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1 前言
隨著網(wǎng)絡技術的引入，虛擬儀器技術漸漸向網(wǎng)絡化方向發(fā)展，很多測試任務也提出了遠程測試的要求。于是，網(wǎng)絡化的虛擬儀器成了虛擬儀器技術的一個發(fā)展方向。虛擬儀器技術與網(wǎng)絡技術的結合及其在測控領域中的應用，是對傳統(tǒng)測控方式的一場革命。應用LabVIEW作為虛擬儀器軟件開發(fā)平臺，為開發(fā)高性能的計算機測控系統(tǒng)提供了極大的便利。測控方式的網(wǎng)絡化，是未來測控技術發(fā)展的必然趨勢，通過建立分布式網(wǎng)絡測控系統(tǒng)，能夠充分利用現(xiàn)有資源和網(wǎng)絡帶來的種種好處，實現(xiàn)各種資源最有效合理的配置。應用分布網(wǎng)絡測控，可以進行多點測量，多點分析處理。這樣既可以充分發(fā)揮服務器控制測試儀器的接口能力，又能發(fā)揮客戶機數(shù)據(jù)處理能力，而且便于系統(tǒng)的擴展。
2 遠程測控的實現(xiàn)
2.1 遠程測控系統(tǒng)的組成
根據(jù)遠程測控數(shù)據(jù)流量狀況及不同的測試需求可采用基于Client/Server（簡寫為C/S）和Browser/Server（簡寫為B/S）兩種網(wǎng)絡模型組建遠程測試系統(tǒng)。本課題采了C/S模式，其適合數(shù)據(jù)傳送量大的情況，而且具有效率高，數(shù)據(jù)可靠完整、兼容性強等特點。遠程測控系統(tǒng)結構圖如圖4.9所示。其中測控服務器作為測量發(fā)布節(jié)點，主要完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)發(fā)布以及將采集的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫服務器中的功能。Web服務器主要提供基本的網(wǎng)站功能，客戶端通過訪問該網(wǎng)站，可以獲得數(shù)據(jù)庫服務器中的實時作業(yè)信息和歷史數(shù)據(jù)。另外，客戶端利用虛擬儀器應用程序建立與服務器端的網(wǎng)絡通信，監(jiān)測和控制服務器端的作業(yè)，接收來自服務器端的作業(yè)數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)分析處理、數(shù)據(jù)處理結果的存儲與顯示、生成數(shù)據(jù)報表以及數(shù)據(jù)或波形打印等。
圖一：遠程測控系統(tǒng)結構圖
2.2 基于C/S模式的DataSocket技術
在基于計算機的遠程測控中，雖然目前已經(jīng)有TCP/IP、DDE等多種用于兩個應用程序之間共享數(shù)據(jù)的技術，但這些技術都不是用于實時數(shù)據(jù)（Live Data）傳輸?shù)摹Ｖ挥蠨ataSocket（DS）是一項在測量和自動化應用中用于共享和發(fā)布實時數(shù)據(jù)的技術。DataSocket技術是一種簡單易用的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信技術，它封裝了TCP/IP編程細節(jié)（如選擇端口號、定義協(xié)議、創(chuàng)建連接、字節(jié)流處理、錯誤處理等），使測試工程師不用了解底層的網(wǎng)絡編程技術，就可以方便的搭建網(wǎng)絡化虛擬儀器測試系統(tǒng)。
LabView開發(fā)環(huán)境安裝后就會在Windows的程序菜單中增加National Instruments DataSocket條目，包括DS 的兩個組件Datasocket Server Manager和 DataSocket Server。其中，DataSocket Server是一個小巧、獨立運行的程序，利用DS技術傳輸數(shù)據(jù)必須在發(fā)布數(shù)據(jù)的機器上打開DataSocket Server。發(fā)布數(shù)據(jù)的程序通過它進行數(shù)據(jù)輸出;輸入數(shù)據(jù)的程序找到它才能接收數(shù)據(jù)。DataSocket Server的面板如圖4.10，其顯示了主機zhangtianyi.workgroup當前連接到DS上的任務數(shù)和已經(jīng)發(fā)送的數(shù)據(jù)包數(shù)。Datasocket Server Manager和 DataSocket Server主要功能是設置DS Server可連接的客戶數(shù)目和可創(chuàng)建的數(shù)據(jù)項目數(shù)、設置用戶權限、預定義數(shù)據(jù)項等。
圖 二：DS服務器面板
DataSocket API提供了一個用于多樣編程語言、多種數(shù)據(jù)類型通訊的單一接口，它在LabView中的形式之一是兩個函數(shù)DataSocket Read 和DataSocket Write。發(fā)布數(shù)據(jù)時用DataSocket Write函數(shù)自動地將用戶數(shù)據(jù)轉化為在網(wǎng)絡上傳遞的字節(jié)流，接收數(shù)據(jù)時用DataSocket Read將字節(jié)流還原到它原始的形式。
DS傳遞數(shù)據(jù)的3個部分，即發(fā)布數(shù)據(jù)程序、DS服務器和接收數(shù)據(jù)的程序，可以放在同一臺機器上，但更有普遍意義的是將發(fā)布數(shù)據(jù)程序和DS服務器放在一臺機器上，將其作為測控服務器，而接收數(shù)據(jù)的程序在另一臺機器上運行，將其作為客戶機。本課題便是采用了后者的方案來實現(xiàn)遠程測控的。由測控服務器首先進行數(shù)據(jù)采集，然后把采集到的數(shù)據(jù)發(fā)布到DataSocketServer中，客戶端便可以同步地從DataSocket Server中接收數(shù)據(jù)，這樣可保證客戶端數(shù)據(jù)與原始實驗數(shù)據(jù)的一致性。應用DataSocket技術進行實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)目驁D例程如圖三所示。
圖 三：DataSocket的數(shù)據(jù)發(fā)布和數(shù)據(jù)接收程序框圖（左為發(fā)布右為接收）
利用DataSocket技術實現(xiàn)網(wǎng)絡化測控具有許多優(yōu)越性。突出的一點就是安全性高。利用DataSocket ServerManager可以設定客戶端連接數(shù)目、數(shù)據(jù)項數(shù)目，創(chuàng)建用戶組和用戶，設置用戶讀/寫以及創(chuàng)建數(shù)據(jù)項的權限（未設定權限的用戶對服務器不可訪問）。另外，DataSocket傳輸數(shù)據(jù)的端口使用3015，此端口已經(jīng)通過IANA（Internet地址分配機構）注冊為DSTP協(xié)議專用端口，因此可以在防火墻外部的計算機上運行DataSocket服務器，同時可保證在防火墻內部的計算機上安全地運行數(shù)據(jù)發(fā)布等應用程序DataSocket傳輸?shù)臄?shù)據(jù)本身包含很小的頭文件，因此，數(shù)據(jù)傳輸速度快，適合于在網(wǎng)絡上大量實時數(shù)據(jù)的傳輸。
3 數(shù)據(jù)傳送與接收的一致性問題
在進行信號的采集時，采集的各數(shù)據(jù)跟時間是密切相關的，因此，時間信息及其它相關信息需要和采集的實時數(shù)據(jù)一起進行傳遞。可以采取在發(fā)布端發(fā)送多個數(shù)據(jù)項的方法解決，即把實時數(shù)據(jù)、時間、及其他信息分別建立各自的數(shù)據(jù)項，之后經(jīng)采集服務器端的DataSocket Publisher分別發(fā)布給DataSocket Server，再由客戶端分別接收。但經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)，會產生偽數(shù)據(jù)現(xiàn)象。為保證客戶端接收數(shù)據(jù)的一致性，采用數(shù)據(jù)屬性方法，把時間等信息作為數(shù)據(jù)屬性同實時數(shù)據(jù)綁定后再進行數(shù)據(jù)發(fā)布。這樣在服務器和客戶端之間傳遞的是實時數(shù)據(jù)、時間等內容的綁定整體，所有的傳遞信息同時到達數(shù)據(jù)接收端，之后再由接收端利用數(shù)據(jù)屬性來提取相應的數(shù)據(jù)。采用這種措施后即使傳輸過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象，丟失的也只能是綁定的數(shù)據(jù)包，并不會對下次傳來的數(shù)據(jù)產生影響，實驗的偽數(shù)據(jù)就不會產生了，從而避免了因某一項數(shù)據(jù)丟失而無法匹配或匹配錯誤情況的發(fā)生。
測控服務器端在采集、分析的同時，要求客戶端能夠正確、同步地實時顯示測試結果。如果僅用DataSocket中的DataSocket Write.vi和 DataSocket Read.vi來簡單實現(xiàn)，往往會出現(xiàn)以下問題：發(fā)送數(shù)據(jù)和接受的數(shù)據(jù)并不同步，并且會接收到許多的無用數(shù)據(jù)，如DataSocket Read.vi中出現(xiàn)Timeout提示，會再次返回上一次的接收數(shù)據(jù)或讀不到數(shù)據(jù)，返回“0”值等，這些都是與測控過程無關的偽數(shù)據(jù)，反而導致接收端顯示的混亂。為解決這個問題，即要保證客戶端接收數(shù)據(jù)的一致性，可采用上面提出的數(shù)據(jù)屬性方法，把標識號與實時數(shù)據(jù)綁定、打包后后再進行數(shù)據(jù)發(fā)布。具體是將每個數(shù)據(jù)包分為兩項：數(shù)據(jù)項和屬性項，分別存放采集數(shù)值和本次發(fā)送的標記—序號Q，然后發(fā)包給DataSocket;接收方也建立一個接收標記—序號P（初值與序號Q同），由于每個包都有一個唯一的序號，因此接收方每次讀到數(shù)據(jù)包時，只按序號P與序號Q的一致性來判斷是否接收包并存放到顯示數(shù)組中，之后將序號P自動加1（即預置為下一個接收包的序號）為下次傳送做準備。如果某次從DataSocket Read.vi中返回的數(shù)據(jù)包中序號Q為0或其它值，就會與當前序號P中的值不一致，表明此數(shù)據(jù)包無效，客戶端不予接收并循環(huán)等待讀取下一個數(shù)據(jù)包。圖四為程序流程：
圖 四：收發(fā)數(shù)據(jù)流程
4 創(chuàng)新點總結
本文的創(chuàng)新點是提出了一種基于虛擬儀器的遠程網(wǎng)絡測控系統(tǒng)實現(xiàn)方案，詳細分析了遠程測控系統(tǒng)的總體框架和實現(xiàn)技術。并且隨著網(wǎng)絡技術的引入，虛擬儀器技術漸漸向網(wǎng)絡化方向發(fā)展，很多測試任務也提出了遠程測試的要求。網(wǎng)絡化的虛擬儀器已經(jīng)成為虛擬儀器技術的一個發(fā)展方向。課題采用基于C/S模式的DataSocket技術，解決了數(shù)據(jù)傳送與接收的一致性問題，實現(xiàn)了虛擬儀器的的遠程測控功能。
