以太網(wǎng)在繼電器可靠性檢測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 套接字(Socket)

TCP/IP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的應(yīng)用程序是通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)編程界面套接字Socket(在Windows操作系統(tǒng)下稱之為Winsock)來實(shí)現(xiàn)的。套接字構(gòu)成了核心協(xié)議的用戶視圖，通過套接字應(yīng)用程序可訪問通信協(xié)議，套接字是網(wǎng)絡(luò)通信的基本構(gòu)件。套接字是可以被命名的通信端點(diǎn)，應(yīng)用程序通過它在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。每個(gè)套接字都有其類型，并有一個(gè)與之相連的進(jìn)程。TCP/IP提供3種類型套接字：

1)流式套接字(Stream Scoket)。該接口提供一個(gè)面向連接、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，數(shù)據(jù)無差錯(cuò)、無重復(fù)地發(fā)送，且按發(fā)送順序接收。內(nèi)設(shè)流量控制，避免數(shù)據(jù)流超限；數(shù)據(jù)被看作字節(jié)流，無長(zhǎng)度限制。流式套接字提供了一種可靠的面向連接的數(shù)據(jù)傳輸方式，如果想發(fā)送大批量數(shù)據(jù)或想讓數(shù)據(jù)按順序無重復(fù)地到達(dá)目的地，流式套接字最為有用。

2)數(shù)據(jù)包套接字(Datagram Scoket)。該接口提供一個(gè)無連接服務(wù)。數(shù)據(jù)包以獨(dú)立包形式被發(fā)送，不提供無錯(cuò)保證，數(shù)據(jù)可能丟失或重復(fù)，并且接收順序混亂。數(shù)據(jù)包套接字比較適用于數(shù)據(jù)包或記錄型數(shù)據(jù)的傳輸，數(shù)據(jù)包的發(fā)送不能得到保證，而且不能排序到達(dá)。

3)原始套接字(Raw Scoket)。該接口允許對(duì)較低層協(xié)議，如IP、ICMP直接訪問，主要用于新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)的測(cè)試等[6]。

在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)開發(fā)時(shí)，阻塞問題是網(wǎng)絡(luò)編程中十分重要的問題。由于在阻塞模式下，在I/O操作完成前，執(zhí)行操作的Winsock函數(shù)會(huì)一直等待下去，不會(huì)立即返回程序（將控制權(quán)交還給程序）。故用這種方式，服務(wù)器應(yīng)用程序?qū)⒑茈y同時(shí)通過多個(gè)建好連接的套接字進(jìn)行通信。在此系統(tǒng)的應(yīng)用中，需要實(shí)現(xiàn)一臺(tái)服務(wù)器同時(shí)和六個(gè)套接字進(jìn)行通信，因此結(jié)合對(duì)有限硬件資源的考慮，選擇了非阻塞類型的套接字，這也是一般協(xié)議開發(fā)中通常用到的套接字通信方式。

3.2 通信的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)通信采用客戶機(jī)/服務(wù)器模式，利用VC的微軟基礎(chǔ)類(MFC)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)開發(fā)，MFC提供了兩種類型描述Windows Socket，分別是CAsynSocket和CSocket。其中CAsynSocket類封裝了Windows Sockets API，并將與Socket有關(guān)的Windows消息轉(zhuǎn)換為回調(diào)函數(shù)。CAsynSocket處于網(wǎng)絡(luò)更底層，其使用就更具靈活性，相應(yīng)要求編程者應(yīng)熟悉網(wǎng)絡(luò)底層細(xì)節(jié)。而CSocket類是CAsynSocket類的派生類，通過MFC中的CArchive類的對(duì)象提供了更高層次的抽象，它封裝了 Socket實(shí)現(xiàn)中的許多細(xì)節(jié)。這里我們采用CAsynSocket類實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中“一對(duì)多”的數(shù)據(jù)發(fā)送，通過在服務(wù)器中建立Winsock空間數(shù)組的方式來解決[7]。

首先，構(gòu)造CAsyncSocket類型的對(duì)象，然后利用該對(duì)象創(chuàng)建內(nèi)嵌的Socket句柄。例如:

CAsyncSocket m_listen;
m_listen.Create(nPort);//服務(wù)器指定端口

若是客戶端，需要用CAsyncSocket::Connect()函數(shù)連接服務(wù)器端的套接字。

其次，若是服務(wù)器端的套接字，創(chuàng)建完成就可以偵聽端口，以便接收試圖連接到此端口的客戶端的套接字。接收了一個(gè)連接請(qǐng)求后就可以進(jìn)行口令驗(yàn)證或直接建立連接等工作。服務(wù)器偵聽的函數(shù)是CAsyncSocket::Listen()，接收客戶端套接字的函數(shù)是 CAsyncSocket::Accept()。

繼而采用CAsyncSocket類的成員函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)。發(fā)送的函數(shù)是CAsyncSocket::send()，接收的函數(shù)是CAsyncSocket::Receive()。

最后，通信結(jié)束后，通過CAsyncSocket::Close()函數(shù)銷毀對(duì)象。服務(wù)器與檢測(cè)裝置的通訊流程見圖3。

圖3 服務(wù)器與檢測(cè)裝置通信流程圖

CAsyncSocket類對(duì)網(wǎng)絡(luò)回調(diào)函數(shù)做了較好的封裝。當(dāng)有連接請(qǐng)求時(shí)，服務(wù)器端的套接字就會(huì)收到OnAccept消息，此消息觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)回調(diào)函數(shù) OnAccept()；當(dāng)服務(wù)器接收了連接后，客戶端的套接字就會(huì)收到OnConnect消息，此消息觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)回調(diào)函數(shù)OnConnect()；當(dāng)有數(shù)據(jù)傳來時(shí)，套接字會(huì)收到OnReceive消息，此消息觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)回調(diào)函數(shù)OnReceive()。程序員也可以在CAsyncSocket類的派生類中重載以上回調(diào)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)特定的功能。

3.3 數(shù)據(jù)傳輸及服務(wù)器功能

服務(wù)器與檢測(cè)裝置在不同的狀態(tài)下需要傳輸大量的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)所代表的含義也各不相同，例如服務(wù)器通過以太網(wǎng)對(duì)檢測(cè)裝置的操作：簡(jiǎn)單的有開始試驗(yàn)、暫停試驗(yàn)等，復(fù)雜的有設(shè)置檢測(cè)裝置工作參數(shù)、對(duì)號(hào)設(shè)置、讀取失效信息等。因此需要對(duì)服務(wù)器和檢測(cè)裝置傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格的定義，這里采?。?p> Command＋Length＋Content
Command：通信命令號(hào)，Length：文本字節(jié)長(zhǎng)度，Content：文本字節(jié)內(nèi)容。

如果傳輸內(nèi)容為簡(jiǎn)單的控制數(shù)據(jù)，則文本字節(jié)長(zhǎng)度和文本字節(jié)內(nèi)容都為零，否則應(yīng)按具體的通信內(nèi)容進(jìn)行添加。

服務(wù)器內(nèi)部配置一預(yù)先定義的超時(shí)時(shí)間間隔，這個(gè)時(shí)間要足夠長(zhǎng)，以使檢測(cè)裝置能夠作出正常的反應(yīng)，超時(shí)事件將觸發(fā)服務(wù)器來處理錯(cuò)誤。

服務(wù)器操作界面的菜單項(xiàng)和檢測(cè)裝置基本一致，在文本顯示區(qū)顯示所有建立連接的檢測(cè)裝置的試驗(yàn)狀態(tài)和數(shù)據(jù)。建立連接后，通過服務(wù)器對(duì)檢測(cè)裝置進(jìn)行操作和在現(xiàn)場(chǎng)直接操作檢測(cè)裝置的效果是一樣的。

4、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證本方案的可行性，整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)在宏發(fā)公司進(jìn)行了長(zhǎng)期的運(yùn)行，通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視軟件的分析，數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率極低，在同一局域網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐禃r(shí)間大部分集中在100ms以內(nèi)，達(dá)到了傳輸時(shí)間的要求，網(wǎng)絡(luò)傳輸中斷的情況基本沒有出現(xiàn)。

因此,本文所提出的基于以太網(wǎng)的繼電器可靠性檢測(cè)系統(tǒng)的通信方案,實(shí)時(shí)性較好,可靠性較高,能夠?qū)崿F(xiàn)服務(wù)器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控的功能,是切實(shí)可行的。且其開放性、可操作性也較高能夠適用于很多數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控場(chǎng)合。