嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)的網絡通信研究

孟　威

[摘要]以遠程監(jiān)控應用為背景，構建一個基于Client/Server結構的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)終端和監(jiān)控主機的數(shù)據(jù)通信。完成客戶端和服務器端通信軟件的設計并進行性能進行測試，測試結果表明服務器端和客戶端之間的數(shù)據(jù)通信實現(xiàn)設計目標并具有較高的性能。

[關鍵詞]嵌入式 監(jiān)控系統(tǒng) 網絡通信

中圖分類號：TP3文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0120017－01

隨著Internet的發(fā)展與普及，終端采集到的各種參數(shù)傳輸?shù)母咚俜€(wěn)定性能已成為一個重要的問題。盡管目前市場上已經有許多功能強大的網絡通信軟件，但是由于數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)自身的復雜性，通用的軟件有時并不能解決特定的問題。出于一些特殊性的考慮，很多時候網絡用戶需要自己開發(fā)軟件，以實現(xiàn)對監(jiān)控領域的特殊實現(xiàn)。本文設計一個工業(yè)控制領域的嵌入式網絡通信系統(tǒng)，以實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)文件上傳到服務器端，方便工作人員對遠程現(xiàn)場的控制操作，控制命令的上傳下達，檢測參數(shù)的及時傳輸。

一、嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設計概述

監(jiān)控系統(tǒng)接入Internet是網絡監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。而監(jiān)控主機和客戶端之間的通信是基于TCP/IP的技術之上。TCP/IP技術的核心部分是傳輸層、網絡層和物理接口層。但作為TCP/IP核心的TCP/UDP和IP等中下層協(xié)議向外提供的只是原始的編程界面，而不是直接的用戶服務，用戶服務要靠核心外的應用程序實現(xiàn)，在進行TCP/IP網絡通信應用程序設計時，當前最為流行的是Socket編程界面。Socket編程接口目的是解決網間網進程通信問題（Unix系統(tǒng)提供的Socket編程界面除外）。在網絡中，每一個Socket用一個三元組描述：協(xié)議，本地地址，本地端口；一個完整的Socket連接則用一個五元組描述：協(xié)議，本地地址，本地端口，遠程地址，遠程端口。每個Socket有一個本地惟一的Socket號,由操作系統(tǒng)分配。Socket編程接口是應用層協(xié)議的實現(xiàn)基礎。開發(fā)Socket的目的是隱蔽網絡底Socket是網絡通信的基本操作單元,它提供不同主機間進程雙向通信的端點層復雜的結構與協(xié)議，使編程人員能夠簡單、抽象地對網絡進行操作。利用它可以構造任意的跨操作系統(tǒng)和跨網絡協(xié)議的分布式處理系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)總體方案

如圖2.1監(jiān)控管理主機是運行l(wèi)inux操作系統(tǒng)的下位機（服務器端），現(xiàn)地工作站是嵌入式系統(tǒng)即上位機（客戶端）。上位機將采集的數(shù)據(jù)即時發(fā)送給服務器，同時將數(shù)據(jù)放入一個固定文件夾下，客戶端以一定的周期輪詢各個下位機，服務器用FTP協(xié)議將上位機的文件取走，以實現(xiàn)對現(xiàn)場的控制。圖2.2是對上圖網絡數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)的抽象圖。

上位機作為客戶端，下位機作為服務器端，客戶端以一定的周期輪詢各個下位機。服務器端和客戶端在發(fā)送指令和對指令作出響應時通過TCP協(xié)議的套接字來傳輸。客戶端主動轉發(fā)數(shù)據(jù)包則用UDP協(xié)議的套接字來傳輸。在網絡異常時，通過FTP來使服務器端能獲取客戶端存儲在FLASH上的文件。

三、網絡編程及實現(xiàn)

在Linux中，使用最普遍的地址族是AF_INET.AF_INET是具有IPV4套接口地址的套接口，它可以與TCP/IP上的其它主機進行通信。每個套接口有對應的網絡地址，通過在程序中指定遠程套接口的地址，就可以建立本地套接口到遠程套接口的通信.在建立Socket端口時經常用到的結構是Sockaddr，該結構是用來保存Socket信息的：

struct sockaddr{

unsignedshortsa_ family ;/* 地址族，AFxxx*/

char sa_data[14]; /*14字節(jié)的協(xié)議地址 */

}；

sa_ family一般為AF_INET; sa_data 則包含socket的IP地址和端口號。

四、功能測試及結論

首先測試客戶端是否能正常的處理所支持的協(xié)議和方法，是否能正常的轉發(fā)數(shù)據(jù)，服務器端是否能正常的接收數(shù)據(jù)。然后測試動態(tài)域名以及移植的FTP服務器的功能是否得到了實現(xiàn)。測試結果如下：客戶端以一定的周期輪詢各個下位機，并將每個不同采集文件傳輸?shù)椒掌鳌２⑶移渌蠊δ芏寄苷_執(zhí)行。

系統(tǒng)的服務器端和客戶端實現(xiàn)了設計的預定功能，并具有較高的性能。用socket來實現(xiàn)客戶機和服務器的連接，客戶機將通過串口采集的數(shù)據(jù)即時發(fā)送到服務器，在解決客戶端同服務器端最基本的發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)功能之外，在客戶端加一個判斷本地IP功能，在服務器端申請一個動態(tài)域名，實現(xiàn)客戶端根據(jù)域名來發(fā)送數(shù)據(jù)的功能，最后通過現(xiàn)有的FTP軟件，在得到客戶端的確認后，監(jiān)控主機可以在客戶端進行文件操作，客戶端以一定的周期輪詢各個下位機，并將每個不同采集文件傳輸給服務器。以實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)文件上傳到服務器端，方便工作人員對遠程現(xiàn)場的控制操作，控制命令的上傳下達，檢測參數(shù)的及時傳輸。嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)可以使信息實現(xiàn)本地化處理，改善服務器性能，可以使每一個設備具備上網與服務功能，即每一個設備都可以獨立進行服務，從而大大提高監(jiān)控的質量和范圍。因此，嵌入式系統(tǒng)是監(jiān)控系統(tǒng)未來發(fā)展方向之一。

參考文獻：

[1]W.Richard Stevens著，TCP/IP詳解卷1[M].協(xié)議機械工業(yè)出版社，2000.

[2]Eric A.Hall著，Internet核心協(xié)議權威指南[M].中國電力出版社，2002.

作者簡介：

孟威，女，漢族，浙江省杭州市，中國計量學院信息工程學院2005級通信專業(yè)。