LXI網(wǎng)絡(luò)儀器監(jiān)管與測量的設(shè)計與實現(xiàn)?

閆海卿 李宥謀 李延峰 李曉俊

（西安郵電大學(xué)計算機學(xué)院 西安 710100）

1 引言

LXI是成熟的以太網(wǎng)技術(shù)在測控自動化領(lǐng)域應(yīng)用的擴展，是將成熟的以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到自動測控系統(tǒng)中，以替代傳統(tǒng)的測試總線技術(shù)，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，儀器儀表的測控技術(shù)［2］發(fā)生了翻天覆地的變化，因此，LXI總線應(yīng)運而生，LXI測試總線技術(shù)是信息化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的必然趨勢，在網(wǎng)絡(luò)化的測控系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)接脩艚K端，而用戶可以不受時間和空間的限制對系統(tǒng)內(nèi)的測量儀器進行遠程操控、獲取測量信息［3］，LXI網(wǎng)絡(luò)儀器是一種以LXI作為儀器內(nèi)部總線的由不同功能的LXI模塊所組成的新型儀器［4］，傳統(tǒng)儀器測量技術(shù)存在很多缺陷，容易受到地域或者其他條件的影響，監(jiān)管和測控不方便，并且儀器不能單獨使用，無法實時監(jiān)測到數(shù)據(jù)，如果儀器設(shè)備發(fā)生故障的時候，無法快速準(zhǔn)確定位故障點，還需要人工進行排查，并且也無法對之前采集的數(shù)據(jù)進行分析與統(tǒng)計。

LXI網(wǎng)絡(luò)儀器可以實現(xiàn)遠程實時測控［5］、監(jiān)管與維護，因此設(shè)計一個用戶感覺良好、功能完善的LXI網(wǎng)絡(luò)儀器系統(tǒng)的測控平臺具有深遠意義［6］，通過該平臺可以將主界面和其他界面相互協(xié)作完成對LXI網(wǎng)絡(luò)儀器的測量、監(jiān)管和維護。

2 樹形圖的設(shè)計與實現(xiàn)

該測控平臺在Windows操作系統(tǒng)下完成的，使用C#語言在.NET Framework4.5平臺、Microsoft Vi?sual Studio 2012環(huán)境下開發(fā)的，在測控平臺主界面中，左側(cè)為樹形圖，右側(cè)為拓撲圖，本文中的樹形結(jié)構(gòu)［7］主要是利用控件TreeView動態(tài)將代理和儀器設(shè)備加載到樹形圖，樹形圖和拓撲圖都可以直觀地看到代理和儀器設(shè)備的連接情況，但是樹形圖可以直觀地看到父子關(guān)系，和書的目錄相似，功能完善，代理和儀器設(shè)備都可以通過樹形結(jié)構(gòu)進行動態(tài)顯示，連接好的遠端代理和設(shè)備的信息都可以通過測控平臺的后臺模塊傳送到測控界面中的MIB信息管理界面進行顯示。

LXI網(wǎng)絡(luò)儀器樹形圖，在TreeView控件的基礎(chǔ)上進行設(shè)計，樹形圖的設(shè)計分為三層，層次結(jié)構(gòu)明確，如圖1所示，左側(cè)為樹形圖，右側(cè)為拓撲圖［8］，本文重點介紹樹形圖，拓撲圖只是簡單說明，樹形圖第一級為根節(jié)點，無實際意義，用于連接代理開發(fā)板，第二級是代理開發(fā)版，用于連接儀器、儀表或者傳感器等設(shè)備，第三級就是儀器、儀表或者傳感器等設(shè)備，整個三層結(jié)構(gòu)顯示了網(wǎng)路儀器的拓撲層次結(jié)構(gòu)。

圖1 樹形圖的生成

2.1 樹形圖相關(guān)操作

1）當(dāng)點擊樹形圖上的根節(jié)點的時候，會彈出相應(yīng)的菜單欄，包含刪除和添加菜單項，根節(jié)點無實際意義，只起到連接作用，可以在根節(jié)點進行添加，將代理節(jié)點添加到根節(jié)點下，代理最多可添加32個，每個代理下最多可添加四個儀器設(shè)備，同時將添加的代理和儀器設(shè)備存入數(shù)據(jù)庫，也可以在根節(jié)點處進行刪除操作，刪除根節(jié)點下的所有代理節(jié)點，同時，數(shù)據(jù)庫中的信息也進行變化，除了根節(jié)點之外，所有數(shù)據(jù)都將刪除，樹形圖和拓撲圖都動態(tài)變化。

2）當(dāng)右擊代理節(jié)點的時候，會彈出相應(yīng)的菜單欄，包括查看代理信息、配置代理、MIB信息管理、添加組件和刪除組件，對于添加組件和刪除組件項，添加的是代理節(jié)點（代理節(jié)點最多32個），刪除的是選中的該代理以及該代理下所連接的所有儀器設(shè)備，查看代理信息是將數(shù)據(jù)庫［9～11］中已經(jīng)存放好的該代理的詳細信息進行顯示，配置代理是將代理的ID編號和MAC地址進行添加，MIB信息管理界面是對MIB節(jié)點進行管理，可以獲得代理以及帶代理對應(yīng)的詳細信息，包括IP地址，可以將儀器設(shè)備端的數(shù)據(jù)通過代理，然后經(jīng)過后臺處理之后在MIB界面進行顯示。

3）當(dāng)右擊設(shè)備節(jié)點的時候，彈出相應(yīng)的菜單項，包含設(shè)備屬性、MIB信息管理、設(shè)備配置、刪除節(jié)點，因為最多三級節(jié)點，因此沒有添加選項，設(shè)備屬性是將設(shè)備的基本信息顯示出來，設(shè)備配置是將設(shè)備的基本信息進行保存和刪除，還包括該設(shè)備的上一級節(jié)點的信息，MIB信息管理可以對儀器設(shè)備節(jié)點進行管理并將采集的數(shù)據(jù)通過該節(jié)點進行顯示，在TreeView屬性圖上進行添加和刪除組件的操作都會影響數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)記錄，操作結(jié)果的相關(guān)信息會在主界面的運行窗口進行顯示，同時也會影響主界面中的ListView控件中所顯示的信息，與此同時還會影響LXI網(wǎng)絡(luò)儀器拓撲圖區(qū)域中的拓撲圖的信息顯示，這幾個部分的信息彼此相關(guān)聯(lián)，無論是樹形圖還是拓撲圖的改變，數(shù)據(jù)庫和ListView控件中的信息都需要立即進行更新，從而保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性。

2.2 樹形圖生成的實現(xiàn)

2.2.1 樹形圖的生成

TreeView樹形圖的生成是監(jiān)管平臺主控界面的核心功能，實現(xiàn)過程是首先從數(shù)據(jù)庫t_Running?TreeView表中讀取數(shù)據(jù)，而該表中的數(shù)據(jù)來自于中間交互處理模塊對代理開發(fā)板的自動發(fā)現(xiàn)，然后根據(jù)該表的所有信息以及表中節(jié)點的ID和PID遞歸的調(diào)用自定義的額add_tree（）方法，執(zhí)行該方法的過程中，樹形節(jié)點就會逐級的被添加到TreeView控件上，同時也會統(tǒng)計代理和儀器設(shè)備的數(shù)目。樹形圖的生成過程是首先從數(shù)據(jù)庫中t_RunningTree?View表中讀取數(shù)據(jù)并存入DataTable內(nèi)存數(shù)據(jù)表中，利用DataTable類對象的Select方法，即Da?taRow［］dr=dt.Select（“pid=”+pid），從根節(jié)點開始遞歸，即pid=0的節(jié)點開始遍歷dr，每次遍歷實例化新的node對象，用于在樹形圖TreeView中添加新節(jié)點，即TreeNode node=new TreeNode（），將 dr對象的每行值與node的相關(guān)屬性綁定，再把node節(jié)點通過Add方法添加到TreeView控件上，在此過程中要對本局域網(wǎng)中代理總數(shù)和儀器設(shè)備數(shù)目進行統(tǒng)計。生成樹形圖的關(guān)鍵代碼為

string ostring=“select*from t_RunningTreeView”；DataSet ds=new DataSet（）；//實例化數(shù)據(jù)集

ds=MyMysqlMeans.getDataSet（ostring，“RunningTree?View”）；//調(diào)用自定義的數(shù)據(jù)庫公共類的靜態(tài)數(shù)據(jù)方法，返回DataSet對象

DataTable dt=ds.Tables［“RunningTreeView”］；//創(chuàng)建DataTable對象

//將t_RunningTreeView表中的代理以及儀器設(shè)備動態(tài)添加到TreeView控件

add_tree（dt，0，（TreeNode）null，random）；//將根節(jié)點添加到樹形圖中

private void add_tree（DataTable dt，int pid，TreeNode pNode，Random random）

｛//獲取與篩選條件相匹配的所有DataRow對象的數(shù)組

DataRow［］dr=dt.Select（“pid=”+pid）；

foreach（DataRow row in dr）//遍歷數(shù)組dr

｛

TreeNode node=new TreeNode（）；//實例化一個TreeNode節(jié)點對象

if（pNode==null）//如果父節(jié)點為空，則為根節(jié)點root

｛

//設(shè)置樹節(jié)點標(biāo)簽中顯示的文本，即名稱

node.Text=row［“name”］.ToString（）；

node.Tag=row［“id”］.ToString（）；//設(shè)置樹節(jié)點的ID編號屬性

node.ImageIndex=0；

node.SelectedImageIndex=0；//選定狀態(tài)時的圖像列表索引值

treeView1.Nodes.Add（node）；//將創(chuàng)建的節(jié)點添加到樹節(jié)點集合的末尾

//調(diào)用自定義的方法將row行表示的節(jié)點項添加到ListView列表控件中

add_listview（row）；

//再次遞歸調(diào)用自定義的方法，遞歸創(chuàng)建并添加根節(jié)點的子節(jié)點

add_tree（dt，int.Parse（row［“id”］.ToString（）），node，ran?dom）；

count_nodes++；//節(jié)點總數(shù)累加

｝

else｛

//添加當(dāng)前節(jié)點的子節(jié)點

node.Text=row［“name”］.ToString（）；

node.Tag=row［“id”］.ToString（）；

int imageIndex=random.Next（1，33）；//隨機數(shù)

node.ImageIndex=imageIndex；//

node.SelectedImageIndex=imageIndex；

//node.ToolTipText=row［“notes”］.ToString（）；

pNode.Nodes.Add（node）；

add_listview（row）；

add_tree（dt，int.Parse（row［“id”］.ToString（）），node，random）；

if（node.Level==1）//一級節(jié)點

｛

agentNum++；//統(tǒng)計代理數(shù)目

｝

else if（node.Level==2）//節(jié)點深度為2，表示代理下面的設(shè)備節(jié)點

｛

devNum++；//儀器設(shè)備數(shù)目統(tǒng)計

｝

count_nodes++；//節(jié)點總數(shù)累加

｝

｝

｝

2.2.2 樹形圖的動態(tài)刷新生成

樹形圖的動態(tài)生成實質(zhì)上是清除已有的樹狀圖和拓撲圖，再將它們重新生成，是根據(jù)數(shù)據(jù)庫表t_RunningTreeView中的數(shù)據(jù)生成TreeView目錄樹狀圖，再根據(jù)TreeView節(jié)點的數(shù)據(jù)繪制樹狀圖和拓撲圖，這樣的缺點是無論樹狀圖和拓撲圖是否發(fā)生變化，都要人工去刷新，消耗體力，程序輪詢控制時，在時間間隔上有局限性，要實現(xiàn)動態(tài)刷新，更新數(shù)據(jù)庫表t_RunningTreeView，再進行程序控制的刷新，在動態(tài)刷新的時候，樹形圖和拓撲圖自動動態(tài)更新，獲取本局域網(wǎng)中動態(tài)樹形圖的方法有兩種，方法之間相互協(xié)調(diào)，共同完成任務(wù)，動態(tài)樹形圖如圖2所示，具體工作流程［12～13］如下。

1）IP地址自動發(fā)現(xiàn)：測控平臺加載之后調(diào)用后臺模塊，后臺模塊調(diào)用開源DHCP模塊，為代理開發(fā)板分配動態(tài)分配IP地址，然后后臺將IP地址和MAC地址通過進程間通信socket通信推送到測控平臺，測控平臺創(chuàng)建線程［14］去接收，將接收到的消息通過主界面的運行欄進行顯示，同時將其寫入日志文件，以備后來查看，同時，測控平臺主界面自定義函數(shù)getDHCPInfo（）中將接收到的MAC地址在數(shù)據(jù)庫表t_AgentIdMac中進行查詢，如果不存在此MAC地址，則說明該代理不存在，則將該代理添加到此表中，然后在表t_RunningTreeView中通過代理名稱來查詢編號ID，如果不存在，則將該代理的名稱、pid、ip和mac地址添加到此表中，點擊刷新，樹形圖和拓撲圖都發(fā)生改變。

2）掃描代理：代理通過DHCP模塊為代理進行IP地址的分配，在主界面創(chuàng)建一個線程scanAgentIp（），測控平臺每隔一定時間去讀取數(shù)據(jù)庫表t_Run?ningTreeView中所有代理的ID和IP地址，然后通過Ping類和PingReply類與代理的IP地址進行Ping操作，即發(fā)送ICMP請求，并獲取ICMP應(yīng)答狀態(tài)，如果應(yīng)答狀態(tài)失敗，則表明此代理不存在，則應(yīng)該將該代理從數(shù)據(jù)庫表中刪除，并且將該代理下面的儀器設(shè)備進行刪除，如果Ping操作成功，則在數(shù)據(jù)庫中讀取下一條ID和IP地址的記錄，然后進行和上面同樣的操作。

圖2 代理和儀器連接

3 MIB信息管理界面的設(shè)計與實現(xiàn)

LXI網(wǎng)絡(luò)儀器測控平臺主界面中的樹形圖和拓撲圖都可以動態(tài)顯示代理以及儀器設(shè)備，也可以實現(xiàn)動態(tài)添加、刪除、查看對應(yīng)屬性信息，遠端代理和儀器設(shè)備的信息獲取是使用的 SNMP［15～16］的 Get和Set操作，用戶可以將遠端數(shù)據(jù)通過MIB界面進行正確顯示，實現(xiàn)遠程監(jiān)控和數(shù)據(jù)查看。

1）當(dāng)加載此窗體時，窗體在加載的過程中會對DataGridView控件進行自定義設(shè)置，例如在該控件中創(chuàng)建復(fù)選框列，從數(shù)據(jù)庫中加載信息，顯示在該控件的指定位置，并進行分頁顯示，在圖3中的MIB表中，可以單擊某行后面的“獲取”或者“設(shè)置”按鈕，從而實現(xiàn)對選定行中的OID進行SNMP的“Get”和“Set”操作，也可以在復(fù)選框中選擇一個起始的OID，單擊“批量獲取”按鈕進行連續(xù)四個OID符號表示的信息的獲取，當(dāng)點擊“獲取”時，會彈出一個小窗口，需要填充該OID對應(yīng)的代理的IP地址，可以通過單擊該小窗口上的“自動獲取”按鈕進行快速獲取，然后點擊“提交”按鈕之后，通過中間交互處理模塊即后臺處理模塊向代理發(fā)送Get或者Set請求，對于“獲取”、“設(shè)置”和“批量設(shè)置”操作實現(xiàn)比較復(fù)雜，用到數(shù)據(jù)庫技術(shù)、多線程、內(nèi)存映射文件、socket套接字以及序列化與反序列化操作等，這里不做詳細說明。

2）在實驗中用到的有基于Linux操作系統(tǒng)的開發(fā)板、基于μC/OS-II［17］操作系統(tǒng)的開發(fā)板、示波器、信號發(fā)生器和溫度傳感器等設(shè)備，本測試用Linux操作系統(tǒng)的開發(fā)板進行測試，5號代理將示波器和傳感器分別接在代理的USB和UART接口上，上圖2中device-5-1和device-5-3分別代表示波器和傳感器分別接入到5號代理的接口1和接口3，選擇OID號為1.3.6.1.4.1.1199.5.1.4.0，表示5號代理第一個接口所連接的設(shè)備的第4個屬性。

圖3 MIB信息管理界面

3）在MIB信息表中，選中OID號為1.3.6.1.4.1.1199.5.1.4.0所在的行，點擊“獲取”之后，在圖5所示的窗口點擊自動獲取填充此代理的IP地址，可在MIB信息管理界面看到結(jié)果，結(jié)果如圖4所示。當(dāng)點擊該行的“設(shè)置”（SNMP協(xié)議中的Set），表示對示波器device-5-1的操作，設(shè)置其無效值為“5.1E1”，并在信息顯示窗口查看顯示結(jié)果，然后再對其設(shè)置有效值“5.0E0”，查看設(shè)置結(jié)果，當(dāng)點擊“獲取”的時候，兩次設(shè)置對比圖分別如圖6和圖7所示。

圖4 “獲取”屬性值

圖5 “設(shè)置”屬性值

圖6 第一次設(shè)置結(jié)果

圖7 第二次設(shè)置結(jié)果

4 結(jié)語

本文主要研究的是局域網(wǎng)內(nèi)樹形圖的生成及遠程管理和測量，屬于LXI網(wǎng)絡(luò)儀器測控與管理的系統(tǒng)監(jiān)管平臺項目的一部分，該項目是陜西省重大科技創(chuàng)新專項資助項目，實現(xiàn)了儀器設(shè)備的遠程測量與監(jiān)控，具有創(chuàng)新性和開發(fā)的價值，該項目已經(jīng)成功驗收，測控界面直觀、易操作，達到預(yù)期目標(biāo)。