Design for the Heterogeneous Environment Monitoring Network
Component-base Management System
K.R.Zhao,Q.Q.Ma, X.Y.Zheng, K.C.Lu
Bureau Geology of Guangdong Province, Guangzhou, China
South China Institute of Environmental Sciences, MEPA, Guangzhou, China
South China University of Technology
Abstract
Based on the current research on the technology of the environment monitoring informatization at home and abroad and its application, a component-based heterogeneous environment monitoring system was constructed, using structure analysis of environment monitoring system and component-base technology. The system includes heterogeneous environment monitoring network component-base design standard, component library, framework as well as the environment facilities driver library. The platformization, standardization and reusability of environment monitoring system development could be carried out effectively in this system, which at the same time improves the combination property of the environment monitoring system and meets the integrating and upgrading need of the existing heterogeneous environment monitoring network.
copy; 2010 Published by Elsevier Ltd. Open access under CC BY-NC-ND license.
Keywords :Environment monitoring, Heterogeneous integration, Component-base technology.
1. Introduction
Over the last 20 years, with the rapid development of economy, the environment protection becomes more and more urgent. In response to this situation, the development of the environment monitoring system in China successively underwent three phases, namely, passive monitoring, active monitoring and automatic (online)monitoring. Currently, research in environment automatic monitoring information technology has become one of the most hot domains in global environment monitoring technology. During the eleventh five year plan, development on environment monitoring system was accelerated in China. At the moment, environment monitoring system of certain scale has been formulated, which lays a solid foundation for accurately and punctually acquiring environment monitoring data, objectively looking into the overall environment quality conditions and changes, clarifying the emission situation of principal pollutant from key pollutant sources, and scientifically and effectively dealing with sudden events concerning environment . Ever since a long time ago, the environment monitoring informatization and ability to process the environmental information in China have been failing to meet the increasing demand of environment protection cause. Although currently, environment monitoring system of certain scale has been formulated, the heterogeneous property of the environment monitoring network keeps showing up, such as, the isomerism in the communication medium and communication protocol of the environment monitoring facilities, and the heterogeneity in the transmission mode of the content to be monitored. Therefore, it becomes the crucial technical needs, to improve the standardization, modularization and universalization of the environment monitoring network, for both integrating and upgrading heterogeneous environment monitoring network as well as the development of the informatization of environment monitoring system in China. This paper aims to design the heterogeneous environment monitoring network component-base management system by employing component- base technology so that the platformization, standardization and reusability of environment monitoring system development could be carried out effectively.
Component-base technology and software reuse technology are essential in the process of the industrialization of software products. The “component” here is similar to the standard component in conventional industry. Combined with corresponding business logic, different application systems can be produced by assembling the components produced on the basis of agreed rule. Every component defines some interfaces, through which the information is exchanged with the outside world. So does the software component. Centering on the object-oriented, plug-and-play software component, software component technology establishes the applied technology system and formulates different application system through the assembly of the components. Currently three types of distributed component technology, namely, COM/DCOM Java Beans and CORBA, are popular around the world. Component base management system is configured for the sake of the establishment, application and maintenance of the component base. With this system, the component base is managed and controled systematically, and the users can easily and efficiently search and quote components in the component base. Besides, this system makes it easier to maintain the safety and integrity of the components therein.
2. Framework for the Heterogeneous Environment Monitoring Network Component-base Management System
The environment monitoring network component-base management system designed in this paper mainly includes four parts—environment monitoring facilities component-base design standard, component library, extension framework as well as the environment facilities driver library.
3. Detailed Design for the Heterogeneous Environment Monitoring Network Component-base Management System
3.1. Design Standard for the Environment Monitoring Facilities Component Library
Application components of the environment monitoring platform provide a set of application oriented functional interface. Each component involves the fulfilling of one particular function. Being a packaged service provider, each component cooperates with other components through favorable interfaces. From the common model structure, it can be inferred that the components realize and provide a series of function service. However, details of the fulfilling of these functions, that is, the in
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设计的异构环境监测网络系统
组件库管理系统
k.r.zhao ，q.q.ma， x.y.zheng ，k.c.lu
广东省地质局，广州，中国
中国南方环境科学研究院，MEPA，广州，中国
中国南方科技大学
摘要
基于对环境监测信息化在国内外的应用技术的研究，构建了一个基于构件的异构环境监测系统，利用环境监测系统和组件库技术结构分析。该系统包括异构环境监测网络设计的标准组件库，组件库，框架以及环境设备驱动库。在该系统中，平台化，标准化和环境监测系统开发的可重用性可以有效地进行，同时提高了环境监测系统的综合性能，满足集成与现有异构环境监测网络的升级需要。
copy;2010由Elsevier公司开放CC by-nc-nd许可下发布。
关键词：环境监测，异构集成，组件库技术。
1、简介
在过去的20年中，随着经济的快速发展，环境保护越来越迫切。针对这种情况，在中国的环境监测系统的发展先后经历了三个阶段，即，被动监测，主动监测和自动（在线）监测。目前，在环境自动监控信息技术的研究已成为全球环境监测技术的热点领域。第十一个五年计划期间，环境监测系统，加快发展中国。目前，具有一定规模的环境监测系统已经制定，为准时、准确地获取环境监测数据奠定了坚实的基础，客观地考虑整体环境质量状况和变化，明确主要污染物排放情况污染源的关键，科学有效地应对突发事件有关的环境。长期以来，环境监测信息化，在中国处理环境信息的能力已不能满足环境保护事业的需求不断增加。目前，一定规模环境监测系统已制定的环境监测网络，不断出现的异质性，例如，在环境监测设备的通信介质和通信协议的异构性，异质性，在内容的传输方式进行监控。因此，它成为重要的技术需求，提高标准化的环境监测网络，模块化和通用化，为整合提升异构环境监测网络以及中国环境监测系统的信息化发展。本文设计的异构环境下利用组件库技术使平台化监控网络构件库管理系统，标准化和环境监测系统开发的可重用性可以有效地进行。
组件库技术、软件复用技术在软件产品工业化进程的关键。“组件”在这里是类似于传统的工业标准件。结合相应的业务逻辑，不同的应用系统可以通过安装在约定的规则的基础上产生的生产的部件。每个组件定义了一些接口，通过它与外界交换信息。这样的软件组件。在面向对象的中心，即插即用的软件组件，软件组件技术建立了系统的应用技术，制定了不同的应用系统通过零件的装配。目前有三种类型的分布式组件技术COM／DCOM，即，Java和CORBA的豆子，在全世界都很流行。构件库管理系统是用于建立的缘故，对构件库的应用与维护。有了这个系统，构件库管理和控制系统，并且用户可以很容易地和有效地搜索和在构件库中引用的组件。此外，该系统使得它更容易保持安全和完整的零件。
2、对异构环境监测网络组件库管理系统的框架
网络环境下组件库管理系统在本文中设计的监控主要包括四个部分：环境监测设施组件库的设计标准，组件库，扩展框架以及环境的设备驱动程序库。
3、对异构环境监测网络构件库管理系统的详细设计
3.1、对环境监测设施组件库的设计标准
环境监测平台的应用组件提供了一套面向应用的功能界面。每个组件包括实现某个特定功能。作为包装服务提供商，每个组件与其他组件通过良好的界面。从常见的模型结构，可以推断出它的组件实现，提供一系列的服务功能。然而，详细的实现这些功能，即，组件的内部处理逻辑，对外面的世界看不见的；组件只提供外面的世界有相应的服务接口，包括接口提供服务和接受服务。关于异构环境监测设施的应用组件的标准规格如下：
组件lt;类名gt; {
lt;功能描述，能力，目标，hellip;hellip;gt; / /组件的描述
参数lt;参数表gt; /元件参数列表
接口接口列表gt; lt; /接口列表
接口接口名称gt; / lt;名称接口1
功能描述gt; lt;功能/接口1功能描述
方向1＜输入或输出/输入接口：1输出描述
参数1 lt;参数表gt; /接口1参数列表
逻辑流程1＜处理＞／／1接口的逻辑流程处理
memoryalloc1 lt;配置gt; /内存分配接口1
算法1 lt;算法gt; /算法的接口1
注一lt;出席问题gt; / / 1接口相关的限制
lt;名称gt;名称接口2接口接口2
hellip;
接口n＜接口n接口名称gt;的名字
接口端
}元件端
为了描述组件的需求分析和概念设计更清晰和执行组件的体系结构基础,本文定义了简单的字符和字符串,包含描述性的工具和组件设计给一个正式的描述。
3.2、异构环境监测网络组件库
基于现有的异构性和现有的环境监测网络的复杂性，本文系统探讨了各个功能模块的设计模型，构建了底层构件库和集成数据管理，通信接口和底层异构环境监测环境监测仪器设备。此外，本文有效地屏蔽了异构的底层硬件平台的异构性，并成功地将环境监测数据采集系统和底层硬件平台。
3.2.1、对环境监测数据管理组件库的设计
环境监测数据管理组件库提供了环境监测系统的数据管理功能，包括打开和关闭数据库和数据表，以及访问，插入，删除和修改数据记录。根据系统的数据管理需求，用户可以选择底层数据库建立相应的数据库；他们还可以选择基于存储设备如闪存数据直接存储访问操作。
该组件的功能需求的形式化描述如下：
数据管理组件库：：= {数据库操作组件的直接数据操作组件| | }
数据库操作组件：：= {断开连接| | | |开放| |密切| |插入删除修改| | | | | | ^提取}
底层数据库
底层数据库：：= {数据库1数据库2 | | | | ...... }
直接数据操作组件：：= {打开关闭| | | |建立| |插入删除修改| | | | | |提取物} ^抽象硬盘存储设备
3.2.2、对环境监测设备的组件库的设计
环境监测设备组件库提供了嵌入式环境监测的应用程序开发平台与环境监测仪器、监测指标信号交换算法管理和环境监测驱动库。这些算法包括线性预测计算，平均（算术平均，调和平均数，几何平均值），和方差分析。
该组件的功能需求的形式化描述如下：
数据管理组件库：：= {数据库操作组件的直接数据操作组件| | }数据库操作组件：：= {连接断开| | | | | |密切| |插入删除修改| | | | | | ^底层数据库提取}
底层数据库：：= {数据库1数据库2 | | | | ...... }
直接数据操作组件：：= {打开关闭| | | |建立| |插入删除修改| | | | | |提取物} ^抽象硬盘存储设备
3.2.3、对于通信接口的构件库设计
通信接口组件库提供了对环境监测仪器的外部设备的输入和输出操作。这些操作包括支持接口如UART等调制解调器，GPRS和以太网等。构件库也支持RTP／RTCP（实时传输协议）。
该组件的功能需求的形式化描述如下：
通信接口组件库：：= { UARTI | |互联网| | RTP/RTCP }
UART
主要是对接口，如RS232通信支持，RS485等。
互联网
主要是对互联网的通信接口，如以太网，PPPoE，GPRS支持，调制解调器等。
RTP/RTCP实时传输协议
该组件库支持实时传输协议/实时传输控制协议（RTP/RTCP），读取和写入数据，获取SSRC（同步源）的RTP会话，获取和设置RTP报头，报头长度，指定采集和负载类型的RTP报头，报头长度设置，获取RTCP谈话的SSRC，得到在RTP会话的对方的地址，接收和发送数据和通知给RTCP等。
3.3、对监测设施的组件库环境的扩展框架的设计
除了上面提到的几种构件库，根据发展的需要，环境监测设施的应用组件也可以采用新的元件库。这主要可以通过增加扩展点，程序在图形IDE实现。IDE本文设计的是基于插件的扩展点的概念。扩展点是严格定义的点在该系统中，并通过IDE提供同一时间的工具（比如新的组件库）也可以利用这一点说。在IDE的插件系统，扩展点提供的插件接口，每个插件开发基于现有的扩展点，同时保留其对重建方便自己的扩展点。相关信息，如插件的名称，版本号，提供者的名称和类名称应为每个插件。插件，任务可以在监控平台的核心启动阶段完成将变得简单：启动平台的基础部分和搜索系统插件。对于新增加的组件库，相应的信息可以发现，在初始化和启动阶段的平台上显示。整个系统的结构就像是一个拼图，该插件可以不断的补充。清晰的XML文件作为插件维护。在构件库的扩展，有一个相应的XML文件，即phigin.xml。文件信息phigin.xml以添加一个新的组件库反映如下：
lt;延伸
hellip;
点=“org.zjuIslab.baseComponent.ui”gt;
lt;类别
id=“org.zjuIslab,baseComponent”
名称=“baseComponentWizardCategoryName”
lt;/类别gt;
lt;组件
id=“org.zjuIslab.baseComponent.networkComponent”
名称=“networkComponent”
标签=“newComponentName”
class=“org.zjuIslab.baseComponent.networkComponentWizard”
类=“org.zjuIslab.baseComponent”
项目=“真”
finalPerspective=”org.eclipse.cdt.ui.C/C Perspective”
preferredPerspctives=”org.eclipse.cdt.ui. C/C Perspective,org.eclipse.cdt.ui”
C/C BrowsingPerspective,org.eclipse.cdt.ui.C/C HierarchyPerspective
图标=”icons/full/ctool16/newjprj_wiz.gif”
lt;说明gt; %全新C/ C 项目描述lt;/描述gt; 。
lt; /组件gt;
hellip;
lt; /扩展gt;
3.4、环境监测设备驱动库
为了满足在线环境监测信息系统的需求特性，稳定性和延伸设备驱动程序的设计方法，本论文采取设备驱动程序的动态链接库技术基于在线组织，转化为相应的各种设备驱动程序的动态链接库。环境监测信息系统的统一的接口协议定义了这些DLL。在访问特定的I / O设备，环境监测信息系统是需要的设备驱动程序加载到操作系统的第一个DLL的DLL模块的句柄获得该程序，然后调用函数的地址（为了得到指示的输出功能。后说，根据统一的设备驱动程序接口，该系统需要调用每个函数定义的基础上，建立了界面程序的在线操作系统之间实现通信的环境监测系统和设备。这些动态链接库是建立在服务的方式，在经营过程中，该进程的环境监测信息系统。在这种方式，一个有效的和无缝的通信环境监测信息系统之间的连接和设备驱动程序是建立。此外，相应的设备驱动程序，简单的动态链接库，提供统一的接口，符合要求的新的网络设备可以插入平稳的环境监测信息系统。
3.4.1、设备驱动程序库的接口功能
不同类型的I / O设备的功能与他们的设备驱动程序的函数库是相同的名称和参数。在其他的话，不同类型的设备有一个函数的接口，这有助于对统一规范的兼容性和界面进行环境监测信息系统的研究和各种设备的驱动程序。
在环境监测信息系统和I / O设备以及要求实时数据库中数据项的分包之间的通信过程的基础上,设计以下接口功能对环境监测组件库：
int OpenDevice(const char *addr)
功能说明：打开设备并返回到设备描述符
int TryConnect(int devid, int trycount=1, CONNECT_CALLBACK=0, DWORD data=0)
功能说明：连接设备，在事件的数量阻塞机构，返回0意味着成功，否则意味着失败；异步事件的联系，返回0意味着成功。结果通知回调函数。
BOOL GetRegisters (char *szDeviveName,LPVOID **ppReg,int *p RegNum)
功能说明：获取设备的寄存器的名称和数量取决于深圳设备名称。如果深圳Devive名称生效,返回真,否则返回假。
BOOL CheckConfig(DbItem*lpDbItem)
功能说明：用户配置信息进行有效性检查;如果函数是合法的,然后返回真,否则错误信息配置,将返回FALSE。
int GetDevice(int devid, int *deviceID=0, int *deviceNum=0)
功能说明：阅读设备参数,查询信息和设备的ID号;如果返回0数量,那么成功。
（6）BOOL AddVarToPacket (LPVOID lpVar, int nVarAccessType,LPVOID lpPac
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