輸油管道信息系統(tǒng)優(yōu)化與控制管理

輸油管道信息系統(tǒng)優(yōu)化與控制管理

劉 潔 趙國芳

河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

從輸油管道通信協(xié)議控制系統(tǒng)的特征角度看，輸油管道通信協(xié)議控制系統(tǒng)以后的發(fā)展必須滿足以下幾個(gè)特性：經(jīng)濟(jì)型，小型化，可靠性，高速度，智能性，網(wǎng)絡(luò)性。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展，以微處理器為核心的集成多種功能的SOC系統(tǒng)芯片已成為輸油管道通信協(xié)議控制系統(tǒng)的核心。通過對網(wǎng)口適配輸油管道通信協(xié)議控制的需求分析可知，輸油管道通信協(xié)議控制分為IP協(xié)議棧和網(wǎng)口驅(qū)動(dòng)兩個(gè)子模塊。通過對協(xié)議棧的算法優(yōu)化，能提高輸油管道數(shù)據(jù)通信的流量，按照統(tǒng)一協(xié)議的要求進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，提高整體數(shù)據(jù)信息的控制能力。

輸油管道；通信協(xié)議；控制系統(tǒng)；控制模型；優(yōu)化

1 系統(tǒng)特征

從輸油管道通信協(xié)議控制系統(tǒng)的特征角度看，系統(tǒng)的發(fā)展必須滿足以下幾個(gè)特性：經(jīng)濟(jì)型，輸油管道通信協(xié)議控制系統(tǒng)價(jià)格低才會(huì)有更多的用戶去購買；小型化，使得人們攜帶更加方便；可靠性，要求輸油管道通信協(xié)議控制系統(tǒng)能夠在一般環(huán)境條件下或者是苛刻的環(huán)境條件下都能正常的運(yùn)行；高速度，能夠迅速地完成數(shù)據(jù)計(jì)算或者數(shù)據(jù)傳輸；智能性，使人們使用起來更加方便；網(wǎng)絡(luò)性，輸油管道通信協(xié)議控制Internet將世界各個(gè)不同地方、不同種類及不同應(yīng)用的設(shè)備互聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時(shí)共享。

從輸油管道通信協(xié)議控制系統(tǒng)的技術(shù)角度看，該系統(tǒng)的發(fā)展必須滿足以下幾個(gè)技術(shù)要求：控制方法要廣泛應(yīng)用于輸油管道通信協(xié)議控制系統(tǒng)開發(fā)中，比如組件設(shè)計(jì)技術(shù)，要避免二次開發(fā)，而且能提高輸油管道通信協(xié)議控制質(zhì)量，縮短產(chǎn)品面市時(shí)間，降低成本，減少費(fèi)用；輸油管道通信協(xié)議控制系統(tǒng)開發(fā)的工作重點(diǎn)要從硬件設(shè)計(jì)逐步轉(zhuǎn)移到控制設(shè)計(jì)；輸油管道通信協(xié)議控制系統(tǒng)開發(fā)過程中要與軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展以及納米芯片加工工藝技術(shù)的發(fā)展，以微處理器為核心的集成多種功能的SOC系統(tǒng)芯片已成為輸油管道通信協(xié)議控制系統(tǒng)的核心。SOC是將獨(dú)立的芯片集成到一個(gè)電路系統(tǒng)中，這樣做的目的是：①利用改變內(nèi)部工作電壓，降低芯片功耗；②減少芯片對外管腳數(shù)，簡化制造過程；③減少外圍驅(qū)動(dòng)接口單元及電路板之間的信號(hào)傳遞，可加快微處理器數(shù)據(jù)處理的速度；④內(nèi)嵌的線路可以避免外部電路板在信號(hào)傳遞時(shí)所造成的系統(tǒng)失真。

2.1VoIP協(xié)議設(shè)計(jì)

VoIP（Voice over Internet Protocol）指的是將模擬聲音訊號(hào)數(shù)據(jù)化，以數(shù)據(jù)封包的形式在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸。VoIP最大的優(yōu)勢是能廣泛采用Internet提供的高互聯(lián)性、可擴(kuò)展性和靈活的業(yè)務(wù)組合。具體來說，VoIP通過5步來互傳語音信號(hào)：①將發(fā)送端的模擬語音信號(hào)數(shù)字化后進(jìn)行編碼操作，根據(jù)需要可以采用壓縮編碼或無損編碼；②將編碼后的語音信號(hào)添加目的端地址及一些控制信息，形成IP數(shù)據(jù)包，這一步主要由協(xié)議棧完成；③傳輸IP封包；④當(dāng)源端的IP封包到達(dá)目的端后，就由目的端的協(xié)議棧進(jìn)行拆包；⑤將凈荷數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成喇叭、耳機(jī)設(shè)備能夠播放的模擬信號(hào)。

2.2 輸油管道通信協(xié)議控制系統(tǒng)算法優(yōu)化

在對網(wǎng)絡(luò)接口適配輸油管道通信協(xié)議控制分析之前，有必要對控制系統(tǒng)總體方案進(jìn)行必要的分析。該VoIP協(xié)議控制系統(tǒng)用于國內(nèi)某大型通信設(shè)備制造商媒體網(wǎng)關(guān)設(shè)備上，作為其中轉(zhuǎn)碼板上的一個(gè)輸油管道通信協(xié)議控制子系統(tǒng)。該設(shè)備作為一款成熟的3G網(wǎng)絡(luò)媒體網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其主要作用是實(shí)現(xiàn)UMTS（Universal Mobile Telecommunications System）語音電話、傳真業(yè)務(wù)、電路域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等。

Net work與UMTS之間、3G與2G之間可以語音互通。

3 控制模型優(yōu)化

3.1 功能優(yōu)化

網(wǎng)絡(luò)接口適配輸油管道通信協(xié)議控制需要建立輸油管道通信協(xié)議控制系統(tǒng)中網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)和協(xié)議棧這一模塊。該模塊是輸油管道通信協(xié)議控制架構(gòu)中基本控制層之一，主要作用是完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的接收、拆包、封包、發(fā)送，其中網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送由網(wǎng)口驅(qū)動(dòng)完成，數(shù)據(jù)的拆包和封包由協(xié)議棧完成。

3.2 總體流程

數(shù)據(jù)發(fā)送流程是先從指定DDR地址中取出數(shù)據(jù)，協(xié)議棧不必關(guān)心DDR中存放的數(shù)據(jù)是什么，由Udp_model操作對數(shù)據(jù)封包成UDP段，然后再由Ip_model對數(shù)據(jù)封包成IP數(shù)據(jù)包，最后傳給Nic_drivers，將IP數(shù)據(jù)報(bào)封成以太網(wǎng)幀并傳入到網(wǎng)絡(luò)中，其中Nic_drivers是由網(wǎng)口驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。而數(shù)據(jù)接收的流程是先檢查網(wǎng)絡(luò)傳入的數(shù)據(jù)是否有效，如果無效再獲取下一幀數(shù)據(jù)；如果數(shù)據(jù)有效，則經(jīng)過Nic_drivers接收以太網(wǎng)幀并拆除以太網(wǎng)幀的幀頭，將IP數(shù)據(jù)包傳給Ip_model。Ip_model把IP數(shù)據(jù)包拆封成 UDP段傳給 Udp_model，最后Udp_model將UDP段拆封并將其放入指定的DDR地址中。

通過上面對網(wǎng)絡(luò)適配輸油管道通信協(xié)議控制的需求分析以及輸油管道通信協(xié)議控制的總體流程可以看出，輸油管道通信協(xié)議控制需要設(shè)計(jì)出一個(gè)精簡且高效的協(xié)議棧，另外還需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)底層網(wǎng)口驅(qū)動(dòng)程序。對于網(wǎng)口核芯的選擇，從價(jià)格、性能等方面考慮使用DAVICOM公司的DM9000核芯。

3.3TCP/IP協(xié)議棧

傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)過于復(fù)雜，而且占用了大量的系統(tǒng)資源。因此，需要把傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議棧在不違背協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的前提下加以改進(jìn)，使得系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性得到提高，占用盡可能少的資源來滿足輸油管道通信協(xié)議控制應(yīng)用的需求。

4 總結(jié)

該輸油管道通信協(xié)議控制分為IP協(xié)議棧和網(wǎng)口驅(qū)動(dòng)兩個(gè)子模塊，IP協(xié)議棧的主要功能是對數(shù)據(jù)包的封包和拆包；網(wǎng)口驅(qū)動(dòng)的主要功能是完成對以太網(wǎng)幀的接收，然后拆除以太網(wǎng)幀的幀頭，將IP數(shù)據(jù)包提交給IP協(xié)議棧處理。通過對協(xié)議棧的算法進(jìn)行優(yōu)化，能提高輸油管道數(shù)據(jù)通信的流量，按照統(tǒng)一協(xié)議的要求進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，提高整體數(shù)據(jù)信息的控制能力。

（欄目主持 楊 軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.3.022