嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用綜述

1 引言
隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特別是基于TCP/IP通信協(xié)議的Web技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用和普及。在TCP/IP協(xié)議基礎(chǔ)上建立的HTTP超文本傳輸協(xié)議、FTP文件傳輸協(xié)議、Telnet遠(yuǎn)程登陸協(xié)議以及SMTP郵件協(xié)議等協(xié)議族構(gòu)成了Web技術(shù)的核心。更重要的是這些協(xié)議是開放、標(biāo)準(zhǔn)和獨(dú)立于系統(tǒng)平臺的，利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)硬件基礎(chǔ)，就可以很方便地建立基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的Internet/Intranet網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。Web技術(shù)允許任意地點(diǎn)的用戶通過Web瀏覽器接入網(wǎng)絡(luò)，訪問Web服務(wù)器發(fā)布的各類信息，實(shí)現(xiàn)世界范圍內(nèi)的互聯(lián)[1]。Web瀏覽器使用的是基于 HTTP超文本協(xié)議的HTML超文本模式語言，其標(biāo)準(zhǔn)化的界面表達(dá)獨(dú)立于客戶端軟硬件平臺，極大地節(jié)省了客戶端人機(jī)界面維護(hù)工作和使用人員的培訓(xùn)費(fèi)用。在傳統(tǒng)的Web應(yīng)用中，Web服務(wù)器往往與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)或者文件系統(tǒng)并存在一臺高性能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器是Web服務(wù)器的信息來源，Web服務(wù)器則是系統(tǒng)的信息發(fā)布中心，它接收來自瀏覽器的請求，并根據(jù)請求生成新的頁面發(fā)送給Web瀏覽器，完成信息在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的傳輸。Web服務(wù)器檢索的信息來自數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實(shí)時(shí)性要求不高，可以滿足常規(guī)的查詢和檢索系統(tǒng)的要求。
為了提高生產(chǎn)效率和管理水平，遠(yuǎn)程監(jiān)控和生產(chǎn)過程控制等系統(tǒng)很適合應(yīng)用Web技術(shù)，從瀏覽器上直接監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行。但作為實(shí)時(shí)性要求較高的面向任務(wù)的系統(tǒng)，必須解決基于Web應(yīng)用的實(shí)時(shí)性問題、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)問題和安全性等問題。而嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)作為結(jié)合了Web技術(shù)和現(xiàn)場工作要求特點(diǎn)的一項(xiàng)新技術(shù)，是一種很好的解決方案。
本文分析和介紹了嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)，并探討了其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例和應(yīng)用前景。
2 嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)
2.1 概述
嵌入式Web服務(wù)器（Embedded Web Server, EWS）是指將Web服務(wù)器引入到現(xiàn)場測試和控制設(shè)備中，在相應(yīng)的硬件平臺和軟件系統(tǒng)的支持下，使傳統(tǒng)的測試和控制設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)榫邆淞艘訲CP/IP為底層通信協(xié)議，Web技術(shù)為核心的基于互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)測試和控制設(shè)備[2,3]。EWS系統(tǒng)與傳統(tǒng)的Web應(yīng)用相比，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，將信息采集和信息發(fā)布都集成到現(xiàn)場的測控設(shè)備中。由于有了標(biāo)準(zhǔn)的接口形式和通信協(xié)議，內(nèi)嵌于設(shè)備的Web服務(wù)器可以向任何接入它所在網(wǎng)絡(luò)的合法用戶提供統(tǒng)一的基于瀏覽器方式的操作和控制界面，瀏覽器成了設(shè)備的前端控制板[4]。由于Web技術(shù)的開放性和獨(dú)立平臺特性，大大降低了軟件系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、維護(hù)工作量，節(jié)省了人員培訓(xùn)費(fèi)用等，提高了現(xiàn)場測試和控制設(shè)備的管理水平。
2.2 EWS的硬件結(jié)構(gòu)
EWS的硬件系統(tǒng)是包含了Web通信功能的微型處理器或者微型控制器系統(tǒng)[3]，它可以和前端的應(yīng)用系統(tǒng)直接集成在一起，也可以通過現(xiàn)場總線與應(yīng)用系統(tǒng)相連。其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

一個(gè)完整的EWS硬件系統(tǒng)必須具備FLASH ROM存儲器用來存儲實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)內(nèi)核、TCP/IP協(xié)議棧、各種Web文檔；DRAM存儲器供系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)使用；以太網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)與Internet /Intranet連接；前端應(yīng)用系統(tǒng)的硬件完成傳統(tǒng)意義上的應(yīng)用功能；而微型處理器負(fù)責(zé)全體的運(yùn)行和管理。
考慮到性價(jià)比，EWS的硬件結(jié)構(gòu)不能很復(fù)雜，硬件資源也很有限，F(xiàn)LASH ROM的空間一般為2~4M，DRAM的存儲空間一般為8~16M。而實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)內(nèi)核、TCP/IP協(xié)議棧、各種Web文檔都必須寫入到ROM中和運(yùn)行時(shí)調(diào)入到DRAM中運(yùn)行，這樣對EWS的軟件系統(tǒng)提出了較高的要求。
2.3 EWS的軟件系統(tǒng)
EWS的軟件系統(tǒng)包括五個(gè)部分[5]：①HTTP引擎；②虛擬文件系統(tǒng)；③配置模塊；④安全模塊；⑤應(yīng)用程序接口模塊。其組成如圖2所示。

其中HTTP引擎負(fù)責(zé)響應(yīng)用戶的請求、通過虛擬文件系統(tǒng)訪問靜態(tài)數(shù)據(jù)信息、通過應(yīng)用程序接口得到動態(tài)數(shù)據(jù)信息。
虛擬文件系統(tǒng)為EWS提供虛擬文件服務(wù)，虛擬文件系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲文件大小、修改時(shí)間等信息。對于存儲HTML文件需要的動態(tài)信息建立數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)保存腳本的指針和腳本所調(diào)用函數(shù)的名稱。通過虛擬文件系統(tǒng)將Java, GIF, PDF, HTML以及文本等文件形式編譯為Web服務(wù)器認(rèn)可的代碼，而獨(dú)立于具體的文件系統(tǒng)。
配置模塊使系統(tǒng)管理員可以從任何一臺標(biāo)準(zhǔn)的Web瀏覽器上設(shè)置EWS參數(shù)，在系統(tǒng)啟動中定義的配置環(huán)境變量包括并發(fā)連接數(shù)、Socket端口、主機(jī)名稱、根文件路徑、缺省初始文件以及非活動超時(shí)和時(shí)區(qū)等。
配置模塊對標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器的開放使得安全問題更加重要，尤其是對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置和控制信息的訪問成為安全保護(hù)的重點(diǎn)。安全模塊通過在服務(wù)器上定義安全域和對每個(gè)安全域定義的用戶名/密碼實(shí)現(xiàn)對敏感信息的保護(hù)。還可以對請求數(shù)據(jù)采取加密措施實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)功能。
應(yīng)用程序接口模塊實(shí)現(xiàn)和嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，在EWS中，應(yīng)用程序接口與嵌入式操作系統(tǒng)通信，實(shí)現(xiàn)對嵌入系統(tǒng)的配置、監(jiān)視和控制，是EWS軟件系統(tǒng)的核心。而應(yīng)用程序接口模塊常見的有CGI（Common Gateway Interface）、SSI(Server Side Include)和HCPA（HTML-to-C Preprocessor Approach）等3種形式。