基于CORBA的局域網監控系統設計與實現

基于CORBA的局域網監控系統設計與實現

華北電力大學 ?陳嬙嬙

【摘要】隨著工業的不斷發展，越來越多的自動化設備應用在控制局域網中，如何監控這些工業設備是個需要研究的課題。本文結合CORBA原理及實現過程，設計了基于CORBA的局域網監控系統的體系架構，并對系統實現中的關鍵技術做了詳細闡述。

【關鍵詞】監控系統;CORBA;系統設計

1.引言

隨著計算機技術的快速發展，基于計算機網絡的分布式控制已成為日益重要的監控途徑。遠程監控系統可以采集現場設備運行時產生的動態數據和其它內部數據，通過這些數據調度中心可以有效的監控現場設備運行狀況。然而，目前的監控系統結構復雜，存在著同一網絡環境下的不同操作平臺、不同通信協議以及不同的編程語言等問題。同時如何實現系統的可重用性、可移植性等問題都是傳統方法所難以解決的。

CORBA（Common Object Request Broker Architecture簡稱）是當今國際產業界最令人關注的中間件技術規范，它的主要目標就是在分布式異構環境下實現信息和資源的共享[1]。技術屏蔽了不同操作系統、編程語言以及通信協議之間的差異。采用面向對象的方法以提供分布式應用軟件的可重用性和可移植性，實現了異構環境下的客戶端和服務器端的通信，這樣既大大簡化了分布式應用系統的開發和維護，又便于異構環境下的系統集成，從而可以滿足未來遠程監控系統擴展的需要。

本文結合已有的監控系統產品，將CORBA技術應用于局域網監控系統設計中，同時結合實際工程的需要，提出基于CORBA的監控系統的設計方案。該系統解決了分布式系統中的對象引用的管理問題，能夠準確的定位到監控系統中的各個對象機制。

2.監控系統的設計

2.1 監控系統拓撲結構設計

監控系統主要由前端數據采集系統、工程師站和數據服務系統組成。通過安放在現場的IO系統，數據采集系統采集現場各種設備的數據;數據服務系統將采集數據匯總、存儲，并對數據做出相應的數值運算。工程師站負責監控整個系統的運行狀態，可以查詢每個設備的實時數據、歷史數據;當系統出現故障時，數據服務系統及時發送故障設備，工程師站接收報警信息后根據規程進行操作，解決系統出現的故障。監控系統拓撲結構如圖1所示。

圖1 監控系統拓撲圖

2.2 監控系統邏輯結構設計

隨著網絡技術的發展，分布對象技術和多層體系結構緊密結合[2]。在分布式環境中，應用程序不再以整體的形式提供給用戶，而是將程序分成N層，用戶程序可以訪問運行在網絡的各個服務對象。根據以上思想，將CORBA中間件技術和監控系統結合起來形成強大的服務平臺是可行的。本文設計了基于CORBA的監控系統邏輯結構，如圖2所示。

硬件、操作系統和網絡層：底層硬件、操作系統層，以及CORBA支持的任意網絡結構。

CORBA中間件：提供底層網絡通信服務。通過對象請求代理，可以實現不同底層網絡協議之間的數據通信。

服務層：基于CORBA中間件提供的命名服務、數據服務、時間服務等，為整個系統運行提供服務支撐。向上為應用層程序提供API接口服務，保證程序間的獨立運行，向下使用CORBA提供的基礎服務和通信機制實現各個服務間的數據通信與共享。在基于CORBA通信服務的基礎上，系統的實時數據庫、歷史數據庫和計算服務存儲現場數據，為應用層提供基礎數據源。

應用層：基于服務層之上，在系統運行時獨立CORBA對象存在。包括監控系統、日志系統、圖形顯示系統等應用系統。

2.3 監控系統功能設計

監控系統功能可分為通信系統、人機界面系統、數據采集系統和數據服務系統四部分，如圖3所示。

圖2 監控系統邏輯結構圖

圖3 監控系統功能結構圖

通信系統：負責整個監控系統的數據通信，采用遠程接口調用和數據推送兩種工作模式。用戶通過客戶端代理模塊遠程請求服務器數據，服務器模塊響應并根據接口返回請求數據，實現兩者數據通信。數據推送模式是指用戶程序調用數據推送模塊并將信息發送到事件通道，其他模塊接收事件通道信息，實現數據主動發送功能。

人機界面系統：系統運行在工程師站，主要包括用戶管理、數據顯示及查詢、日志報警以及報表等模塊，可以實時監測系統運行狀況，并可查詢歷史數據信息、日志信息;當系統發生故障時，界面會及時發出報警信息，提醒用戶處理故障。

數據采集系統：系統運行在現場工作站中，主要負責采集現場設備的實時數據，并將數據發送到數據服務器中;當人機界面有操作IO設備指令時，數據采集系統負責將指令下發到對應的IO設備中，實現對現場設備的遠程控制。

數據服務系統：系統運行在數據服務器中，分為實時數據、歷史數據和數據備份等數據存儲模塊，為人機界面系統提供數據源。數據服務系統將實時數據不斷的推送到事件通道，人機界面系統接收實時數據并顯示在界面中;系統定期備份現場數據，防止重要數據丟失。

3.監控系統的實現

考慮到工業現場設備控制的復雜性、分散性以及較為惡劣的環境等問題，本文設計并實現了基于CORBA技術的局域網監控系統，具備跨操作系統、跨編程語言操作，實現遠程控制、實時監測等功能，可減少工作人員不必要現場設備巡視及操作，極大的方便了人工操作。

3.1 基于CORBA應用程序開發的步驟

基于CORBA的分布式應用程序開發要求客戶端和服務器端的通信必須經過特殊的中間層來實現[3]，其開發步驟如下：

（1）確定程序對象，并定義它們在IDL文件的接口;

（2）編譯接口文件，系統自動生成客戶端和服務器端代碼;

（3）在ORB調度請求前，實例化CORBA對象的伺服類;

（4）編寫客戶端代理請求程序，并鏈接成客戶實現文件;

（5）編寫服務器端接口實現程序，鏈接成服務器實現文件。

下面用IDL定義了系統常用數據類型：

//IDL

module SI

{

typedef char siChar;

typedef unsigned short ? ?siUChar;

typedef char siByte ;

typedef char siBool;

typedef char siInt8;

typedef char siUInt8;

typedef short ? ? ? ? siInt16;

typedef unsigned short ? ?siUInt16;

typedef long ? ? ? ? ? ? ?siInt32;

typedef unsigned long ? ? siUInt32;

struct siTime

{

siUInt32 ? Second;

siUInt16 ?Millisec;

};

struct siVariant

{

siUInt8 ? ?DataType;

siVal ? ? ?val;

};

struct siData

{

siTime ? ? ?time; ? ? ?siVariant ? value;

siChar ? ? quality;

};

struct siRealData

{

siUInt32 tagId;

siData ? rData;

};

//讀數據和寫數據接口函數

bool readData （........）;

bool writeData （........）;

}

3.2 服務器端功能實現

除了IDL接口定義和生成的Skeleton類，服務器端接口類實現接口函數，接口類繼承框架文件伺服類。

服務器端程序實現包括兩部分，一部分是接口定義的函數的實現。

class si_i ： public POA_SI：：SI

{

public：

si_i （）;

virtual ?～DB_i（）;

virtual ：：SI：：bool readData （........）;

virtual ：：SI：：bool writeData （........）;

};

服務器端定義類si_i，繼承了伺服類POA_SI，并實現伺服類中的數據接口函數。

另一部分包括對象程序，需調用對象接口來實現具體功能。在編寫服務器程序時，需要初始化CORBA環境，首先要初始化ORB，本文通過命名服務實現對象實例的綁定與查找。下面是初始化ORB代碼：

this->orb_ = CORBA：：ORB_init（argc， argv）;

CORBA：：Object_ptr poa_object = this->orb_->resolve_initial_references （"RootPOA"）;

this->root_poa_ = PortableServer： ：POA：：_narrow（poa_object）;

PortableServer：：POAManager_var poa_manager = root_poa_->the_POAManager（）;

poa_manager->activate（）;

服務器將對象實例綁定到命名服務，如下代碼所示：

CosNaming：：Name objectName;

objectName.length（1）;

objectName[0].id =”connname”;

objectName[0].kind = “connkind”;

try

{

naming_context_->bind（objectName， objref）;

}

服務器端將對象名ID為“conname”，類型為”connkind”的實例綁定到命名服務中，等待客戶端通過對象名獲取對象實例。

3.3 客戶端功能實現

在本系統中，客戶端應用程序主要是查詢和調控操作，通過ORB調用服務器端的具體方法來實現具體操作。ORB主要完成客戶對象的獲取請求，獲取服務端的返回值，并顯示在人機界面系統中。下面是客戶端ORB通過命名服務，獲取服務器端的對象實例。

CosNaming：：Name objectName;

objectName.length（1）;

objectName[0].id = ”connname”;

objectName[0].kind = “connkind”;

try

{

return naming_context_->resolve（object Name）;

}

客戶端獲取對象實例，并使用接口函數實現與服務器端的數據通信，代碼如下：

Class Class_si * my_si = new Class_si（）;

my_si->SI_Ref_->readData（......）;

4.總結

基于CORBA技術的局域網監控系統不用考慮通信協議和平臺差異，只要按照CORBA統一規范，根據各自的平臺進行編譯即可;系統具有可移植性、可重用性和可擴展性等特點。隨著我國工業自動化水平的不斷提高，降低能耗、提高設備利用率和生產效率、改善工人勞動條件將是企業發展的方向，相信本系統會有很大的應用前景。

參考文獻

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[2]楊燕.基于CORBA的自適應軟總線設計技術[J].西北工業大學計算機應用技術，2002.

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[7]李麗娟.基于CORBA的分布式監控系統開發[D].四川大學，2006.

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[9]彭宏，韓仲平.基于CORBA的非耦合異步多點通訊——CORBA的事件服務和通知服務[J].計算機工程與應用，2000（07）.

作者簡介：陳嬙嬙（1985—），女，華北電力大學在讀碩士研究生，主要研究方向：局域網監控系統。