家庭智能地暖远程监控系统服务器端软件开发

摘要

智能家居技术在近几年发展迅速，每年的技术专利申请量、市场规模都在高速增长。智能家居不仅便利人类生活，而且符合可持续发展战略，因而得到国家大力支持。本文围绕家庭智能地暖系统中的远程监控部分展开研究，试图以高效且低成本的方式来实现远程监控功能，为用户提供方便、高效的远程访问接口，这对系统的控制、管理和维护有重要意义。尽管本文的研究场景限制为家庭智能地暖系统，但其设计思路与广义上的智能家居类似，本文所使用的技术工具和实现方案可应用到其他类型的智能家居系统中。
　　本文首先分析智能家居与家庭智能地暖技术的国内外发展状况及其远程监控技术方面的研究所存在的问题，明确本文的研究方向和内容。接着，本文介绍了家庭智能地暖系统的总体结构，分析C/S模式和B/S模式并说明其优缺点，借此提出构架C/S与B/S混合模式系统的设计思路。然后对混合模式的系统结构和业务流程进行详细说明，并简要介绍了系统中服务器、web页面、客户端的技术基础。
　　在系统设计方案上，本文对系统的服务器端的软件开发进行了重点说明。基于Node.js技术实现的服务器包括路由管理模块、终端控制模块、内部应用API模块、数据库及静态文件系统等五个主要部分。路由管理模块利用Express框架管理URL路由与RESTful API;终端控制模块利用TCP管理和控制分散在各地的地暖系统嵌入式控制终端;内部应用API为服务器提供内部的应用接口，有效减少系统模块间的耦合程度;服务器使用MongoDB进行数据库管理;静态文件系统则存储服务器及web页面的源码文件。本文在实现服务器功能的基础上，还对服务器的性能、安全、可维护性上多方面的优化进行了研究。
　　Web页面与服务器联系紧密，因此本文将其归属为服务器端。在web页面开发中应用AJAX技术，并使用单页面设计模式，以提升性能。Handlebars模版引擎有效管理应用模块，提高了受限功能脚本文件的安全性。在页面实现上，利用单例模式和发布-订阅模式解除模块间的耦合，使用bootstrap进行响应式布局，采用多种手段优化页面性能和安全。
　　此外，为验证方案可行性，本文还对基于Qt技术的移动客户端软件的设计进行简要说明，并利用自动化测试工具对系统的功能、性能及安全进行测试。测试结果基本与预期相符，证明系统方案可行。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 课题的研究内容

1．4 本文的章节安排

第二章 家庭智能地暖远程监控系统的总体设计

2．1 家庭智能地暖系统的总体结构

2．1．1 采用传统智能网关技术的设计方案

2．1．2 本文所采用的远程监控系统方案

2．2 家庭智能地暖远程监控系统的总体结构

2．2．1 系统结构模式

2．2．2 移动电话客户端软件运行平台

2．3 系统设计

2．3．1 远程监控系统的结构

2．3．2 远程监控系统的业务

2．4 系统开发的主要技术

2．4．1 服务器端的开发技术与工具

2．4．2 WEB页面的开发技术

2．4．3 客户端的开发技术

2．5 本章小结

第三章 家庭智能地暖远程监控系统的服务器设计

3．1 服务器整体设计

3．1．1 服务器工作原理

3．1．2 服务器结构

3．1．3 服务器源码目录

3．2 数据库设计

3．2．1 MongoDB与JSON

3．2．2 数据模型

3．3 Node工作原理

3．3．1 Node的异步编程

3．3．2 Node模块

3．4 终端控制模块

3．4．1 依赖关系

3．4．2 工作原理

3．4．3 通信协议

3．5 路由与中间件

3．5．1 URL与HTTP协议

3．5．2 中间件

3．5．3 路径划分

3．5．4 Cookie与会话

3．6 类RESTful API设计

3．6．1 RESTful API简介

3．6．2 RESTful API的特点

3．6．3 API设计

3．7 内部应用API

3．7．1 模块结构

3．7．2 数据库管理

3．7．3 设备控制

3．7．4 分组管理

3．7．5 用户管理

3．8 安全

3．8．1 密码的传输与保存

3．8．2 会话安全

3．9 本章小结

第四章 家庭智能地暖远程监控系统的前端设计

4．1 需求分析

4．2 页面设计

4．2．1 单页面应用与响应式设计

4．2．2 Handlebars模版

4．2．3 模版结构

4．2．4 界面设计

4．3 MVC模式

4．3．1 表现层结构

4．3．2 模型

4．3．3 控制器

4．3．4 视图

4．3．5 启动脚本

4．4 安全与性能优化

4．4．1 权限安全

4．4．2 密码传输

4．4．3 文件压缩与混淆

4．4．4 缓存和预加载

4．4．5 页面加载与渲染

4．5 本章小结

第五章 家庭智能地暖远程监控系统的客户端设计

5．1 QML原理

5．1．1 界面实现原理

5．1．2 信号-槽与信号处理器

5．1．3 混合编程

5．1．4 跨平台开发

5．1．5 QML中的JavaScript

5．2 客户端工作原理

5．2．1 软件结构

5．2．2 数据模型

5．2．3 控制器

5．2．4 配置模块

5．2．5 通信模块

5．2．6 启动流程

5．3 界面设计

5．4 本章小结

第六章 家庭智能地暖远程监控系统的测试

6．1 自动化测试技术

6．1．1 测试工具

6．1．2 自动化测试方案

6．2 服务器测试

6．2．1 服务器性能测试

6．2．2 服务器安全测试

6．3 页面测试

6．3．1 响应式测试

6．3．2 页面文件加载速度测试

6．3．3 功能及安全测试

6．4 客户端测试

6．5 本章小节

第七章 总结与展望

7．1 工作总结

7．2 未来展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文