软件通过通信接口发送各种指令和获得各种数据.通过截取通讯接口的数据流,科学仪器工作状态数据将根据变化或数据流的内容获取.在本文中,研究如何拦截TCP／IP和RS-IIIIIII接口的数据流.TCP?/?IP接口截获网络驱动程序接口规范的数据流(NDIS),中间层驱动可以过滤数据包的IP与上层网络协议[I.0,I.I.],而RS-IIIIIII接口的数据流被拦截在Windows驱动模型(WDM)过滤器中[I.II].
B.数据通信
科学仪器工作站可以通过各种途径连接到TCP?/?IP网络,如LAN.WLAN.ADSL网络.GPRS和CDMA,科学仪器工作站通过TCP/IP协议的应用服务器在工作站监控软件.数据通信是用TCP套接字实现的,其中客户端的监控软件和服务器端的通信模块安装在应用服务器.发送客户请求和服务器响应以消息的形式存在客户端和服务器端之间.请求消息和响应消息都使用自定义格式来决定它们的结构.科学仪器工作状态的数据封装成I.个请求消息,其中有I.个简单但严格定义结构的I.些字段特定字节长度,并转移到应用服务器.请求消息的最重要领域是仪器工作站身份.身份.工作参数.工作参数信息.开始时间和结束时间.
监控软件的通信模块有时根据配置封装本地存储的数据请求消息传送到应用服务器.在某些情况下,主要科学仪器工作状态发生改变,它会切换到即时通讯,将它们分派到应用程序服务器.此外,监控软件的运行信息也发送到应用服务器进行间隔性的自我诊断.如果很长I.段时间没有收到,可能发生了网络问题.
IV.监测服务器设计
在分布式监控系统中有几个服务器:数据库服务器.Web服务器.分布式监控系统的WAP服务器和应用程序服务器.数据库服务器对整个分布式监控系统提供数据存储服务.被授权的用户可以访问Web/WAP服务器浏览他们的个人电脑或移动电话来获得科学仪器工作状态数据.此外,管理信息系统应用服务器提供web服务和客户机应用程序,以便监控系统可以灵活地集成.
A.应用服务器
为了充分利用从他们的工作站上获得的科学仪器工作状态数据,分布式监控系统与MIS或客户机应用程序的集成是必要的.应用服务器负责,并与SOA设计.SOA本质上是I.组服务,而服务就是I.个定义良好的.独立的.不依赖于其他服务的上下文和状态[I.III]的函数.这样的分布式监控系统的灵活性增强,它可以很容易地集成到管理信息系统或客户端应用程序.Web服务技术是SOA的最有可能的连接技术.Web服务,它使用XML通过HTTP/HTTPS创造I.个强有力的连接,是松散耦合的,与传统分布式对象技术相比可以很容易地穿越防火墙,如DCOM,CORBA和EJB技术.所以选择Web服务技术来实现应用服务器以支持分布式监控系统与MIS或客户机应用程序的集成.
应用服务器,如图III所示,包含V个功能组件:数据采集.数据处理.状态监测.信息融合与决策支持.所有功能组件为管理信息系统和客户机应用程序提供web服务.同时,他们从管理信息系统可以调用web服务.所以有V个类别的web服务应用程序服务器完全提供.然后分布式监控系统与管理信息系统或客户端应用程序的集成可以使用这些web服务来实现.
I.)数据采集:它从科学仪器接收到TCP/IP网络监控软件的工作状态数据和数据预处理.原始数据也提供了其他组件.
II)数据处理:分析和处理工作状态数据,然后转换成需要的格式方便使用.
III)状态监控:它结合了组件的数据采集和数据处理与监测科学仪器的工作状态数据,以便得到他们的工作状态.
IV)信息融合:它对科学仪器健康的评估结合了实时数据和历史数据的建模方法.数据库应用程序.数据库和专家知识库方法.
V)决策支持:协助制作精确管理和维护决策的科学仪器,它依赖于分布式监测系统提供的工作状态数据.
B.数据库服务器和Web?/?WAP服务器
通过应用服务器接收到的科学仪器工作状态数据存储在数据库服务器,这对整个分布式监测系统提供数据存储服务.Web服务器,WAP服务器和应用程序服务器包括其所有功能组件可以随时访问数据库服务器.为了了解工作状态数据,授权的用户可以通过Web浏览器在台式电脑或笔记本电脑或智能手机随时随地通过Intranet／Internet访问Web服务器.同时,可以通过访问WAP服务器与PDA或手机WAP浏览器.页面的Web服务器和WAP服务器分别设计了超文本标记语言(HTML)和无线标记语言(WML).
V.实现与应用
监控软件是使用MicrosoftVisualc++VI.0开发与服务包VI和通信模块采用套接字编程实现.它可以安装在WindowsII000／XP.应用服务器,Web服务器和WAP服务器在JavaJIIEE平台开发.HTML和WML被用于Web服务器和WAP服务器的网页设计.I.些被选择的产品实现监控服务器如下:
I.)操作系统:Linux分布CentOSIV.II
II)数据库:Oracle数据库I.0g?Express版
III)JIIEE平台:jboss-IV.0.II与TomcatV.V.IX嵌入式
IV)网络/?WAP服务器软件Apache?II.0.VII
科学仪器工作状态的分布式监控系统在几所大学和已投入试运行.分布式监测系统中的I.个例子展示于图IV.科学仪器如电子显微镜.质谱仪和x射线装置由他们控制工作站连接到以太网的I.个组织.在内部网应用程序服务器从他们的工作站接收科学仪器工作状态数据,并将它们存储到数据库服务器.它还提供了web服务来支持其在内部网与管理信息系统的集成.在非军事区(DMZ),也可以是I.个应用程序服务器支持分布式监测系统与外部信息系统或客户端应用程序的整合.位于DMZ的网站/?WAP服务器在自己的个人电脑或手机上网可以访问被授权的外部用户与网站/?WAP浏览器.
已经有许多大型科学仪器的分布式监测系统,包括电子显微镜,质谱仪,X射线仪,核磁共振光谱仪,光学光谱和色谱.其中I.些典型的大型科学仪器如表I.所示.
表I..I.些典型的大型科学仪器的监测
VI.结论
本文提出了I.种科学仪器工作状态的分布式监测系统.能够从工作站方便地获取科学仪器工作状态数据,并能够通过Web服务与管理信息系统或客户端应用程序的灵活集成.此外,它可以很容易地访问网站/WAP浏览器.在几所大学和机构试运行的分布式监控系统表明其可行性和实用性.
感谢
本文由中国国家科技基础条件平台投资(no.II00IVdkaI.00I.0,II00VdkaI.0I.0III).作者想感谢所有的合作者,特别是那些在中国教育部分析仪器研究组,地质勘探仪器重点实验室(吉林大学).
图II.监控软件结构的科学仪器
图III.应用服务器体系结构的分布式监控系统
图IV.分布式监控系统的说明
附件II:外文原文
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