淺論倉儲(chǔ)控制系統(tǒng)軟件中Socket通信

劉冠伯

摘 要：現(xiàn)階段物流產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，自動(dòng)化智能倉儲(chǔ)庫日益增多，這也導(dǎo)致倉儲(chǔ)控制系統(tǒng)軟件的角色變得尤為重要，而軟件能否穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)倉庫整體的運(yùn)行效率是有很大影響的。軟件的通信效果是軟件能否穩(wěn)定運(yùn)行的一大條件，本文就通信中倉儲(chǔ)控制軟件與下位機(jī)的Socket通信進(jìn)行簡單論述。

關(guān)鍵詞：通信;Socket;控制系統(tǒng)軟件

在倉儲(chǔ)日益發(fā)展的今天，倉儲(chǔ)控制系統(tǒng)軟件必不可少。該系統(tǒng)軟件應(yīng)用在智能化倉庫管理，對(duì)各種物流設(shè)備如輸送機(jī)、堆垛機(jī)、穿梭車、自動(dòng)化手臂等物流設(shè)備之間的運(yùn)行進(jìn)行協(xié)調(diào)，可制作為B/S架構(gòu)也可以制作為C/S架構(gòu)，主要職責(zé)是對(duì)上層系統(tǒng)的指令進(jìn)行分析，并通過接口對(duì)各種設(shè)備進(jìn)行調(diào)度、監(jiān)控。

1 現(xiàn)有常見通信方式

倉儲(chǔ)控制系統(tǒng)軟件中，存在多種通信方式。其中最常見的是OPC（OLE for Process Control）協(xié)議通信和Socket協(xié)議通信。OPC協(xié)議是一種對(duì)工業(yè)控制設(shè)備和工業(yè)控制軟件間通信所制定的一套標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，使得二者間建立起一種統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范。軟件可以通過Socket（通常稱為套接字）協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?？刂葡到y(tǒng)軟件在操作堆垛機(jī)等大型設(shè)備時(shí)，受設(shè)備運(yùn)行速度等因素影響一般采用OPC協(xié)議通信，而穿梭車、載車提升機(jī)、物料提升機(jī)等設(shè)備，因其效率要求等因素一般采用Socket通信協(xié)議。這也從側(cè)面體現(xiàn)出Socket通信的一大特點(diǎn)——快。

2 Socket通信機(jī)制及問題

Socket在本質(zhì)上可以理解為，傳輸?shù)氖且环N特殊的文件，通過一些Socket函數(shù)對(duì)其進(jìn)行的操作。Socket通信中，需要知道對(duì)方唯一確定的一個(gè)IP地址和一個(gè)端口號(hào)，才能開始建立通信。通信建立后，就可以通過雙方軟件，互相傳遞消息了。使用前，需要將兩端設(shè)備分別設(shè)置為服務(wù)器端（ClientSocket）和客戶端（ServerSocket）。服務(wù)器端設(shè)置好監(jiān)聽程序后，客戶端請(qǐng)求連接至服務(wù)器指定端口，服務(wù)器端收到客戶端連接請(qǐng)求后與客戶端建立Socket連接。通信結(jié)束后，服務(wù)器端和客戶端各自斷開自己的連接。為了應(yīng)對(duì)實(shí)際應(yīng)用中的不同使用環(huán)境，Socket協(xié)議又細(xì)分為：原始套接字（SOCK-RAW）、數(shù)據(jù)報(bào)套接字（SOCK-DGRAM）、流式套接字（SOCK-STREAM）。倉儲(chǔ)工程項(xiàng)目中，主要使用的是“數(shù)據(jù)報(bào)套接字”，這種Socket是一種不可靠的雙向數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。數(shù)據(jù)報(bào)套接字的機(jī)制是在發(fā)送端將數(shù)據(jù)打包后進(jìn)行發(fā)送的，但接收端接收時(shí)，不一定是按照發(fā)送端發(fā)送的順序進(jìn)行接收的，并且數(shù)據(jù)包不一定能完整的發(fā)送至接收端。

倉儲(chǔ)的工程項(xiàng)目中，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境十分復(fù)雜，一個(gè)智能化倉庫內(nèi)可能存在大量的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，特別是訂單繁多任務(wù)量龐大時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)中會(huì)同時(shí)出現(xiàn)大量的數(shù)據(jù)包，這會(huì)對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)包的發(fā)送成功的概率造成很大影響。如果在倉庫施工建設(shè)過程中未進(jìn)行良好的設(shè)計(jì)，例如：網(wǎng)線的水晶頭使用了非屏蔽水晶頭，網(wǎng)線鋪設(shè)過程中多根線、多種線混在一起，這樣會(huì)更加降低數(shù)據(jù)包的發(fā)送成功率。

這些因素會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸過程中，出現(xiàn)粘包、斷包、丟包的現(xiàn)象。粘包現(xiàn)象的出現(xiàn)，正是在發(fā)送端短時(shí)間內(nèi)發(fā)送了大量數(shù)據(jù)包，同時(shí)接收端無法及時(shí)一一將每個(gè)包分析或妥善存儲(chǔ)造成的。而斷包現(xiàn)象，是由于軟件在接收數(shù)據(jù)時(shí)，所開的緩沖區(qū)不夠大，以至于一個(gè)包還沒完全接收完，緩沖區(qū)就已經(jīng)滿了。丟包現(xiàn)象則在硬件環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境惡劣的情況下出現(xiàn)概率較多，這種惡劣環(huán)境會(huì)造成信號(hào)弱，或者硬件發(fā)送、接收錯(cuò)誤，從而導(dǎo)致丟包。這些問題的存在，會(huì)對(duì)倉儲(chǔ)工業(yè)中控制系統(tǒng)軟件產(chǎn)生重要影響，尤其是要求快速、穩(wěn)定、高效的密集庫項(xiàng)目中，如果無法處理好控制系統(tǒng)軟件的通信問題，對(duì)控制系統(tǒng)軟件乃至智能庫運(yùn)行效率將是很大的打擊。為了解決以上問題，倉儲(chǔ)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，可以選擇性的采取但不限于如下幾個(gè)方法。

3 Socket通信中問題的解決

3.1 建立序號(hào)

設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)包的內(nèi)容時(shí)，在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包之前增加序號(hào)，實(shí)現(xiàn)接收端處理報(bào)文的時(shí)候，良好的區(qū)分不同的數(shù)據(jù)包的效果。密集庫中，控制系統(tǒng)軟件可能需要短時(shí)間內(nèi)多次大量的發(fā)送數(shù)據(jù)。為了應(yīng)付這種情況，建立一個(gè)盡可能大的序號(hào)循環(huán)周期，將相同序號(hào)不同報(bào)文的概率降到最低。在與穿梭車等設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互時(shí)，可能會(huì)遇到不同屬性（如：穿梭車狀態(tài)，執(zhí)行任務(wù)狀態(tài)等）的消息采取不同的報(bào)文的情況。這時(shí)，對(duì)不同屬性的數(shù)據(jù)包可以采用不同范圍的序號(hào)進(jìn)行屬性定義，接收時(shí)通過不同的序號(hào)將不同屬性的報(bào)文進(jìn)行快速區(qū)分，減少軟件的處理時(shí)間，提高處理速度，進(jìn)而提高整體系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

3.2 建立包頭包尾

控制系統(tǒng)軟件和下位機(jī)約定數(shù)據(jù)包的時(shí)候，在數(shù)據(jù)包的頭尾約定好標(biāo)識(shí)符，可以采用將有用的數(shù)據(jù)包通過兩個(gè)相對(duì)應(yīng)的尖括號(hào)或其他特殊符號(hào)括起的方法。在分析的時(shí)候，就可以從兩個(gè)尖括號(hào)或約定好的特殊符號(hào)之中進(jìn)行有用數(shù)據(jù)采集、分析。并且發(fā)送端發(fā)送時(shí)可以在包頭區(qū)域內(nèi)，放入對(duì)包長度或者大小的描述。接收端接收時(shí)依據(jù)該描述對(duì)接收到的數(shù)據(jù)包長度進(jìn)行校驗(yàn)，以確保分析處理的數(shù)據(jù)是接收端需要分析的數(shù)據(jù)。在遇到Socket斷包的現(xiàn)象時(shí)，若建立包頭包尾和描述信息，控制系統(tǒng)軟件就可以通過分析建立好的包頭包尾，將本次接收到的信息與下次接收到的信息進(jìn)行合并處理，并進(jìn)行分析。這種方法更加提高了系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)包的處理和分析能力，使得系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)接收方面更加穩(wěn)定。

3.3 增加應(yīng)答機(jī)制、定時(shí)重發(fā)機(jī)制

倉儲(chǔ)工業(yè)中，常用的通信協(xié)議還有OPC通信協(xié)議。這種通信，在將數(shù)據(jù)包發(fā)送給下位機(jī)并成功接收后，下位機(jī)會(huì)將約定好的標(biāo)志位清0。控制軟件系統(tǒng)才會(huì)進(jìn)行下一步處理。Socket通信中，也可以采取類似的方法進(jìn)行處理?？刂栖浖到y(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)成功送達(dá)下位機(jī)后，下位機(jī)回復(fù)一個(gè)帶有本條接收到消息特征值的ACK應(yīng)答信號(hào)。這個(gè)ACK信號(hào)可以設(shè)置為“ACK”加接收到的數(shù)據(jù)包的序號(hào)，也可以是完整的返回接收到的數(shù)據(jù)包，亦或者設(shè)置為帶有唯一確認(rèn)發(fā)送信息的數(shù)據(jù)包。對(duì)于設(shè)備動(dòng)作指令消息等一些邏輯處理中的關(guān)鍵性信息，可以在應(yīng)答機(jī)制外增加一個(gè)定時(shí)重發(fā)機(jī)制，即在發(fā)送完數(shù)據(jù)包后將時(shí)間記錄，如果到達(dá)超時(shí)時(shí)間，則將本條數(shù)據(jù)包進(jìn)行重發(fā)，直到到達(dá)預(yù)設(shè)好的重發(fā)閾值后，提示軟件使用者關(guān)注網(wǎng)絡(luò)健康狀況。而設(shè)備狀態(tài)、光電開關(guān)等信息，可以直接設(shè)置為定時(shí)發(fā)送，使得這些數(shù)據(jù)信息一直向上位機(jī)發(fā)送。

3.4 固定長度包建立循環(huán)接收處理機(jī)制

控制下位機(jī)的時(shí)候，若遇到穿梭車等設(shè)備，可能會(huì)對(duì)一個(gè)下位機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分，不同的數(shù)據(jù)包描述不同的信息內(nèi)容，也就導(dǎo)致控制系統(tǒng)軟件發(fā)送、接收多種數(shù)據(jù)包。針對(duì)這種情況，可以將數(shù)據(jù)包設(shè)計(jì)為等長度的。將長度最大的數(shù)據(jù)包的報(bào)文長度設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)值，其他不到該長度的數(shù)據(jù)包在數(shù)據(jù)末尾進(jìn)行補(bǔ)0操作，直到報(bào)文長度達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值。這樣處理后，控制系統(tǒng)軟件和下位機(jī)之間通信的數(shù)據(jù)包的大小就是一致的。在處理數(shù)據(jù)包的時(shí)候，如果遇到粘包現(xiàn)象，且遇到整體數(shù)據(jù)包的字節(jié)數(shù)是約定好的字節(jié)數(shù)的整數(shù)倍，就可以將數(shù)據(jù)包按照約定好的長度進(jìn)行分解，拆解后的每個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行單獨(dú)處理，以保障處理后得到的每個(gè)數(shù)據(jù)包都是正確的。

3.5 設(shè)置較大的接收緩沖區(qū)并及時(shí)接收

設(shè)計(jì)Socket參數(shù)時(shí)，將Socket提供的接收緩沖區(qū)適當(dāng)增大，但不要增大過度，增加的過大也會(huì)給服務(wù)器的內(nèi)存造成壓力，且意義不大。設(shè)置好接收緩沖區(qū)后，控制系統(tǒng)還應(yīng)及時(shí)對(duì)緩沖區(qū)的內(nèi)容進(jìn)行處理分析。如果接收到的信息處理時(shí)間較長，可以將數(shù)據(jù)包的內(nèi)容進(jìn)行轉(zhuǎn)儲(chǔ)，即儲(chǔ)存到系統(tǒng)軟件內(nèi)部其他位置的緩沖區(qū)內(nèi)，減少網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膲毫?，系統(tǒng)軟件在處理時(shí)，也會(huì)更加穩(wěn)定。

3.6 增加心跳位

通常，倉儲(chǔ)項(xiàng)目中為了減少下位機(jī)的處理量，在設(shè)計(jì)Socket通信時(shí)，會(huì)將下位機(jī)設(shè)置為服務(wù)器端，控制系統(tǒng)軟件設(shè)置為客戶端。出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，由于采用的是這種架構(gòu)模式，控制軟件無法及時(shí)獲取到下位機(jī)已經(jīng)離線。為了應(yīng)對(duì)這種情況出現(xiàn)，對(duì)于載車提升機(jī)等可能在短時(shí)間內(nèi)通信量較少的設(shè)備，可以在設(shè)計(jì)通信報(bào)文時(shí)，增加心跳位。即每隔一段時(shí)間，控制系統(tǒng)軟件將數(shù)據(jù)包完整的下發(fā)給下位機(jī)，只改變其中一項(xiàng)的值，下位機(jī)則對(duì)該報(bào)文不做邏輯處理，直接丟棄。如遇網(wǎng)絡(luò)故障等情況，控制系統(tǒng)軟件就能夠在較短的時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)下位機(jī)的失聯(lián)，從而進(jìn)行重連或告警處理。而不用等到下次發(fā)送報(bào)文時(shí)，才可知道下位機(jī)的通信鏈路已經(jīng)故障，損失軟件整體運(yùn)行效率。

3.7 硬件改善

傳輸數(shù)據(jù)過程中，除了可以在軟件上進(jìn)行處理，也可以在硬件上進(jìn)行改造。在網(wǎng)線選材時(shí)，要在顧及經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)上盡量選用有較高質(zhì)量級(jí)別的網(wǎng)線。在網(wǎng)線鋪設(shè)時(shí)，要參考相關(guān)鋪設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，盡可能的按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。與此同時(shí)，盡量減少交換機(jī)到終端的距離，若無法避免網(wǎng)線長距離傳輸，則需要在遠(yuǎn)距離傳輸部分盡可能選用光纖作為傳輸介質(zhì)，以增快鏈路傳輸速度，減少數(shù)據(jù)包在網(wǎng)線中的阻塞。

4 結(jié)語

除此之外，倉儲(chǔ)控制軟件中使用Socket通信協(xié)議與下位機(jī)通信過程中，依然可能遇到一些其他的問題，可以適當(dāng)?shù)脑黾尤斯ぬ幚斫涌?，使得系統(tǒng)更加穩(wěn)定。同時(shí)也需要及時(shí)生成系統(tǒng)工作日志，以求最快的將控制系統(tǒng)軟件中的問題及時(shí)解決。處理好倉儲(chǔ)控制軟件中可能發(fā)生的問題，可以提高軟件的運(yùn)行效率，進(jìn)而提高智能倉庫的整體運(yùn)行效率。

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