基于CORBA的局域網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

基于CORBA的局域網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

華北電力大學(xué) ?陳嬙嬙

【摘要】隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用在控制局域網(wǎng)中，如何監(jiān)控這些工業(yè)設(shè)備是個(gè)需要研究的課題。本文結(jié)合CORBA原理及實(shí)現(xiàn)過(guò)程，設(shè)計(jì)了基于CORBA的局域網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的體系架構(gòu)，并對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵技術(shù)做了詳細(xì)闡述。

【關(guān)鍵詞】監(jiān)控系統(tǒng);CORBA;系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分布式控制已成為日益重要的監(jiān)控途徑。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和其它內(nèi)部數(shù)據(jù)，通過(guò)這些數(shù)據(jù)調(diào)度中心可以有效的監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況。然而，目前的監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在著同一網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的不同操作平臺(tái)、不同通信協(xié)議以及不同的編程語(yǔ)言等問(wèn)題。同時(shí)如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可重用性、可移植性等問(wèn)題都是傳統(tǒng)方法所難以解決的。

CORBA（Common Object Request Broker Architecture簡(jiǎn)稱）是當(dāng)今國(guó)際產(chǎn)業(yè)界最令人關(guān)注的中間件技術(shù)規(guī)范，它的主要目標(biāo)就是在分布式異構(gòu)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)信息和資源的共享[1]。技術(shù)屏蔽了不同操作系統(tǒng)、編程語(yǔ)言以及通信協(xié)議之間的差異。采用面向?qū)ο蟮姆椒ㄒ蕴峁┓植际綉?yīng)用軟件的可重用性和可移植性，實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)環(huán)境下的客戶端和服務(wù)器端的通信，這樣既大大簡(jiǎn)化了分布式應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)和維護(hù)，又便于異構(gòu)環(huán)境下的系統(tǒng)集成，從而可以滿足未來(lái)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)擴(kuò)展的需要。

本文結(jié)合已有的監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品，將CORBA技術(shù)應(yīng)用于局域網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，同時(shí)結(jié)合實(shí)際工程的需要，提出基于CORBA的監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)解決了分布式系統(tǒng)中的對(duì)象引用的管理問(wèn)題，能夠準(zhǔn)確的定位到監(jiān)控系統(tǒng)中的各個(gè)對(duì)象機(jī)制。

2.監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)主要由前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、工程師站和數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)組成。通過(guò)安放在現(xiàn)場(chǎng)的IO系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集現(xiàn)場(chǎng)各種設(shè)備的數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)將采集數(shù)據(jù)匯總、存儲(chǔ)，并對(duì)數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的數(shù)值運(yùn)算。工程師站負(fù)責(zé)監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，可以查詢每個(gè)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù);當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)及時(shí)發(fā)送故障設(shè)備，工程師站接收?qǐng)?bào)警信息后根據(jù)規(guī)程進(jìn)行操作，解決系統(tǒng)出現(xiàn)的故障。監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)鋱D

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，分布對(duì)象技術(shù)和多層體系結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合[2]。在分布式環(huán)境中，應(yīng)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(wèn)運(yùn)行在網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)服務(wù)對(duì)象。根據(jù)以上思想，將CORBA中間件技術(shù)和監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)形成強(qiáng)大的服務(wù)平臺(tái)是可行的。本文設(shè)計(jì)了基于CORBA的監(jiān)控系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

硬件、操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)層：底層硬件、操作系統(tǒng)層，以及CORBA支持的任意網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

CORBA中間件：提供底層網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)。通過(guò)對(duì)象請(qǐng)求代理，可以實(shí)現(xiàn)不同底層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間的數(shù)據(jù)通信。

服務(wù)層：基于CORBA中間件提供的命名服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)、時(shí)間服務(wù)等，為整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行提供服務(wù)支撐。向上為應(yīng)用層程序提供API接口服務(wù)，保證程序間的獨(dú)立運(yùn)行，向下使用CORBA提供的基礎(chǔ)服務(wù)和通信機(jī)制實(shí)現(xiàn)各個(gè)服務(wù)間的數(shù)據(jù)通信與共享。在基于CORBA通信服務(wù)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)和計(jì)算服務(wù)存儲(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，為應(yīng)用層提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源。

應(yīng)用層：基于服務(wù)層之上，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)獨(dú)立CORBA對(duì)象存在。包括監(jiān)控系統(tǒng)、日志系統(tǒng)、圖形顯示系統(tǒng)等應(yīng)用系統(tǒng)。

2.3 監(jiān)控系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)功能可分為通信系統(tǒng)、人機(jī)界面系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)四部分，如圖3所示。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖

圖3 監(jiān)控系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

通信系統(tǒng)：負(fù)責(zé)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信，采用遠(yuǎn)程接口調(diào)用和數(shù)據(jù)推送兩種工作模式。用戶通過(guò)客戶端代理模塊遠(yuǎn)程請(qǐng)求服務(wù)器數(shù)據(jù)，服務(wù)器模塊響應(yīng)并根據(jù)接口返回請(qǐng)求數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)兩者數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)推送模式是指用戶程序調(diào)用數(shù)據(jù)推送模塊并將信息發(fā)送到事件通道，其他模塊接收事件通道信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)主動(dòng)發(fā)送功能。

人機(jī)界面系統(tǒng)：系統(tǒng)運(yùn)行在工程師站，主要包括用戶管理、數(shù)據(jù)顯示及查詢、日志報(bào)警以及報(bào)表等模塊，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀況，并可查詢歷史數(shù)據(jù)信息、日志信息;當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，界面會(huì)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，提醒用戶處理故障。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：系統(tǒng)運(yùn)行在現(xiàn)場(chǎng)工作站中，主要負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)服務(wù)器中;當(dāng)人機(jī)界面有操作IO設(shè)備指令時(shí)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)負(fù)責(zé)將指令下發(fā)到對(duì)應(yīng)的IO設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)：系統(tǒng)運(yùn)行在數(shù)據(jù)服務(wù)器中，分為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)備份等數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，為人機(jī)界面系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)源。數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不斷的推送到事件通道，人機(jī)界面系統(tǒng)接收實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并顯示在界面中;系統(tǒng)定期備份現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，防止重要數(shù)據(jù)丟失。

3.監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

考慮到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制的復(fù)雜性、分散性以及較為惡劣的環(huán)境等問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于CORBA技術(shù)的局域網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，具備跨操作系統(tǒng)、跨編程語(yǔ)言操作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等功能，可減少工作人員不必要現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備巡視及操作，極大的方便了人工操作。

3.1 基于CORBA應(yīng)用程序開發(fā)的步驟

基于CORBA的分布式應(yīng)用程序開發(fā)要求客戶端和服務(wù)器端的通信必須經(jīng)過(guò)特殊的中間層來(lái)實(shí)現(xiàn)[3]，其開發(fā)步驟如下：

（1）確定程序?qū)ο?，并定義它們?cè)贗DL文件的接口;

（2）編譯接口文件，系統(tǒng)自動(dòng)生成客戶端和服務(wù)器端代碼;

（3）在ORB調(diào)度請(qǐng)求前，實(shí)例化CORBA對(duì)象的伺服類;

（4）編寫客戶端代理請(qǐng)求程序，并鏈接成客戶實(shí)現(xiàn)文件;

（5）編寫服務(wù)器端接口實(shí)現(xiàn)程序，鏈接成服務(wù)器實(shí)現(xiàn)文件。

下面用IDL定義了系統(tǒng)常用數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)接口函數(shù)

bool readData （........）;

bool writeData （........）;

}

3.2 服務(wù)器端功能實(shí)現(xiàn)

除了IDL接口定義和生成的Skeleton類，服務(wù)器端接口類實(shí)現(xiàn)接口函數(shù)，接口類繼承框架文件伺服類。

服務(wù)器端程序?qū)崿F(xiàn)包括兩部分，一部分是接口定義的函數(shù)的實(shí)現(xiàn)。

class si_i ： public POA_SI：：SI

{

public：

si_i （）;

virtual ?～DB_i（）;

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

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

};

服務(wù)器端定義類si_i，繼承了伺服類POA_SI，并實(shí)現(xiàn)伺服類中的數(shù)據(jù)接口函數(shù)。

另一部分包括對(duì)象程序，需調(diào)用對(duì)象接口來(lái)實(shí)現(xiàn)具體功能。在編寫服務(wù)器程序時(shí)，需要初始化CORBA環(huán)境，首先要初始化ORB，本文通過(guò)命名服務(wù)實(shí)現(xiàn)對(duì)象實(shí)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(wù)器將對(duì)象實(shí)例綁定到命名服務(wù)，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(wù)器端將對(duì)象名ID為“conname”，類型為”connkind”的實(shí)例綁定到命名服務(wù)中，等待客戶端通過(guò)對(duì)象名獲取對(duì)象實(shí)例。

3.3 客戶端功能實(shí)現(xiàn)

在本系統(tǒng)中，客戶端應(yīng)用程序主要是查詢和調(diào)控操作，通過(guò)ORB調(diào)用服務(wù)器端的具體方法來(lái)實(shí)現(xiàn)具體操作。ORB主要完成客戶對(duì)象的獲取請(qǐng)求，獲取服務(wù)端的返回值，并顯示在人機(jī)界面系統(tǒng)中。下面是客戶端ORB通過(guò)命名服務(wù)，獲取服務(wù)器端的對(duì)象實(shí)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(duì)象實(shí)例，并使用接口函數(shù)實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器端的數(shù)據(jù)通信，代碼如下：

Class Class_si * my_si = new Class_si（）;

my_si->SI_Ref_->readData（......）;

4.總結(jié)

基于CORBA技術(shù)的局域網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)不用考慮通信協(xié)議和平臺(tái)差異，只要按照CORBA統(tǒng)一規(guī)范，根據(jù)各自的平臺(tái)進(jìn)行編譯即可;系統(tǒng)具有可移植性、可重用性和可擴(kuò)展性等特點(diǎn)。隨著我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高，降低能耗、提高設(shè)備利用率和生產(chǎn)效率、改善工人勞動(dòng)條件將是企業(yè)發(fā)展的方向，相信本系統(tǒng)會(huì)有很大的應(yīng)用前景。

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作者簡(jiǎn)介：陳嬙嬙（1985—），女，華北電力大學(xué)在讀碩士研究生，主要研究方向：局域網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。