引論：我們?yōu)槟砹?3篇數(shù)據(jù)通信的定義范文，供您借鑒以豐富您的創(chuàng)作。它們是您寫作時的寶貴資源，期望它們能夠激發(fā)您的創(chuàng)作靈感，讓您的文章更具深度。

篇1

2我國電力數(shù)據(jù)通信網(wǎng)現(xiàn)狀

在我國，電力數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是國家電網(wǎng)公司綜合性的廣域網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺，電力數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是我國電網(wǎng)公司進(jìn)行內(nèi)部計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)的基礎(chǔ)，同時電力數(shù)據(jù)通信網(wǎng)也是我國電力公司自身電力信息基礎(chǔ)設(shè)施的重要的組成部分。最近幾年，我國電網(wǎng)公司在各個省公司中都建立了數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，例如在我國華北、西北、河南、河北等許多省市都建成并開始使用。對于數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)來說，其覆蓋的范圍主要包含的是電業(yè)局公司進(jìn)行管轄的電廠變電所。電廠變電所中的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)許多都是綜合性的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，其中對設(shè)備的選取一般都是異步轉(zhuǎn)移模式設(shè)備。我國早在2009年時就對電網(wǎng)進(jìn)行了要求，要保證國家電網(wǎng)能夠具有一定的支撐作用，能夠支撐起信息通信平臺，這就要求我國的通信網(wǎng)絡(luò)能夠更快的發(fā)展。在現(xiàn)代我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天，我國各項(xiàng)新業(yè)務(wù)也在不斷發(fā)展，電力綜合數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)是以后電力通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必要條件。

3軟件定義網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)方式

在當(dāng)前情況下，對于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)方式來說一般可以分為三種。（1）以專用接口作為基礎(chǔ)，并以網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商作為主導(dǎo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的專用性開放應(yīng)用，此方式發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)成為了較為成熟的技術(shù)，具有實(shí)施方便，技術(shù)體系封閉的特點(diǎn)。（2）以O(shè)penow作為基礎(chǔ)，進(jìn)而保證控制平面與轉(zhuǎn)發(fā)平面分離的實(shí)現(xiàn)，以保證對控制集中化的支持，此種方式應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)主要就是能夠得到廠商的大力支持，并不斷發(fā)展壯大，提升影響力。（3）此種方式主要是以虛擬化的廠商作為主導(dǎo)，并以三層及以上層隧道擴(kuò)展二層網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)進(jìn)行統(tǒng)一的管控，此種方式的主要優(yōu)點(diǎn)就是能夠保證虛擬化管理的有效整合，但是，此方式在實(shí)際的應(yīng)用過程中經(jīng)常會受到底層網(wǎng)絡(luò)的影響。所以，對于軟件定義網(wǎng)絡(luò)來說，可行性最高的方式就是第二種Openow。

Openow網(wǎng)絡(luò)的主要組成部分具體的可以分為三個部分，即Openow交換機(jī)、FlowVisor及控制器Controller。其中，對于Openow交換機(jī)來說，其主要的功能就是進(jìn)行交換數(shù)據(jù)層的轉(zhuǎn)發(fā)工作；對于FlowVisor來說，其主要的功能就是保證對網(wǎng)絡(luò)的虛擬化控制；對于控制器Controller來說，其主要的功能就是要保證能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中的控制，進(jìn)而保證控制層功能的有效實(shí)現(xiàn)。Openow能夠有效的保證對數(shù)據(jù)層與控制層之間的相互分離，與此同時，Openow交換機(jī)還能夠保證對數(shù)據(jù)層進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。控制器控制器Controller在實(shí)際的應(yīng)用過程中能夠有效的保證對控制層功能的實(shí)現(xiàn)。其中，控制器Controller可以通過Openow協(xié)議實(shí)現(xiàn)對Openow交換機(jī)中流表的控制，進(jìn)而從整體上實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)的集中控制。

篇2

1 概述

在新鋼，MES系統(tǒng)的隨著生產(chǎn)的發(fā)展功能日益擴(kuò)大，MES系統(tǒng)與其它各級系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交互量也隨之加大，數(shù)據(jù)的真實(shí)性與可靠性要求也不斷增強(qiáng)，任何通信異常都能導(dǎo)致交互數(shù)據(jù)的不可信任性。

不可否認(rèn)在現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)環(huán)境中，會出現(xiàn)各種各樣不可預(yù)測的生產(chǎn)作業(yè)異常，例如通信網(wǎng)絡(luò)受阻、通信服務(wù)異常等，均可能產(chǎn)生數(shù)據(jù)通信的異常。一旦產(chǎn)生通信異常，排查各種異常現(xiàn)象，在最短的時間內(nèi)恢復(fù)正常通信，使損失最小化，就成為管理者最關(guān)心的問題。

2 新鋼MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信格式

在新鋼MES系統(tǒng)與其它生產(chǎn)應(yīng)用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信以TCP/IP電文通信為主，在新鋼內(nèi)部對電文格式進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)范。其定義如下：

Cn：C表示字符串，長度為n ，例如“C5”表示字符串的長度為5；

Nn：N表示數(shù)組字符串，長度為n ，例如“N5”表示數(shù)字字符串長度為5；

若該字段的長度少于定義的長度，字符串左對齊右補(bǔ)空格。

3 利用日志文件查看通信情況

一個健壯的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，都有自己完善的日志功能，用來監(jiān)測應(yīng)用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信情況，記錄每筆通信的信息及通信過程中產(chǎn)生的各種異常信息。一般可以把日志信息進(jìn)行分級記錄，通常把日志分為：Debug是調(diào)試、Info是消息、Warn是警告、Error是錯誤、Fatal是致命錯誤五種級別。

通過對日志記錄的查看，可以提供通信接口維護(hù)人員很多有價(jià)值的信息，幫助維護(hù)人員全面掌握數(shù)據(jù)通信的全過程，排查發(fā)生在通信過程中的異常情況，以便及時處理異常，減小因通信異常而導(dǎo)致的損失。

下面以新鋼三期熱軋MES系統(tǒng)與熱軋廠二級系統(tǒng)的通信過程為例，說明日志文件的作用。

1） 熱軋MES系統(tǒng)向熱軋加熱爐二級系統(tǒng)發(fā)送“板坯吊上輥道指示”的常規(guī)日志信息

電文體格式定義：

通過該日志信息，可以很清楚的反映出已經(jīng)發(fā)送的電文數(shù)據(jù)，其中前40位為電文頭部信息，最后一位為電文結(jié)束符，其它的為電文體內(nèi)容，也即是雙方通信所需要的數(shù)據(jù)內(nèi)容。在該日志信息中：

第一行：日志記錄的時間描述雙方通信發(fā)生的時刻及通信地址；

第二行：系統(tǒng)輸出的通信成功信息；

第三到八行：發(fā)送的電文數(shù)據(jù)，其中左邊顯示了所發(fā)送的電文數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的十六進(jìn)制編碼信息，右邊為打印出其相應(yīng)的字符串信息；

其余行：按照電文格式定義所打印出來的解析電文內(nèi)容信息。

2） MES系統(tǒng)向二級發(fā)送數(shù)據(jù)時無法連接對方服務(wù)端的異常日志信息

通過該日志信息，可以看出MES系統(tǒng)的電文發(fā)送客戶端一直無法連接上二級服務(wù)端，出現(xiàn)這樣的情況，只有兩種情況：一是二級服務(wù)端未開啟，二是網(wǎng)絡(luò)線路故障。根據(jù)該日志信息，首行對MES系統(tǒng)的接口服務(wù)器進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)線連接處松動，將網(wǎng)線拔下重新裝好后，故障排除，數(shù)據(jù)通信恢復(fù)正常。

3） 由于服務(wù)端異常，導(dǎo)致MES系統(tǒng)無法正常接收二級的實(shí)績數(shù)據(jù)的異常日志信息

通過該日志信息，可以看出由于通信服務(wù)所需要的“消息隊(duì)列服務(wù)”沒有啟動，造成了目標(biāo)調(diào)用發(fā)生異常，導(dǎo)致通信不能正常進(jìn)行。根據(jù)該日志信息，啟動“消息隊(duì)列服務(wù)”服務(wù)后，故障排除，數(shù)據(jù)通信恢復(fù)正常。

4） 由于網(wǎng)絡(luò)異常，導(dǎo)致MES系統(tǒng)無法正常接收二級的實(shí)績數(shù)據(jù)的異常日志信息

通過該日志信息，可以看出在二級客戶端連接到MES服務(wù)端后，由于網(wǎng)絡(luò)不能正常工作，使得MES服務(wù)端長時間沒有接收到任何通信信息，從而在日志中輸出為“無法從傳輸連接中讀取數(shù)據(jù)”的異常日志信息。根據(jù)該日志信息，協(xié)同網(wǎng)絡(luò)相關(guān)管理人員進(jìn)行線路排查，最后確認(rèn)為現(xiàn)場一個交換機(jī)工作不穩(wěn)定所致，更換一個新的交換機(jī)后，故障排除，數(shù)據(jù)通信恢復(fù)正常。

4 結(jié)束語

MES系統(tǒng)做為生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)在新鋼現(xiàn)代化生產(chǎn)中起著不可替代的作用，MES系統(tǒng)已成為生產(chǎn)組織、生產(chǎn)作業(yè)跟蹤、作業(yè)實(shí)績反饋的唯一方式，MES系統(tǒng)與其它各級系統(tǒng)之間正常的數(shù)據(jù)交互則是完成這一系列步驟的關(guān)鍵，只有交互的數(shù)據(jù)能真實(shí)反映生產(chǎn)狀況，才具有生產(chǎn)指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)：

篇3

一、數(shù)據(jù)通信交換技術(shù)的原理

1、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)信息幀的地址。通常數(shù)據(jù)通信交換是在物理層進(jìn)行，物理硬件交換設(shè)備將信息轉(zhuǎn)發(fā)給相關(guān)系統(tǒng)和設(shè)備，實(shí)際表明，這樣會出現(xiàn)不同的狀況。第一種情況：當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)中所有的設(shè)備，在同一時間收到數(shù)據(jù)信息發(fā)送的目標(biāo)，這時就是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息幀向所有設(shè)備在傳發(fā)數(shù)據(jù)。第二種情況：當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)中某一個設(shè)備收到數(shù)據(jù)信息發(fā)送的目標(biāo)，但是該地址不存在于交換設(shè)備中，這時就需要網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息幀向所有設(shè)備在傳發(fā)數(shù)據(jù)。第三種情況：為了使互聯(lián)網(wǎng)中某一個設(shè)備收到數(shù)據(jù)信息發(fā)送的目標(biāo)，同時該地址存在交換設(shè)備中，這時就是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息幀向所有設(shè)備在傳發(fā)數(shù)據(jù)。第四種情況：設(shè)定互聯(lián)網(wǎng)中某一個設(shè)備收到數(shù)據(jù)信息發(fā)送的目標(biāo)，這時就不需要網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息幀向所有設(shè)備在傳發(fā)數(shù)據(jù)。

2、轉(zhuǎn)換程序的制定。數(shù)據(jù)通信交換要有定義表，表格中的基本單元是信息編碼和交換接口的編號，同時通信交換具有記憶的能力，自動記載交換地址在定義表中。定義表中的每個信息都會儲存信息的交換時間。為了統(tǒng)計(jì)該信息的使用次數(shù)，只要觀察信息交換的時間所發(fā)生改變即可，若該信息的交換時間長期沒有發(fā)生改變，那么該信息就是在定義表中被刪除。

二、互聯(lián)網(wǎng)中的通信交換技術(shù)

1、電路的交換。建立連接、占用線路、拆除連接是電路交換的三個基本過程，通信交換前必須先將電路連接好。建立起始點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)之間的獨(dú)立通道，在數(shù)據(jù)通信傳遞轉(zhuǎn)換過程中，要優(yōu)先分配閑置的線路，在繼續(xù)傳播；接著要占用線路，利用已經(jīng)建立好的線路進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交換；然后要拆除所連接的轉(zhuǎn)換點(diǎn)，釋放線路，使線路資源重新被其它線路響應(yīng)。優(yōu)點(diǎn)：可以專線享用，實(shí)用較性強(qiáng)，操作方式簡單。缺點(diǎn)：通信的時間較長，信道的利用較低，終端不能相互通信交換。

2、報(bào)文的交換。將數(shù)據(jù)信息改裝為報(bào)文形式，每個報(bào)文都可以控制信息，擁有目的地址，信息是以轉(zhuǎn)發(fā)存儲方式進(jìn)行交換的。報(bào)文的站點(diǎn)是一次性發(fā)送數(shù)據(jù)，并利用通信進(jìn)行交換，一個報(bào)文被站點(diǎn)發(fā)送時，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)依照報(bào)文上的目的地址，將其發(fā)送給下一個節(jié)點(diǎn)，端與端之間不會存在沒必要的連接。優(yōu)點(diǎn)：信道利用率較高，報(bào)文可以被發(fā)送到多個目的地，承載的信息量大，速度和代碼可以相互轉(zhuǎn)換。缺點(diǎn)：滿足不了通信交換的實(shí)時性，傳輸時間較長，節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)較多時不能及時存儲，設(shè)備費(fèi)用較高。

3、分組的交換。分組的終端會將數(shù)據(jù)分割成若干數(shù)據(jù)，再送往其它的交換點(diǎn)，附帶原有地址、用戶數(shù)據(jù)、目的地址、控制信息，收端點(diǎn)會將分開的數(shù)據(jù)按照順序還原數(shù)據(jù)。優(yōu)點(diǎn)：速度較快，傳輸質(zhì)量高，真實(shí)可靠，經(jīng)濟(jì)簡單，不同的終端可以相互通信轉(zhuǎn)換。缺點(diǎn)：技術(shù)性較強(qiáng)，難于實(shí)現(xiàn)。

4、幀中繼協(xié)議的交換。幀中繼協(xié)議是一種系統(tǒng)復(fù)用協(xié)議，在單一的線路中提供多條虛擬線路的方式。每一條虛擬的線路會被連接標(biāo)識，只能本地連接，沒有全局有效性。優(yōu)點(diǎn)：傳輸媒介是光纖，傳輸質(zhì)量高，資源利用率高，網(wǎng)絡(luò)存儲空間大。缺點(diǎn)：不適合傳輸實(shí)時信息，對線路和終端的要求較高。

5、ATM異步傳輸模式的交換。應(yīng)用寬帶業(yè)務(wù)的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸、交換和復(fù)用。ATM將電路交換的高速度性能和分組交換的高效性能相結(jié)合，直接面向連接的快速分組交換技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)：高效性，信息元固定，信息簡化。缺點(diǎn)：技術(shù)尚未成熟，操作不完善，價(jià)格較高。

三、新型數(shù)據(jù)通信交換技術(shù)

1、電傳輸?shù)慕粨Q階段。通常數(shù)據(jù)通信交換都處于電傳輸?shù)慕粨Q階段，交換技術(shù)包含電路的交換、報(bào)文的交換、分組的交換、幀中繼協(xié)議的交換、ATM異步傳輸模式的交換等。

2、光傳輸?shù)慕粨Q階段。數(shù)據(jù)的傳輸和交換都要在光信號的信道上進(jìn)行，只在終端處表現(xiàn)成電信號，方便信息的處理。由于技術(shù)水平不夠高，產(chǎn)生交換節(jié)點(diǎn)飽和、光信道空置現(xiàn)象，原傳輸通信網(wǎng)絡(luò)的瓶頸轉(zhuǎn)移到交換點(diǎn)上。為了解決這種分組交換處的瓶頸問題，利用新型數(shù)據(jù)通信交換技術(shù)，如：光包交換技術(shù)、光路交換技術(shù)。

3、電傳和光傳輸交換階段。利用光纖為主要媒介，數(shù)據(jù)信息以光信號的形式在線路上進(jìn)行傳輸交換，但是中間的接節(jié)點(diǎn)只能處理電信號，因此，在傳輸線路中間的接節(jié)點(diǎn)出，安裝光電和電光能夠相互轉(zhuǎn)換的裝置。

四、結(jié)語

綜上所述，常見的互聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)通信交換技術(shù)都有自身的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際情況選擇恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)。在以后的發(fā)展中，加大力度研究數(shù)據(jù)通信的交換技術(shù)，提高技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，同步監(jiān)控用戶準(zhǔn)確獲取信息數(shù)據(jù)，為社會發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]黨燕.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)通訊及交換技術(shù)淺析[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）理工卷，2010（01）.

[2]左琳.淺析計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)通信交換技術(shù)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012（14）.

篇4

[

關(guān)鍵詞 ]整車；CAN總線；測試

近年來汽車電子技術(shù)發(fā)展迅速，CAN總線技術(shù)廣泛運(yùn)用于我國汽車行業(yè)。車輛CAN總線面對電磁環(huán)境相對惡劣，特別是那些具有多功率、大電流、高電壓的車輛，這嚴(yán)重的增加了車輛CAN總線設(shè)計(jì)難度。將來的設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)有效評估車輛通信品質(zhì)進(jìn)而保證車輛的穩(wěn)定性和安全性。

一、測試工具

測試運(yùn)用的工具包括：CANoe+CANcaseXL、CANstressDR和數(shù)字示波器。CANoe是ECU和網(wǎng)絡(luò)分析、測試、開發(fā)的專用工具，支持需求分析到系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的整體系統(tǒng)開發(fā)過程。檢測中CANcaseXL和CANoe硬件配套用于觀察ECU發(fā)送接收、估算總線負(fù)載率、記錄總線數(shù)據(jù)功能。

CANstressDR作為獨(dú)立運(yùn)行硬件，能夠與CAN網(wǎng)絡(luò)直接串連，將各種干擾邏輯施加在CAN總線上，進(jìn)而驗(yàn)證CAN和ECU總線抗干擾能力。測試中CANstressDR的作用在于通過模擬施加故障干擾總線。

數(shù)字示波器作用在于觀察記錄總線電平狀態(tài)，并對總線電平進(jìn)行初步解析。數(shù)字示波器的主要參數(shù)為：1億次/秒采樣速率；分辨率+10ns。

二、測試方法

將車輛CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的集成測試平臺和測試設(shè)備串連到一起，只針對車輛CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成測試平臺各個ECU外部接口進(jìn)行測試，不改變ECU。根據(jù)圖1

進(jìn)行測試設(shè)備連接。

三、測試內(nèi)容和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

（一）物理層測試

如圖2進(jìn)行CAN總線物理連接，將負(fù)載電阻R串連在總線梁端，電阻作用在于抑制總線內(nèi)部信號的反射。不應(yīng)當(dāng)在ECU內(nèi)部設(shè)置R，防止內(nèi)部設(shè)置R的ECU同總線連接斷開時，總線失去終端電阻。

當(dāng)總線所有ECU總線發(fā)送器為關(guān)閉狀態(tài)，也就是ECU內(nèi)三極管都介質(zhì)，總線處于隱性狀態(tài)。在該狀態(tài)所有ECU帶高內(nèi)阻電壓電源生成總線平均電壓。接受操作可參考圖2顯示的電阻網(wǎng)絡(luò)。

當(dāng)ECU接通的總線驅(qū)動電路大于一個時，也就是成對三極管里接通的對數(shù)大于一個，總線就會產(chǎn)生一個顯性位。這樣終端電阻就會通過電流，這樣總線兩根線間就會產(chǎn)生差動電壓。總線上的差動電壓能夠通過電阻網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換成接收電路的比較器輸入處相應(yīng)的顯性或隱性電平，進(jìn)而檢測出隱性和顯性狀態(tài)[1]。

第三，位下降/上升時間測試，用于判斷ECU發(fā)送CAN總線信號的顯性轉(zhuǎn)隱性和隱性轉(zhuǎn)顯性的時間，判斷位下降/上升時間符不符合測試規(guī)范要求。圖5為位下降/上升的時間。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：①20ns≤trise≤200ns;②20nstfall≤400ns。

第四，位時間精度測試，用于判斷ECU發(fā)送CAN報(bào)文時間的精確度符不符合物理層規(guī)范定義。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：位時間精確度為±0.5%。

第五，信號對稱性測試，用于判斷CAN_L和CAN_H信號對稱性服不服和物理層規(guī)范定義。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)包括①位時間的前部，信號電壓應(yīng)當(dāng)處于82%位結(jié)束電壓值至165%位結(jié)束電壓值之間；②位時間后部，信號電壓處于96%位結(jié)束電壓值至106%位結(jié)束電壓值之間[2]。

（二）數(shù)據(jù)鏈路層測試

根據(jù)CAN2.0B定義，控制器能夠識別的ID數(shù)據(jù)幀包括11位、29位，即標(biāo)準(zhǔn)幀、擴(kuò)展幀。如圖6、7為幀格式。

第一，擴(kuò)展報(bào)文幀和標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文幀兼容性測試，用于判斷ECU能夠兼容11位ID標(biāo)準(zhǔn)幀的CAN報(bào)文、29位ID擴(kuò)展幀的CAN報(bào)文。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：測試中ECU能夠兼容29位ID擴(kuò)展幀和11位ID標(biāo)準(zhǔn)幀，不可發(fā)送任何錯誤幀。

第二，100%總線負(fù)載下報(bào)文接受能力的測試，用于判斷CAN總線負(fù)載率為100%時，ECU能夠處理接受到的CAN總線信息，并在CAN總線負(fù)載率達(dá)到正常水平后恢復(fù)。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：①在運(yùn)用低優(yōu)先級ID增加總線負(fù)載率的檢測過程中，ECU應(yīng)當(dāng)處理接收到的所有CAN總線信息，同時連續(xù)發(fā)送總線信息；②在運(yùn)用高優(yōu)先級ID增加總線負(fù)載率至100%時，ECU可以出現(xiàn)CAN總線報(bào)文的發(fā)送失敗情況，總線負(fù)載率重回正常水平后，ECU恢復(fù)CAN總線報(bào)文發(fā)送；③在全部測試過程中，ECU不應(yīng)發(fā)送任何錯誤幀。

（三）網(wǎng)絡(luò)錯誤處理測試

第一，單個節(jié)點(diǎn)脫開測試，用于檢測單個節(jié)點(diǎn)斷開后ECU中CAN總線通信狀態(tài)，并檢測修復(fù)該故障后ECU能夠正常進(jìn)行CAN總線通信。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：①單個節(jié)點(diǎn)斷開后，該節(jié)點(diǎn)ECU可以不具有CAN總線報(bào)文接收和發(fā)送功能，不可引起該節(jié)點(diǎn)ECU出現(xiàn)任何形式損壞。其余節(jié)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)可以繼續(xù)數(shù)據(jù)通信；②恢復(fù)斷開的節(jié)點(diǎn)后，該節(jié)點(diǎn)ECU應(yīng)重新實(shí)現(xiàn)CAN總線報(bào)文的接收和發(fā)送功能。

第二，接地或節(jié)點(diǎn)電源斷開測試，用于檢測某節(jié)點(diǎn)同電源脫開后或同搭鐵脫開后ECU的CAN總線通信狀態(tài)，進(jìn)而檢測該故障修復(fù)后ECU弄否重新實(shí)現(xiàn)CAN總線通信。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：①節(jié)點(diǎn)與電源脫開或者在低電壓狀態(tài)時，CAN總線網(wǎng)絡(luò)不能被拉低，剩余節(jié)點(diǎn)能夠繼續(xù)數(shù)據(jù)通信，故障節(jié)點(diǎn)ECU可以不具備CAN總線報(bào)文接受和發(fā)送功能；②節(jié)點(diǎn)與搭鐵點(diǎn)脫開，CAN總線網(wǎng)絡(luò)不能被拉高，剩余節(jié)點(diǎn)可以繼續(xù)數(shù)據(jù)通信，故障節(jié)點(diǎn)ECU可以不具有CAN總線報(bào)文接受和發(fā)送的功能；③故障節(jié)點(diǎn)故障恢復(fù)后，該節(jié)點(diǎn)ECU應(yīng)重新實(shí)現(xiàn)CAN總線報(bào)文接受和發(fā)送功能。

第三，CAN_H斷路測試或CAN_L斷路測試，CAN_H斷路測試用于檢測CAN_H斷路時ECU中CAN總線的通信狀態(tài)，并檢測修復(fù)該故障后ECU中CAN總線的通信狀態(tài)。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：①CAN_H斷路時，在不同于斷開點(diǎn)一側(cè)節(jié)點(diǎn)間，數(shù)據(jù)通信無法進(jìn)行。在CAN_H斷開點(diǎn)的同側(cè)節(jié)點(diǎn)間，能以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信；②修復(fù)CAN_H斷路故障后，節(jié)點(diǎn)ECU能夠重新實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。CAN_L斷路測試用于檢測CAN_L斷路后ECU中CAN總線的通信狀態(tài)，并檢測修復(fù)該故障后ECU的CAN總線通信狀態(tài)。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：①CAN_L斷路后，在不同于CAN_L斷開點(diǎn)的一側(cè)的節(jié)點(diǎn)間，數(shù)據(jù)通信無法實(shí)現(xiàn)。在CAN_L斷開點(diǎn)的同一側(cè)節(jié)點(diǎn)間能夠恢復(fù)數(shù)據(jù)通信；②修復(fù)CAN_L斷路故障后，各節(jié)點(diǎn)ECU能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)通信。

第四，CAN_L和CAN_H同時斷路檢測，用于測試CAN_L和CAN_H同時斷路時ECU中CAN總線通信情況，并檢測修復(fù)該故障后各ECU種CAN總線的通信狀態(tài)。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：①CAN_L和CAN_H于同一位置斷開，在不同于斷開點(diǎn)的一側(cè)節(jié)點(diǎn)間，數(shù)據(jù)通信無法實(shí)現(xiàn)。在和斷開點(diǎn)同側(cè)的節(jié)點(diǎn)間，能夠恢復(fù)數(shù)據(jù)通信；②修復(fù)CAN_L和CAN_H同時故障后，ECU能夠重新進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

第五，CAN_H與電源短路測試或CAN_L與電源短路測試。CAN_H評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：①電源電壓不小于總線正常電壓，ECU可以不具有CAN總線報(bào)文的接收和發(fā)送功能。②修復(fù)CAN_H與電源斷路故障后，各節(jié)點(diǎn)可以恢復(fù)CAN總線報(bào)文的接收和發(fā)送功能。CAN_L評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：①短路后，ECU可不具有總線報(bào)文接收和發(fā)送功能，不可以任何形式損壞ECU.②修復(fù)故障后，各節(jié)點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)總線報(bào)文的接收和發(fā)送功能。

第六CAN_L與搭鐵短路測試和CAN_H與搭鐵短路測試。CAN_L評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：短路后，總線電壓沒有超過正常范圍，總線可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。CAN_H評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：①短路后，不要求ECU具有總線報(bào)文接收和發(fā)送的功能，不可損壞ECU.②修復(fù)故障后，各節(jié)點(diǎn)能夠重新實(shí)現(xiàn)總線報(bào)文接收和發(fā)送的功能。

第七，CAN_H對CAN_L短路測試。①短路后，ECU不需要具有總線報(bào)文接收和發(fā)送功能，不能損壞ECU.②修復(fù)故障后，各節(jié)點(diǎn)能夠再次進(jìn)行總線報(bào)文的接收和發(fā)送功能。

結(jié)語

本文詳盡的分析了CAN總線開發(fā)設(shè)計(jì)中故障測試、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層等內(nèi)容，希望本文測試結(jié)果能夠?yàn)橹鳈C(jī)廠設(shè)計(jì)開發(fā)整車CAN通信提供參考依據(jù)。

篇5

以交換機(jī)、路由器為核心的電力信息網(wǎng)絡(luò)日漸完善，它承載著繁多的專業(yè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，成為電力系統(tǒng)內(nèi)部重要的傳輸網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)通信設(shè)備（包括路由器和交換機(jī)）的管理依賴于傳統(tǒng)的網(wǎng)管平臺，它可以提供比較全面的設(shè)備信息和告警信息，以便于管理人員查看和處理。但是傳統(tǒng)網(wǎng)管系統(tǒng)并不能對其獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的挖掘，不能充分地利用設(shè)備的信息向管理人員提供強(qiáng)有力的反饋和有效的建議。例如，網(wǎng)管系統(tǒng)可以獲得各個交換機(jī)、路由器的使用率，包括端口、CPU、內(nèi)存、端口帶寬、背板帶寬的使用率，關(guān)聯(lián)性地分析這些信息能夠?yàn)檫M(jìn)一步的規(guī)劃、預(yù)測和采購提供指導(dǎo)，有效避免設(shè)備重復(fù)采購和資源浪費(fèi)，讓網(wǎng)管人員科學(xué)地管理設(shè)備、規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)。本文將大數(shù)據(jù)理念與信息網(wǎng)絡(luò)管理相結(jié)合，通過大數(shù)據(jù)在設(shè)備選型、運(yùn)行安全和狀態(tài)檢修3個方向的實(shí)例應(yīng)用，探究新的網(wǎng)絡(luò)管理手段，以期為網(wǎng)管人員提供新的思路。

1大數(shù)據(jù)理念與網(wǎng)絡(luò)管理的結(jié)合

現(xiàn)代人類的生活、生產(chǎn)活動會產(chǎn)生極其巨大的數(shù)據(jù)量，全球所產(chǎn)生數(shù)據(jù)量大約每2年翻一番，意味著人類在最近2年產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量相當(dāng)于之前產(chǎn)生的全部數(shù)據(jù)量，預(yù)計(jì)到2020年，所獲取的數(shù)據(jù)量將增長近30倍[1]。對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘能夠獲得更高維度的信息，全面反映事物的狀態(tài)和發(fā)展趨勢，為此人們引入了“大數(shù)據(jù)”的概念[2]。大數(shù)據(jù)概念的應(yīng)用使得人們能夠在海量的信息中提取出重要的、不易察覺的價(jià)值，吸引了眾多研究者的關(guān)注。對于大數(shù)據(jù)的定義，研究機(jī)構(gòu)Garnter對大數(shù)據(jù)的定義為：需要新處理模式才能具有更強(qiáng)的決策力、洞察發(fā)現(xiàn)力和流程優(yōu)化能力的海量、高增長率和多樣化的信息資產(chǎn)。維基百科對大數(shù)據(jù)的定義為：所涉及的資料量規(guī)模巨大到無法通過目前主流軟件工具在合理時間內(nèi)達(dá)到擷取、管理、處理并整理成為幫助企業(yè)經(jīng)營決策目的的資訊。而麥肯錫的定義則為：大數(shù)據(jù)是指無法在一定時間內(nèi)用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫軟件工具對其內(nèi)容進(jìn)行采集、存儲、管理和分析的數(shù)據(jù)集合。由以上定義可以看出，大數(shù)據(jù)并不特指某種技術(shù)，而是一種類似于“物聯(lián)網(wǎng)”這樣的模糊的概念[3]，其內(nèi)涵和外延根據(jù)事件標(biāo)的的不同而不同，核心在于采用一定的手段從大量的數(shù)據(jù)中提取出能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)、決策和優(yōu)化服務(wù)的重要信息。本文擬將大數(shù)據(jù)的理念引入到信息網(wǎng)絡(luò)的管理中，以提供一種充分挖掘網(wǎng)絡(luò)設(shè)備狀態(tài)信息的新思路。具有閉環(huán)反饋機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)管理模型如圖1所示，設(shè)備運(yùn)行期間產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可完整、真實(shí)地反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行針對性的挖掘和關(guān)聯(lián)性分析，可以指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)管理人員對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整，這樣的調(diào)整將形成對運(yùn)行設(shè)備的閉環(huán)反饋，調(diào)整后的運(yùn)行方式會再次對運(yùn)行數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響，從而不斷提高網(wǎng)絡(luò)的性能。圖1具有閉環(huán)反饋機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)管理模型Fig.1Networkmanagementmodelbasedonclosed-loopfeedback需要注意的是，本文并不采用典型的大數(shù)據(jù)手段處理設(shè)備信息，而是應(yīng)用其理念關(guān)聯(lián)性地處理大量的設(shè)備信息，目的在于補(bǔ)充傳統(tǒng)網(wǎng)管方式的不足。

2大數(shù)據(jù)理念應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)管理的實(shí)例

本文選取3個方面的實(shí)例來探討大數(shù)據(jù)理念與網(wǎng)管系統(tǒng)的結(jié)合，以提供一種獲得更多管理手段的思路。電力信息網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)、路由器都能夠?qū)\(yùn)行的系統(tǒng)信息進(jìn)行分類、管理，將設(shè)備日志、調(diào)試和告警以確定的格式發(fā)送給日志系統(tǒng)或通過簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SimpleNetworkManagementProtocol，SNMP）發(fā)送到網(wǎng)管系統(tǒng)，為網(wǎng)絡(luò)管理員監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況和診斷故障提供支持[4]。此外，遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視（RemoteMonitoring，RMON）基于SNMP體系結(jié)構(gòu)，可用于跟蹤統(tǒng)計(jì)端口所連接的網(wǎng)段上的各種流量信息，如某段時間內(nèi)某網(wǎng)段上的報(bào)文總數(shù)，或發(fā)往某臺主機(jī)的正確報(bào)文總數(shù)等。2.1指導(dǎo)設(shè)備選型電力行業(yè)數(shù)據(jù)有較高的安全性和實(shí)時性要求，使得信息網(wǎng)絡(luò)長期依靠過度建設(shè)來滿足，這種過度建設(shè)體現(xiàn)在使用不必要的高級設(shè)備完成低級設(shè)備即可完成的功能。例如，有些辦公網(wǎng)絡(luò)的接入交換機(jī)使用的是支持以太網(wǎng)供電和帶有三層路由功能的交換機(jī)，很多變電站路由器和交換機(jī)端口和交換容量利用率都非常低。過度建設(shè)源于規(guī)劃時對設(shè)備可靠性的擔(dān)憂和為未來升級擴(kuò)容預(yù)留的冗余，常常會導(dǎo)致設(shè)備性能資源的大量浪費(fèi)。如何在設(shè)備的選型上平衡經(jīng)濟(jì)性和設(shè)備性能，是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃者不得不考慮的一個問題。為兼容和統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備特征，設(shè)備的選型往往是沿襲之前的采購標(biāo)準(zhǔn)，以致新采購的設(shè)備繼承了大量的冗余性能，CPU、內(nèi)存、端口等指標(biāo)的利用率較低。因此，依據(jù)對已有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的利用率統(tǒng)計(jì)來獲得新的選型標(biāo)準(zhǔn)，可以很好地平衡設(shè)備選型的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。交換機(jī)選型的常用指標(biāo)項(xiàng)包括：業(yè)務(wù)端口（端口類型、個數(shù)）、交換容量、包轉(zhuǎn)發(fā)率、以太網(wǎng)供電（PowerOverEthernet，POE）、外形尺寸、重量、端口特性、堆疊、組播、鏡像、安全特性、電源、端口聚合、最大MAC地址表大小、VLAN、DHCP、可支持最大路由表數(shù)、每端口最大優(yōu)先級隊(duì)列數(shù)、內(nèi)存、ACL和QoS等。首先，從網(wǎng)管系統(tǒng)和日志系統(tǒng)中提取與指標(biāo)項(xiàng)相關(guān)的信息，形成設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)子集B。提取運(yùn)行狀態(tài)子集如圖2所示。圖2提取集合A是網(wǎng)管系統(tǒng)和日志系統(tǒng)收集的所有運(yùn)行數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是維護(hù)人員能夠遠(yuǎn)程獲得的關(guān)于設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的全部信息；集合B包含與交換機(jī)指標(biāo)項(xiàng)相關(guān)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，例如CPU及內(nèi)存的使用量，當(dāng)前使用的端口類型和個數(shù)，MAC地址表、路由表、ARP表的使用量，POE、DHCP、QoS、三層路由等功能是否啟用，以及當(dāng)前鏈路流量、幀流量、廣播流量、丟包量、錯包量等數(shù)據(jù)。集合B剔除了對選型無用的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，可作為下一步選型處理的數(shù)據(jù)源。由運(yùn)行狀態(tài)子集獲得選型建議如圖3所示。由集合B到典型指標(biāo)C指的是根據(jù)設(shè)備實(shí)際使用的資源量，附加上一定的資源余量，得到能夠滿足該設(shè)備可靠性要求的最小指標(biāo)。基于電力行業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，將交換機(jī)劃分為核心層交換機(jī)、匯聚交換機(jī)、辦公接入交換機(jī)、變電站接入交換機(jī)以及其他功能交換機(jī)，不同類型交換機(jī)所處的位置和實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)功能不同，如辦公接入交換機(jī)數(shù)據(jù)流量更大，端口使用率更高，而變電站接入交換機(jī)與之相反，因而選型分析時應(yīng)在其對應(yīng)類型中考察。以變電站接入交換機(jī)為例，假設(shè)交換機(jī)為SwitchX，它的交換容量高而實(shí)際利用率低，通過SwitchX的鏈路流量計(jì)算出實(shí)際使用的交換容量，附加一定余量，可得到SwitchX運(yùn)行時“交換容量”這個典型指標(biāo)值，同理可得SwitchX的其他典型指標(biāo)。理論上，按照該典型指標(biāo)集選型的設(shè)備即可完全替代SwitchX，即能兼容SwitchX的所有功能，從而在保證設(shè)備可靠性、可用性的同時保證了經(jīng)濟(jì)性。最重要的是，所有變電站接入交換機(jī)的典型指標(biāo)構(gòu)成集合CSubstation，新增變電站交換機(jī)時，可以結(jié)合典型指標(biāo)集合CSubstation與廠商設(shè)備數(shù)據(jù)庫D，獲得合適的選型建議。同時，更新原有設(shè)備時也從典型指標(biāo)CSubstation中獲得建議，從而使整體的設(shè)備利用率不斷提高，使實(shí)際運(yùn)行設(shè)備的指標(biāo)逐漸趨近于理論上的典型指標(biāo)集合CSubstation，這就是閉環(huán)反饋模型的應(yīng)用。可以看出，選型建議的提出是基于同一類型設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的反饋得到的，閉環(huán)反饋模型能夠保證選型設(shè)備貼近運(yùn)行實(shí)際。2.2增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行安全日志系統(tǒng)存儲了大量數(shù)據(jù)通信設(shè)備的運(yùn)行信息，可對這些數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行挖掘來分析電力信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)存在的潛在安全問題，以便及時檢修和采取對策，進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的安全性。由日志系統(tǒng)收集到的實(shí)時數(shù)據(jù)（如網(wǎng)管人員登錄設(shè)備的時間、登錄IP和操作記錄）和海量的歷史數(shù)據(jù)，結(jié)合其他第三方系統(tǒng)數(shù)據(jù)，可通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對設(shè)備登錄提示信息進(jìn)行分析[5-7]。以H3C路由器為例，數(shù)據(jù)通信設(shè)備（路由器）運(yùn)行安全分析流程如圖4所示。首先從日志系統(tǒng)中提取出該路由器登錄的提示信息，然后在日志系統(tǒng)中查詢登錄該路由器的所有IP地址，將查詢到的IP地址逐一與路由器所配置的訪問控制列表中的IP地址進(jìn)行比對，由此可以篩選出非授權(quán)訪問的IP地址。若未成功登錄到路由器上則認(rèn)為有人試圖滲透網(wǎng)絡(luò)，如果成功登錄則記錄該非授權(quán)訪問的IP地址對路由器的所有操作，以便信息系統(tǒng)維護(hù)管理人員回溯該訪問對設(shè)備所做的非法操作，并追尋該IP來源，及時采取補(bǔ)救措施。如查詢到的IP地址是授權(quán)訪問的，則比對該授權(quán)訪問的IP地址對路由器的配置是否滿足電力企業(yè)網(wǎng)絡(luò)管理要求的數(shù)據(jù)配置規(guī)范，如不滿足則需要信息系統(tǒng)維護(hù)人員重新對其設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)入規(guī)范的配置。如該授權(quán)訪問的IP地址對設(shè)備的配置滿足電力企業(yè)網(wǎng)絡(luò)管理要求的數(shù)據(jù)配置規(guī)范，則說明是網(wǎng)管人員對路由器進(jìn)行了正確的數(shù)據(jù)配置。通過日志系統(tǒng)自動分析對設(shè)備的登錄、配置和補(bǔ)救，可增強(qiáng)設(shè)備配置數(shù)據(jù)的保護(hù)和校驗(yàn)，保證運(yùn)行設(shè)備的任何操作都處于可控狀態(tài)，從而提升了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的安全性。對日志系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘可以迅速找出數(shù)據(jù)通信設(shè)備問題的發(fā)生范圍，網(wǎng)絡(luò)管理人員可根據(jù)問題發(fā)生范圍及時進(jìn)行檢修和采取對策，從而確保數(shù)據(jù)通信設(shè)備安全運(yùn)行的可控和在控[8]，大大提升了信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理人員的維護(hù)效率。2.3指導(dǎo)設(shè)備狀態(tài)檢修狀態(tài)檢修是指對數(shù)據(jù)通信設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)評估，并通過設(shè)備日志記錄進(jìn)行分析診斷，推斷數(shù)據(jù)通信設(shè)備當(dāng)前的健康狀況，以便及時安排檢修的一種主動檢修方式[9]。其實(shí)現(xiàn)主要包含數(shù)據(jù)收集、狀態(tài)評價(jià)、制定檢修策略、制定檢修計(jì)劃等技術(shù)手段。由于監(jiān)控中心（網(wǎng)管系統(tǒng)和日志系統(tǒng)）記錄的數(shù)據(jù)信息對于設(shè)備狀態(tài)檢修計(jì)劃數(shù)據(jù)的收集不夠全面，因此本文的狀態(tài)檢修數(shù)據(jù)信息是通過網(wǎng)管和日志系統(tǒng)在線監(jiān)測結(jié)合信息運(yùn)維人員日常巡視維護(hù)來獲取的，主要對本周期內(nèi)數(shù)據(jù)通信設(shè)備（路由器）的投運(yùn)年限軟硬件配置、外部環(huán)境、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行資料等指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，由此來指導(dǎo)設(shè)備狀態(tài)評價(jià)及檢修計(jì)劃制定。數(shù)據(jù)通信設(shè)備狀態(tài)評價(jià)模型[10-11]見表1所列主要包括投運(yùn)年限、軟硬件配置、外部環(huán)境、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行資料等指標(biāo)，其中投運(yùn)年限、外部環(huán)境會影響數(shù)據(jù)通信設(shè)備的性能，軟硬件配置會對數(shù)據(jù)通信設(shè)備的安全運(yùn)行產(chǎn)生重大影響，而設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)指標(biāo)主要涉及到數(shù)據(jù)通信設(shè)備承載量。數(shù)據(jù)通信設(shè)備狀態(tài)檢修流程為：首先對采集的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)分析模型進(jìn)行建模，從而形成設(shè)備狀態(tài)特征量（以設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)指標(biāo)為例，其狀態(tài)特征量為設(shè)備運(yùn)行時的CPU負(fù)載、內(nèi)存使用率、直連鏈路丟包情況、鏈路延時、設(shè)備接口富余情況、路由協(xié)議運(yùn)行狀態(tài)等）；其次建立設(shè)備評價(jià)的狀態(tài)模型，依據(jù)設(shè)備狀態(tài)評分?jǐn)?shù)學(xué)模型（主要包括閾值型評分模型曲線型評分模型、邏輯與型評分模型，其中閾值型評分模型在指定正常運(yùn)行邊界條件下使用，曲線型評分模型主要適用于指標(biāo)偏離基準(zhǔn)越大扣分越多的情況，邏輯與型評分模型適用于由多個狀態(tài)組合在一起決定設(shè)備某一指標(biāo)的情況）和設(shè)備評價(jià)細(xì)則對設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)評價(jià)；最后根據(jù)數(shù)據(jù)通信設(shè)備狀態(tài)評價(jià)結(jié)果生成數(shù)據(jù)通信設(shè)備狀態(tài)評價(jià)報(bào)告和風(fēng)險(xiǎn)評估報(bào)告，結(jié)合檢修策略庫來確定數(shù)據(jù)通信設(shè)備狀態(tài)檢修計(jì)劃[10]。以H3C路由器為例，根據(jù)表1的數(shù)據(jù)通信設(shè)備狀態(tài)評價(jià)模型分別對其各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(jià)：首先對該設(shè)備的投運(yùn)年限進(jìn)行評分，該指標(biāo)的評分模型適合采用閾值型評分模型；其次對外部環(huán)境進(jìn)行評分，該指標(biāo)需根據(jù)積塵情況、接地情況、標(biāo)簽標(biāo)識等按照評價(jià)要求進(jìn)行評分，宜采用邏輯與型評分模型進(jìn)行評分，適用此評分模型的指標(biāo)還有軟硬件配置、運(yùn)行資料等[12]；再次對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)指標(biāo)進(jìn)行評分，該指標(biāo)需根據(jù)直連鏈路丟包、鏈路延時、設(shè)備負(fù)載、設(shè)備接口富余、路由協(xié)議運(yùn)行狀態(tài)等項(xiàng)按照評價(jià)要求進(jìn)行評分，該指標(biāo)中除了路由協(xié)議狀態(tài)適合選取閾值型評分模型來進(jìn)行評分外，其他指標(biāo)均宜采用曲線型評分模型評分，以設(shè)備負(fù)載情況為例，已知評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)備CPU利用率基準(zhǔn)的75%，CPU使用率超越基準(zhǔn)線越多則扣分越多，嚴(yán)重故障警戒為90%，內(nèi)存利用率評分標(biāo)準(zhǔn)與CPU相類似；最后根據(jù)評分模型計(jì)算設(shè)備的狀態(tài)評價(jià)分?jǐn)?shù)，給出設(shè)備狀態(tài)評價(jià)報(bào)告和風(fēng)險(xiǎn)評估報(bào)告，將其與檢修策略庫相結(jié)合來制定設(shè)備狀態(tài)檢修計(jì)劃，從而幫助信息運(yùn)維人員實(shí)現(xiàn)應(yīng)檢必檢、及時消缺，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況制定正確的檢修計(jì)劃，提高電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信設(shè)備的檢修效率，保證電力二次系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

篇6

1高速數(shù)據(jù)通信與系統(tǒng)加固技術(shù)的發(fā)展概述

1.1高速數(shù)據(jù)通信技術(shù)的發(fā)展情況

在傳統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)中，通常采用的是總線設(shè)計(jì)的技術(shù)。這類技術(shù)的接口較為簡單，通常是以TTL電平為主，這類技術(shù)只是對于較為簡單的數(shù)據(jù)處理時較為適用。而現(xiàn)階段計(jì)算機(jī)需要處理的數(shù)據(jù)量越來越大，這類技術(shù)就顯得不是那么靈活[1]。與并聯(lián)技術(shù)相比，現(xiàn)階段多數(shù)采用的是串行總線的技術(shù)。這類技術(shù)的主要工作原理是在發(fā)送數(shù)據(jù)時，運(yùn)用串行的方式，將數(shù)據(jù)串聯(lián)在一條數(shù)據(jù)上，這樣不僅方便了數(shù)據(jù)的發(fā)送，也簡化了互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的復(fù)雜度，更加使數(shù)據(jù)的傳送質(zhì)量得到了保障。當(dāng)?shù)蛪盒盘柍霈F(xiàn)時，增加了串行技術(shù)的安全性，使其避免受到干擾，也使高速數(shù)據(jù)通信有了新的發(fā)展途徑。目前，許多的通信系統(tǒng)的加固采用的都是這種串行技術(shù)，成為了高速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)加固的主要方案。

1.2高速數(shù)據(jù)通信模型

隨著數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸面臨著巨大的發(fā)展挑戰(zhàn)，急需構(gòu)建高速的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。而高速數(shù)據(jù)通信也設(shè)計(jì)出了新的應(yīng)用模型，包括標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的可靠通信模型和自定義協(xié)議的傳輸模型[2]。前者是有鏈接的通信，在單工模式下對于數(shù)據(jù)進(jìn)行單向傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)。后者是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳輸，只需要一對差分線就可以構(gòu)建高速數(shù)據(jù)的通道，這種通信模型在數(shù)據(jù)傳輸過程中的穩(wěn)定性大大提高。

2數(shù)據(jù)通信與系統(tǒng)加固技術(shù)的研究

由于抗輻照技術(shù)的產(chǎn)生，拓展了數(shù)據(jù)通信的研究領(lǐng)域，新的數(shù)據(jù)通信加固技術(shù)也會應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)據(jù)通信的加固目的與系統(tǒng)加固是一樣的，都是為了使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更加穩(wěn)固[3]。而數(shù)據(jù)通信的加固技術(shù)相對于系統(tǒng)加固技術(shù)來說，其操作更加簡便些，通信加固在無線的應(yīng)用上主要靠的是信道編碼，使誤碼率降低；在有線上的運(yùn)用主要是在數(shù)據(jù)的傳輸過程中，來改善信號的傳輸效率。但是現(xiàn)在數(shù)據(jù)通信加固技術(shù)在有線的應(yīng)用上還處在摸索的階段，一般已經(jīng)在無線上實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用，雖然在無線上的應(yīng)用能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣龋鄳?yīng)的也會發(fā)生誤碼的現(xiàn)象。我國雖然在系統(tǒng)加固技術(shù)的研究上受到多方面的影響，在高速數(shù)據(jù)通信與系統(tǒng)的加固技術(shù)研究上傾向于內(nèi)容的研究，具體的實(shí)驗(yàn)室研究相對較少，但是我國在抗輻照的原理和措施上研究的比較多，也取得了一定的研究成果。

2.1冗余設(shè)計(jì)

冗余設(shè)計(jì)的基本設(shè)計(jì)思路是在原有的基礎(chǔ)上加大功能模塊，在出現(xiàn)受損模塊時，能夠及時的進(jìn)行更換，冗余的實(shí)質(zhì)性的設(shè)計(jì)目的也就是實(shí)現(xiàn)模塊的備份，能夠保證系統(tǒng)的維修速度，使系統(tǒng)能夠正常的運(yùn)作。在這里冗余的設(shè)計(jì)模式也是多種多樣的，包括一些硬件冗余、信息冗余等都是常見的冗余設(shè)計(jì)，在這里硬件冗余設(shè)計(jì)是應(yīng)用最為廣泛的[4]。

2.2差錯控制與動態(tài)重構(gòu)

差錯控制也可以說是一種糾錯技術(shù)，在一定的程度上及時的對系統(tǒng)故障進(jìn)行糾錯，提高通信系統(tǒng)的安全性和抗輻照的能力[5]。差錯控制主要應(yīng)用于星載系統(tǒng)中，在此系統(tǒng)中利用差錯控制主要是能夠檢測到錯誤，并且糾正錯誤的電子信息，避免通信系統(tǒng)出現(xiàn)故障。使用該控制技術(shù)時要確保通信數(shù)據(jù)在錄入時，能夠生成驗(yàn)證碼進(jìn)行數(shù)據(jù)的判斷與保存。

2.3ASIC設(shè)計(jì)

ASIC這種設(shè)計(jì)技術(shù)能夠解決星載系統(tǒng)中出現(xiàn)的許多問題，不僅能夠使通信系統(tǒng)的體積縮小、減少消耗的資源，而且還能夠加強(qiáng)通信系統(tǒng)的穩(wěn)固性。ASIC這種設(shè)計(jì)在具體的實(shí)施上有嚴(yán)格的技術(shù)要求，需要根據(jù)通信的實(shí)際情況來確定，主要是采用一些專門的材質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)的加固，提高通信系統(tǒng)的抗輻照能力，加強(qiáng)自身的穩(wěn)定性。但ASIC技術(shù)在我國的研究還處于起步階段，由于這種技術(shù)的耗資大、開發(fā)時間長，靈活性也較差，所以在實(shí)際的操作過程中要充分的考慮這些因素，進(jìn)行合理的開發(fā)與應(yīng)用。

3結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展，出現(xiàn)了新興的高速數(shù)據(jù)通信與系統(tǒng)加固技術(shù)，而由于計(jì)算機(jī)需要處理的數(shù)據(jù)量不斷加大，對數(shù)據(jù)通信與系統(tǒng)加固技術(shù)也提出了更高的要求。不僅在技術(shù)上加大了難度，在系統(tǒng)的維護(hù)上也增添了新要求，所以，需要更多的技術(shù)研究者加強(qiáng)對高速數(shù)據(jù)通信與系統(tǒng)加固技術(shù)的研究，使其能夠合理的應(yīng)用，促進(jìn)通信系統(tǒng)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]喬利軍，趙鵬，劉殿飛．基于差分跳頻的短波高速跳頻通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析[J]．無線互聯(lián)科技，2012,10(02):71

[2]鐘貴彬．高速鐵路CBTC的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)故障-安全策略分析[J]．中國鐵路，2012,11(06):48-51

[3]謝京華，崔明雷，汪學(xué)剛．基于PCI接口的技術(shù)及其在高速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．現(xiàn)代電子技術(shù)，2006,03(01):16-18

篇7

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Research and application of matching communications between

Virtex-5 GTP and Virtex-6 GTX

Abstract：

For the differences between Virtex-5 RocketIOTM GTP and Virtex-6 RocketIOTM GTX adjustments should be made on pre-emphasis/de-emphasis values and reception equalization values，the receiving terminal voltage and differential voltage transmission values， so as to adapt to the data communication between GTP and GTX. By using ChipsCope Pro_IBERT to measure the actual communication parameters to set GTP/GTX transceiver side， this paper defined the data frame structure through custom communication protocol， and designed a new RocketIO data transceiver interface controller. By analyzing the phenomenon of byte misalignment caused by some uncertainty such as high frequency instability， and clock drift， this paper added a data misalignment correction module in custom communication protocol， thus greatly reducing the error rate of data transmission. The experimental results show that high speed serial communication between Virtex-5 RocketIOTM GTP and Virtex-6 RocketIOTM GTX can be implemented， and the data transceiver interface controller is of data transmission stability， low bit error rata and good generality.

Key words：

RocketIO； GTX； GTP； high-speed serial communication； Field Programmable Gate Array （FPGA）

0 引言

RocketIOTM是Xilinx 公司現(xiàn)場可編程門陣列（Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA）內(nèi)嵌的可編程全雙工高速串行收發(fā)器，在Virtex-5 和Virtex-6等系列 FPGA中改稱為吉比特收發(fā)器（Gigabit Transceiver，GT），因有部分差異又分為P型和X型，即GTP和GTX，用以實(shí)現(xiàn)FPGA與外部設(shè)備間數(shù)據(jù)的高速串行通信[1]。目前工程上普遍使用相同RocketIO進(jìn)行相互間數(shù)據(jù)通信，比如GTP與GTP、GTX與GTX進(jìn)行相互間數(shù)據(jù)通信。盡管這樣設(shè)計(jì)可以得到穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)通信，但是在FPGA升級或FPGA板卡更換后會出現(xiàn)通信匹配問題，這就大大縮小了FPGA板卡中FPGA變更的范圍，降低了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。

本文對Virtex-5 RocketIOTM GTP和Virtex-6 RocketIOTM GTX內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較分析，通過對收發(fā)端的預(yù)/去加重和接收均衡、發(fā)送差分電壓大小匹配、接收終端電壓、接收數(shù)據(jù)錯位問題等進(jìn)行分析，找到了合適的通信參數(shù)。然后在此基礎(chǔ)上通過自定義通信協(xié)議，設(shè)計(jì)出了具有接收數(shù)據(jù)前后字節(jié)錯位校正功能的數(shù)據(jù)收發(fā)接口控制器，實(shí)現(xiàn)了GTP與GTX間數(shù)據(jù)的高速串行通信。GTP與GTX的匹配通信使得多片F(xiàn)PGA電路系統(tǒng)的升級方便了許多，直接更換FPGA板卡即可，現(xiàn)已在某型雷達(dá)信號模擬器中成功應(yīng)用。

1 RocketIOTM GTP/GTX差異性分析

GTP和GTX都由物理媒介適配 （Physical Media Attachment，PMA）和物理編碼子層 （Physical Coding Sublayer，PCS）兩個子層組成，但是內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在部分差異 [2-3]。

通過比較可知：Virtex-5 RocketIOTM GTP支持100Mb/s至3.75Gb/s的線速，Virtex-6 RocketIOTM GTX支持750Mb/s至6.5Gb/s的線速。GTP僅支持預(yù)加重技術(shù)，而GTX還支持去加重技術(shù)，GTP預(yù)加重僅為8級可控，而GTX為16級可控；GTP差分輸出幅度為8級可控，而GTX為16級可控。GTP的接收端沒有去加重模型和判定反饋均衡器。GTP接收終端電壓有2/3AVTTRX（analog voltage supply for the receiver circuitsand termination）、AVTTRX、接地（Ground，GND），GTX有GND、Float、MGTAVTT_*（analog voltage supply for the transmitter and receiver termination circuits of Multi-Gigabit Transceiver）[2-3]。GTP和GTX在結(jié)構(gòu)上大體是相同的，說明二者在匹配通信上是完全可行的，但是二者之間存在的差異要求在使用過程中注意諸多細(xì)節(jié)，比如線速匹配、差分輸出電壓值的匹配、預(yù)/去加重大小、接收均衡值大小、接收終端電壓等。

2 匹配通信參數(shù)調(diào)整與問題分析

從GTP和GTX間差異可推知， GTP和GTX收發(fā)端的阻抗、電氣等特性上必然存在一定差異，那么二者間的匹配通信通過調(diào)整GTP和GTX收發(fā)端的參數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)。本文充分利用Xilinx公司FPGA開發(fā)軟件ISE中自帶的集成比特錯誤率測試儀（Integrated Bit Error Ratio Tester，IBERT）工具，通過對硬件通道進(jìn)行測試，測試出了適合該硬件通道的預(yù)/去加重和接收均衡值、接收終端電壓以及合適的發(fā)送端差分輸出電壓值等參數(shù)，這些參數(shù)對數(shù)據(jù)收發(fā)接口控制器的設(shè)計(jì)具有重要參考價(jià)值。

2.1 預(yù)/去加重和接收均衡的調(diào)整

為了補(bǔ)償信號在傳輸過程中的高頻損耗，提高信號質(zhì)量， GTX中集成了預(yù)/去加重和接收均衡電路，GTP僅集成了預(yù)加重電路。文獻(xiàn)[4]研究了預(yù)/去加重和接收均衡對信號質(zhì)量的影響，認(rèn)為只有合適的預(yù)/去加重和線性均衡的比例或者兩者之間的組合才能達(dá)到改善接收信號質(zhì)量的目的，并認(rèn)為存在一個無誤碼采樣區(qū)。對于不同硬件電路與不同傳輸通道，由于其阻抗、電氣特性的差異，使得通道損耗補(bǔ)償會有所不同，因此對于不同硬件通道，預(yù)/去加重值和接收均衡值需作出適當(dāng)調(diào)整[5]。

2.2 接收終端電壓的選擇

文獻(xiàn)[2]對GTP接收終端電壓的配置進(jìn)行了說明，若數(shù)據(jù)線速在2.5Gb/s以上，在接收端外部需做交流耦合，此時內(nèi)部若不使用交流耦合，則接收終端電壓可任意選擇2/3AVTTRX、AVTTRX、GND之一；文獻(xiàn)[3]對GTX接收終端電壓的配置也作了具體說明，同樣若數(shù)據(jù)線速在2.5Gb/s以上，接收端需做外部交流耦合，內(nèi)部若進(jìn)行交流耦合，則接收終端可任意選擇GND、Float、MGTAVTT_*之一。但是對于不同硬件通道，因其損耗差異等原因，存在一個最佳匹配問題，本文通過IBERT工具測試出了所應(yīng)用的雷達(dá)信號模擬器中的最佳接收終端電壓類型[6]。

2.3 發(fā)送差分電壓值的分析

接收終端電壓作為接收數(shù)據(jù)的參考電壓，不同的接收終端電壓會影響對接收數(shù)據(jù)高低電平的判決，從而對發(fā)送差分電壓值的大小有一定的要求。不同硬件系統(tǒng)間的阻抗、電氣特性的差異以及信道的損耗不同，使得發(fā)送差分電壓值需作出相應(yīng)調(diào)整[5]。

2.4 接收數(shù)據(jù)前后字節(jié)錯位分析

由于GTP/GTX接收端數(shù)據(jù)組合規(guī)則是以字節(jié)為單位的[1-2]，即每個時鐘沿只采集一個字節(jié)數(shù)據(jù)，然后再組裝成RXDATA[15：0]。由于高頻時鐘不穩(wěn)定以及時鐘漂移等不確定性因素的影響，使得采集時鐘的邊沿有時會發(fā)生偏移，這就可能造成對某個字節(jié)的采集遺漏，從而使GTP/GTX的輸出RXDATA[15：0]前后兩個字節(jié)錯位[7]。如圖1所示，在時鐘上升沿時刻鎖存數(shù)據(jù)，假設(shè)在某時刻時鐘發(fā)生抖動或偏移，造成該時刻數(shù)據(jù)“95”丟失，使得組裝后的數(shù)據(jù)發(fā)生前后字節(jié)錯位的現(xiàn)象。為了進(jìn)行正常通信，需進(jìn)行校正處理。

3 GTP和GTX匹配通信的應(yīng)用

本文所應(yīng)用的雷達(dá)信號模擬器由接口板和信號生成板組成。板間內(nèi)部需進(jìn)行FPGA間的數(shù)據(jù)通信，其中接口板上FPGA為Virtex-5系列xc5vsx95t，信號生成板上為Virtex-6系列xc6vsx315t，如圖2所示。根據(jù)上文分析，現(xiàn)利用GTP和GTX，自定義通信協(xié)議，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)收發(fā)接口控制器來實(shí)現(xiàn)兩片F(xiàn)PGA間的數(shù)據(jù)通信。

3.1 自定義通信協(xié)議

通信協(xié)議定義了發(fā)送和接收端的工作內(nèi)容，如圖3所示。發(fā)送端主要由先入先出隊(duì)列（First Input First Output，F(xiàn)IFO）、幀封裝、邏輯控制和GTP/GTX組成，接收端主要由GTP/GTX、幀解封、邏輯控制、數(shù)據(jù)校正和FIFO組成，接收端在FPGA外部進(jìn)行了交流耦合。

此處幀封裝的主要工作是在用戶數(shù)據(jù)前后插入用于時鐘校正[8]和數(shù)據(jù)對齊[2-3]的幀頭、幀尾字符。這里的幀頭和幀尾都由時鐘校正序列“BC95”充當(dāng)[7]，“BC95”既作Comma對齊字符，也可作時鐘校正序列，如圖4所示。每幀數(shù)據(jù)中幀頭“BC95”數(shù)目不是固定的，當(dāng)發(fā)送FIFO空標(biāo)志顯示沒有用戶數(shù)據(jù)時，一直會發(fā)送“BC95”，直到有用戶數(shù)據(jù)。同時為了確保時鐘的精準(zhǔn)性，需定義每幀用戶數(shù)據(jù)不超過512字節(jié)，然后及時插入幀尾“BC95”來校正時鐘。這樣可以保持接收端GTP/GTX處于穩(wěn)定工作狀態(tài)，從而整個鏈路一直處于正常工作狀態(tài)。在接收端，針對接收的16位數(shù)據(jù)前后兩字節(jié)錯位的現(xiàn)象，設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)校正模塊專門用于解決字節(jié)錯位的問題。數(shù)據(jù)校正后需進(jìn)行幀解封，去掉幀頭和幀尾，將用戶數(shù)據(jù)寫入接收FIFO緩存。這樣就完成了數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，具體操作流程如圖5所示。

與基于協(xié)議（如Aurora協(xié)議）的可靠通信模型相比，該數(shù)據(jù)幀組成結(jié)構(gòu)比較簡單。在實(shí)時傳輸系統(tǒng)中，要求數(shù)據(jù)一旦開始傳輸就不能中斷，但基于協(xié)議的可靠通信模型在鏈路出錯后，其接收端會自動進(jìn)行復(fù)位，同時會通知發(fā)送端停止發(fā)送數(shù)據(jù)，復(fù)位完成后再重新建立可靠鏈路，這樣就會出現(xiàn)短暫的傳輸錯誤，從而影響整個系統(tǒng)正常工作。而該自定義的通信協(xié)議則剛好可以滿足實(shí)時傳輸系統(tǒng)的要求[9]。

3.2 數(shù)據(jù)收發(fā)接口控制器設(shè)計(jì)

根據(jù)自定義協(xié)議的工作內(nèi)容，如圖3所示，所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)收發(fā)接口控制器主要由發(fā)送/接收FIFO、幀封裝邏輯控制模塊、幀解封邏輯控制模塊、數(shù)據(jù)校正模塊和GTP/GTX模塊組成。

發(fā)送/接收FIFO 主要用于數(shù)據(jù)的位寬轉(zhuǎn)換和緩沖。

幀封裝邏輯控制模塊 在FIFO非空時讀取FIFO數(shù)據(jù)，并將FIFO中的用戶數(shù)據(jù)傳輸給GTP/GTX的發(fā)送端TXDATA[15：0]，并置GTP/GTX的K碼特性標(biāo)志txcharisk[1：0]=00；在FIFO空時，置txcharisk [1：0]=10，同時給GTP/GTX發(fā)送端TXDATA[15：0]插入“BC95”（與GTP/GTX內(nèi)設(shè)置的時鐘校正序列一致），表示此時TXDATA[15：0]高字節(jié)“BC”具有K碼特性，接收端能根據(jù)具有K碼標(biāo)志的rxcharisk[1：0]來校正本地時鐘，使接收端的時鐘同步[2-3，10]。

數(shù)據(jù)校正模塊 先判斷rxcharisk [1：0]的值，若rxcharisk[1：0]=10，此時對應(yīng)接收的幀頭“BC95”接收正確，則不需作校正處理；若rxcharisk[1：0]=01，此時對應(yīng)接收的幀頭變?yōu)?“95BC”，出現(xiàn)了字節(jié)錯位，這樣后面的用戶數(shù)據(jù)也相應(yīng)錯位，這時先將接收的數(shù)據(jù)RXDATA [15：0]放入另一個寄存器中，然后在下一個用戶時鐘上升沿到來時刻，將當(dāng)前時刻數(shù)據(jù)的低8位和寄存器中數(shù)據(jù)高8位重新組成16位數(shù)據(jù)輸出，這樣就糾正了錯位的數(shù)據(jù)，如圖1所示。

幀解封邏輯控制模塊 接收端rxcharisk [1：0]=00時，將校正后的數(shù)據(jù)寫入接收FIFO，否則丟棄數(shù)據(jù)（rxcharisk[1：0]=00對應(yīng)用戶數(shù)據(jù)，其他值對應(yīng)“BC95”），這樣就能保證寫進(jìn)FIFO的數(shù)據(jù)為用戶數(shù)據(jù)。

GTP/GTX 收發(fā)數(shù)據(jù)的線速均設(shè)置為2.5Gb/s，數(shù)據(jù)寬度選為16bit，采用8B/10B編碼，參考時鐘在GTP中選擇125MHz，在GTX中選擇100MHz。GTP雖可借用相鄰3個坐標(biāo)內(nèi)的GTP所連接的參考時鐘，但是需要對二者之間的GTP進(jìn)行例化，而GTX則無此要求[1-2]。收發(fā)端均需選擇緩沖功能，GTX發(fā)送和接收方向的用戶時鐘選擇TXOUTCLK，GTP均選擇REFCLKOUT，復(fù)位信號選擇TXRESET和RXRESET，Comma檢測對齊選用K28.5測試碼。選擇時鐘修正功能，根據(jù)之前設(shè)置的數(shù)據(jù)寬度，此時需選擇2個字長的時鐘修正序列，并設(shè)置時鐘修正序列為“BC95”來修正時鐘，但其中只將高8位“BC”標(biāo)記為K碼特性，以避免可能存在的高低位對齊錯誤[11]。對GTP/GTX進(jìn)行上電復(fù)位，復(fù)位信號由時鐘鎖相環(huán)的鎖定信號LOCKED取反生成，再經(jīng)過兩級移位寄存器的操作與處理可以濾除復(fù)位信號的抖動，同時這樣也可以保證鎖相環(huán)輸出穩(wěn)定時鐘在GTP/GTX復(fù)位后才送給下一級邏輯[12-13]。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

IBERT測試過程中，對于不同的GTP/GTX接收終端電壓，測得的發(fā)送差分電壓值—接收端誤碼率曲線如圖6所示。從圖6可知，當(dāng)GTP作發(fā)送端，GTX接收終端電壓為MGTAVTT，發(fā)送差分電壓值在400～800mV間時，誤碼率很低。GTX接收終端電壓為GND、Float，發(fā)送差分電壓值在400～1070mV時，誤碼率很低；當(dāng)GTX作發(fā)送端，GTP接收終端電壓為2/3AVTTRX、AVTTRX、GND，發(fā)送差分電壓在130～1070mV時，接收端誤碼率很低。結(jié)合以上分析，將GTX接收終端電壓設(shè)置為GND，GTP端設(shè)置為2/3AVTTRX，GTX發(fā)送差分電壓值設(shè)為600mV、GTP發(fā)送差分電壓值設(shè)為590mV為最佳。

經(jīng)過IBERT測試，同時還可得到合適的預(yù)/去加重、接收均衡值。GTX的預(yù)加重大小為0.15dB（0000），GTP設(shè)置為2%（000）。GTP/GTX均不使用接收均衡，通信誤碼率依然很低，故本設(shè)計(jì)直接參考了這些參數(shù)值。

數(shù)據(jù)通信測試是在DSP的配合下進(jìn)行的。圖7為FPGA間數(shù)據(jù)雙向通信測試的Chipscope截圖。

從圖7（d）可以看出，K碼標(biāo)志位rxcharisk[1：0]=01，同時對應(yīng)的幀頭變?yōu)椤?5BC”，明顯GTP/GTX接收到的數(shù)據(jù)出現(xiàn)了前后兩字節(jié)錯位的現(xiàn)象，經(jīng)過校正，數(shù)據(jù)得到恢復(fù)，如圖7（d）方框標(biāo)記所示。通過比較圖7（a）和圖7（b）、圖7（d）和圖7（e），可以看出各發(fā)送和接收端數(shù)據(jù)相同，說明xc5vsx95t和xc6vsx315t間數(shù)據(jù)雙向傳輸正確。

在數(shù)據(jù)通信連續(xù)通信12h后，經(jīng)兩塊板卡中DSP TMS320C6416和ADSP-TS201S數(shù)據(jù)比對、統(tǒng)計(jì)，未檢測到錯誤數(shù)據(jù)。

5 結(jié)語

綜合以上分析，本文在研究了Virtex-5 RocketIOTM GTP和Virtex-6 RocketIOTM GTX的差異對二者間通信的影響后，通過IBERT工具尋找到適合該硬件通道的最佳通信參數(shù)，自定義通信協(xié)議，最終設(shè)計(jì)出的數(shù)據(jù)收發(fā)接口控制器實(shí)現(xiàn)了GTP和GTX間數(shù)據(jù)高速串行通信。結(jié)果表明了GTP與GTX在一定條件下可以匹配通信，從而在今后的電路設(shè)計(jì)與升級中可以不再考慮二者能否兼容通信的問題。該研究已在某升級后的雷達(dá)信號模擬器中成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了板間2.5Gb/s的數(shù)據(jù)通信，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠，完全滿足該雷達(dá)信號模擬器數(shù)據(jù)通信要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] TANG Q， JIANG J. High-level design and application of Xilinx FPGA[M].Beijing：Electronic Industry Press， 2012.（湯琦，蔣軍敏. Xilinx FPGA 高級設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.）

[2] Xilinx. Virtex-5 FPGA RocketIO GTP Transceiver User Guide.[S.l.]：Xilinx， 2008.

[3] Xilinx. Virtex-6 FPGA GTX Transceivers User Guide.[S.l.]：Xilinx 2009.

[4] LI L， WANG Y. Virtex5-based system design and validation for serial transmission[J]. Electronic Design & Application，2009（12）：43-45. （李林軍，王勇. 基于Virtex-5的串行傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證[J].電子設(shè)計(jì)應(yīng)用，2009（12）：43-45.）

[5] LAI W. Pre-emphasis and equalization technology applied in designing high-speed backplane[J].Electronic Engineering & Product World， 2008（11）：100-101.（賴萬玖.預(yù)加重和均衡技術(shù)在高速背板設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].電子產(chǎn)品世界，2008（11）：100-101.）

[6] SUN K， ZHOU W， WU Q. Realization of high-speed real-time optical fiber image transmission system[J].Opticals and Precision Engineering，2011，19（9）：2228-2235.（孫科林，周維超，吳欽章.高速實(shí)時光纖圖像傳輸系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].光學(xué)精密工程，2011，19（9）：2228-2235.）

[7] ZHAO Z，LAN J.Solution of several key problems about RocketIO[J].Application of Electronic Technique，2005，31（12）：51-53.（趙崢嶸，蘭巨龍.RocketIO幾個關(guān)鍵問題的解決方案[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2005，31（12）：51-53.）

[8] JI L，QIN Z，GONG H. The application of FPGA GTP in optical transmission equipment backplane hybird bus transmission[J].Optical Communication Technology，2012， 36（2）：57-59.（嵇凌，秦志輝，龔華達(dá).FPGA GTP技術(shù)在光傳輸設(shè)備背板總線的應(yīng)用[J].光通信技術(shù)，2012，36（2）：57-59.）

[9] WU R，SU T，LIANG Z. Application of RocketIO in high-speed data communication[J].Communications Technology， 2010， 43（11）：9-11.（吳榮偉，蘇濤，梁中英.RocketIO在高速數(shù)據(jù)通信中的應(yīng)用[J].通信技術(shù)，2010， 43（11）：9-11.）

[10] SUN K， ZHOU W， WU Q. FPGA-based detection platform for optical fiber image transmission[J]. Semiconductor Optoelectronics，2012，33（2）：283-287.（孫科林，周維超，吳欽章.基于FPGA的高速串行光纖圖像傳輸檢測平臺[J].半導(dǎo)體光電，2012，33（2）：283-287.）

篇8

隨著煙草行業(yè)進(jìn)一步深化卷煙工業(yè)體制改革，大力推動卷煙工業(yè)集團(tuán)組織架構(gòu)調(diào)整，加快省級工業(yè)公司與所屬卷煙工業(yè)集團(tuán)合并重組，各中煙工業(yè)公司正在逐步整合統(tǒng)一營銷、統(tǒng)一生產(chǎn)、統(tǒng)一采購、統(tǒng)一研發(fā)等4統(tǒng)一的業(yè)務(wù)模式，實(shí)現(xiàn)集中統(tǒng)一管理。為有效應(yīng)對這種業(yè)務(wù)模式的變革及機(jī)構(gòu)管理職能的調(diào)整，各中煙工業(yè)公司均在加速進(jìn)行整個中煙層面ERP系統(tǒng)的建設(shè)。如何實(shí)現(xiàn)中煙工業(yè)公司的ERP系統(tǒng)與各煙廠現(xiàn)有或即將實(shí)施的物料高架庫管理系統(tǒng)（TIMMS系統(tǒng)）的集成，保證各煙廠煙葉、輔料、備件、成品等物料的實(shí)際出入庫數(shù)據(jù)在ERP系統(tǒng)中得到及時、快速、準(zhǔn)確的反應(yīng)，最終實(shí)現(xiàn)中煙工業(yè)公司對各煙廠物料的精確化管理已經(jīng)成為了煙草行業(yè)工業(yè)公司實(shí)施信息化的迫切需求。本文將基于該業(yè)務(wù)需求重點(diǎn)論述煙草行業(yè)中煙工業(yè)公司ERP系統(tǒng)與各煙廠高架庫管理系統(tǒng)（TIMMS）的集成設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

二、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

中煙工業(yè)公司ERP系統(tǒng)與各煙廠TIMMS系統(tǒng)之間交互的數(shù)據(jù)分為上行數(shù)據(jù)和下行數(shù)據(jù)兩類。上行數(shù)據(jù)主要包括各煙廠TIMMS系統(tǒng)向ERP系統(tǒng)反饋的數(shù)據(jù)，如備件、煙葉、輔料等的實(shí)際出入庫結(jié)果數(shù)據(jù)。下行數(shù)據(jù)主要包括ERP系統(tǒng)向各TIMMS系統(tǒng)下發(fā)的數(shù)據(jù)，如基礎(chǔ)主數(shù)據(jù)、BOM數(shù)據(jù)、用料申請數(shù)據(jù)、入庫單據(jù)等。為實(shí)現(xiàn)ERP系統(tǒng)與各煙廠TIMMS系統(tǒng)數(shù)據(jù)的高效集成與互連互通，在整個集成設(shè)計(jì)中將主要包括ERP系統(tǒng)接口軟件的開發(fā)與實(shí)施、各煙廠接口系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)施、數(shù)據(jù)通信平臺的建設(shè)實(shí)施3個部分。ERP系統(tǒng)接口軟件主要實(shí)現(xiàn)ERP系統(tǒng)下發(fā)數(shù)據(jù)的處理與發(fā)送及TIMMS系統(tǒng)反饋數(shù)據(jù)的接收與處理；各煙廠接口系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對各自煙廠TIMMS系統(tǒng)向ERP系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及發(fā)送，同時實(shí)現(xiàn)ERP系統(tǒng)下發(fā)數(shù)據(jù)的接收及轉(zhuǎn)換處理；數(shù)據(jù)通信平臺主要通過通信中間件實(shí)現(xiàn)接口數(shù)據(jù)的通信與可靠傳輸。具體如圖1所示：

當(dāng)ERP系統(tǒng)需要向各煙廠TIMMS系統(tǒng)下發(fā)數(shù)據(jù)時，首先ERP系統(tǒng)通過“ERP系統(tǒng)接口軟件”將需要下發(fā)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)通信平臺所約定的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)格式，下發(fā)到數(shù)據(jù)通信平臺，數(shù)據(jù)通信平臺通過可靠的數(shù)據(jù)傳輸下發(fā)到“各煙廠接口系統(tǒng)”，接口系統(tǒng)獲取到ERP下發(fā)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的解析及數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換（將ERP的業(yè)務(wù)工單等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成TIMMS系統(tǒng)所能識別的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)），然后將轉(zhuǎn)換處理后的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過接口程序傳輸給TIMMS系統(tǒng)，從而完成整個業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的下發(fā)過程。當(dāng)煙廠TIMMS系統(tǒng)需要向ERP系統(tǒng)反饋業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)時，首先由接口程序獲取到需要上傳給ERP系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和處理（將TIMMS系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成ERP系統(tǒng)所能識別的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)），將這些業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)通信平臺所約定的傳輸格式進(jìn)行數(shù)據(jù)封裝，通過數(shù)據(jù)交換平臺反饋給ERP系統(tǒng)接口軟件，由ERP系統(tǒng)接口軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的解析與處理，最終完成整個業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的上傳過程。

三、關(guān)鍵技術(shù)

從技術(shù)層面上實(shí)現(xiàn)ERP系統(tǒng)與各煙廠TIMMS系統(tǒng)的集成其關(guān)鍵點(diǎn)為“數(shù)據(jù)通信平臺”的建設(shè)。通過數(shù)據(jù)通信平臺所有的上行和下行數(shù)據(jù)均以消息傳遞的機(jī)制實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)ERP系統(tǒng)與各煙廠TIMMS系統(tǒng)之間的松耦合，同時依賴于消息中間件來保證消息傳輸?shù)目煽啃裕瑢?shí)現(xiàn)消息傳輸?shù)漠惒健Ｔ跇?gòu)建“數(shù)據(jù)通信平臺”中主要涉及到以下方面：

第一，統(tǒng)一的消息模型。通過該消息模型將需要交換的數(shù)據(jù)或請求變成交換系統(tǒng)雙方都能識別和理解的信息，并通過消息中間件實(shí)現(xiàn)發(fā)送和接收。

第二，數(shù)據(jù)交換協(xié)議。在數(shù)據(jù)交換體系設(shè)計(jì)模式中，為保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸和交換，數(shù)據(jù)交換雙方都需要通過配置文件或的公共信息事先約定好都能理解的一些信息。協(xié)議信息主要體現(xiàn)在以下方面：一是業(yè)務(wù)標(biāo)識信息。雙方提前約定好業(yè)務(wù)標(biāo)識信息，并將該信息放到消息模型中，當(dāng)雙方交換數(shù)據(jù)時，通過解析接收到的消息中的業(yè)務(wù)標(biāo)識信息即可對接收的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。二是操作標(biāo)識信息。通過約定好的操作標(biāo)識信息，讓接收方知道怎樣操作。三是條件標(biāo)識信息。通過約定好的條件標(biāo)識信息，讓請求方明確告之?dāng)?shù)據(jù)提供方應(yīng)該提供符合什么條件的數(shù)據(jù)。四是發(fā)送者/接收者標(biāo)識信息。讓數(shù)據(jù)交換雙方能正確理解發(fā)送者是誰，接收者是誰。五是消息的數(shù)據(jù)模式定義信息。當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時，雙方得事先約定好描述數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)定義。例如通過XML格式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，則雙方要約定好該XML的XSD，當(dāng)接收到XML消息時，就可根據(jù)相應(yīng)的XSD正確解析XML數(shù)據(jù)。

四、總結(jié)與展望

本文著重分析了卷煙工業(yè)體制改革后省級工業(yè)公司ERP系統(tǒng)與下屬各煙廠TIMMS系統(tǒng)集成的業(yè)務(wù)需求及信息化技術(shù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。隨著省級工業(yè)公司ERP系統(tǒng)與下屬各煙廠TIMMS系統(tǒng)的全面集成，將最終實(shí)現(xiàn)煙草行業(yè)省級工業(yè)公司對各煙廠物料進(jìn)出存的精確化管理，有效降低物料管理成本，提高煙草行業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營效益。

參考文獻(xiàn)：

1、徐罡,黃濤,劉少華.分布式應(yīng)用集成核心技術(shù)研究綜述[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào),2005(4).

2、覃正,原欣偉,盧致杰等.面向服務(wù)的廣義企業(yè)信息系統(tǒng)架構(gòu)研究[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2004(6).

3、張慧,黃劉生,張國義等.網(wǎng)格環(huán)境下信息集成框架的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)科學(xué),2004(7).

篇9

1引言

如今的21世紀(jì)作為一個科技高速發(fā)達(dá)的信息化時代，數(shù)據(jù)信息的迅速傳輸和融合共享體現(xiàn)出信息化時代的主要特征。然而引起這一巨大改變的科學(xué)技術(shù)則為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通信技術(shù)。作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通信技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵內(nèi)容，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的提升發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用是相當(dāng)重要的，結(jié)合目前的先機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)技術(shù)，能夠達(dá)到遠(yuǎn)程模式的信息化資源融合與共享的目的，這能夠?yàn)楝F(xiàn)代化科技的上升發(fā)展提供了相當(dāng)有推動作用的基礎(chǔ)性平臺[1]。

2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的傳輸方式

⑴電纜通信方式，即為雙絞線或者同軸電纜等方面，主要用于市話與長途通信。其相應(yīng)的調(diào)制方式應(yīng)為SSB/FDM，這是在同軸基礎(chǔ)上PCM時分多路形式的數(shù)字基帶傳輸技術(shù)，相應(yīng)的光纖會慢慢替代為同軸。

⑵微波中繼通信方式，相比于同軸具有容易架設(shè)、投資度小與周期短等特點(diǎn)。模擬式電話微波通信使用的是SSB/FM/FDM的調(diào)制方式，其相應(yīng)的通信容量為6000路/頻道。

⑶光纖通信方式，這實(shí)質(zhì)上為一種經(jīng)過激光方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通信模式，主要根據(jù)光電轉(zhuǎn)換和數(shù)字信號處理兩個環(huán)節(jié)組成的，具備十分強(qiáng)大的通信能力，所以這傳輸容量顯得比較大，數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)南鄳?yīng)距離也相對比較遠(yuǎn)，具有較強(qiáng)抵抗干擾的能力。

⑷衛(wèi)星通信方式，其數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)具有傳輸距離較遠(yuǎn)、傳輸內(nèi)容量較大、信號覆蓋面積較大與可靠性較高等特點(diǎn)。當(dāng)前情況下數(shù)字衛(wèi)星通信方式使用數(shù)字調(diào)制、時分多路與時分多址等模式。

⑸移動通信方式，其定義為數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)骄唧w某一個通信終端并非不會改變的，兩個通信終端都會處在移動狀態(tài)的模式下實(shí)行通信。因?yàn)橐苿油ㄐ欧绞降奈矬w不會固定在某具體的位置，所以相應(yīng)的信號傳輸方式主要是經(jīng)過空間系統(tǒng)和地面系統(tǒng)兩個環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)的。

3數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的應(yīng)用分析

通常情況下，依據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞侥軌虬褦?shù)據(jù)通信分成有線形式的數(shù)據(jù)通信與無線形式的數(shù)據(jù)通信這兩種具體類型，其各自都具有不同的通信特征和應(yīng)用范圍[2]。

3.1有線形式的數(shù)據(jù)通信

3.1.1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)是根據(jù)數(shù)字傳輸電路與對應(yīng)的數(shù)字交叉復(fù)用型電子設(shè)備所構(gòu)成的。數(shù)字傳輸一般是以光纜傳輸電路作為主導(dǎo)，數(shù)字交叉連接復(fù)用型電子設(shè)備對于數(shù)字電路能夠達(dá)到半固定交叉連接與子速率復(fù)用的使用目的。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)是使用光纖或者數(shù)字微波、衛(wèi)星等方面數(shù)字信道與數(shù)字交叉復(fù)用型電子設(shè)備所構(gòu)成的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸網(wǎng)。也即為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)將數(shù)據(jù)化通信技術(shù)、數(shù)字化通信技術(shù)、光纖化通信技術(shù)與數(shù)字交叉式連接技術(shù)結(jié)合于一體的數(shù)字式通信網(wǎng)絡(luò)。

3.1.2分組交換網(wǎng)

分組交換網(wǎng)根據(jù)CCITTX.25作為實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)，又可以稱之為X.25網(wǎng)。其是使用從存儲到轉(zhuǎn)發(fā)的處理形式，通過把用戶傳輸過來的報(bào)文具體分為一定長度范圍的數(shù)據(jù)段內(nèi)容，而且在每一個數(shù)據(jù)段內(nèi)容的基礎(chǔ)上加入需要的數(shù)據(jù)控制信息，能夠形成一個包含地址分組形式的組合群體，能夠在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)傳輸功能[3]。分組交換網(wǎng)所具備的優(yōu)勢在于一條數(shù)據(jù)信號電路上存在著多條開放型虛的信號通路，可以同時被多個不同用戶所使用，通信網(wǎng)絡(luò)具備了動態(tài)路由模式的選擇能力與先進(jìn)形式的誤碼驗(yàn)錯能力，然而其通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)性能表現(xiàn)較差。

3.1.3幀中繼網(wǎng)

幀中繼網(wǎng)中一般是由相應(yīng)的幀中繼存儲設(shè)備、幀中繼交換設(shè)備與公共幀中繼服務(wù)網(wǎng)等三個組成3部分所構(gòu)成。幀中繼網(wǎng)根據(jù)分組交換技術(shù)的基礎(chǔ)而發(fā)展形成的，幀中繼技術(shù)是根據(jù)各種不同長度形式的用戶數(shù)據(jù)組都可以封裝在相對比較大的幀中繼幀范圍之內(nèi)，加上尋址與控制數(shù)據(jù)信息之后能夠在網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)傳輸功能。幀中繼技術(shù)的實(shí)際使用范圍應(yīng)當(dāng)包含若干個方面，搭建幀中繼公用網(wǎng)從而能夠提供幀中繼的相應(yīng)業(yè)務(wù)；在分組交換機(jī)的基礎(chǔ)上可以安裝配置幀中繼接口，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的提供條件；操作用戶能夠使用較低成本的虛擬式寬帶業(yè)務(wù)；在專門化的通信網(wǎng)絡(luò)中，使用具有復(fù)用功能的物理接口能夠減少局域網(wǎng)進(jìn)行互聯(lián)過程是的橋接器、路由器與控制器所需要的端口數(shù)目，并且能夠減少信號互聯(lián)設(shè)備所要配置的通信設(shè)備數(shù)目等各個具體方面。

3.2 無線數(shù)據(jù)通信

無線數(shù)據(jù)通信又被稱之為移動數(shù)據(jù)通信，是根據(jù)無線電波的傳輸形式來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能的，所有這就有可能達(dá)到在處于移動狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)移動通信的目的。首先在通信業(yè)務(wù)范疇內(nèi)，無線數(shù)據(jù)通信能夠在基本數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)過程中實(shí)現(xiàn)電子郵箱、傳真、廣播與局域網(wǎng)連接等各個方面來進(jìn)行廣泛的實(shí)際操作應(yīng)用，同時能夠在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、交通運(yùn)輸信息化操作管理和遠(yuǎn)程模式數(shù)據(jù)連接等各個專用形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)過程得到很好的應(yīng)用實(shí)踐。其次在工商業(yè)或者其它行業(yè)領(lǐng)域之中，其實(shí)際的應(yīng)用范圍應(yīng)當(dāng)包括幾個方面的內(nèi)容，固定形式的實(shí)際應(yīng)用能夠透過無線方式連接進(jìn)入到公用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的固定形式應(yīng)用實(shí)踐系統(tǒng)與通信網(wǎng)絡(luò)，移動式的實(shí)踐應(yīng)用體現(xiàn)在戶外探測、工程施工、理念設(shè)計(jì)部門與交通運(yùn)輸部門的運(yùn)輸車隊(duì)、船隊(duì)與快遞公司作為指令或者狀況實(shí)時記錄事件，經(jīng)過無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)處理調(diào)度、遠(yuǎn)程模式數(shù)據(jù)訪問操作、報(bào)告指令輸入、聯(lián)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)收集發(fā)送等各個方面都應(yīng)當(dāng)使用移動式數(shù)據(jù)通信終端。

4結(jié)束語

經(jīng)過上述對于數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的信息傳輸方式、分類和實(shí)際應(yīng)用等方面進(jìn)行深入的分析與研究，能夠深入地認(rèn)識到數(shù)據(jù)通信技術(shù)在現(xiàn)代信息化通信系統(tǒng)環(huán)節(jié)中起到了相當(dāng)大的推動作用[6]。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)技術(shù)和高端先進(jìn)科學(xué)技術(shù)不斷上升和發(fā)展的趨勢引導(dǎo)下，數(shù)據(jù)通信技術(shù)的水平標(biāo)準(zhǔn)將會得到更理想的提升與飛躍，數(shù)據(jù)通信技術(shù)一定會在現(xiàn)代化數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)實(shí)踐環(huán)節(jié)中體現(xiàn)出優(yōu)越的力量，其實(shí)際應(yīng)用范圍同時會滲透到各個層面領(lǐng)域的各個具體環(huán)節(jié)，從而帶動社會的技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

篇10

Zigbee；協(xié)議棧；低功耗；低速率

1概述

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對于日常生活質(zhì)量的要求越來越高，加上網(wǎng)絡(luò)移動終端設(shè)備的逐漸普及，人們迫切希望能夠隨時隨地地享受到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，也就催生了無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和在人們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用。目前，無線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ畹牟豢扇鄙俚囊徊糠郑沟萌藗兊母鞣N網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、PC機(jī)以及音頻視頻設(shè)備能夠快速方便安全的無線連接，加快了家庭的自動化、生活節(jié)能化的發(fā)展。然而，不同設(shè)備和環(huán)境對于不同的無線網(wǎng)絡(luò)的要求不同，例如一些簡單的近距離低速傳輸?shù)某Ｓ玫募彝ピO(shè)備，如果采用復(fù)雜的通信協(xié)議，不僅會對設(shè)備造成電能的消耗，而且還會浪費(fèi)通信資源，增加成本，所以需要采用相應(yīng)的通信協(xié)議來進(jìn)行設(shè)備之間的通信和數(shù)據(jù)傳輸。Zigbee通信技術(shù)是一種應(yīng)用在通信距離短、傳輸速度低的設(shè)備之間的通信技術(shù)，可以對一些通信數(shù)據(jù)量小的設(shè)備提供低成本、低功耗、組網(wǎng)大的技術(shù)支持，從而實(shí)現(xiàn)家庭或者部分工業(yè)生產(chǎn)的無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。

2Zigbee技術(shù)特點(diǎn)

無線傳輸協(xié)議一直都是朝著大的傳輸距離以及高的數(shù)據(jù)通信速率的方向發(fā)展。例如移動通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程，從第一代、第二代的傳輸語音、文字的通信網(wǎng)絡(luò)到當(dāng)前第三代、第四代的高速傳輸視頻等媒體的移動通信網(wǎng)絡(luò)，無論是傳輸距離還是傳輸速率上都有了很大的提升。然而Zigbee技術(shù)，卻處在短距離和低速率的無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用范圍，并且其功耗低、容量大、可靠性高等特點(diǎn)，在一些固定低成本功耗低的設(shè)備中廣泛應(yīng)用。

基于Zigbee協(xié)議的直接的有效通信距離在40m到135m之間，所以在單級設(shè)備之間，通信距離是很近的，但是，Zigbee協(xié)議支持多級Zigbee路由共連，從而將Zigbee網(wǎng)絡(luò)的有效通信距離擴(kuò)大到數(shù)百米甚至上千米。Zigbee技術(shù)功耗是非常低的，在工作狀態(tài)下只有30mW，而在休眠狀態(tài)下僅僅有1μW，所以，一般的直流電池可供Zigbee設(shè)備工作6個月到兩年不等。Zigbee技術(shù)抗干擾能力比較強(qiáng)，其在物理層使用擴(kuò)頻技術(shù)，在MAC層增加了talkwhenready的應(yīng)答重傳機(jī)制，可以有效地抵抗干擾來確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴；赯igbee協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)可以容納的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是非常龐大的，理論上，每個Zigbee網(wǎng)絡(luò)可容納255個節(jié)點(diǎn)，配合協(xié)調(diào)器可以使多個Zigbee網(wǎng)絡(luò)互連，從而使一個區(qū)域內(nèi)同時容納上百個Zigbee網(wǎng)絡(luò)，極大地?cái)U(kuò)充了容納網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)量。此外，Zigbee協(xié)議采用AES128加密算法，為傳輸數(shù)據(jù)的完整性檢查和鑒權(quán)機(jī)制和三級安全模式，從而確保了Zigbee網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信的安全。

3Zigbee協(xié)議分析

Zigbee是基于802.15.4的無線通信標(biāo)準(zhǔn)，是在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的微處理器內(nèi)部運(yùn)行應(yīng)用軟件，又被稱為Zigbee協(xié)議棧，其最大數(shù)據(jù)傳輸速率為250Kbps。Zigbee協(xié)議棧目前有三個較大的版本，最新的版本是與2007年10月的Zigbee 2007，該版本包含兩個協(xié)議棧模板，分別是2006年的協(xié)議棧模板Stack Profile 1以及2007年的Zigbee Pro協(xié)議模板Stack Profile 2。Zigbee協(xié)議棧是采用分層的機(jī)構(gòu)，對網(wǎng)絡(luò)的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層以及應(yīng)用層進(jìn)行了通信標(biāo)準(zhǔn)的定義和應(yīng)用，而處在低層的網(wǎng)絡(luò)通信層為上一層的網(wǎng)絡(luò)通信層通過服務(wù)接入點(diǎn)SAP（Service Access Point）提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆?wù)。

物理層：Zigbee協(xié)議規(guī)定了Zigbee通信技術(shù)使用的頻段，分別為915MHZ、868MHZ以及2.4GHZ，從而為Zigbee網(wǎng)絡(luò)提供2MHZ、5MHZ以及0.6MHZ的通信帶寬。此外，Zigbee協(xié)議利用DSSS（Direct Sequence Spread Spectrum）的直接序列擴(kuò)頻技術(shù)，將無線通信信號化整為零，分為多個通信信號，然后再進(jìn)行編碼傳送。處在915MHZ和868MHZ頻段的通信信號采用的BPSK調(diào)相技術(shù)，而處在2.4GHZ頻段的通信信號則采用了OQPSK調(diào)相技術(shù)。

數(shù)據(jù)鏈路層：Zigbee技術(shù)在MAC層采用了時分復(fù)用的GTS接入技術(shù)以及CSMA/CA的隨機(jī)接入技術(shù)，并且規(guī)定了信標(biāo)和非信標(biāo)的信道接入模式，從而有效地避免了處在相鄰節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸沖突。利用信標(biāo)模式，可以將網(wǎng)絡(luò)小規(guī)模地同步，而非信標(biāo)模式，則是采用競爭模式來接入信道進(jìn)行傳輸。

網(wǎng)絡(luò)層：Zigbee利用樹路由和網(wǎng)狀路由完成Zigbee網(wǎng)絡(luò)的路由查找、節(jié)點(diǎn)接入等功能，從而實(shí)現(xiàn)了Zigbee網(wǎng)絡(luò)的星狀、樹狀、網(wǎng)狀等多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分布式網(wǎng)絡(luò)。Zigbee網(wǎng)絡(luò)層的主要構(gòu)造設(shè)備有協(xié)調(diào)器、路由器以及末端節(jié)點(diǎn)三種。其中協(xié)調(diào)器是構(gòu)建和啟動Zigbee網(wǎng)絡(luò)的主要設(shè)備，擔(dān)任該網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換的角色，為Zigbee網(wǎng)絡(luò)提供網(wǎng)絡(luò)安全、綁定等功能。路由器則是為Zigbee網(wǎng)絡(luò)提供了多跳路由、輔助網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信的功能。末端節(jié)點(diǎn)則負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)傳送至協(xié)調(diào)器或者從協(xié)調(diào)器內(nèi)獲取數(shù)據(jù)，輔助Zigbee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

應(yīng)用層：Zigbee協(xié)議為提供了APS應(yīng)用支持子層，AF應(yīng)用框架以及ZDO應(yīng)用設(shè)備對象，從而為實(shí)際應(yīng)用提供統(tǒng)一API，實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。其中APS包括了協(xié)議數(shù)據(jù)單元的的處理、同網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制以及對管理對象數(shù)據(jù)庫的維護(hù)功能。AF則為應(yīng)用地向提供了鍵值和報(bào)文服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)用戶對應(yīng)用對象的自定義。ZDO主要對Zigbee的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行維護(hù)和管理。

4總結(jié)

Zigbee通信技術(shù)主要是針對短距離低速率低功耗的網(wǎng)絡(luò)平臺應(yīng)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)低成本低消耗的數(shù)據(jù)通信。同時，Zigbee協(xié)議棧對網(wǎng)絡(luò)的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的通信標(biāo)準(zhǔn)和接口進(jìn)行了定義，并采用相關(guān)的機(jī)制實(shí)現(xiàn)Zigbee網(wǎng)絡(luò)安全可靠低功耗的數(shù)據(jù)通信。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾平紅.淺談Zigbee技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用[J].電子制作.2013（10）

篇11

Design of Net Monitoring System Based on WMI

YE Wen

(Electromechanic and Information Engineering Department, Ya'an Vocational College, Ya'an 625000, China)

Abstract: At present many network Architecture has become increasingly complex and performance has become increasingly powerful. Through the WMI service on Windows, using .Net, to build a network monitoring system. Its kernel is creating three modules that include data collection, data communications and data display, through the business as an interface between the layers to make the system become stronger to extend, low coupling and easy to deploy.

Key words: WMI; .Net; network monitoring

對于一個大型網(wǎng)站，每天都有數(shù)以千萬記的訪問量。每個網(wǎng)站后臺的系統(tǒng)支持也是非常復(fù)雜的，各系統(tǒng)之間盤根錯節(jié)，每時每刻都在進(jìn)行著大量的數(shù)據(jù)通信與交換。如果某個結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)差錯，就可能導(dǎo)致某個業(yè)務(wù)出現(xiàn)停滯現(xiàn)象，尤其對于一些關(guān)鍵的業(yè)務(wù)系統(tǒng)來說，需要做到高可靠性，每時每刻處于運(yùn)行狀態(tài)，這時除了系統(tǒng)要具有良好的容錯、備份機(jī)制以外，還有必要對關(guān)鍵系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)出現(xiàn)異常情況時，能及時反饋信息給技術(shù)人員，使得技術(shù)人員能對異常進(jìn)行有效地處置。本文利用Windows提供的WMI服務(wù)，能有效對遠(yuǎn)程機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，并將監(jiān)控信息傳遞給網(wǎng)站管理人員。

1 架構(gòu)分析

該系統(tǒng)分為三層結(jié)構(gòu)，分別是數(shù)據(jù)采集層，數(shù)據(jù)通信層和數(shù)據(jù)展示層（如圖1）。各層之間采用協(xié)議為接口，協(xié)議根據(jù)業(yè)務(wù)的要求可進(jìn)行擴(kuò)展，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是層內(nèi)的功能相對獨(dú)立，并降低層與層之間的耦合度。各層的功能如圖1。

1.1 數(shù)據(jù)采集層的主要任務(wù)是獲取服務(wù)器數(shù)據(jù)

包括對服務(wù)器運(yùn)行狀態(tài)、Web服務(wù)器性能、數(shù)據(jù)庫服務(wù)、自行開發(fā)的服務(wù)以及服務(wù)器資源的使用情況等軟硬件數(shù)據(jù)進(jìn)行抓取。數(shù)據(jù)的采集可分為兩種方式：

1) 主動對被監(jiān)控的服務(wù)器采集數(shù)據(jù)，包括服務(wù)器的實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)及一些周期性事件。

2) 通過接收監(jiān)控中心的指令來被動地對被監(jiān)控服務(wù)器采集數(shù)據(jù)。

服務(wù)器數(shù)據(jù)的采集使用了WMI服務(wù)，WMI是Windows平臺的分布式強(qiáng)制任務(wù)管理（DMTF）中基本W(wǎng)eb的企業(yè)管理工具，它以公用信息模型（CIM）為基礎(chǔ)。CIM是一種可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)模型，用于在管理環(huán)境中以一致和統(tǒng)一的方式在邏輯上組織管理對象。在Microsoft數(shù)據(jù)模型中包含了存儲元數(shù)據(jù)和存儲管理數(shù)據(jù)的知識庫。數(shù)據(jù)、類和事件提供者向知識庫提供數(shù)據(jù)，管理應(yīng)用程序或腳本則通過WMI存取該數(shù)據(jù)。通過WMI可以訪問、配置、管理和監(jiān)視幾乎所有的Windows資源，它提供了一種發(fā)現(xiàn)和獲取數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)方式，設(shè)備驅(qū)動程序可以使用該服務(wù)向應(yīng)用程序提供所有類型的數(shù)據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)通信層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸

要能準(zhǔn)確安全地把采集到的數(shù)據(jù)傳遞給監(jiān)控中心。數(shù)據(jù)通信層需要考慮通信的性能，安全，以及現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，選擇適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)通訊模型。與采集數(shù)據(jù)的接口是業(yè)務(wù)協(xié)議，負(fù)責(zé)對協(xié)議進(jìn)行解析，關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，然后傳輸數(shù)據(jù)。

1.3數(shù)據(jù)展示層是對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工和顯示

是監(jiān)控人員與網(wǎng)絡(luò)之間的接口，所有的業(yè)務(wù)功能將在這一層體現(xiàn)。

2 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

2.1 數(shù)據(jù)采集，服務(wù)器采用的是Windows Server，數(shù)據(jù)的采集使用WMI服務(wù)

可以采集到幾乎所有的軟硬件數(shù)據(jù)信息。Microsoft把WMI封裝成COM接口的形式提供給開發(fā)人員使用。在.NET框架中，提供了更為簡便的使用方法來查詢系統(tǒng)各種的信息、訂閱事件。有關(guān)WMI的操作包含在System.Managerment，System.Management.Instrumentation兩個命名空間內(nèi)，可以獲取CPU占用率、內(nèi)存空間、磁盤空間等信息。其中關(guān)系密切的有六個類，分別是：

1) ConnectionOptions類：主要的功能是為建立的WMI連接提供所需的所有設(shè)置。在利用WMI對遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作的時候，首先要進(jìn)行WMI連接，WMI連接主要是使用的是ManagementScope 類，成功完成WMI連接就要提供遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)WMI用戶名和口令。

2) ManagementScope類：能夠建立和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)（或者本地計(jì)算機(jī)）的WMI連接，表示管理可操作范圍。

3) ObjectQuery類：用于在ManagementObjectSearcher中指定查詢。程序中一般采用查詢字符串來構(gòu)造ObjectQuery實(shí)例。其中的查詢字符串是一種類似SQL語言的WQL語言。

4) ManagementObjectSearcher類：主要是根據(jù)指定的查詢檢索WMI對象的集合。

5) ManagementObjectCollection類：主要表示 WMI 實(shí)例的不同集合，其中包括命名空間、范圍和查詢觀察程序等。

6) ManagementObject類：為單個管理對象或類，通過ManagementObject中的方法可以調(diào)用ManagementObject對應(yīng)的對象，從而執(zhí)行相應(yīng)的操作。

定義的接口如下：

//連接遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)

Public interface IConnectHost

{//創(chuàng)建連接

ConnectionOptions Conn ();

//獲取驗(yàn)證

ManagementScope Scope (string, ConnectionOptions);

}//獲取服務(wù)器信息

public interface IGetHostInfomation

{//獲取物理內(nèi)存

ManagementObjectSearcher GetMemoryInfo (ManagementScope conn, ObjectQuery query);

//獲取剩余內(nèi)存

ManagementObjectSearcher GetAvailableMemoryInfo (ManagementScope conn, ObjectQuery query);

//獲取CPU占用率

ManagementObjectSearcher GetCupInfo (ManagementScope conn, ObjectQuery query);

//獲取C盤信息

ManagementObjectSearcher GetCdiskInfo (ManagementScope conn, ObjectQuery query);

//其它獲取信息的方法

//…}

3.2 數(shù)據(jù)通信

傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容是由業(yè)務(wù)需求來決定的，需制定統(tǒng)一的規(guī)范，以便數(shù)據(jù)在各層之間進(jìn)行傳輸。在傳輸過程中，可考慮使用消息的方式，先將數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，然后轉(zhuǎn)換成字節(jié)流，由數(shù)據(jù)所通信層把數(shù)據(jù)發(fā)送到目標(biāo)機(jī)器。接收方接收到字節(jié)流后，再將其解析，然后轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的消息。

每個消息都包含消息頭和消息體。由命令標(biāo)識、序列號、消息長度，再加上特定的業(yè)務(wù)信息就構(gòu)成了一個完整的消息。協(xié)議解析時就可以根據(jù)消息標(biāo)識，選擇相應(yīng)的消息處理對象，生成對應(yīng)的消息實(shí)體。數(shù)據(jù)展現(xiàn)層再負(fù)責(zé)把消息實(shí)體寫入數(shù)據(jù)庫中。

針對不同的消息，會有應(yīng)答消息，即消息一般以成對的方式出現(xiàn)。比如監(jiān)控方向被監(jiān)控方查詢某個設(shè)備狀態(tài)，它接收到命令后，會把查詢的結(jié)果以相同的序列號為關(guān)聯(lián)，發(fā)出應(yīng)答消息。這樣監(jiān)控方就可以準(zhǔn)確無誤的收到信息。

4 部署

由于被監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部一般存在多個子網(wǎng)，在部署的時候，有兩種方案可供選擇：一是選擇子網(wǎng)的一個服務(wù)器作為網(wǎng)關(guān)服務(wù)器來管理其范圍內(nèi)的所有主機(jī)。此方案部署簡單，便于統(tǒng)一管理，但對網(wǎng)關(guān)服務(wù)器的要求比較高（圖2）。二是在每臺主機(jī)安裝一個服務(wù)，然后通過網(wǎng)關(guān)服務(wù)器傳送給監(jiān)控中心。此方案網(wǎng)關(guān)服務(wù)器只起到一個中轉(zhuǎn)的作用，因?yàn)橹回?fù)責(zé)數(shù)據(jù)通信的功能，所以壓力相對較小，但由于部署分散，導(dǎo)致安全、管理上需要集中統(tǒng)一的時候比較復(fù)雜（圖3）。每個網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)自己的需求來選擇適當(dāng)?shù)姆桨浮?/p>

方案一：

如圖2所示。（下轉(zhuǎn)第5619頁）

（上接第5613頁）

方案二：

如圖3所示。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)主要定義了應(yīng)用WMI采集數(shù)據(jù)的接口，由于采用了接口作為功能描述，使得各層內(nèi)功能內(nèi)聚強(qiáng)，層與層之間耦合度低，便于開發(fā)者實(shí)現(xiàn)。本架構(gòu)在各層功能定義方面采用接口方式，開發(fā)者可根據(jù)需求進(jìn)行擴(kuò)展。

參考文獻(xiàn)：

篇12

而作為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層的一部分,要求軟件在設(shè)計(jì)上應(yīng)該能夠相應(yīng)地進(jìn)行延時等待,如按以往的習(xí)慣實(shí)現(xiàn)的通信系統(tǒng),整個軟件實(shí)際上是按一種同步格式進(jìn)行工作的,同步循環(huán)的產(chǎn)生極大地影響了通信系統(tǒng)的性能。如何解決這個問題?為此我們必須重新選擇編程模型,用一個更為恰當(dāng)?shù)男g(shù)語——多線程技術(shù),以適應(yīng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)實(shí)際需要。

1多線程技術(shù)模型的適用場合

假如有一個系統(tǒng),它的功能上等同于一個同步系統(tǒng),但是在設(shè)計(jì)上,程序不應(yīng)無限期地去等待用戶輸入。在設(shè)計(jì)上必須考慮下列內(nèi)容:

有一個主程序循環(huán)等待用戶輸入的發(fā)生,但這個循環(huán)并不是專門為等待某個輸入數(shù)據(jù);

提供一個處理用戶輸入的模塊;

提供一套機(jī)制,使得當(dāng)發(fā)生用戶輸入時,主程序循環(huán)能及時通知處理輸入的模塊。凡是復(fù)合上述條件的,均可用多線程技術(shù)編程的思想加以解決。圖2所示的為一個多線程技術(shù)模型。主循環(huán)負(fù)責(zé)從用戶界面接收用戶輸入事件,并負(fù)責(zé)通知需要處理這個事件的相應(yīng)模塊。

這種系統(tǒng)之所以被稱為多線程技術(shù),是因?yàn)槌绦蛑写嬖谥鄠€線程(圖中的虛線)。主循環(huán)當(dāng)(且僅當(dāng))發(fā)生用戶輸入時才作出響應(yīng),并負(fù)責(zé)通知適當(dāng)?shù)妮斎胩幚砟K。整個系統(tǒng)是按照多線程技術(shù)的用戶輸入這一實(shí)質(zhì)來進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

從圖2中我們看到,即使其中的一個用戶從不響應(yīng),則系統(tǒng)也能夠處理另一個用戶的輸入。經(jīng)過上述轉(zhuǎn)變,主程序循環(huán)可以完全負(fù)責(zé)調(diào)度管理,這其中包括了優(yōu)先級和數(shù)據(jù)沖突方面的內(nèi)容。按照模塊化風(fēng)格來進(jìn)行設(shè)計(jì),增加額外的用戶時主程序循環(huán)就不必發(fā)生變化,只需要復(fù)制一個用戶界面模塊和一個輸入處理模塊。在了解了軟件系統(tǒng)中的同步和多線程技術(shù)操作不同特點(diǎn)后,我們接下來探討,本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信設(shè)計(jì)應(yīng)該用什么模型進(jìn)行,選用同步模型編程還是多線程技術(shù)模型編程?

2數(shù)據(jù)通信和多線程技術(shù)系統(tǒng)

我們知道在OSI棧式結(jié)構(gòu)的一組協(xié)議中,最低層的是物理層,它負(fù)責(zé)實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸;而頂層的是一些應(yīng)用層,負(fù)責(zé)與用戶接口。在本地計(jì)算機(jī)上的物理層負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)傳送到通信鏈路另一端的對等層上。傳送完數(shù)據(jù)之后,物理層應(yīng)該處于一種等待狀態(tài),等待接收從上面的數(shù)據(jù)鏈路層發(fā)來的命令,或是從對等層傳來的數(shù)據(jù)。物理層不能因?yàn)榉?wù)于這兩個實(shí)體中的一個而拒絕另一個。因此在本質(zhì)上說,物理層是工作于多線程技術(shù)模式下。圖3中說明這種操作對于任何層來說都是適用的。給定的任何一層N,在任何一個時刻,都應(yīng)該能接收來自上層或下層的命令/響應(yīng)。盡可能不要在為某一層提供服務(wù)的同時而把另一層排斥在外。我們的系統(tǒng)也應(yīng)該按照這種方式進(jìn)行設(shè)計(jì),使其能很好地滿足這些要求。

3多線程技術(shù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信設(shè)計(jì)

通過上述探討,我們已經(jīng)了解,本數(shù)據(jù)通信的設(shè)計(jì)其本質(zhì)上也是多線程技術(shù)模型。為詳細(xì)說明有關(guān)多線程技術(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架,下面以一數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)為例,并深入闡述其多線程技術(shù)模式編程的框架。

3.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中多線程技術(shù)編程要素

我們在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中多線程技術(shù)編程時所掌握的要素如下:

主循環(huán)——通常也叫做主事件循環(huán),因?yàn)樗?fù)責(zé)接收和傳送事件.這個模塊同時還肩負(fù)著調(diào)度的功能;

為主循環(huán)產(chǎn)生事件的模塊,或者說是以某種方式向主循環(huán)通知事件;

接收通知的模塊,主事件循環(huán)通知它所發(fā)生的事件。這個模塊可以稱為“數(shù)據(jù)處理器”;

一種使主事件循環(huán)能夠知道所有它需要監(jiān)視的事件的機(jī)制。這樣,每個EVENTHANDLER就可以分別通知主事件循環(huán),它需要哪些事件。圖4中顯示了一個多線程技術(shù)編程的模型,整個多線程技術(shù)編程的框架模型可以看成由一個主事件循環(huán)、OS事件發(fā)生器、事件處理器、回調(diào)和事件注冊機(jī)制構(gòu)成的。

3.2線程技術(shù)編程框架設(shè)計(jì)

這里我們著重介紹一組類的設(shè)計(jì),這組類構(gòu)成此數(shù)據(jù)通信多線程技術(shù)模式編程的框架如下。

scheduler——該類實(shí)現(xiàn)了主事件循環(huán)。事件處理程序要向scheduler聲明它們的存在,以及它們所要監(jiān)視的事件;而反過來,scheduler在事件發(fā)生時要通知事件處理程序。

eventHandler——這是我們系統(tǒng)中所有事件處理程序的基類eventHandler有一個通用的接口SetEven(),這使得scheduler可以知道每個給定的eventHandler實(shí)例所監(jiān)視的是什么事件。接口中還提供了通用的回調(diào)函數(shù)CheckEven()和Event-Callback(),對scheduler所報(bào)告的各種事件進(jìn)行必要的處理。

inputHandler——這是eventHandler類的一個子類,它提供對文件上輸入的各種處理功能。從這個類可以繼承派生出其他的類,并重寫函數(shù)EventCallback()當(dāng)給定文件上的輸入就緒時執(zhí)行某種特定的操作。

timerHandler---這是eventHandler類的一個子類,它提供對定時器的各種處理功能。從這個類可以繼續(xù)派生出其他的類,并重寫函數(shù)Event-Callback(),對發(fā)生超時的定時器的定時器采取特定的操作。各類主要操作如下。

SetInput(),屬于inputHandler,這個函數(shù)接受一個指向fd-set結(jié)構(gòu)的指針,把代表它的文件描述符的那一位,置1.

SetTimeout(),屬于timerHandler,這個函數(shù)接受一個指向timeval結(jié)構(gòu)的指針,并設(shè)置該定時器在超時前所需的時間。

InputReadCallback(),屬于inputHandler,這個函數(shù)對輸入進(jìn)行處理。

CheckInput(),屬于inputHandler,這個函數(shù)接受一個指向由select返回的指向fd_set結(jié)構(gòu)的指針,并檢查它的文件描述符上是否有數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好輸入。它調(diào)用InputReadyCallback()取處理所有的輸入。

TimeoutCallback(),屬于timerHandler,這個函數(shù)對超時進(jìn)行處理。

篇13

0引言

隨著工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，工業(yè)化與信息化深度融合，工業(yè)生產(chǎn)過程的實(shí)時監(jiān)視和控制顯得尤為重要。組態(tài)軟件作為一種用戶可定制的二次開發(fā)平臺，以其簡易的開發(fā)過程、友好的監(jiān)控界面、實(shí)時的控制性能，實(shí)現(xiàn)對工業(yè)現(xiàn)場的監(jiān)控和控制，當(dāng)前在各個行業(yè)和領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用［1－2］。目前國內(nèi)外應(yīng)用最多的組態(tài)軟件有Wonderware公司的InTouch、GeFanuc公司的IFix、組態(tài)王(KingView)、監(jiān)視與控制通用系統(tǒng)(MonitorandControlGeneratedSystem，MCGS)、E-Form++等。這些組態(tài)軟件在國內(nèi)外都得到了廣泛的應(yīng)用，能夠設(shè)計(jì)出精美的動畫模擬畫面，并可達(dá)到對工業(yè)現(xiàn)場實(shí)時監(jiān)控和自動控制的目的，其中組態(tài)王是當(dāng)前國內(nèi)用戶量最多的一款組態(tài)軟件［3］。傳統(tǒng)上的組態(tài)網(wǎng)絡(luò)習(xí)慣于通過組態(tài)軟件與下位機(jī)進(jìn)行直接的通信來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與傳輸控制，通過驅(qū)動將組態(tài)軟件與硬件結(jié)合起來，其耦合性相對較強(qiáng)，這不利于組態(tài)網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步擴(kuò)展，軟件系統(tǒng)的可移植性相對較差。因而用戶更傾向于用中間件方式在組態(tài)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集，從組態(tài)軟件面向硬件的形式轉(zhuǎn)移到面向軟件的形式。中間件為組態(tài)軟件與硬件之間提供了一種松耦合方式［4］。本文以國內(nèi)目前使用最為廣泛的組態(tài)王軟件為設(shè)計(jì)平臺，設(shè)計(jì)了一種面向中間件的組態(tài)王數(shù)據(jù)采集模型，提高組態(tài)軟件的可擴(kuò)展性和兼容性，方便用戶對組態(tài)軟件應(yīng)用的進(jìn)一步拓展，移植于不同的設(shè)計(jì)平臺，擴(kuò)大組態(tài)軟件的應(yīng)用范圍。

1組態(tài)軟件驅(qū)動程序框架

組態(tài)軟件(SupervisoryControlandDataAcquisition)是一種數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的工具且具有二次開發(fā)的特點(diǎn)。組態(tài)軟件通過計(jì)算機(jī)信號對自動設(shè)備或過程進(jìn)行監(jiān)視、控制和管理。目前國內(nèi)外使用較為普遍的組態(tài)軟件有組態(tài)王、MCGS、InTouch等，組態(tài)軟件在工業(yè)生產(chǎn)活動中發(fā)揮著越來越重要的作用。組態(tài)王是由北京亞控科技發(fā)展有限公司所設(shè)計(jì)的一款面向現(xiàn)代工業(yè)控制和監(jiān)控的組態(tài)軟件。該軟件具有設(shè)計(jì)圖形界面、構(gòu)建同類型的數(shù)據(jù)庫、制作工業(yè)現(xiàn)場模擬動畫、支持多種數(shù)據(jù)采集通信協(xié)議、記錄歷史數(shù)據(jù)、全面報(bào)警、支持ActiveX控件、Web實(shí)時數(shù)據(jù)及各個工控點(diǎn)的組網(wǎng)功能［5］。該軟件在國內(nèi)相關(guān)行業(yè)中得到了廣泛的運(yùn)用。同樣由北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司研發(fā)的基于Windows平臺的MCGS及Wonderware公司生產(chǎn)的InTouch都具有類似的動態(tài)畫面制作、多訪問權(quán)限、報(bào)警及歷史曲線和支持多通信協(xié)議等特點(diǎn)。同類軟件都在工業(yè)自動控制和監(jiān)視中得到廣泛運(yùn)用。組態(tài)軟件是數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。國內(nèi)外的組態(tài)軟件具有很多的共性特點(diǎn)，其主要特點(diǎn)表現(xiàn)為:1)延續(xù)性和可擴(kuò)充性。用通用組態(tài)軟件開發(fā)的應(yīng)用程序，當(dāng)現(xiàn)場或用戶需要發(fā)生改變時，不需作很多的修改而能夠完成組態(tài)軟件的更新或升級。2)封裝性。通用組態(tài)軟件使用一種方便用戶使用的方法包裝，無需高級編程語言技術(shù)就能完成一個復(fù)雜工程的所有功能。3)通用性。用戶可根據(jù)工程需要，利用通用組態(tài)軟件提供的底層設(shè)備驅(qū)動、開放式的數(shù)據(jù)庫和畫面制作工具就能完成動畫、實(shí)時數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)顯示、多媒體和網(wǎng)絡(luò)等功能。組態(tài)軟件的功能與特點(diǎn)大致相同，因而本次以組態(tài)王為例對面向中間件的組態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行探討。組態(tài)王的驅(qū)動程序類型主要有查詢式串口驅(qū)動、實(shí)時上發(fā)式非重疊I/O(Input/Output)串口驅(qū)動、實(shí)時上發(fā)式非重疊I/O驅(qū)動、TCP/UDP(TransmissionControlProtocol/UserDatagramProtocol)客戶端型驅(qū)動和TCP/UDP服務(wù)端型驅(qū)動［5］。驅(qū)動程序類型及對應(yīng)的主要功能雖有所不同，但其組態(tài)軟件調(diào)用驅(qū)動程序的執(zhí)行過程和實(shí)現(xiàn)機(jī)制大致相同，本文采用TCP/UDP客戶端型的驅(qū)動方式。組態(tài)王調(diào)用驅(qū)動程序的一個調(diào)用過程可分為4個步驟，分別為設(shè)備初始化與校驗(yàn)、變量初始化與校驗(yàn)、變量組包(變量與外界交互類型可自由定義，本文主要講述應(yīng)用最為廣泛的組包方式)和基于Socket的數(shù)據(jù)通信。組態(tài)王與驅(qū)動交互的數(shù)據(jù)主要是由兩個COM接口實(shí)現(xiàn)，分別是IprotocolImp和IProtocolImp2接口，可將以上組態(tài)王驅(qū)動程序調(diào)用過程表示成如圖1所示。設(shè)備及變量的初始化與校驗(yàn)主要是用于配置組態(tài)王與外部連接設(shè)備并對配置信息的合法性進(jìn)行校驗(yàn)。變量組包則用于統(tǒng)一管理組態(tài)王與外部設(shè)備交互的變量。Socket數(shù)據(jù)通信的目的是實(shí)現(xiàn)組態(tài)王與外部應(yīng)用設(shè)備的數(shù)據(jù)幀交互，通信中所采用的是Socket進(jìn)程通信機(jī)制，通過雙方建立的端點(diǎn)、鏈路來完成數(shù)據(jù)通信［6－7］。組態(tài)王正是通過接口完成以上4個功能模塊實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備的通信。組態(tài)王通過IprotocolImp和IProtocolImp2接口來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，而這兩個接口是由CPr0驅(qū)動工程類、CDev設(shè)備類、CNetCom網(wǎng)絡(luò)通信類繼承與相互調(diào)用完成的。程序的輔助類主要由三大類構(gòu)成，分別是CHelper幫助類、CDebug調(diào)試類和CCheck校驗(yàn)類，可將類關(guān)系表示成如圖2所示。組態(tài)王調(diào)用接口來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，其中接口IprotocolImp由驅(qū)動工程類(CPro)的方法實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動工程類中方法的具體實(shí)現(xiàn)是通過調(diào)用設(shè)備類完成，設(shè)備基類(CDevBase)主要實(shí)現(xiàn)設(shè)備信息、變量信息的校驗(yàn)與相應(yīng)的信息存儲，設(shè)備子類實(shí)現(xiàn)變量的組包與數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)通信是由設(shè)備類調(diào)用通信類(CNetCom)完成與外界的數(shù)據(jù)通信。輔助類則用于編程中的數(shù)據(jù)處理與信息輸出。

2面向中間件的組態(tài)王數(shù)據(jù)采集模型

中間件是一種獨(dú)立的服務(wù)程序，連接兩個獨(dú)立應(yīng)用程序或獨(dú)立系統(tǒng)的軟件，位于客戶機(jī)或服務(wù)器的操作系統(tǒng)之上，管理計(jì)算機(jī)資源和網(wǎng)絡(luò)通信。中間件為程序或系統(tǒng)等的開發(fā)提供了一種相對獨(dú)立、松耦合的開發(fā)環(huán)境，便于運(yùn)行在一臺或多臺機(jī)器上的多個軟件通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互，借助這種軟件可在不同的技術(shù)之間共享資源［8］。中間件應(yīng)用廣泛，目前應(yīng)用較多的有數(shù)據(jù)庫中間件、遠(yuǎn)程過程調(diào)用中間件、面向消息中間件、基于對象請求的中間件等。中間件已經(jīng)成為大型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)、集成、運(yùn)行和管理的關(guān)鍵支撐軟件［9］。工業(yè)組態(tài)網(wǎng)絡(luò)中組態(tài)軟件多采用客戶端/服務(wù)端(Client/Server)方式與不同種類不同型號的下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，因而要求組態(tài)網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)兼容性和可擴(kuò)展性，為此本文提出了基于對象請求中間件(ObjectRequestBroker，ORB)［10］的面向中間件的組態(tài)軟件數(shù)據(jù)采集模型。ORB是對象之間建立客戶端/服務(wù)端關(guān)系的中間件，客戶端可以透明地通過本地或網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程調(diào)用服務(wù)對象的方法，在異構(gòu)環(huán)境下為不同設(shè)備上的應(yīng)用提供較強(qiáng)的互操作性;同時能夠集成多種對象系統(tǒng)。ORB的優(yōu)越性為當(dāng)前組態(tài)網(wǎng)絡(luò)存在的兼容性和擴(kuò)展性問題提供了一種很好的解決思路，因此本文采用類似于ORB中間件數(shù)據(jù)采集模型，為公共對象請求體系結(jié)構(gòu)的應(yīng)用提供可能。該模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示。模型中不同類型的下位機(jī)通過基站(BaseStation，BS)、核心網(wǎng)(CoreNetwork)、Internet與中間件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。客戶端使用不同的設(shè)備Phone、PC、組態(tài)王(KingView)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測與實(shí)時控制。客戶端通過路由器(Router)、BS、Internet與中間件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。中間件是數(shù)據(jù)交互的核心部件，圖中的中間件屬同一部件，模型采用分布式的方法，以降低各監(jiān)測區(qū)的耦合程度，降低維護(hù)成本，提高模型的健壯性及數(shù)據(jù)處理效率。相比傳統(tǒng)的組態(tài)軟件與下位機(jī)直接連接的方式即組態(tài)軟件面向硬件，組態(tài)王數(shù)據(jù)采集模型在采用中間件形式即組態(tài)軟件面向軟件，能夠有效地拓展組態(tài)網(wǎng)絡(luò)中終端之間數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，擴(kuò)展組態(tài)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域，增強(qiáng)組態(tài)網(wǎng)絡(luò)的功能，以便滿足用戶對組態(tài)網(wǎng)絡(luò)多樣性的需求，提高組態(tài)網(wǎng)絡(luò)的市場競爭力。而中間件在這一模型中起到了至關(guān)重要的作用，中間件為組態(tài)網(wǎng)絡(luò)提供一種基本的通信框架，透明地在異構(gòu)分布計(jì)算環(huán)境中傳遞對象請求。對于不同種類的下位機(jī)如傳感器、嵌入式設(shè)備等，可通過對中間件提供的標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行具體的功能重載來將其接入網(wǎng)絡(luò)。這有利于組態(tài)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對工業(yè)現(xiàn)場的實(shí)時數(shù)據(jù)采集和控制，為組態(tài)網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)和部署提供了極大的方便，提高了組態(tài)網(wǎng)絡(luò)的兼容性。不僅如此中間件在這個模型中對前臺和后端起到了很好的隔離和緩沖作用。組態(tài)軟件只需根據(jù)通信協(xié)議通過中間件控制命令來控制下位機(jī)，當(dāng)下位機(jī)功能結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，不會嚴(yán)重地影響組態(tài)軟件的整體結(jié)構(gòu)，只需作部分的修改，這將大大有利于整體數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的維護(hù)，降低系統(tǒng)的維護(hù)成本。通過分析當(dāng)前主流的組態(tài)軟件如組態(tài)王、MCGS、Intouch等國內(nèi)外組態(tài)軟件，可知組態(tài)軟件都具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)連接功能，支持TCP/IP通信，而面向中間件的組態(tài)王數(shù)據(jù)采集模型正是基于這種強(qiáng)大的組態(tài)軟件網(wǎng)絡(luò)連接功能，因而對其他的組態(tài)軟件如MCGS、Intouch等軟件也能夠應(yīng)用該模型。下位機(jī)通過硬件配置，使其具備網(wǎng)絡(luò)連接功能，便可實(shí)現(xiàn)中間件對下位機(jī)的無縫連接。該模型有力地提高了組態(tài)軟件的可擴(kuò)展、兼容性，為組態(tài)軟件的進(jìn)一步應(yīng)用提供有效的支持。

3面向中間件的組態(tài)王驅(qū)動程序設(shè)計(jì)過程

面向中間件的組態(tài)王驅(qū)動程序設(shè)計(jì)主要分成3部分，分別是組態(tài)王與中間件進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的設(shè)備與變量信息定義、變量組包設(shè)計(jì)與TCP/IP通信。設(shè)備與變量信息的定義實(shí)現(xiàn)組態(tài)王與中間件設(shè)備的綁定與數(shù)據(jù)的承載，變量組包規(guī)定數(shù)據(jù)采集組織形式以便于數(shù)據(jù)管理，面向中間件的TCP/IP通信則實(shí)現(xiàn)組態(tài)王與中間件之間的對象消息請求、數(shù)據(jù)交互與解析，通過這3部分最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示與動畫展示。

3．1面向中間件設(shè)備的綁定與變量信息的定義

組態(tài)王與外部設(shè)備進(jìn)行通信時需要綁定外部設(shè)備的相關(guān)信息，建立相應(yīng)的聯(lián)系，因而組態(tài)王與中間件所在的設(shè)備需要建立一定的連接。組態(tài)王通過設(shè)備類CDev來具體完成與中間件設(shè)備的綁定與信息校驗(yàn)。在組態(tài)王的驅(qū)動程序中完成設(shè)備初始化與校驗(yàn)的具體執(zhí)行函數(shù)是StrToDevAddr()。組態(tài)王與中間件的連接具體需要定義組態(tài)王與中間件數(shù)據(jù)交互的驅(qū)動程序，中間件所在設(shè)備的地址，其中地址內(nèi)容包括IP、端口和設(shè)備ID及使用的通信方式，以此完成組態(tài)王與中間件的綁定。組態(tài)王與中間件的數(shù)據(jù)交互單元是通過定義組態(tài)王I/O變量實(shí)現(xiàn)。其中I/O變量需定義與外部中間件的數(shù)據(jù)交換屬性、交換頻率，規(guī)定數(shù)據(jù)在組態(tài)王顯示界面的最大值、最小值、精度及用于管理的ID和變量名。I/O變量各種屬性的定義是由組態(tài)王開發(fā)界面中的數(shù)據(jù)詞典完成。所定義的變量通過校驗(yàn)，存儲于PLCVAR和ID_NO這兩個類中。PLCVAR類存儲所定義的變量信息，ID_NO類定義了PLCVAR成員變量及組態(tài)王內(nèi)部的變量ID和通道號，這為通信數(shù)據(jù)的組織提供便利。

3．2面向中間件的變量組包設(shè)計(jì)

由于組態(tài)網(wǎng)絡(luò)下位機(jī)所使用的設(shè)備種類、型號繁多，致使組態(tài)王與中間件的數(shù)據(jù)交互協(xié)議相對較為復(fù)雜，因而組態(tài)王與中間件的數(shù)據(jù)通信對變量的組織采用包設(shè)計(jì)形式。變量組包主要實(shí)現(xiàn)的是將同一采集速率、同一狀態(tài)的變量加入到包中對外部中間件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，組態(tài)王提供的這一組包方式有利于簡化數(shù)據(jù)的解析與存儲。組包時組態(tài)王將變量的ID按從小到大的順序依次排隊(duì)，放入此次數(shù)據(jù)采集的變量隊(duì)列中，變量ID在組態(tài)王建立變量時唯一確定。變量隊(duì)列如圖4所示。變量加入包的過程是有條件的，在組態(tài)王中建立的與中間件交互數(shù)據(jù)的I/O變量均按建立的順序依次存儲于varlist成員變量中。組態(tài)王每次對中間件數(shù)據(jù)交互時都要根據(jù)所建立變量的交互屬性和交互頻率進(jìn)行組包。以變量的采樣頻率為時間軸，在包中自動生成本次組包變量的交互屬性與交互頻率，變量的數(shù)據(jù)交互頻率是在建立變量時設(shè)定。尋址varlist中符合本次組包類型的變量，在隊(duì)列中根據(jù)符合組包類型變量的ID號大小依次排隊(duì)等待本次包所屬交互頻率的到來交互數(shù)據(jù)。以下是根據(jù)一實(shí)例組態(tài)王通過中間件采集和控制下位機(jī)溫度、AD(AnalogtoDigital)轉(zhuǎn)換值、上下限的變量組包例子，變量組包實(shí)例過程如圖5所示。這樣便可完成一次組態(tài)王對同一采樣頻率、同一變量狀態(tài)的變量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。變量組包程序流程如圖6所示。變量組包后可通過調(diào)用varlist．GetNext()函數(shù)依次取出包中的變量，根據(jù)通信協(xié)議對所獲得的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行解析，完成與外部中間件的數(shù)據(jù)交互。

3．3面向中間件的TCP/IP通信

組態(tài)軟件與中間件的數(shù)據(jù)交互是建立在既有的Internet，因而模型采用目前應(yīng)用最為廣泛的TCP/IP通信協(xié)議，其中TCP/IP傳輸控制協(xié)議通過應(yīng)用程序接口(ApplicationProgrammingInterface，API)Socket具體實(shí)現(xiàn)［11］。TCP應(yīng)用于傳輸層，IP應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)層，建立客戶端與服務(wù)器之間的連接是通過三次握手來實(shí)現(xiàn)，在TCP/IP協(xié)議下，服務(wù)端與客戶端建立通信的過程如圖7所示。組態(tài)軟件與與中間件建立連接，幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)根據(jù)通信協(xié)議存儲數(shù)據(jù)到m_bySndBuf和m_byRecBuf緩存，實(shí)現(xiàn)發(fā)送和接收相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀。

4面向中間件的組態(tài)模型測試結(jié)果

測試面向中間件的組態(tài)模型需要對組態(tài)王的設(shè)備、變量、界面及驅(qū)動作相應(yīng)的設(shè)置。設(shè)備信息包括設(shè)備類型、邏輯名、使用的通信方式及連接中間件的地址，其中地址信息包括中間件所在的設(shè)備的IP、端口、設(shè)備ID等。變量的定義主要包括變量名、采樣頻率、使用的寄存器方式及數(shù)據(jù)類型等。最終的設(shè)置樣式如圖8所示。組態(tài)王與外部中間件數(shù)據(jù)通信的幀結(jié)構(gòu)包括幀頭、數(shù)據(jù)區(qū)長度、功能碼、時間戳、數(shù)據(jù)區(qū)及幀尾等，其具體結(jié)構(gòu)如圖9所示。功能碼主要定義本次數(shù)據(jù)交互的指令功能，如01功能碼用于表示組態(tài)王向中間件讀取數(shù)據(jù)，設(shè)備ID表征本次數(shù)據(jù)交互的來源且增加時間戳標(biāo)明數(shù)據(jù)來源時的具體時間以滿足工業(yè)中對數(shù)據(jù)處理的需要。數(shù)據(jù)區(qū)主要承載交互的數(shù)據(jù)，表明數(shù)據(jù)的區(qū)號、地址及數(shù)據(jù)值，如0區(qū)的數(shù)據(jù)表示各開關(guān)當(dāng)前使用狀況，3區(qū)的數(shù)據(jù)表示電機(jī)功率、轉(zhuǎn)速等。根據(jù)上述的面向中間件的組態(tài)王數(shù)據(jù)采集模型及制定的通信協(xié)議，編寫相應(yīng)的組態(tài)王驅(qū)動，運(yùn)用遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊對開關(guān)、水庫水量庫存狀況、發(fā)電機(jī)及各相輸入功率及轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)，最終面向中間件的組態(tài)模型測試結(jié)果如圖10～11所示。開關(guān)量0和1表示當(dāng)前開關(guān)所處的狀態(tài)，通過相關(guān)的儀表展示發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、功率等并可對數(shù)據(jù)的精度進(jìn)行調(diào)整。開關(guān)狀態(tài)中0代表開關(guān)關(guān)閉，1代表該開關(guān)開啟，用測量儀展示當(dāng)前發(fā)電機(jī)相關(guān)的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)。以上數(shù)據(jù)可以根據(jù)下位機(jī)現(xiàn)場實(shí)時采集到的數(shù)據(jù)驗(yàn)證其正確性。組態(tài)王所采集的數(shù)據(jù)是由下位機(jī)通過通用分組無線服務(wù)(GeneralPacketRadioService，GPRS)技術(shù)先將數(shù)據(jù)發(fā)送到中間件，通過中間件的處理，最終組態(tài)王交互中間件中的數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行解析供前臺展示。組態(tài)王與中間件的數(shù)據(jù)交互是以包的方式進(jìn)行傳輸，每個包的平均大小為50B，上位機(jī)、中間件及客戶端的數(shù)據(jù)傳輸采用透傳的方式，經(jīng)100次測試，數(shù)據(jù)傳輸時的第一個包耗時約5ms，而其他包的耗時均小于1ms。第一個包需要從數(shù)據(jù)庫檢索相關(guān)信息然后建立轉(zhuǎn)發(fā)鏈路所需要使用的時間相對較多，在鏈路建立后，后續(xù)的包則采用透傳的方式傳輸，與數(shù)據(jù)包的具體長度關(guān)系不大，因而耗時相對較少。從實(shí)測結(jié)果也可以看出，中間件在組態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，對組態(tài)網(wǎng)絡(luò)傳輸延時影響很小，可近似忽略，組態(tài)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶?shí)時性不會受到影響。上面的測試結(jié)果表明面向中間件的組態(tài)王數(shù)據(jù)采集模型能夠?qū)崿F(xiàn)對下位機(jī)的數(shù)據(jù)采集工作并易于對下位機(jī)設(shè)備進(jìn)行組態(tài)，且對其進(jìn)行展示，符合組態(tài)網(wǎng)絡(luò)對遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的采集和工業(yè)現(xiàn)場實(shí)時控制要求。

5結(jié)語

本文提出了一種基于組態(tài)軟件具有的強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)通信功能和二次可開發(fā)特點(diǎn)面向中間件的數(shù)據(jù)采集方法，在組態(tài)王上實(shí)現(xiàn)面向中間件的數(shù)據(jù)采集模型，并理論結(jié)合實(shí)際論證了該模型在提高組態(tài)網(wǎng)絡(luò)通過性、可擴(kuò)展性和延續(xù)性等性能方面的有效性。該模型有效地解決了組態(tài)網(wǎng)絡(luò)面向硬件設(shè)計(jì)方法中存在的關(guān)于組態(tài)軟件與下位機(jī)耦合度高、組態(tài)軟件客戶端數(shù)據(jù)展示樣式及設(shè)備的單一和設(shè)備數(shù)據(jù)共享的問題。該模型不再僅僅局限于使用組態(tài)軟件來展示數(shù)據(jù)、實(shí)時監(jiān)控，而是可以采用多樣的展示設(shè)備如手機(jī)、Pad等，不僅如此，該模型不但能夠很好地兼容下位機(jī)，而且不再局限于特定的設(shè)備驅(qū)動，不但能夠擴(kuò)展不同組態(tài)軟件的數(shù)據(jù)共享，而且能夠從單一組態(tài)軟件的應(yīng)用到多組態(tài)軟件的共同管理，做到一個工程，多組態(tài)軟件共同開發(fā)。通過研究擴(kuò)展，可將該模型應(yīng)用到客戶機(jī)和服務(wù)器(Client/Server，C/S)、瀏覽器/服務(wù)器(Browser/Server，B/S)等開發(fā)中與現(xiàn)代的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步提高組態(tài)網(wǎng)絡(luò)的性能，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn):

［1］LUOY，ZHANGS．Currentsituationandtrendsofindustrialcontrolconfigurationsoftware［C］//Proceedingofthe2011IEEEInterna-tionalConferenceonAutomationandLogistics．Washington，D．C．:IEEEComputerSociety，2011:309－313．

［2］程剛．監(jiān)控組態(tài)軟件框架及其實(shí)時數(shù)據(jù)庫的研究與開發(fā)［D］．武漢:武漢理工大學(xué)，2010:7－10．(CHENGG．Researchontheframeworkandreal-timedatabaseoftheconfigurationsoftware［D］．Wuhan:WuhanUniversityofTechnology，2010:7－10．)

［3］劉力．組態(tài)王軟件在交通燈控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］．裝備制造技術(shù)，2012，34(4):58－59．(LIUL．Applicationofkingviewintraf-ficlightscontrolsystem［J］．Equipmentmanufacturingtechnology，2012，34(4):58－59．)

［4］鄭樹泉，王倩，丁志剛．基于Web服務(wù)以物為中心的物聯(lián)網(wǎng)中間件的研究設(shè)計(jì)［J］．計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2013，33(7):2022－2025．(ZHENGSQ，WANGQ，DINGZG．ResearchanddesignofWebservice-basedmatter-centricmiddlewareinInternetofthings［J］．Journalofcomputerapplications，2013，33(7):2022－2025．)

［5］北京亞控科技發(fā)展有限公司．組態(tài)王655用戶手冊［M］．北京:北京亞控科技發(fā)展有限公司，2011:1－41．(BeijingAsia-Technol-ogyDevelopmentCo．Ltd．Kingview6．55usersmanual［M］．Beijing:BeijingAsia-TechnologyDevelopmentCo．Ltd．，2011:1－41．)

［6］王堃，于悅，張玉華，等．面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺的Socket設(shè)計(jì)與優(yōu)化［J］．吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)，2012，42(S1):291－293．(WANGK，YUY，ZHANGYH，etal．IoTplatform-orientedsock-etdesignandoptimization［J］．JournalofJilinuniversity(engineer-ingandtechnologyedition)，2012，42(S1):291－293．)

［7］周樂欽，燕彩蓉，蘇厚勤．基于Web-socket協(xié)議的推送數(shù)據(jù)技術(shù)在監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究［J］．計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2013，30(5):230－232．(ZHOULQ，YANCR，SUHQ．AnapplicationstudyonWeb-socketprotocol-basedpush-sendingdatatechniquesinmoni-toringsystem［J］．Computerapplicationsandsoftware，2013，30(5):230－232．)

［8］PEDROM，BRUNOA，RAQUELM，etal．Self-organisedmiddle-warearchitecturefortheInternet-of-things［C］//Proceedingsofthe2013IEEEInternationalConferenceonGreenComputingandCom-municationsandIEEEInternetofThingsandIEEECyberPhysicalandSocialComputing．Washington，D．C．:IEEEComputerSocie-ty，2013:445－451．

［9］邵華鋼，程勁，王輝，等．面向物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)及其中間件設(shè)計(jì)［J］．計(jì)算機(jī)工程，2010，36(9):84－86．(SHAOHG，CHENGJ，WANGH，etal．DesignofInternetofthings-orientedsystemanditsmiddleware［J］．Computerengineering，2010，36(9):84－86．)