【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 監(jiān)視。 數(shù)據(jù) 加密 和壓縮 是在數(shù)據(jù)傳輸之前 進(jìn) 行的 ， 加密的目的是 防止數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中信息的泄漏。數(shù)據(jù)壓縮的目的是 減少數(shù)據(jù)傳輸時(shí)系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。傳輸過程中有 狀態(tài)監(jiān)視 ,將數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r告訴電腦操作員。使工作人員能及時(shí)準(zhǔn)確的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控。 2． 服務(wù)器 大慶石油學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 基地要及時(shí)準(zhǔn)確的收到客戶端發(fā)來的數(shù)據(jù)，也必須對(duì)服務(wù)器端有很多要求 ，在第一次使用該系統(tǒng)的時(shí)候，沒有對(duì)服務(wù)器地址和端口號(hào)進(jìn)行設(shè)置并存儲(chǔ)的記錄，所以使用該系統(tǒng)時(shí)首先要做的就是對(duì)服務(wù)器地址和端口號(hào)的設(shè)置和數(shù)據(jù)庫的路徑設(shè)置。因?yàn)榛匾玫娇蛻舳说脑紨?shù)據(jù)，所以要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓和解密， 將數(shù)據(jù)還原。 最后一步我們要做的就是將數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫，存儲(chǔ)之前系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)數(shù)據(jù)名稱判斷是哪個(gè)井場(chǎng)發(fā)來的數(shù)據(jù)，再根據(jù)數(shù)據(jù)的格式將數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分，將拆分整理后的數(shù)據(jù)根據(jù)數(shù)據(jù)名稱存儲(chǔ)到相應(yīng)的數(shù)據(jù)表格中。 存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù) 可以方便工作人員查看、修改、分析信息，還可以作為歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，待以后進(jìn)行科學(xué)研究等方面提供資料。 大慶石油學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第 3 章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 該項(xiàng)目來源于 大慶錄井公司的 衛(wèi)星實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸及應(yīng)用研究 整個(gè)項(xiàng)目的功能模塊圖如下： 整個(gè)項(xiàng)目系統(tǒng)功能模塊圖 圖中加深的模塊是我研究設(shè)計(jì)的部分。主要是將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器 , 數(shù)據(jù)傳輸之前 首先對(duì)要傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，以防止數(shù)據(jù)的泄漏。還要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮操作，減少傳輸負(fù)擔(dān)。傳輸過程中有 狀態(tài)監(jiān)視 ， 將數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r告訴電腦操作員。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器時(shí) ， 服務(wù)器要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓、解密 、數(shù)據(jù)識(shí)別，根據(jù)數(shù)據(jù)的格式將數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分，最后將處理后的數(shù)據(jù)存到數(shù)據(jù)庫。 系統(tǒng)功能模塊圖 模塊化就是把程序劃分成若干個(gè)模塊，每個(gè)模塊完成一個(gè)子功能，把這些模塊合起來組成 一個(gè)整體，可以完成指定的功能，滿足問題的要求。 基于安全機(jī)制的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)整體上由兩個(gè)大的功能模塊組成，分別是客戶端和服務(wù)器 。 系統(tǒng)的功能模塊圖如下圖所示。 衛(wèi)星 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸 信 息 采集 數(shù) 據(jù) 安全傳輸 Web發(fā)布 大慶石油學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 圖 系統(tǒng)功能模塊圖 系統(tǒng)程序流程圖 流程圖主要是指表述工作流程的框圖，它能以圖形方式有條理地表達(dá)工作流程。 服務(wù)器端程序流程圖： 圖 服務(wù)器 程序流程圖 設(shè) 置 運(yùn)行 接收數(shù)據(jù) 開 始 失敗 成功 成功 存儲(chǔ)數(shù)據(jù) 客戶端 配 置 數(shù)據(jù)傳輸 狀態(tài)監(jiān)視 服務(wù)器配置 數(shù)據(jù)庫配置 接 收 數(shù) 據(jù) 狀 態(tài) 監(jiān) 視 服務(wù)器 基于安全機(jī)制的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng) 處 理 數(shù) 據(jù) 結(jié) 束 大慶石油學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 客戶端程序流程圖： 圖 客戶端 程序流程圖 數(shù)據(jù)庫表格設(shè) 計(jì) 1）用戶信息表結(jié)構(gòu) ，此表包括用戶名和登錄的密碼 ， 記錄的是最近 正在 傳輸數(shù)據(jù)的用戶 名稱和密碼。 狀態(tài)監(jiān)視模塊將查詢這個(gè)表 ，通過這個(gè)表的內(nèi)容 來顯示當(dāng)前正在連接的客戶端信息 。 表 31 用戶信息表結(jié)構(gòu) 字段名稱 字段類型 字段大小 說 明 username Char 20 合法用戶的登錄名稱 usercode Char 20 合法用戶的登錄密碼 2） 用戶數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu) ，此表 的表結(jié)構(gòu)根據(jù)用戶給出的參數(shù)建立。 通過此表工作人員不僅可以 把 實(shí)時(shí)獲取 的 井場(chǎng)傳來的數(shù)據(jù) 進(jìn)行各種操作 ，作為歷史資料 將它保存 ，對(duì) 以 后 工作人員查閱和分析也是非常方便的。 下面舉一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)表例子來描述數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)。 表 32 用戶數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu) 字段名稱 字段類型 字段大小 說明 username Char 20 合法用戶的登錄名稱 date Char 20 合法用戶的登錄日期 time Char 20 合法用戶的登錄時(shí)間 ntp float 14 合法用戶傳輸?shù)臄?shù)據(jù) 開 始 連接 設(shè) 置 結(jié) 束 失敗 成功 傳輸數(shù)據(jù) 大慶石油學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 3） 傳輸過的數(shù)據(jù)的用戶的歷史記錄 ， 當(dāng)客戶端與服務(wù)器建立連接時(shí)，用于判斷數(shù)據(jù)庫中是否已經(jīng)有這個(gè)客戶端的數(shù) 據(jù)表，如果沒有則按照模版表新建一個(gè)與這個(gè)客戶端對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)該客戶端的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。 表 33 傳輸過 的 數(shù)據(jù)的 用戶 的歷史記錄 字段名稱 字段類型 字段大小 說明 username Char 20 登錄過的合法用戶的歷史記錄 總體設(shè)計(jì) 基于安全機(jī)制的數(shù)據(jù)傳輸 系統(tǒng)的主要功能是： 將各個(gè)井場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過加密、壓縮后傳輸?shù)椒?wù)器，之后再進(jìn)行解壓解密，整理后將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中。 本系統(tǒng) 包括以下 2 個(gè)主要 的 功能模塊： 1） 客戶端： 該模塊負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?服務(wù)器 。首先客戶端將采集到的數(shù)據(jù)整理成一定的格式，便于 服務(wù)器識(shí)別，還要進(jìn)行加密、壓縮，確保數(shù)據(jù)的傳輸?shù)陌踩蜏p輕系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)呢?fù)擔(dān)，在數(shù)據(jù)傳輸之前必須與服務(wù)器建立連接，確定與服務(wù)器連接上之后再開始傳輸數(shù)據(jù)。傳輸?shù)倪^程中有狀態(tài)監(jiān)視，保證數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)隨時(shí)被工作人員掌握。 2） 服務(wù)器： 該模塊的功能是接收從客戶端傳來的數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓、解密，最后把數(shù)據(jù)按照一定的格式進(jìn)行拆分，存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫。 系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì) 任何系統(tǒng)都有安全性方面的考慮，本系統(tǒng)也不例外， 而且安全是本系統(tǒng)中的重要部分， 為了 保證傳輸過程中數(shù)據(jù)的安全性 ，本系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)如下： 1．對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù) 進(jìn)行加密操作。數(shù)據(jù)加密是保證數(shù)據(jù)傳輸安全的最可靠的保證。本系統(tǒng)采用 AES 加密算法， AES 是一個(gè)新的可以用于保護(hù)電子數(shù)據(jù)的加密算法。明確地說， AES 是一個(gè)迭代的、對(duì)稱密鑰分組的密碼，它可以使用 12 192 和 256 位密鑰，并且用 128 位（ 16 字節(jié)）分組加密和解密數(shù)據(jù)。與公共密鑰密碼使用密鑰對(duì)不同，對(duì)稱密鑰密碼使用相同的密鑰加密和解密數(shù)據(jù)。通過分組密碼返回的加密數(shù)據(jù)的位數(shù)與輸入數(shù)據(jù)相同。迭代加密使用一個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)，在該循環(huán)中重復(fù)置換和替換輸入數(shù)據(jù)。加密之后，服務(wù)器最初接收的是加密之后的亂碼數(shù)據(jù)，再通 過解密就可以還原到原來的數(shù)據(jù)。用于 AES 加密算法的所有的操作都大慶石油學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 是可逆的，因此解密算法本質(zhì)上是加密的所有操作的倒轉(zhuǎn)。 2．對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行壓縮操作。數(shù)據(jù)壓縮是為了緩解系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)的壓力，提高傳輸效率，同時(shí)間接的保證了數(shù)據(jù)的安全傳輸。本系統(tǒng)采用 ZLIB 壓縮算法，ZLIB 壓縮算法是一種無損壓縮算法，是對(duì) GZIP 壓縮算法的一種改進(jìn)，它去掉了壓縮文件時(shí)包含的一些冗余信息，來提高對(duì)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的壓縮速度。 大慶石油學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 第 4 章 系統(tǒng) 的詳細(xì)設(shè)計(jì)與 實(shí)現(xiàn) 界面設(shè)計(jì)及功能說明 界面是人機(jī)交互的窗口，一個(gè)好的系統(tǒng)不僅應(yīng)提供強(qiáng)大的功能，好的界面也是其中的一部分，好的界面能夠給用戶清新的，心曠神怡的感覺，而且通過界面，用戶也能夠知道該系統(tǒng)的功能，更重要的是易操作性，用戶在面對(duì)主界面的時(shí)候，應(yīng)該非常清楚去干什么，因此界面設(shè)計(jì)是非常重要的，本系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)不是很復(fù)雜，下面來介紹一下 。 服務(wù)器端 主 界面 服務(wù)器 主界面圖 由圖 服務(wù)器兩個(gè)功能模塊，它們是服務(wù)器的系統(tǒng)配置、狀態(tài)監(jiān)視。在工具欄上分別由系統(tǒng)設(shè)置和 狀態(tài)監(jiān)視的快捷鍵以及 運(yùn)行、暫停、停止按鈕。 在服務(wù)器界面上可以看到客戶端加密壓縮后傳過來的數(shù)據(jù)和服務(wù)器整理后的客戶端原始數(shù)據(jù)。 服務(wù)器的系統(tǒng)配置 界面 服務(wù)器 的 系統(tǒng)配置是服務(wù)器建立連接之前必須進(jìn)行的一項(xiàng)操作，這樣客戶端能跟服務(wù)器建立起連接，進(jìn)行后來的 重要操作。服務(wù)器的系統(tǒng)設(shè)置 界面參見圖 運(yùn)行 暫停 停止 大慶石油學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 圖 服務(wù)器配置界面 該界面操作流程 很簡(jiǎn)單，先輸入服務(wù)器地址和端口號(hào)， 點(diǎn)擊“ 保存” 之后 ，信息將被寫入系統(tǒng)的配置文件，顯示保存成功后，點(diǎn)擊“ 退出 ”關(guān)閉配置界面 。 數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)配置 數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng) 配置也是在數(shù)據(jù)傳輸之前操作，這樣能使傳來的數(shù)據(jù)能通過指定的表格保存起來。數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)配置界面 參見 圖 圖 數(shù)據(jù)庫配置界面 數(shù)據(jù)庫 界面操作 也 不復(fù)雜 ，先通過“查找 ”找到數(shù)據(jù)庫的路徑，這時(shí)會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)數(shù)據(jù)庫連接串。 點(diǎn)擊“ 確定 ” 后 信息也同時(shí)被寫如配置文件，點(diǎn)擊“ 退出 ”關(guān)閉該界面 。 服務(wù)器端狀態(tài)監(jiān)視 界面 通過服務(wù)器端狀態(tài)監(jiān)視可以知道哪個(gè)客戶端正在與服務(wù)器連接，及時(shí)做出連接和斷 開報(bào)告。 服務(wù)器端狀態(tài)監(jiān)視界面 參見 圖 大慶石油學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 圖 數(shù) 據(jù)庫狀態(tài)監(jiān)視 界面 當(dāng)有客戶端 與服務(wù)器連接時(shí)服務(wù)器端狀態(tài)監(jiān)視就會(huì)自動(dòng)的出現(xiàn)客戶端的名稱等信息。 客戶端主界面 圖 客戶端 主界面圖 由圖 ， 客戶端有三個(gè)功能模塊，是客戶端的系統(tǒng)配置、數(shù)據(jù)傳輸、和狀態(tài)監(jiān)視。 客戶端進(jìn)行的操作都是從這里開始的。 大慶石油學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 客戶端配置界面 圖 客戶端配置界面 客戶端系統(tǒng)配置是在客戶端與服務(wù)器建立連接之前必須進(jìn)行的一項(xiàng)操作，這樣客戶端才能跟服務(wù)器建立起連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。客戶端系統(tǒng)配置的操作是：依次輸入客戶端名稱、客戶端密碼、服務(wù)器地 址、服務(wù)器端口號(hào)， 點(diǎn)擊“ 保存 ”后退出即可。 客戶端數(shù)據(jù)傳輸界面 客戶端的數(shù)據(jù)傳輸是系統(tǒng)的重要部分，它開始于 客戶端與服務(wù)器正常連接之后 ， 在數(shù)據(jù)傳輸之前要進(jìn)行數(shù)據(jù)的加密和壓縮操作，這是數(shù)據(jù)安全傳輸?shù)谋ＷC。數(shù)據(jù)傳輸時(shí)有狀態(tài)監(jiān)視。 圖 客戶端數(shù)據(jù)傳輸界面 大慶石油學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 客戶端數(shù)據(jù)傳輸操作方法是：在定時(shí)時(shí)間框中輸入傳輸?shù)臅r(shí)間間隔，然后將按照一定格式整理后的數(shù)據(jù)輸入到傳輸數(shù)據(jù)框中，之后點(diǎn)擊“傳輸”按鈕進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在傳輸?shù)倪^程中系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)視正式發(fā)揮作用。當(dāng)點(diǎn)擊“停止”時(shí)系統(tǒng)會(huì)停止數(shù)據(jù)的傳輸 。 客戶端狀態(tài)監(jiān)視界面 通過客戶端狀態(tài)監(jiān)視可以了解客戶端是否與服務(wù)器建立了連接，數(shù)據(jù)是否正在傳輸。 客戶端狀態(tài)監(jiān)視界面 參見 圖 圖 客戶端 狀態(tài)監(jiān)視 界面 只要客戶端 正在運(yùn)行，客戶端與服務(wù)器是否建立了連接和數(shù)據(jù)是否正在傳輸都會(huì)在這 得到答案。 實(shí)現(xiàn)原理及 關(guān)鍵技術(shù) 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的原理 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是由一系列網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議組成的，其中的核心協(xié)議是傳輸層的TCP/IP 和 UDP 協(xié)議。 TCP 和 UDP 協(xié)議都非常復(fù)雜，尤其是 TCP 協(xié)議，為了保證網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)恼_性和有效性，必須進(jìn)行一系列 復(fù)雜的糾錯(cuò)和排序等處理。 Socket 是建立在傳輸層協(xié)議 (主要是 TCP 和 UDP)上的一種套接字規(guī)范，最初是由美國加州 Berkley 大學(xué)提出，它定義兩臺(tái)計(jì)算機(jī)間進(jìn)行通信的規(guī)范（是一種編程規(guī)范），如果說兩臺(tái)計(jì)算機(jī)是利用一個(gè) “通道” 進(jìn)行通信，那么這個(gè) “通道”的兩端就是兩個(gè)套接字。套接字屏蔽了底層通信軟件和具體操作系統(tǒng)的差異，使得任何兩臺(tái)安裝了 TCP 協(xié)議軟件和實(shí)現(xiàn)了套接字規(guī)范的計(jì)算機(jī)之間的通信成為可能。 利用標(biāo)準(zhǔn)的 Socket 的方法，可以同任何平臺(tái)上的 Socket 進(jìn)行通信；利用其擴(kuò)展，可以更有效地實(shí)現(xiàn)在 Windows 平臺(tái)上計(jì)算機(jī)間的通信。在 Delphi 中，其底層大慶石油學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 的 Socket 也應(yīng)該是 Windows 的 Socket。 Socket 減輕了編寫計(jì)算機(jī)間通信軟件的難度，但總的說來還是相當(dāng)復(fù)雜的 。 本系統(tǒng)就 是利用程序的接口，將采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)格式，發(fā)送到基地 服務(wù)器 。 在客戶端通過 TClientsocket 這個(gè)“通道”的一些觸發(fā)事件和函數(shù)實(shí)現(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)的功能，在服務(wù)器端通過 TServersocket 中的 函數(shù)和事件等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收。同時(shí)在程序中還應(yīng)編寫加密、壓縮以及解壓、解密函數(shù)，在數(shù)據(jù)傳輸之前調(diào)用加密和壓縮函數(shù) ，數(shù)據(jù)接收之后調(diào)用解壓和解密函數(shù)。 幾個(gè)重要的概念 1