基于TCP/IP協議的網絡通信服務器設計與實現

呂焦盛

摘要：隨著工業自動化的到來，通過網絡平臺遠程控制工業設備已成為現代社會的重要標志.針對傳統的網絡通信服務器工作效率不高，多設備之間的協同性不能很好地取得一致性，用戶無法實時地對不同區域進行有效監控的問題，提出一種基于TCP/IP協議的網絡通信服務器設計與實現方法.首先，構建網絡通信服務器模型，分析不同通信服務器架構，選用基于C/S架構作為操控對象滿足實際需求與硬件平臺的協調性，服務器軟件架構則采用TCP/IP協議實現網絡通信，最后對數據庫需求進行梳理分析采用Oracle數據庫，以滿足虛擬與現實之間的對應關系，從而提高網絡通信服務器工作效率以及穩定性，實現對不同設備之間的實時有效監控.仿真結果表明，該方法可以提升通信服務質量，增強系統的穩定性和傳輸效率，具有一定的實用性.

關鍵詞：TCP/IP協議;遠程控制;通信服務器;數據庫

中圖分類號：TP311? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2019）09-0050-03

隨著通信技術和自動化技術的快速發展，傳統的依賴人工對多個設備之間進行協調統一，進而對不同區域進行實時監控的方法，已經無法滿足工業自動化對有效性和靈活性的需求，而現有的通信服務器則受制于硬件平臺和軟件算法的制約，不能根據不同的工作環境進行調節且運行速度無法滿足工業自動化的要求，不能很好地體現自動化以及通信技術的優勢[1].網絡通信服務器作為數據實時異地高速傳輸的重要媒介，可以極大提高用戶對于通信服務的需求和滿意度，確保通信傳輸的質量，在節約人力資源的同時確保多設備之間的實時有效協調工作[2].

1 網絡通信服務器

在大型網絡應用系統中，多個不同區域的子系統構成了總系統，以往的管理方法則是通過對每個子系統進行維護進而實現整體系統的管理，極大的浪費了人力資源，同時系統的協調性不能很好的滿足要求[3].網絡通信服務器可以解決多臺電腦之間的通信問題，為數據的不同區域長距離傳輸提供了解決方案，作為一個獨立的系統存在，依賴于軟硬件的架構設計.網絡通信服務器作為網絡連接的橋梁，以不同的標準可以進行不同的劃分，以通信的對象為標準可以劃分為：針對數據傳遞的PC服務器，價格低廉、開發簡單但運算速度低，覆蓋范圍小;針對控制對象和軟件進行優化的RISC/UNIX服務器，具有較強的針對性和開放性，用戶可以根據自己的需求進行二次設計和開發但安全性差，容易受到黑客攻擊丟失數據;對多個對象進行同步集中監控的主機服務器，具有較強的安全性和穩定性，但價格較高不易維護[4].

網絡通信服務器的主要功能為：作為“遠程控制軟件”載體的數據訪問功能;為了達到主機與子系統之間數據格式轉換、通信協議的網關功能;便于不同區域系統進行數據交換的調制解調功能;系統進行數據傳輸和接收的電子函件功能;在局域網之間進行數據的自動傳輸與分組的路由器和橋接器功能[5].串口通信服務器體系結構如圖1所示.

2 網絡通信系統及信道模型

網絡通信服務器數據的傳輸離不開通信信道，由于大型網絡通信系統穩定性受多方面影響，誤碼率較高，同時數據在進行傳輸時，受傳輸規則的限制當數據量增大時，已有信道不能滿足數據的傳輸就會造成通信信道紊亂，進而導致數據傳輸延遲，給網絡通信服務器帶來壓力，因此需要對網絡通信信道進行質量優化，即對信道進行抗干擾措施和信道均衡[6].

為了提高網絡通信系統的通信服務質量，增強系統的穩定性和傳輸效率，首先構建網絡通信模型，假設h（t）為網絡通信系統在t時刻的平穩函數，i（t）為第i個信源的偏移相位，T為系統周期，a為系統信源，？啄為階躍函數，則：

如果在去除延遲偏量的基礎上對信源相位進行重加權計算，那么網絡通信系統在t時刻的平穩函數h（t）可以表示為：

根據網絡通信系統的多普勒效應，如果數據到達接收端時延遲了TS的整數倍，那么平穩函數h（t）為：

式（3）中，Nm表示信源個數，路徑偏移相位為 ？子i（t）.

最終得到網絡通信系統信號接收模型xm（t），繼而依據信號接收模型實現信道均衡和干擾抑制.

式（4）中，Si（t）為第i個信源在多徑信道分量中的復包絡，nm（t）為信道噪聲，？漬m為包絡偏移.網絡通信系統信道模型如圖2所示：

3 網絡通信服務器設計

3.1 網絡通信服務器的設計思想

協議的存在，可以使不同網絡通信服務器之間進行數據傳輸和交換[7].為了提高網絡通信的可靠性，網絡系統中所有主機必須使用統一的網絡協議，常用的網絡協議有TCP/IP協議、IPX/SPX協議和NETBEUI協議[8].NETBEUI協議缺乏路由和網絡層尋址功能，只適用于單個網絡環境;IPX/SPX協議可擴展性受到限制，因此大規模的IPX網絡管理實現比較困難;TCP/IP協議可以與Internet連接，Internet具有強大的網絡功能以及普遍性，因此TCP/IP協議具有很好的可靠性和可擴展性，本設計采用TCP/IP協議作為網絡通信服務器設計基礎[9].

TCP/IP協議作為OSI七層模型中的第三次（網絡層）和第四層（傳輸層），具體如圖3所示.TCP在網絡通信搭建虛擬通道，構建雙向信息數據的處理，使數據能夠安全、準確的在通信雙方之間進行傳輸;IP則是作為協議層對傳輸的數據進行驗證，校驗通信雙方是否滿足通信協議，如果滿足則將其放在網絡層[10].

3.2 網絡通信服務器總體架構設計

網絡通信服務器總體架構的設計應滿足系統穩定性、傳輸實時性、數據安全性和系統擴展性的需要.服務器總體架構主要由兩部分組成硬件部分和軟件部分，其中硬件架構主要由五部分構成分別為：PC客戶端、路由器、互聯網服務器、網絡通信服務器和用戶設備.在設計時需要具體問題具體分析，根據不同的實際需要對硬件架構的五部分進行分析、細化，以便為軟件部分搭建一個完善的服務體系[11].硬件部分具體參數為：高性能計算機，內存為16GB以上、CPU為i5酷睿處理器、主頻為4.0GHz、硬盤為1TB固態硬盤且劃分為4個區域用于數據備份、安裝系統以及狀態記錄，圖形處理器為NVIDIA TITAN-XGPU.

軟件架構設計如圖4所示，包括互聯網服務器、通信服務器以及終端處理工具.軟件架構設計實現的功能主要包括：配置數據庫;IE用戶與網絡設備之間的連接管理;對數據狀態進行實時監控，顯示上下行數據為系統的遠程操作做技術支撐;顯示用戶操作記錄以及匹配系統時間.C/S架構包括服務器和客戶端，特點是層數少實時性好、響應速度快，可以實現數據的交互和回傳，同時界面可視化具有較好的穩定性.

3.3 網絡通信服務器數據庫設計

為了滿足不同數據的操作，使得數據能夠合理、有效的存儲，繼而在特定條件下建立的數據之間的關系，稱為數據庫[12].數據庫的設計，首先需要對用戶的需求進行分析、細化，在確定了TCP/IP協議、通信服務器總體架構基礎上進行數據庫的選擇，網絡通信服務器數據庫的邏輯結構應能夠反映用戶的實際需要，滿足實際與虛擬之間的對應關系，同時保證數據的準確性和真實性，數據庫的設計關系到程序是否冗余以及系統是否流暢.Oracle數據庫簡捷有效、沒有冗余信息，可以避免數據偏差確保數據一致性，因此本設計采用Oracle數據庫.

4 網絡通信服務器功能實現與仿真

網絡通信服務器性能的優劣主要通過系統的穩定性、時效性和安全性進行判定.通過對現場設備和WEB服務器進行調試，設立通行證密碼機制利用手機鎖功能進行加密保護進而保護數據的安全性;同時為了避免數據的中斷和丟失，進行多次測試采用異常處理機制對數據進行保護;而為了提高時效性則通過提高系統響應時間來縮短信息在服務器的滯留時間.最后，通過對現場設備和WEB服務器進行調試得出基于TCP/IP協議的網絡通信服務器，可以大大提高系統的穩定性，并且在安全性和時效性上也具有一定的優勢.

5 結束語

隨著信息技術的發展以及自動化水平的提高，網絡通信服務能力的提升對國民經濟的發展起著極為重要的作用.基于TCP/IP協議的網絡通信服務器具有明顯的系統化和完整化，可以很好地解決傳統通信服務器受制于硬件平臺和軟件算法的制約，不能很好的體現自動化優勢的現象.文章首先分析了網絡通信服務器的現狀，在此基礎上進行了通信系統模型的討論，繼而進行通信服務器總體架構的設計確定硬件以及軟件架構體系，最后對服務器數據庫的設計進行選擇，形成了一個完整的系統，具有較高的應用價值.

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