基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的UPS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析

馬 琰,蔡麗霞（.河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)設(shè)備處，河南南陽(yáng),473000;.河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院網(wǎng)絡(luò)管理中心，河南南陽(yáng),473000）

基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的UPS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析

馬 琰1,蔡麗霞2
（1.河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)設(shè)備處，河南南陽(yáng),473000;2.河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院網(wǎng)絡(luò)管理中心，河南南陽(yáng),473000）

在傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)和視頻的傳輸需要通過(guò)專(zhuān)用的電纜來(lái)進(jìn)行傳輸，存在功能單一、傳輸效率不高、傳輸距離較短的缺點(diǎn)。嵌入式技術(shù)在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，本文就基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)的UPS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)分析，重點(diǎn)對(duì)其軟硬件的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行探討。

嵌入式；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；UPS遠(yuǎn)程監(jiān)控；設(shè)計(jì)；方案研究

0　引言

隨著科技的不斷發(fā)展，UPS技術(shù)也取得了較大的進(jìn)步，UPS電源設(shè)備的應(yīng)用范圍日益廣泛，對(duì)其性能也提出了更高的要求，體現(xiàn)在能夠完成各種電源故障的自動(dòng)處理，保證用戶(hù)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的安全，將電源故障給用戶(hù)造成的影響控制在最小值，為了實(shí)現(xiàn)這一系列的功能，可以采用嵌入式設(shè)備提供相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，使UPS設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，本文就對(duì)其遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析探討。

1　基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的UPS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的

圖1　基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的UPS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成框圖

結(jié)構(gòu)組成

本次研究中基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的UPS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的主要組成部分有：UPS、UPS控制接口、設(shè)備管理信息庫(kù)、設(shè)備管理器、嵌入式Web服務(wù)器等，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

其中UPS指的是系統(tǒng)中需要管理的UPS設(shè)備；管理信息庫(kù)的主要功能是對(duì)UPS設(shè)備的狀態(tài)信息進(jìn)行記錄；設(shè)備管理器的主要功能是對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效的操作，主要的操作內(nèi)容有設(shè)備參數(shù)的設(shè)置及UPS狀態(tài)數(shù)據(jù)的讀取等；嵌入式Web服務(wù)器的主要功能則是完成HTTP服務(wù)的相關(guān)請(qǐng)求。

2　基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的UPS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的通信過(guò)程

2.1設(shè)備服務(wù)器與嵌入式Web服務(wù)器之間的通信

設(shè)備服務(wù)器在進(jìn)行UPS狀態(tài)數(shù)據(jù)的讀取時(shí)，應(yīng)用的是Megatec協(xié)議，并對(duì)相關(guān)的信息進(jìn)行定期的讀取，以此來(lái)對(duì)相應(yīng)的信息管理庫(kù)進(jìn)行更新，Web服務(wù)器會(huì)對(duì)客戶(hù)端的請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)，通過(guò)對(duì)信息管理庫(kù)中的數(shù)據(jù)的讀取，應(yīng)用有關(guān)的設(shè)備管理器對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效的設(shè)置，由于相關(guān)的設(shè)備服務(wù)器會(huì)對(duì)UPS的狀態(tài)信息進(jìn)行定期的讀取，并應(yīng)用讀取的最新數(shù)據(jù)進(jìn)行信息管理庫(kù)的更新，這就會(huì)控制信息管理庫(kù)中的數(shù)據(jù)與UPS真實(shí)的狀態(tài)數(shù)據(jù)的一致性，從而實(shí)現(xiàn)UPS的有效管理。

2.2嵌入式Web服務(wù)器與瀏覽器之間的通信

其主要的通信過(guò)程為：由LAN客戶(hù)端或者是Internet客戶(hù)端的瀏覽器將URL請(qǐng)求傳送至本地局域網(wǎng)中，使其直接到達(dá)嵌入式Web服務(wù)器的以太網(wǎng)的接口之中，這一URL請(qǐng)求會(huì)得到嵌入式Web服務(wù)器的響應(yīng)，并會(huì)對(duì)其進(jìn)行有關(guān)的安全驗(yàn)證，如果其能夠通過(guò)相關(guān)的安全驗(yàn)證，會(huì)將用戶(hù)頁(yè)面調(diào)出，并會(huì)返回于相關(guān)的請(qǐng)求頁(yè)面中，之后可以將UPS相關(guān)的監(jiān)控請(qǐng)求發(fā)出，設(shè)備服務(wù)器會(huì)響應(yīng)該請(qǐng)求，并對(duì)其予以有效的解釋?zhuān)⑾蛳嚓P(guān)的設(shè)備發(fā)出動(dòng)作控制命令及一些有關(guān)的輔助命令。

3　基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的UPS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

靜態(tài)存儲(chǔ)器AT45081B Data Flash、IS62LV 1024L；以太網(wǎng)的控制芯片RTL8019AS、F2407 DSP是基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的UPS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的主要硬件組成部分，其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2　基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的UPS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

上圖中，式中芯片HT1380是一種串行的計(jì)時(shí)器芯片，能夠?qū)崿F(xiàn)秒、分、時(shí)、日、月、年的計(jì)時(shí)，在該組芯片中各種時(shí)間信息的存儲(chǔ)主要是應(yīng)用其中的八個(gè)寄存器來(lái)完成，為了進(jìn)行精準(zhǔn)的計(jì)時(shí)，可以為其外接一個(gè)32.768赫茲的晶振，使其為系統(tǒng)的計(jì)時(shí)提供精準(zhǔn)的時(shí)基信號(hào)，這對(duì)于保證系統(tǒng)計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確性具有非常重要的作用。

RTL8019AS以太網(wǎng)控制器是一種全雙工的以太網(wǎng)控制芯片，該芯片是由臺(tái)灣的Realtek公司制造，其控制速率值為10Mbps，在該芯片中內(nèi)置有FF0、雙DMA以及16KB的SRAM能夠滿(mǎn)足EEE802.3標(biāo)準(zhǔn)及ETHERNET2標(biāo)準(zhǔn)，并且其能夠支持八位及十六位的基地址選擇及數(shù)據(jù)總線(xiàn)的選擇。

AT45081B是一種串行的可以編程的閃速存儲(chǔ)器，其工作過(guò)程中應(yīng)用的SPI的串口模式為0-3模式，其顯著的優(yōu)點(diǎn)是，能夠在不接任何外接元件的情況下，與任何微機(jī)及單片機(jī)進(jìn)行有效的通信，其數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)容量非常的大，具有非常好的安全性能。

TMS320LF2407DSP為控制器具有流水線(xiàn)結(jié)構(gòu)、多總線(xiàn)結(jié)構(gòu)及哈佛結(jié)構(gòu)，并且具有非常高的執(zhí)行速度，高達(dá)40M PS的執(zhí)行速度使得在其中執(zhí)行的所有指令的執(zhí)行時(shí)間都能夠控制在25納秒以?xún)?nèi)，并且在該芯片中還具有16通道的CAN控制器模塊、16通道雙10位AD轉(zhuǎn)換器、兩個(gè)時(shí)間管理模塊、SCI（串行通信接口）、SPI（串行外設(shè)接口）、2K單訪(fǎng)問(wèn)RAM、32K的片內(nèi)Flash，功能非常的強(qiáng)大。

4　基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的UPS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

4.1TCP/lP協(xié)議棧的相關(guān)設(shè)計(jì)

基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的UPS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，最為基礎(chǔ)的內(nèi)容是要實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧，系統(tǒng)只有實(shí)現(xiàn)了HTTP協(xié)議，才能使系統(tǒng)具備WWW服務(wù)的相關(guān)功能，在實(shí)際的軟件設(shè)計(jì)的過(guò)程中，既要保證系統(tǒng)的功能，又要使TCP/IP協(xié)議棧具有健壯性，TCP/IP協(xié)議棧按照其協(xié)議功能的不同，可以分為有應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層幾個(gè)不同的層次。

在實(shí)際的軟件設(shè)計(jì)工作中，要使嵌入式Web能夠與Internet進(jìn)行有效的互聯(lián)，在其軟件設(shè)計(jì)的過(guò)程中，就需要對(duì)各層協(xié)議的子集進(jìn)行有效的裁剪，其主要表現(xiàn)為：（1）保留協(xié)議棧中的重要且常用的協(xié)議，去掉非必需的協(xié)議，例如協(xié)議棧中的HTTP協(xié)議能夠有效的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與遠(yuǎn)程用戶(hù)數(shù)據(jù)之間的交換，并且該種傳輸協(xié)議的傳輸方式是非常的簡(jiǎn)單的，則該協(xié)議進(jìn)行保留。對(duì)相關(guān)協(xié)議進(jìn)行裁剪之后，剩下的主要的協(xié)議內(nèi)容有HTTP協(xié)議、TFTP協(xié)議、TCP協(xié)議、UDP協(xié)議、MCP/IP協(xié)議、ARP協(xié)議等協(xié)議內(nèi)容，這樣可以有效的減少了存儲(chǔ)空間及響應(yīng)時(shí)間。（2）傳輸層主要的協(xié)議內(nèi)容是用戶(hù)的數(shù)據(jù)協(xié)議UDP，以及傳輸控制協(xié)議TCP，在本次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，使嵌入式Web服務(wù)器一開(kāi)始就處于LISTEN狀態(tài)，對(duì)中間的SYN-SENT狀態(tài)進(jìn)行了省略，當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)報(bào)的發(fā)送時(shí)，只對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)中包含的狀態(tài)信息進(jìn)行記錄，而不對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行儲(chǔ)存，大大減少了數(shù)據(jù)傳輸量，有效的節(jié)省的系統(tǒng)資源，也使得系統(tǒng)的維護(hù)更加的方便。（3）網(wǎng)絡(luò)層的主要任務(wù)是對(duì)數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)議進(jìn)行有效的處理，MCP/IP協(xié)議、P協(xié)議是其中主要的TCP/IP協(xié)議棧內(nèi)容，其中的P協(xié)議使其協(xié)議棧中的核心內(nèi)容，如果要采用Ping程序來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連通狀況的測(cè)試，只需要應(yīng)用MCP/IP協(xié)議中代碼為0的Ping應(yīng)答協(xié)議就能完成，使用起來(lái)非常的方便。

4.2文件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

嵌入式Web服務(wù)器在工作的過(guò)程中，主要的功能是依據(jù)用戶(hù)發(fā)出的請(qǐng)求將相關(guān)的網(wǎng)頁(yè)程序文件傳輸給用戶(hù)，但是在基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的UPS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的內(nèi)部，需要對(duì)相關(guān)的文件進(jìn)行有效的存儲(chǔ)管理及訪(fǎng)問(wèn)控制，要完成這一工作，就需要進(jìn)行文件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，文件的存取控制、用戶(hù)文件的建立、復(fù)制、修改、讀寫(xiě)及刪除，這是系統(tǒng)文件工作過(guò)程中最主要的內(nèi)容。在嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，一項(xiàng)非常重要的工作就是要有效的解決網(wǎng)頁(yè)文件的存放問(wèn)題，本次研究中，基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的UPS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的文件存放主要是由Data Flash AT45081B來(lái)完成，嵌入式Web服務(wù)器與PC機(jī)之間的文件傳輸主要是應(yīng)用偽TFTP協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，網(wǎng)頁(yè)文件的動(dòng)態(tài)更新通常都是依據(jù)這種機(jī)制。

網(wǎng)頁(yè)文件在工作的過(guò)程中，會(huì)根據(jù)用戶(hù)的實(shí)際需要的不同來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的更改，并且其在完成相應(yīng)的更改之后，會(huì)將文件系統(tǒng)的訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限設(shè)置為只讀，之后很少會(huì)進(jìn)行其內(nèi)容的變動(dòng)，采用這種管理機(jī)制能夠有效的預(yù)防在對(duì)文件系統(tǒng)進(jìn)行多次刪改之后，其所產(chǎn)生的碎片對(duì)系統(tǒng)造成較嚴(yán)重的影響，因此，在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中需要設(shè)計(jì)一個(gè)高效、更改次數(shù)較少的文件系統(tǒng)，本文中所提到的文件系統(tǒng)存放形式為多級(jí)目錄，其文件的主要存儲(chǔ)形式是無(wú)結(jié)構(gòu)的字符流式文件，在其邏輯結(jié)構(gòu)上，存儲(chǔ)的方法是順序存儲(chǔ)法，站在物理結(jié)構(gòu)的角度對(duì)其進(jìn)行分析，其屬于連續(xù)的文件。

5　結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的UPS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析，文中分析了該系統(tǒng)的主要物理組成、通信方式及硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)，用戶(hù)可以通過(guò)遠(yuǎn)程的瀏覽器對(duì)嵌入式Web服務(wù)器所提供的UPS的運(yùn)行最新信息進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，能夠有效的實(shí)現(xiàn)UPS設(shè)備的遠(yuǎn)程管理。

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Design and research of the UPS remote monitoring system based on Embedded Network Technology

Ma Yan1，Cai Lixia2
(1.Lab And Equipment Administration Department,Henan Polytechnic Institute,Nayang,473000; 2.Network Administration Center,Henan Polytechnic Institute,Nayang,Henan,473000)

In traditional monitoring system,the traffic data and video was transmitted through the special cable,this leads to single function, low transmission efficiency and short transmission distance of system. The embedded technology has obvious advantages in remote monitoring system,this paper analyzed the UPS remote monitoring system based on embedded network,and discusses the design of its hardware and software .

embedded system;network technology;UPS remote monitoring;design; study

馬琰（1978－），男（漢族），河南南陽(yáng)人，碩士，講師，主要研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用。

蔡麗霞（1979-），女（漢族）,河南南陽(yáng)人，碩士，工程師，主要研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)