基于虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)測控技術(shù)的研究

段立峰

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 咸陽 712000)

基于虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)測控技術(shù)的研究

段立峰

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 咸陽 712000)

虛擬儀器與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高度結(jié)合開啟了測控領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展方向,二者的結(jié)合與應(yīng)用,改變了傳統(tǒng)測控方式,充分發(fā)揮了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢,實(shí)現(xiàn)了大范圍內(nèi)資源的合理配置與高效利用,對(duì)于現(xiàn)代測控領(lǐng)域技術(shù)變革與推廣提供了強(qiáng)力支持。本文在分析虛擬儀器發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上,介紹了網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程測控技術(shù)的實(shí)現(xiàn),并結(jié)合實(shí)際案例探討了基于虛擬儀器的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)測控技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過程,解決了數(shù)據(jù)安全問題和不一致問題,希望能為測控領(lǐng)域技術(shù)研究開發(fā)提供參考。

虛擬儀器；網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程測控；趨勢；實(shí)現(xiàn)

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在當(dāng)前社會(huì)發(fā)展空前,引領(lǐng)者時(shí)代技術(shù)潮流,虛擬技術(shù)也逐漸朝向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展,測試技術(shù)中遠(yuǎn)程測試任務(wù)越來越多,于是基于虛擬儀器的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)測控技術(shù)成為了當(dāng)前重要研究實(shí)踐課題。虛擬儀器技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在測量領(lǐng)域的結(jié)合與應(yīng)用,改變了傳統(tǒng)測控方式,分布式測控系統(tǒng)的建設(shè)充分發(fā)揮了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢,實(shí)現(xiàn)了大范圍內(nèi)資源的合理配置與高效利用,對(duì)于現(xiàn)代測控領(lǐng)域起了積極變革作用［1］。測控方式網(wǎng)絡(luò)化作為測控領(lǐng)域的必然發(fā)展趨勢,可更好的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測量與多點(diǎn)測量,充分發(fā)揮虛擬儀器測試接口能力和高端數(shù)據(jù)處理能力,提升了系統(tǒng)拓展性能［2］。下面我們以LabVIEW作為虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái),探討下基于虛擬儀器的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)測控技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。

1 虛擬儀器發(fā)展趨勢

虛擬儀器應(yīng)用中,用戶可自行定義虛擬儀器功能與分析方法,根據(jù)測控需求進(jìn)行編程控制相應(yīng)硬件,自主開發(fā)適合自身需求且操作靈活的規(guī)程,便于用戶開發(fā)使用。虛擬儀器可與控制設(shè)備、數(shù)據(jù)次啊及設(shè)備等共同聯(lián)接形成自動(dòng)控制系統(tǒng)和自動(dòng)測量系統(tǒng),與網(wǎng)絡(luò)輕松鏈接,完成遠(yuǎn)程測控。虛擬儀器所具備的儲(chǔ)存與打印能力,方便數(shù)據(jù)庫建設(shè),可根據(jù)測量結(jié)果自動(dòng)生成測試報(bào)告,方便管理與使用,同時(shí)其使用成本、價(jià)格與維護(hù)成本也地予以傳統(tǒng)測控儀器,具有良好的應(yīng)用前景。

與傳統(tǒng)測控儀器相比,虛擬儀器相對(duì)成本較低,傳統(tǒng)儀器的高成本、限定功能等劣勢決定了它只能完成特定工作,升級(jí)開發(fā)則需要專門技術(shù)和高成本元件,在更新方面難度與較大。虛擬儀器自誕生以來大量應(yīng)用了最新的科學(xué)技術(shù),通過使用PC機(jī)極大限度的拓展了需要你一起性能,融合了多種功能強(qiáng)大的處理器、操作系統(tǒng)等,以這些平臺(tái)為依托方便用戶操作使用,具有低成本、快捷簡便、功能強(qiáng)大等諸多優(yōu)勢,也一改傳統(tǒng)儀器攜帶難等問題,方便隨身攜帶,有利于移動(dòng)測控工作的開展［3］。

當(dāng)前虛擬儀器技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)幾級(jí)聯(lián)合,以PC為平臺(tái)的虛擬儀器互聯(lián)能力達(dá)到進(jìn)一步提升,靈活方便,支持多種總線標(biāo)準(zhǔn),極大的拓展了其應(yīng)用范圍與領(lǐng)域,目前其在PXI領(lǐng)域的快速發(fā)展就是依托于計(jì)算機(jī)總線標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)應(yīng)用。依托于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和新技術(shù)升級(jí),當(dāng)前虛擬儀器的發(fā)展呈現(xiàn)出編程平臺(tái)圖像化、軟硬件模塊化、總線程序標(biāo)準(zhǔn)化等趨勢,伴隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的升級(jí)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的升級(jí),無論是測控系統(tǒng)建設(shè)還是應(yīng)用都得到了進(jìn)一步發(fā)展,并在實(shí)際使用中獲得了巨大成功,發(fā)展前景良好。

2 網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程測控技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)目前網(wǎng)絡(luò)測控技術(shù)的應(yīng)用情況來看,其系統(tǒng)組成構(gòu)成各自不一,應(yīng)用模式、應(yīng)用優(yōu)勢與缺點(diǎn)也有所差別。根據(jù)應(yīng)用程序構(gòu)成不同,當(dāng)前所應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)及遠(yuǎn)程測試系統(tǒng)主要包括Client/Server（簡稱C/S模型）與Browser/Server（簡稱B/S模型）。C/S模型的應(yīng)用優(yōu)勢在于數(shù)據(jù)傳統(tǒng)效率高、傳輸量大、數(shù)據(jù)完整可靠、兼容性強(qiáng)等,B/S模型的應(yīng)用優(yōu)勢在于可提供基本網(wǎng)站功能,客戶在操作中可獲得歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)作業(yè)信息,方便后續(xù)測控［4］。網(wǎng)絡(luò)測控技術(shù)隊(duì)數(shù)據(jù)要求相對(duì)較低,這主要是由于缺乏實(shí)時(shí)虛擬儀器設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,因此利用虛擬儀器可更好的控制數(shù)據(jù)采集時(shí)間,按照每秒、每分、每10分鐘等頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,監(jiān)控同時(shí)應(yīng)用封裝的TCP/IP編程可方便工程師更好、更快的創(chuàng)建虛擬儀器測試系統(tǒng),無需對(duì)底層編程技術(shù)進(jìn)行了解即可進(jìn)行操作。隨著當(dāng)前虛擬儀器技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的聯(lián)合,互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用使得虛擬儀器設(shè)備發(fā)送技術(shù)不斷升級(jí),在儀器中可直接發(fā)送有關(guān)數(shù)據(jù),使得服務(wù)器與互聯(lián)網(wǎng)互相快速達(dá)到成為可能,并且隨著虛擬儀器監(jiān)控技術(shù)的不斷發(fā)展與升級(jí),可自動(dòng)完成數(shù)據(jù)采集、任務(wù)分配等,使得遠(yuǎn)程測控技術(shù)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用變得更為便利,方便了測控領(lǐng)域的技術(shù)變革,為更多優(yōu)勢測控的實(shí)現(xiàn)提供了可能。

基于虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)測控技術(shù)開度目前多數(shù)以LabVIEW作為虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái),其不僅可以有效聯(lián)接各種硬件與軟件,自身還具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換功能,具備良好的顯示效果。LabVIEW網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用可為用戶提供圖形化的編程環(huán)境,是理想的虛擬儀器系統(tǒng)工具,通過在電腦上創(chuàng)建圖形化用戶界面,用戶可根據(jù)自身要求設(shè)計(jì)符合使用功能需求的系統(tǒng),依托圖形界面可順利操作儀器程序,完成軟硬件控制、數(shù)據(jù)采集分析等最終得到顯示結(jié)果［5］。在設(shè)計(jì)過程中,用戶可使用轉(zhuǎn)盤和儀表等代替?zhèn)鹘y(tǒng)測控儀器的控制面板和圖形化標(biāo)準(zhǔn)控制,完成操作過程,這種設(shè)計(jì)和操作上的相似性大大降低了虛擬儀器應(yīng)用學(xué)習(xí)時(shí)間,方便用戶使用,只需將各類圖標(biāo)連接在一起創(chuàng)建正確流程圖就可以完成虛擬儀器系統(tǒng)開發(fā)使命,從而遵循用戶設(shè)計(jì)理念完成測控要求,這種系統(tǒng)涉及模式不僅靈活性強(qiáng)、功能強(qiáng)大,且圖形化編程的應(yīng)用也極大程度上加快了開發(fā)速度,滿足升級(jí)拓展需求。

3 基于虛擬儀器的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)測控技術(shù)實(shí)現(xiàn)

遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)平臺(tái)的構(gòu)建由客戶端應(yīng)用軟件、硬件平臺(tái)和服務(wù)器等共同組成。本次研究我們假設(shè)應(yīng)用C/S架構(gòu)完成某遠(yuǎn)程測控技術(shù)的實(shí)現(xiàn),以滿足大量、高效率、高安全可靠性、高兼容性數(shù)據(jù)傳輸要求。該遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)見圖1。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中,測控服務(wù)器兼顧著數(shù)據(jù)采集、發(fā)布及轉(zhuǎn)存數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的功能,是測量發(fā)布節(jié)點(diǎn),Web服務(wù)器為客戶提供網(wǎng)站訪問功能,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的歷史數(shù)據(jù)傳遞和實(shí)時(shí)作業(yè),客戶利用虛擬儀器可建立對(duì)服務(wù)器端的應(yīng)用程序及網(wǎng)絡(luò)通信,監(jiān)控實(shí)時(shí)作業(yè)和歷史數(shù)據(jù)情況,及時(shí)接受來自作業(yè)端數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲(chǔ)于處理,后續(xù)完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示,與打印機(jī)儀器完成數(shù)據(jù)報(bào)表傳輸和波長打印,完成測控使命。

圖1 遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)Fig.1 Remote monitoring and control system specific structure

應(yīng)用C/S模式進(jìn)行遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)測控技術(shù)開發(fā),為了滿足實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸要求,要使用功能強(qiáng)大的具有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享和發(fā)布的DataSocket（DS）技術(shù),彌補(bǔ)以往TCP/IP、DDE等技術(shù)的缺陷與不足。DS技術(shù)作為網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信技術(shù),封裝了多種編程細(xì)節(jié)如字節(jié)流處理、端口號(hào)選擇、錯(cuò)誤處理、定義協(xié)議等,即使在不了解底層網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)的情況下可以完成網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器測控系統(tǒng)的搭建,LabView開發(fā)環(huán)境下系統(tǒng)安裝后程序菜單中會(huì)增加NID條目,利用DS條目可完成數(shù)據(jù)接收和輸出,DS API還提供了一個(gè)用戶多樣編程語言和多種數(shù)據(jù)類型通訊的單一接口,完成數(shù)據(jù)輸出和接收時(shí)不同字節(jié)流轉(zhuǎn)化。

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,可將DS服務(wù)器與數(shù)據(jù)發(fā)布程序放在同一臺(tái)服務(wù)器上作為測控服務(wù)器,數(shù)據(jù)接收程序則位于另一臺(tái)服務(wù)器,從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測控,本次應(yīng)用該方案完成了數(shù)據(jù)的采集、接收和發(fā)布任務(wù),保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊恢滦?保證原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與客戶端數(shù)據(jù)的同步性與一致性。利用DS技術(shù)完成虛擬儀器遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)測控具有多種優(yōu)勢,通過設(shè)定數(shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)目、設(shè)置用戶讀寫權(quán)限、設(shè)定客戶端連接數(shù)目、設(shè)置數(shù)據(jù)項(xiàng)創(chuàng)建權(quán)限等可提升系統(tǒng)安全性能［6］。此次設(shè)計(jì)中DS數(shù)據(jù)傳輸端口使用3015,次端口通過IANA注冊成為協(xié)議專用端口,不僅可有效保證數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)布、接收、運(yùn)行的安全性型,同時(shí)數(shù)據(jù)傳輸速度快,保證了大量、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

考慮到虛擬儀器數(shù)據(jù)采集和服務(wù)器數(shù)據(jù)接收的不一致性和偽數(shù)據(jù)現(xiàn)象,可采用數(shù)據(jù)屬性方法將時(shí)間等信息作為屬性同時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行綁定,以此來保證客戶端和服務(wù)端數(shù)據(jù)傳輸中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的一致性,這樣所有數(shù)據(jù)信息傳遞可同時(shí)同步到達(dá)接收端,利用接收端數(shù)據(jù)屬性進(jìn)行提取,避免偽數(shù)據(jù)現(xiàn)象的產(chǎn)生［7-10］。應(yīng)用此方法不僅可以有效規(guī)避數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象,即使遭遇丟失也只會(huì)是綁定的數(shù)據(jù)包,并不會(huì)對(duì)下一次傳輸造成不良影響,偽數(shù)據(jù)就不會(huì)產(chǎn)生,從而有效規(guī)避了數(shù)據(jù)丟失、匹配錯(cuò)誤或無法匹配等問題的產(chǎn)生。本次研究應(yīng)用C/S模式、LabView開發(fā)環(huán)境、DS技術(shù)完成了基于虛擬儀器的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)測控技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用,對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體框架與實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行了分析,結(jié)果證實(shí)了架構(gòu)運(yùn)行的可行性與安全性,解決了數(shù)據(jù)傳輸接收中不一致問題和偽數(shù)據(jù)現(xiàn)象,實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器與客戶端的同步,保證了遠(yuǎn)程測控功能的實(shí)現(xiàn)與優(yōu)化。

4 結(jié)束語

綜上所述,隨著當(dāng)前虛擬儀器技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高度結(jié)合,測控領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展也朝著網(wǎng)絡(luò)化方向前進(jìn),遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)測控作為技術(shù)要點(diǎn)與難點(diǎn),在系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)中要注重保證數(shù)據(jù)傳遞的安全性、有效性與一致性,應(yīng)用LabView開發(fā)平臺(tái)、DS技術(shù)等完成系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)與優(yōu)化,提升虛擬儀器的遠(yuǎn)程測控實(shí)現(xiàn)能力,為測控領(lǐng)域技術(shù)開發(fā)應(yīng)用提供支持。

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Based on virtual instrument network measurement technology

DUAN Li-feng
（Shaanxi Polytechnic Institute,Xianyang 712000,China）

Virtual instrument technology combined with a high degree of network opens up the field of network development direction and control，combined with the application of the two，has changed the traditional way of monitoring and control，give full play to the advantages of network technology to achieve a rational allocation of resources and a wide range of efficient use for monitoring and control in the field of modern technological change provides strong support and promotion.Based on the analysis on the development trend of virtual instrument，introduced network remote control technology，combined with practical examples discussed implementation of remote network monitoring and control technology based on virtual instrument to solve data security issues and inconsistencies，hoping to research in the field of technology development and control reference.

virtual instrument；network remote monitoring and control；trends；realization

TN99

：A

：1674-6236（2015）18-0170-03

2014-09-26稿件編號(hào)：201409246

段立峰 （1984—）,女,陜西咸陽人,講師。研究方向:計(jì)算機(jī)。