广域监控系统中协议解析器的设计与实现
|
摘要
广域监控系统中被控对象的多样性和复杂性决定了数据通信协议的易变性,而协议数据单元解析是广域监控系统数据处理的核心部分,在与具有不同应用层协议的被控对象进行通信时,需要编写各自专用的协议解析程序,这往往会造成整个广域监控系统的复杂和冗余,所以设计并实现一个统一的协议解析器用以完成现场层和监控层之间的数据交换具有现实意义。
论文以车辆监控系统为特例,被控对象为企业工程车辆,研究了协议数据单元的解析和构建方法。首先,通过分析用户需求制定了一套可扩展的数据通信协议,并用XML配置文件的形式描述协议,使协议描述与协议数据单元解析代码相分离；其次,设计了验证协议格式配置文件合法性的Schema文档,在设计层次和应用层次规范了协议解析器的可解析字段,并总结了Schema的设计原则；最后将协议数据单元解析分为初次解析和再次解析两个过程,利用设计模式、依赖注入等软件开发技术,完成了协议解析器的实现,并在数据可靠性和解析效率上初步达到了系统设计要求。当协议出现更新时,协议解析器仍然可以根据修改后的XML配置文件重新配置自身结构并正确解析新的协议数据单元。
The diversity and complexity of the controlled object in Wide-area Monitoring System(WAMS) determine the variability of the data communication protocol, and the analysis of the protocol data unit(PDU) is the core part of data process in Wide-area Monitoring System,when communicate with controlled object that have various application-layer protocols,to write particular communication interfaces to connect every controlled object is essential,but this always causes complexity and redundancies. as a result,it is very necessary to design and realize a unified protocol parser,which is used to accomplish data exchange between field layer and monitoring layer.
With enterprise engineering vehicle as controlled object,this paper use Vehicle Monitoring System as a special case of WAMS and investigate the parsing and building method of the protocol data unit.First,design the Extensible Data Communication Protocol(EDCP) by analyzing user needs and describe the EDCP in the form of XML configuration file to make the PDU parse program independent from the protocol frame format. Besides,the XML schema document is designed to validate the XML configuration file and standardized protocol parser which protocol field can be parsed in design level and application level,also summarized the design principles of schema.At last, divide analytic process of PDU into the two procedure:initial parse and second parse, complete the implementation of the protocol parser by design patterns,dependency injection and other software development technology, and achieve system design requirements in data reliability and parse efficiency. When the EDCP is updated, Protocol parser can still reconfigure its structure according to the revised XML configuration file and parse the new PDU correctly.
论文以车辆监控系统为特例,被控对象为企业工程车辆,研究了协议数据单元的解析和构建方法。首先,通过分析用户需求制定了一套可扩展的数据通信协议,并用XML配置文件的形式描述协议,使协议描述与协议数据单元解析代码相分离；其次,设计了验证协议格式配置文件合法性的Schema文档,在设计层次和应用层次规范了协议解析器的可解析字段,并总结了Schema的设计原则；最后将协议数据单元解析分为初次解析和再次解析两个过程,利用设计模式、依赖注入等软件开发技术,完成了协议解析器的实现,并在数据可靠性和解析效率上初步达到了系统设计要求。当协议出现更新时,协议解析器仍然可以根据修改后的XML配置文件重新配置自身结构并正确解析新的协议数据单元。
The diversity and complexity of the controlled object in Wide-area Monitoring System(WAMS) determine the variability of the data communication protocol, and the analysis of the protocol data unit(PDU) is the core part of data process in Wide-area Monitoring System,when communicate with controlled object that have various application-layer protocols,to write particular communication interfaces to connect every controlled object is essential,but this always causes complexity and redundancies. as a result,it is very necessary to design and realize a unified protocol parser,which is used to accomplish data exchange between field layer and monitoring layer.
With enterprise engineering vehicle as controlled object,this paper use Vehicle Monitoring System as a special case of WAMS and investigate the parsing and building method of the protocol data unit.First,design the Extensible Data Communication Protocol(EDCP) by analyzing user needs and describe the EDCP in the form of XML configuration file to make the PDU parse program independent from the protocol frame format. Besides,the XML schema document is designed to validate the XML configuration file and standardized protocol parser which protocol field can be parsed in design level and application level,also summarized the design principles of schema.At last, divide analytic process of PDU into the two procedure:initial parse and second parse, complete the implementation of the protocol parser by design patterns,dependency injection and other software development technology, and achieve system design requirements in data reliability and parse efficiency. When the EDCP is updated, Protocol parser can still reconfigure its structure according to the revised XML configuration file and parse the new PDU correctly.
引文
[1]李建伟,郭宏.监控组态软件的设计与开发[M].北京：冶金工业出版社,2007
[2]王静,吴健.一种基于分布式对象技术的分布式监控系统设计[J].计算机应用和软件.2007,24(9)：83～90
[3]李冲,于军琪,郭春艳.基于GPS和GPRS技术的车辆监控技术研究[J].中国西部科技.2007,(07)：79～80
[4]冯源、夏立.广域监控系统的新进展[J].电力自动化设备.2007,27(03)：107～111
[5]马玉春.计算机监控技术与系统开发[M].北京：清华大学出版社,2007
[6]崔璐璐,王荣良.一种可扩展的协议分析系统的设计和实现[J].计算机系统应用.2007,(05)：67～70
[7]陈飞,雒江涛.GPRS网络GTP协议解析方法研究[J].通信技术.2009,42(02)：107～109
[8]董立,赵恒永.基于编译技术的协议解析方法[J].计算机工程.2003,33(21)：66～68
[9]张素琴.编译原理(第一版)[M].北京：清华大学出版社,2004
[10]赵恒永,路红武.协议自适应的数据帧数据提取技术[J].计算机工程和设计.2006,27(4)：701～703
[11]彭四伟,朱群雄.形式化描述驱动的数据帧解析与处理[J].计算机工程与应用.2006,(5)：179～181
[12]Yinglin Li. Lianhe Yang. Yingzhong Li. Research on Apparel CAD Pattern Data Interchange Format Based on XML[J]. IEEE World Congress on software engineering. 2009,(03):90～94
[13]Bayu Erfianto. Design of a Vital Sign Protocol Format Using XML and ASN.1[D]. University of Twente.2004
[14]陈斌,李德华,姚迅.一种基于GPRS技术的可扩展车辆监控系统的设计与实现[J].计算机应用研究.2005,(6)：175～178
[15]李恩,蔡丽,梁自泽,赵现军,张文亚.一种适合煤矿安全监控系统的CAN总线通信协议[J].计算机应用.2006，26(9)：2179～2181
[16]侯婷,马子龙.车辆监控系统中数据传输新方法的研究与实现[J].仪器仪表学报.2006.,27(6)：552～553
[17]刘旭,张其善.一种基于GPRS的车辆监控系统[J].遥测遥控.2007,24(1)：42～49
[18]杨家玮,盛敏,刘勤.移动通信基础[M].北京：电子工业出版社,2005
[19]Michael Otey, Denielle Otey. ADO.NET技术参考大全[M].北京：清华大学出版社, 2003
[20]程起敏,杨崇俊,刘冬林,高亮.基于Internet的车辆监控信息服务系统的设计与实现[J].武汉大学学报.2004,29(9)：816～821
[21]陶冶,范玉顺,罗海滨.分布式工作流系统的可扩展性和柔性研究[J].信息与控制.2001,30(3)：1～7
[22]胡丽霞,赵光宙.基于分层结构的远程监控系统通信协议的设计[J].机电工程.2007,24(01)：28～30
[23]Martin P.Clark.数据网络、IP与Internet技术[M].北京：电子工业出版社,2004
[24]金庆华.TCP／IP传输层协议分析[J].计算机与现代化.1998,(1)：8-14
[25]依赖注入与控制反转[EB/OL]. http://baike.baidu.com/view/1800021.htm.
[26]谢铉洋,谢荣传.使用XML的一阶谓词逻辑归结原理[J].微机发展.2002,(6)：47～51
[27]谓词逻辑[EB/OL]. http://baike.baidu.com/view/143342.htm
[28]张朝明.程序天下XML开发典型应用：数据标记、处理、共享与分析[M].北京：电子工业出版社.2008
[29]XML Essentials[EB/OL]. http://www.w3.org/standards/xml/core
[30]Schema[EB/OL]. http://www.w3.org/standards/xml/schema
[31]XML path language (xpath)2.0[EB/OL]. http://www.w3.org/TR/xpathi/
[32]左伟明.即查即用XML数据标记语言参考手册[M].北京：人民邮电出版社.2007
[33]车五一.基于Xpath的XML安全访问控制方法[J].辽宁石油化工大学学报.2007,27(2)：76～79
[34]李建文,马学宗,刘炜.工业控制系统通讯协议的描述方法[J].微计算机信息.2005,21(04)：34～37
[35]董明楷.基于XML的数据描述在智能建筑中的应用[J].Intelligent Building.2004,(05):30～35
[36]Rajugan, R.; Chang, E.; Dillon, T.S.; Feng, L.;A Layered View Model for XML Repositories and XML Data Warehouses[J]. IEEE Computer and Information Technology.2005,(15):206～215
[37]马永恒,熊前兴,杨金娥,李玉强,向丽萍,彭法銮.W3C XML Schema模式的设计方法研究[J].计算机应用研究.2006,23(05)：80～82
[38]刘洪星,张学敏,陈明.XML Schema设计方法研究[J].交通与计算机.2006,.24(04)：123～126
[39]丁峰,谢晓芹,李晓,梅岩,王克宏.石油化工领域电子商务中基于XML的数据交换标准框架[J].计算机科学.2003,30(10)：21～23
[40]Hyoun-Mi Choi; Mi-Jung Choi; Hong, J.W.; Design and Implementation of XML-based Configuration Management System for Distributed Systems[J]. IEEE Network Operations and Management Symposium.2004,1(7):831-844
[41]Larsson, M.; Korba, P.; Zima, M.;mplementation and Applications of Wide-area monitoring systems [J].IEEE Power Engineering Society General Meeting, 2007,(7):1-6
[42]Kevin Hoffman,Lonny Kruger. C#.Net技术内幕[M].北京：清华大学出版社.2006
[43]莫勇腾.深入浅出设计模式(C#／Java版)[M].北京：清华大学出版社,2006
[44]王翔.设计模式：基于C#的工程化实现和扩展[M].北京：电子工业出版社.2009
[45]Steven John Metsker. Design Patterns in C#[M].北京：中国电力出版社.2005
[46]Martin Fowler. UML精粹第3版[M].北京：清华大学出版社.2005
[2]王静,吴健.一种基于分布式对象技术的分布式监控系统设计[J].计算机应用和软件.2007,24(9)：83～90
[3]李冲,于军琪,郭春艳.基于GPS和GPRS技术的车辆监控技术研究[J].中国西部科技.2007,(07)：79～80
[4]冯源、夏立.广域监控系统的新进展[J].电力自动化设备.2007,27(03)：107～111
[5]马玉春.计算机监控技术与系统开发[M].北京：清华大学出版社,2007
[6]崔璐璐,王荣良.一种可扩展的协议分析系统的设计和实现[J].计算机系统应用.2007,(05)：67～70
[7]陈飞,雒江涛.GPRS网络GTP协议解析方法研究[J].通信技术.2009,42(02)：107～109
[8]董立,赵恒永.基于编译技术的协议解析方法[J].计算机工程.2003,33(21)：66～68
[9]张素琴.编译原理(第一版)[M].北京：清华大学出版社,2004
[10]赵恒永,路红武.协议自适应的数据帧数据提取技术[J].计算机工程和设计.2006,27(4)：701～703
[11]彭四伟,朱群雄.形式化描述驱动的数据帧解析与处理[J].计算机工程与应用.2006,(5)：179～181
[12]Yinglin Li. Lianhe Yang. Yingzhong Li. Research on Apparel CAD Pattern Data Interchange Format Based on XML[J]. IEEE World Congress on software engineering. 2009,(03):90～94
[13]Bayu Erfianto. Design of a Vital Sign Protocol Format Using XML and ASN.1[D]. University of Twente.2004
[14]陈斌,李德华,姚迅.一种基于GPRS技术的可扩展车辆监控系统的设计与实现[J].计算机应用研究.2005,(6)：175～178
[15]李恩,蔡丽,梁自泽,赵现军,张文亚.一种适合煤矿安全监控系统的CAN总线通信协议[J].计算机应用.2006，26(9)：2179～2181
[16]侯婷,马子龙.车辆监控系统中数据传输新方法的研究与实现[J].仪器仪表学报.2006.,27(6)：552～553
[17]刘旭,张其善.一种基于GPRS的车辆监控系统[J].遥测遥控.2007,24(1)：42～49
[18]杨家玮,盛敏,刘勤.移动通信基础[M].北京：电子工业出版社,2005
[19]Michael Otey, Denielle Otey. ADO.NET技术参考大全[M].北京：清华大学出版社, 2003
[20]程起敏,杨崇俊,刘冬林,高亮.基于Internet的车辆监控信息服务系统的设计与实现[J].武汉大学学报.2004,29(9)：816～821
[21]陶冶,范玉顺,罗海滨.分布式工作流系统的可扩展性和柔性研究[J].信息与控制.2001,30(3)：1～7
[22]胡丽霞,赵光宙.基于分层结构的远程监控系统通信协议的设计[J].机电工程.2007,24(01)：28～30
[23]Martin P.Clark.数据网络、IP与Internet技术[M].北京：电子工业出版社,2004
[24]金庆华.TCP／IP传输层协议分析[J].计算机与现代化.1998,(1)：8-14
[25]依赖注入与控制反转[EB/OL]. http://baike.baidu.com/view/1800021.htm.
[26]谢铉洋,谢荣传.使用XML的一阶谓词逻辑归结原理[J].微机发展.2002,(6)：47～51
[27]谓词逻辑[EB/OL]. http://baike.baidu.com/view/143342.htm
[28]张朝明.程序天下XML开发典型应用：数据标记、处理、共享与分析[M].北京：电子工业出版社.2008
[29]XML Essentials[EB/OL]. http://www.w3.org/standards/xml/core
[30]Schema[EB/OL]. http://www.w3.org/standards/xml/schema
[31]XML path language (xpath)2.0[EB/OL]. http://www.w3.org/TR/xpathi/
[32]左伟明.即查即用XML数据标记语言参考手册[M].北京：人民邮电出版社.2007
[33]车五一.基于Xpath的XML安全访问控制方法[J].辽宁石油化工大学学报.2007,27(2)：76～79
[34]李建文,马学宗,刘炜.工业控制系统通讯协议的描述方法[J].微计算机信息.2005,21(04)：34～37
[35]董明楷.基于XML的数据描述在智能建筑中的应用[J].Intelligent Building.2004,(05):30～35
[36]Rajugan, R.; Chang, E.; Dillon, T.S.; Feng, L.;A Layered View Model for XML Repositories and XML Data Warehouses[J]. IEEE Computer and Information Technology.2005,(15):206～215
[37]马永恒,熊前兴,杨金娥,李玉强,向丽萍,彭法銮.W3C XML Schema模式的设计方法研究[J].计算机应用研究.2006,23(05)：80～82
[38]刘洪星,张学敏,陈明.XML Schema设计方法研究[J].交通与计算机.2006,.24(04)：123～126
[39]丁峰,谢晓芹,李晓,梅岩,王克宏.石油化工领域电子商务中基于XML的数据交换标准框架[J].计算机科学.2003,30(10)：21～23
[40]Hyoun-Mi Choi; Mi-Jung Choi; Hong, J.W.; Design and Implementation of XML-based Configuration Management System for Distributed Systems[J]. IEEE Network Operations and Management Symposium.2004,1(7):831-844
[41]Larsson, M.; Korba, P.; Zima, M.;mplementation and Applications of Wide-area monitoring systems [J].IEEE Power Engineering Society General Meeting, 2007,(7):1-6
[42]Kevin Hoffman,Lonny Kruger. C#.Net技术内幕[M].北京：清华大学出版社.2006
[43]莫勇腾.深入浅出设计模式(C#／Java版)[M].北京：清华大学出版社,2006
[44]王翔.设计模式：基于C#的工程化实现和扩展[M].北京：电子工业出版社.2009
[45]Steven John Metsker. Design Patterns in C#[M].北京：中国电力出版社.2005
[46]Martin Fowler. UML精粹第3版[M].北京：清华大学出版社.2005