2020年第39卷第12期传感器与微系统（Transducer and Microsystem Technologies)137 DOI：10.13873/J.1000-9787(2020)12-0137-03 C/S与B/S融合的五层架构高支模远程监测方法 周围'，朱华波、张旭2，牛亚东\张思祥1
国画调盘
(1.河北工业大学机械工程学院，天津300130 ;2.天津职业技术师范大学，天津300222)
摘要：针对现有远程监测系统布线困难、传感器节点不易移动、覆盖范围有限以及系统的可维护性、可
操作性差等特点，设计了一种以改进的C/S与B/S融合结构为核心的五层架构远程监测系统。整个系统
由传感器层、局域网层、C/S与B/S融合架构层、数据库层、用户层共五层架构组成，通过对各层之间的通
信方式的研究和设计，实现对多传感器节点的远程采集和远程监测。将系统应用于高支模实时远程监测
中，实现了施工过程中的高支模变形监测，实测结果和传统光学方法的结果相关性为0.997，为高支模施
工提供了安全保障。
关键词：远程监测；系统架构；C/S; B/S；高支模
中图分类号：TP393.0 文献标识码：A文章编号：1000~9787(2020)12-0137~{)3
Five-layer architecture high formwork remote
monitoring method based on fusion of C/S and B/S
ZHOU Wei1, ZHU Huabo1, ZHANG Xu2, NIU Yadong1ZHANG Sixiang1
(1. School of Mechanical Enginering, Hebei University of Technology, Tianjin 300130, China ；
2. Tianjin University of Technology and Education,Tianjin 300222,China)
Abstract ：Aiming at the characteristics of the existing monitoring system whose maintenances contain wiring
difficulty,immovable of sensor nodes,limited coverage and the poor system availability and operability,a five-layer
architecture rem ote monitoring system which is based on the fusion structure of client/server(C/S)and browser/
server(B/S)is designed.The whole system is composed of sensor layer,integration of C/S and B/S architecture
layer,database layer and user layer.Through the research and design of the communication between each layer,the
rem ote collection and rem ote monitoring of sensor nodes are realized.The system is applied to real-time m onitoring
of high formwork,and the monitoring of high form work deformation during construction is carried out.Result
relevance of the measured results and traditional optical m ethod is 0.997,which provide safety guarantee for the
construction of high formwork.
Keywords：remote-monitoring；system architecture；client/server(C/S)；browser/server(B/S) ；high-formwork
quartz插件〇引言
传统 C/S(client/server)与 B/S(browser/server)架构是 一种非常成熟的软件架构模式，被广泛引用于互联网软件 系统当中~。但物联网远程监测系统需要完成传感器数 据的采集、传递、处理、存储和显示等一系列工作，且对系统 的实时性、稳定性、可扩展性、多终端适配性等都提出了很 高的要求，传统的C/S架构与B/S架构已经很难满足上述 要求。针对上述问题，提出了一种基于B/S与C/S融合的 五层架构远程监测系统，实现了系统的远程监测和实时性、稳定性等要求。
1 C/S与B/S架构融合
1.1 C/S架构与B/S架构
C/S结构是客户端与服务器端交互结构~，服务器端分为数据库服务器和Socket服务器，分别负责数据的存取 和建立Socket双向通信通道[3]。C/S结构中，客户端完成 大部分业务逻辑处理和界面效果展示，对客户机有较高要 求，另外C/S结构的客户端软件需适配不同的系统，每个 客户机都需要安装客户端，加大了开发难度且不利于程序 的升级维护[4]。但C/S结构的程序优点在于结构简单，响 应速度快，支持分布式、并发环境，可以有效地提高资源的 利用率[5]。
B/S结构是浏览器端与服务器端交互结构[6]，它是C/ S结构的一种变化结构。在B/S结构中浏览器端负责界面 显示和一些简单逻辑的处理。这样减轻了客户端的负担。B/S结构程序部署在服务器端，方便系统维护和升级工作，并且B/S结构程序可同时适配不同的操作系统，无需用户
收稿日期:2019-07-11
138传感器与微系统第39卷
对软件进行安装。但B/S架构的程序对服务器有较大压 的端到端连接，数据连接层通过流套接字与服务器端建立力，且响应速度不及C/S结构程序的响应速度。长连接、进行通信[8]，这样既可以方便地进行心跳包的检测
1.2传统的C/S与B/S融合架构模型
根据C/S架构与B/S架构的优缺点，将C/S架构与B/
S架构进行融合以应用于远程监测系统。当前应用较多的电热画
融合架构模型有两种[7]，如图1所示。
|c/s模式客户端| |b/s模式客户端| |c/s模式客户端| |b/s模式客户端|
(a)架构一 （b)架构二
图1C/S与B/S两种融合架构
C/S与B/S融合架构一中C/S模式客户端通过JDBC，ODBC等技术直接与数据库连接，这种直连结构简化了系 统的复杂度、降低了开发难度，但同时也造成了数据库系统 的安全性问题。B/S模式客户端运行在WEB浏览器中，通 过HTTP协议与Socket服务器进行通信，并进一步通过数 据库服务器与数据库系统进行交互。
C/S与B/S融合架构二相比架构一增加了 C/S服务器 端，可实现C/S模式下客户端的跨局域网部署。但架构二 中两种模式之间缺少联系，相同的模块重复开发，加大了系 统开发的工作量，系统的可维护性和可扩展性不高。
综合分析架构一与架构二，这两种融合架构都是对其 中的C/S模式进行改进，基本没有对B/S模式进行修改，这 就导致了 C/S与B/S架构的融合度不高，两种模式之间缺 乏联系等突出问题。基于以上分析，本文提出了一种改进 的C/S与B/S融合架构模型。
1.3 改进的C/S与B/S融合架构模型
改进后的C/S与B/S融合架构如图2所示。在这个改 进模型中C/S结构与B/S结构共用同一个服务器端。
B/S模式
客户端
图2C/S与B/S融合架构改进模型
C/S结构的硬件客户端在完成数据采集后对数据进行 简单处理，这样不仅充分利用了硬件资源，还有效地降低了 服务器的负载。TCP/IP协议的Socket流套接字提供可靠又充分保证了 C/S架构用于数据采集的时效性。B/S结构 的浏览器客户端在服务调用层通过AJAX与服务器端通 信，AJAX采用异步传送和请求机制，通过XMLHUpRequest 与服务器进行异步通信，用户和服务器之间只交换有用的 数据然后通过用户逻辑层控制表示层进行局部页面的更 新，这在需要频繁更新显示数据的远程监测系统中具有十 分重要的意义[9]。C/S结构与B/S结构共用一个服务器端，其中数据库交互层使用ADO.NET，ODBC，JDBC等技术 实现与数据库系统交互的底层逻辑，服务器逻辑层负责对 数据帧的解析同时协调C/S模式客户端与B/S模式客户端 进行数据共享，服务发布层与C/S模式客户端进行TCP通 信用于心跳包检测和实时接收监测数据，与B/S模式客户 端通过AJAX进行异步通信。
这种融合既充分利用了二层C/S架构在事务处理上的 优点，又回避了三层B/S架构的复杂性。融合改进模型中 系统共用一个服务器端，简化了系统结构，实现了对数据和 资源的集中管理，增强了系统的可维护性和可扩展性，同时 利用AJAX异步通信，实现了页面的局部更新，降低了对服 务器的压力。
1.4 C/S与B/S融合五层架构模型
以C/S与B/S融合架构为核心构建应用于远程监测系 统的五层架构模型，如图3所示。系统的五层架构由下层 到上层分别为传感器层、局域网传输层、C/S与B/S融合架 构层、数据库层、用户层[1°]。这样降低了系统的耦合性，增 强了系统的构件化水平，使系统各层之间分工明确，基础框 架模块和扩展模块之间功能定位清晰，缩短开发周期，降低 开发成本U1]。
数据库层|C^
L数据库J
C/S与B/S融合架构层回铃音
|ADO.NET||用户管理|
数据库交互层i数据管理i
服务器逻辑层服务发布层
GPRS数据传达单元
局域网传输层 |zigBeek^j
~
1
____________|ZigBee采集终端 |
传感器层模拟串口频率模拟串口频率
信号信号信号信号信号信号
图3远程监测系统五层架构模型
2高支模实例
髙支模是指施工现场混凝土构件支撑高度8 m及以上 的模板支撑系统。在采用高支模模板的施工现场，一旦高 支模模板发生坍塌将会造成施工现场的人员伤亡，
酿成重
第12期
周围，等:C /S 与B /S 融合的五层架构高支模远程监测方法
139
400 800 1 200
400 800 1200
运行时间/min 运行时间/min (a )平均延迟时间
（b )平均丢包率
图5 24 h 内远程监测系统网络传输性能
因此将此远程监测系统应用于高支模远程监测具有良 好的效果，实现了高支模施工过程中沉降位移的实时显示、 在线预警，为高支模作业提供了良好的安全保障。3
结论
本文研究了一种基于C /S 与B /S 融合的五层架构远程
5
10 15 20
25
30
运行时间/10 min
图4远程监测与光学检测中高支模沉降位移变化
应用统计分析软件SPSS 对两种方法的监测数据进行 相关性分析[w ]，得到的结果见表1。两组数据的Pearson 相 关性为〇. 997，表明远程监测的数据结果和传统光学方法监 测的数据结果具有一定的一致性。
表1
远程监测数据和光学监测数据相关性
远程监测
传统光学监测
Pearson 相关性
1
0.997远程监测
显著性（双侧）
热水泵机械密封0.000
N 2828Pearson 相关性
0.9971
传统光学监测
显著性(双侧）
0.000N
28
28图5(a )给出了系统连续运行24h 内每分钟的网络平 均延迟时间，可以看出其平均延迟小于1.7 s ，图5(b )给出 了系统24h 内每分钟的丢包率，可以看出整个网络传输过 程中只有在个别时间点有小于〇. 9 %的丢包率，整体丢包 率几乎可以忽略不计[15]。
大的施工安全事故[12]。当前土木建设领域对高支模关键 参数的监测大多采用传统的光学仪器进行人工监测，存在 测量精度不高、实时性差、监测环境危险等突出缺点[13]。 将基于C /S 与B /S 融合的五层架构远程监测方法应用于高 支模沉降位移的远程监测中，实现施工过程中的高支模关 键参数远程实时监测。
增白皂
分别用传统光学方法和远程监测的方法对高支模浇筑 施工过程中的沉降位移进行监测，图4是在高支模施工过 程中用远程监测方法和用传统光学监测方法得出的高支模 的沉降位移对比图。
监测系统。首先对现有的C /S 与B /S 融合架构进行分析并 提出了一种改进的C /S 与B /S 融合架构，然后以此改进的 融合架构为核心提出一种包含传感器层、局域网传输层、C / S 与B /S 融合架构层、数据库层、用户层共五层架构的远程 监测系统。将此远程监测系统应用于高支模的远程监测和 预警取得了良好的效果。系统具有较好的可移植性、可扩 展性和可维护性，还可以方便地在冶金、石化、煤炭等行业 的设备监测中应用。
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作者简介：
周围（1980—)，男，博士，副教授，硕士生导师，从事光学仪 器和分析仪器的研究以及微流控芯片方面的研究工作，E-mail: zhouwei@hebut. edu. cn〇
张思祥（1959 —)，男，通讯作者，博士，教授，博士生导师，研究 领域为光学仪器和分析仪器,E-mail: 135****3552@ 139. com。
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