【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 性這一環(huán)節(jié)必須分析當(dāng)前軟件和硬件技術(shù)可以滿足該系統(tǒng)的要求。不僅如此，還要考慮開(kāi)發(fā)人員的開(kāi)發(fā)水平，是否能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)開(kāi)發(fā)出該系統(tǒng)。(3)經(jīng)濟(jì)上的可行性主要是關(guān)于支出和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成本估算成本是否處于平衡狀態(tài)的帳戶。這里的成本估算，包括：主機(jī)費(fèi)用，電腦周邊設(shè)備的成本，系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本，從經(jīng)濟(jì)上考慮是否有必要在開(kāi)發(fā)機(jī)房遠(yuǎn)程監(jiān)控終端。基于GRPS的高校機(jī)房遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的技術(shù)基礎(chǔ)就是GPRS技術(shù)。所以本系統(tǒng)的主要用戶就是系統(tǒng)管理員、實(shí)驗(yàn)室管理部門、教務(wù)部門管理人員、教師和學(xué)生等。本系統(tǒng)就是通過(guò)GPRS基礎(chǔ)架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)高校機(jī)房的監(jiān)控。所以，基于GRPS的高校機(jī)房遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的功能性需求必須以機(jī)房的監(jiān)控為核心，通過(guò)GPRS技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)房的實(shí)時(shí)監(jiān)控、信息存儲(chǔ)、信息傳輸、信息處理等。對(duì)機(jī)房的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集使用的是GPRS技術(shù)的無(wú)線采集的特點(diǎn)，通過(guò)設(shè)置在機(jī)房的無(wú)線傳感裝置完成數(shù)據(jù)信息的采集，這部分屬于系統(tǒng)的感知層。采集到數(shù)據(jù)之后，需要通過(guò)系統(tǒng)的無(wú)線傳輸模塊將數(shù)據(jù)進(jìn)行打包、傳輸至業(yè)務(wù)層。數(shù)據(jù)采集完成后要將數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，這是系統(tǒng)傳輸層需要完成的工作。通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)的本身的特點(diǎn)，系統(tǒng)可以通過(guò)無(wú)線技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)傳輸是否及時(shí)和準(zhǔn)確直接關(guān)系到機(jī)房監(jiān)控終端的效率和機(jī)房實(shí)踐教學(xué)的監(jiān)管情況。因?yàn)?，系統(tǒng)的傳輸層的設(shè)置要求較高。數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控端就要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這是業(yè)務(wù)層需要完成的工作。業(yè)務(wù)層就是監(jiān)控終端最主要需要完成的工作，是和用戶的接口。在業(yè)務(wù)層可以設(shè)置無(wú)線接收模塊，對(duì)傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、存儲(chǔ)。業(yè)務(wù)層還應(yīng)該設(shè)有解析模塊，對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能解析和處理?；贕RPS的高校機(jī)房遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的開(kāi)發(fā)目的是為了滿足高校教機(jī)房的監(jiān)控需求而開(kāi)發(fā)的，開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的目的是為了提高教務(wù)部門和實(shí)驗(yàn)管理部門對(duì)于機(jī)房的監(jiān)控效率和質(zhì)量。對(duì)于系統(tǒng)的主要性能需求如下幾條[26]。無(wú)論什么樣的系統(tǒng)，都要以實(shí)用性為主，如果一個(gè)系統(tǒng)不實(shí)用，其他方面的性能再好，也不會(huì)是一個(gè)好的系統(tǒng)。本文開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)是為了對(duì)高校機(jī)房在線監(jiān)控的目的。所以系統(tǒng)主要包含基于GPRS技術(shù)的高校機(jī)房遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的所有內(nèi)容和流程。內(nèi)容和流程完善了才能考慮系統(tǒng)的性能方面的問(wèn)題。例如：如何最大限度提高系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，提供系統(tǒng)對(duì)錯(cuò)誤輸入的處理能力，提供系統(tǒng)的最大吞吐量等。系統(tǒng)在滿足實(shí)用性后，就要考慮系統(tǒng)的易用性，不能將系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)的太過(guò)花哨，要盡量簡(jiǎn)化界面的操作，使得用戶能夠很容易學(xué)會(huì)使用系統(tǒng)。最好能夠使得系統(tǒng)的界面和用戶的Windows操作系統(tǒng)在風(fēng)格上保持一定的兼容性。并且一些常見(jiàn)的辦公功能，如撰寫Word文檔，編輯電子表格等。能夠利用現(xiàn)成的Office辦公軟件進(jìn)行嵌入，而不用再額外進(jìn)行開(kāi)發(fā)。這樣能極大限度降低系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。要考慮到我們開(kāi)發(fā)的基于GRPS的高校機(jī)房遠(yuǎn)程監(jiān)控終端并不是一個(gè)孤立的系統(tǒng)，它要和高校院?，F(xiàn)存的很多的信息管理系統(tǒng)進(jìn)行信息的共享和傳輸，這就要在系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)時(shí)，充分考慮系統(tǒng)的接口的設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)能夠和高?，F(xiàn)在正在運(yùn)行的系統(tǒng)能夠互相兼容。我們開(kāi)發(fā)一個(gè)系統(tǒng)，不能僅僅看到系統(tǒng)現(xiàn)在的運(yùn)行和使用情況，還要盡最大可能考慮到系統(tǒng)今后的升級(jí)和擴(kuò)展方面的需求。例如：如果高校需要將基于GRPS的高校機(jī)房遠(yuǎn)程監(jiān)控終端和其他的教學(xué)和課程管理等進(jìn)行嫁接，這個(gè)接口該如何實(shí)現(xiàn)；如果系統(tǒng)要進(jìn)行升級(jí)，擴(kuò)大系統(tǒng)的吞吐量，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)置方面該如何實(shí)現(xiàn)。這些都需要系統(tǒng)的擴(kuò)展性方面的問(wèn)題。本章主要對(duì)軟件工程生命周期的最為關(guān)鍵的階段——需求分析階段進(jìn)行描述?；贕PRS的高校機(jī)房遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的需求主要從可行性分析、功能需求和性能需求幾個(gè)方面進(jìn)行了分析。通過(guò)分析的結(jié)果可以得出結(jié)論：系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上都是可行的，系統(tǒng)的功能和性能方面也能夠按照要求進(jìn)行后續(xù)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。第四章GPRS的高校機(jī)房遠(yuǎn)程監(jiān)控終端設(shè)計(jì)監(jiān)控終端的硬件要選擇速度快的，因?yàn)闄C(jī)房監(jiān)控需要處理的是數(shù)據(jù)量大的音頻和視頻。除了速度快之外，硬件還要能夠連續(xù)工作并且易于擴(kuò)展。所以在硬件的選擇上要選擇具備開(kāi)放式特點(diǎn)的，便于今后升級(jí)。監(jiān)控終端的軟件應(yīng)該包括操作系統(tǒng)軟件、視頻顯示軟件、辦公軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件。這些軟件必須滿足開(kāi)放性、安全性、可靠性、可擴(kuò)展性。機(jī)房遠(yuǎn)程監(jiān)控終端需要包括監(jiān)控終端、電源、打印機(jī)等設(shè)備。其功能主要包括：監(jiān)控系統(tǒng)信息的存儲(chǔ)、顯示、查詢、打印及監(jiān)控系統(tǒng)本身的維護(hù)等。系統(tǒng)組網(wǎng)的主要硬件部件是：數(shù)據(jù)通信模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、CPU和電源組成。下面筆者就對(duì)每個(gè)主要硬件模塊的設(shè)計(jì)原理。高校機(jī)房遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)通信模塊的作用非常重要，它起到了連接監(jiān)控設(shè)備和監(jiān)控終端的作用。機(jī)房中主要節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的通信都由數(shù)據(jù)通信模塊來(lái)控制。因?yàn)橄到y(tǒng)使用的主要是GPRS的無(wú)線通信方式，所以數(shù)據(jù)通信模塊要完成無(wú)線通信工作，所以對(duì)于數(shù)據(jù)通信來(lái)說(shuō)，降低系統(tǒng)的能量耗損是非常重要的。所以數(shù)據(jù)通信模塊的芯片的選擇和設(shè)計(jì)，要考慮芯片的各個(gè)因素，包括發(fā)射功率、調(diào)制模式和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)率等。綜上所述，本課題使用的數(shù)據(jù)通信模塊式NORDIC公司的nRF2401芯片。數(shù)據(jù)處理模塊是在監(jiān)控終端的模塊，也是系統(tǒng)的核心模塊，因?yàn)楸O(jiān)控終端的幾乎所有的數(shù)據(jù)處理工作都要通過(guò)數(shù)據(jù)處理模塊來(lái)完成。所以，數(shù)據(jù)處理模塊需要有一個(gè)非常適合的處理器來(lái)完成數(shù)據(jù)處理和分析。所以，本課題中使用過(guò)的處理器是ATmega128L。ATmega128L處理器由32個(gè)通用工作寄存器、128K 字節(jié)的可編程Flash、4K字節(jié)的 EEPROM、53 個(gè)通用 I/O 口線、4K 字節(jié)的 SRAM、8 通道 10 位 ADC、實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC、SPI 串行端口、2 個(gè) USART、可編程看門狗定時(shí)器、JTAG 測(cè)試接口。除了處理器，在數(shù)據(jù)處理模塊還需要一個(gè)控制芯片，控制芯片要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)整個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊的工作。高校機(jī)房遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備要完成機(jī)房的監(jiān)控和數(shù)據(jù)的采集，需要有電源的支持，所以電話是系統(tǒng)無(wú)線監(jiān)控設(shè)備正常工作的最基本保障。所以，系統(tǒng)需要設(shè)置合適的電源裝置。因?yàn)樵跈C(jī)房中設(shè)置的無(wú)線監(jiān)控設(shè)備的功耗比較低，所以無(wú)線監(jiān)控設(shè)備如果是空閑的，就可以直接用未處理的I/O驅(qū)動(dòng)就可以，不需要額外的電源。但是，如果無(wú)線監(jiān)控終端在進(jìn)行監(jiān)控工作，就需要外接電源了。但是，電源的選擇是一件非常重要的事情，因?yàn)殡娫吹膲勖蜔o(wú)線無(wú)線監(jiān)控終端的壽命是密切相關(guān)的。因此，經(jīng)過(guò)慎重考慮，本系統(tǒng)使用的電源為微型電池。型號(hào)為CR2032，該電池為紐扣電池，其工作輸出電壓為2~3V，電流量為大約200mAh。CR2032的放電方式是較為平穩(wěn)的，所以該型號(hào)電池的壽命較長(zhǎng)，比較適合使用在我們的機(jī)房監(jiān)控設(shè)備中。高校機(jī)房遠(yuǎn)程監(jiān)控終端想要正常工作，只有配套的硬件還不夠，還需要設(shè)置相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)才可以。本文設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的主要作用就是對(duì)高校機(jī)房的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。需要將采集到的數(shù)據(jù)的信息情況通過(guò)數(shù)據(jù)通信模塊上傳到監(jiān)控終端，所以數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是整個(gè)GRPS網(wǎng)絡(luò)的核心內(nèi)容。數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的工作模式主要有：睡眠模式、工作模式和喚醒模式。數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的主要軟件工作流程如圖41所示。圖41 數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)軟件工作流程從圖41可以看出，數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)開(kāi)始工作后，先對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行初始化，然后數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)就進(jìn)入低功耗的睡眠模式，也就是說(shuō)現(xiàn)在的微處理器是出于空閑狀態(tài)的。但是系統(tǒng)的SPI端口和中斷系統(tǒng)卻不會(huì)空閑，它們隨時(shí)會(huì)接受系統(tǒng)發(fā)送的中斷請(qǐng)求。數(shù)據(jù)的采集時(shí)間是一定的，如果時(shí)間到了就將采集到得數(shù)據(jù)發(fā)送，這時(shí)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)就進(jìn)入了工作模式。將采集大的數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心，完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳送后，數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)就重新回到低功耗的睡眠模式。數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)就在該工作流程下進(jìn)行循環(huán)反復(fù)，來(lái)保障機(jī)房監(jiān)控的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容的設(shè)計(jì)也是系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)包括邏輯設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)：邏輯設(shè)計(jì)是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的第一步。主要是設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中可能存在的實(shí)體。這些實(shí)體是客觀實(shí)際存在的對(duì)象的一個(gè)抽象。實(shí)體包括名稱和屬性。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)體需要通過(guò)一種模型來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種模型成為實(shí)體關(guān)系模型。將這些實(shí)體和他們之間的聯(lián)系通過(guò)模型展現(xiàn)出來(lái)。物理設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中真正存儲(chǔ)的內(nèi)容。這些內(nèi)容是通過(guò)實(shí)體關(guān)系模型的結(jié)果展現(xiàn)出來(lái)的。筆者在本文中使用的是SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫(kù)，是一種關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，所以該數(shù)據(jù)庫(kù)的物理設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)二維關(guān)系表。每個(gè)關(guān)系表都是一個(gè)實(shí)體轉(zhuǎn)換來(lái)的，但是也有的關(guān)系表是實(shí)體關(guān)系模型中的聯(lián)系轉(zhuǎn)換來(lái)的。ER圖(Entity—Relation Diagram)實(shí)體—聯(lián)系圖，是一種用來(lái)建立數(shù)據(jù)模型，識(shí)別功能模型與數(shù)據(jù)模型間關(guān)聯(lián)關(guān)系的圖表[28]。ER圖中，實(shí)體用用矩形表示、屬性用橢圓形表示、聯(lián)系用菱形表示[29]。通過(guò)第三章的需求分析，得出系統(tǒng)的主要實(shí)體有用戶實(shí)體、客戶端實(shí)體、主機(jī)實(shí)體、組實(shí)體和文件實(shí)體等。所以數(shù)據(jù)庫(kù)的ER圖如圖42所示。圖42 系統(tǒng)ER圖數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯設(shè)計(jì)完成后，就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的物理設(shè)計(jì)了。所謂數(shù)據(jù)庫(kù)的物理設(shè)計(jì)就是將邏輯設(shè)計(jì)的內(nèi)容轉(zhuǎn)換為真正的數(shù)據(jù)庫(kù)的物理結(jié)構(gòu)，這些物理結(jié)構(gòu)會(huì)存儲(chǔ)在一個(gè)真正的數(shù)據(jù)庫(kù)中[30]。現(xiàn)在的最常用的數(shù)據(jù)庫(kù)是關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方式是二維表，一般情況下，ER圖中的每個(gè)實(shí)體都會(huì)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)庫(kù)中的一張二維表，而有的情況下，ER圖中的關(guān)系也會(huì)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)庫(kù)的一個(gè)二維表。二維表由行和列構(gòu)成，一行就是一條記錄，一列是一種屬性。邏輯設(shè)計(jì)的ER圖可以轉(zhuǎn)換成如下所示的幾個(gè)二維表結(jié)構(gòu)。(user_info)用戶信息表記錄著用戶的帳號(hào)、密碼和級(jí)別等信息，不同級(jí)別的用戶擁有不同權(quán)限，這里設(shè)置了三種用戶級(jí)別：普通用戶，可以查看所有監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時(shí)視頻信息高級(jí)用戶除了擁有普通用戶的所有權(quán)限外，還可以進(jìn)行本地和遠(yuǎn)程存儲(chǔ)視頻回放以及對(duì)實(shí)時(shí)視頻進(jìn)行錄像超級(jí)用戶叩除了擁有高級(jí)用戶的所有權(quán)限外，還可以進(jìn)行系統(tǒng)管理。對(duì)用戶進(jìn)行權(quán)限分級(jí)，可以使系統(tǒng)適應(yīng)不同場(chǎng)合的應(yīng)用。具體如表41所示。(display_satte)客戶端狀態(tài)信息表記錄著客戶端各個(gè)視頻接收進(jìn)程的狀態(tài)，一個(gè)客戶端可能有多個(gè)進(jìn)程，每個(gè)進(jìn)程可以監(jiān)控一個(gè)監(jiān)控組，組管理服務(wù)器管理這些進(jìn)程并記錄各個(gè)進(jìn)程的名字、運(yùn)行狀態(tài)(包括實(shí)時(shí)組播、實(shí)時(shí)單播、存儲(chǔ)單播或者空閑等狀態(tài)信息)。具體的表結(jié)構(gòu)如表42所示表41 用戶信息表字段名說(shuō) 明類 型長(zhǎng) 度可否為空主鍵UserID用戶編號(hào)varchar8否是UserName用戶名varchar10否否UserPassword密碼varchar15否否Realname真實(shí)姓名varchar10否否表42 客戶端狀態(tài)信息表字段名說(shuō) 明類 型長(zhǎng) 度可否為空主鍵ProcessID進(jìn)程編號(hào)varchar8否是ProcessName進(jìn)程名varchar10否否ProcessStatus進(jìn)程狀態(tài)varchar10否否(capture_info)視頻采集主機(jī)信息表記錄著視頻采集主機(jī)名字、地址、所屬監(jiān)控組和活躍狀態(tài)等信息，其中活躍狀態(tài)指示了視頻主機(jī)是否在線。只有在該數(shù)據(jù)表中有登記的視頻采集主機(jī)才有資格成為某一監(jiān)控組的成員，參與某一監(jiān)控點(diǎn)的監(jiān)控。具體如表43所示。表43 視頻采集主機(jī)信息表字段名說(shuō) 明類 型長(zhǎng) 度可否為空主鍵HostID主機(jī)編號(hào)varchar8否是HostName主機(jī)名稱varchar10否否HostAddress主機(jī)地址varchar10否否GroupID組編號(hào)varchar8否否(capture_state)