機(jī)器人遙操作網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)的設(shè)計(jì)

　　圖4（a）顯示的是服務(wù)器端運(yùn)行之后的界面。服務(wù)器端是該程序的核心端，所有客戶端的數(shù)據(jù)都將傳輸?shù)椒?wù)器端，客戶端之間通信需要通過服務(wù)器端進(jìn)行中轉(zhuǎn)。而本文所設(shè)計(jì)的程序中的服務(wù)器端不僅可以實(shí)現(xiàn)以廣播的形式向所有連接到該服務(wù)器的客戶端發(fā)送信息，還可以以單對(duì)單通信的方式向單個(gè)的客戶端進(jìn)行通信。在圖 4（a）中就顯示了服務(wù)器端分別利用這兩種方式進(jìn)行了通信。點(diǎn)擊界面中的發(fā)送按鈕就采取廣播式發(fā)送信息，而點(diǎn)擊界面中的1和2兩個(gè)按鈕則是對(duì)特定客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　本文設(shè)計(jì)的程序可以支持多個(gè)不同的

(a)

(b)

(c)

圖4 通信平臺(tái)運(yùn)行界面

　　客戶端和服務(wù)器進(jìn)行連接并通信。圖4（b）顯示的是IP為“192.168.0.106”的客戶端和服務(wù)器建立連接之后的通信，而圖4（c）則是IP為“192.168.0.110”的客戶端和服務(wù)器通信的界面。

　　3 實(shí)驗(yàn)性能分析

　　1.時(shí)延和數(shù)據(jù)的丟失問題

　　機(jī)器人遙操作要求數(shù)據(jù)傳輸要具備可靠性和次序性，TCP協(xié)議提供了可靠而有序的傳輸，基于這一特性，可以在傳輸過程中使用超時(shí)重傳、分段、重組等檢錯(cuò)糾錯(cuò)策略，通過這些檢錯(cuò)糾錯(cuò)策略可以保證在數(shù)據(jù)傳輸過程中的可靠性和有序性，可以有效的防止數(shù)據(jù)的丟失。

　　機(jī)器人遠(yuǎn)端遙操作控制的采用并不意味著實(shí)時(shí)控制作用被上移到網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)控制依然由現(xiàn)場(chǎng)的控制單元來完成，而網(wǎng)絡(luò)遙操作更關(guān)注的是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息的監(jiān)視和管理以及對(duì)機(jī)器人的非實(shí)時(shí)控制，所以TCP通信在傳輸過程中存在的時(shí)延問題也就顯得影響不大。
　2.數(shù)據(jù)共享問題及其解決方案

　　由于本文中程序是多任務(wù)多線程的，當(dāng)多個(gè)客戶端同時(shí)連接到服務(wù)器時(shí)，多任務(wù)、多線程就極易造成數(shù)據(jù)共享問題。數(shù)據(jù)共享問題可以解釋如下：假定有多個(gè)函數(shù)（或者ISR、任務(wù)）共享一個(gè)變量，如果在某一時(shí)刻存在對(duì)該變量的數(shù)值的操作，并且在對(duì)其施加操作的的過程中，僅有部分操作完成，還有一部分沒有完成，若在此時(shí)產(chǎn)生一個(gè)中斷，如果此時(shí)還有另一個(gè)函數(shù)也在共享該變量，且前面的操作已經(jīng)完成，該變量的數(shù)值可能與預(yù)期的不同。因此，當(dāng)一個(gè)函數(shù)與另一個(gè)函數(shù)共享某變量時(shí)，所調(diào)用的ISR或者另一個(gè)函數(shù)都有可能改變此變量，是變量的數(shù)值發(fā)生變化，在返回時(shí)此變量的新數(shù)值將從堆棧轉(zhuǎn)載到四個(gè)寄存器中，未完成的操作將按照寄存器中的新數(shù)值執(zhí)行，程序就會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。

　　在本文中，利用了以下措施消除了程序中由共享數(shù)據(jù)問題所導(dǎo)致的錯(cuò)誤。

1） 對(duì)于從中斷返回的變量，在聲明中使用了volatile。此聲明可以警告編譯器，這些變量是可更改的。
2）在中斷之前將完全執(zhí)行的部分中對(duì)原子指令使用可再生函數(shù)，此部分叫臨界段。
3） 將共享的變量放入循環(huán)隊(duì)列中。需要使用該變量數(shù)值的函數(shù)總是從隊(duì)列的前端將其刪除。而另一些寫入該變量的數(shù)值的函數(shù)總是從隊(duì)列的末端進(jìn)行操作。
4）在臨界段開始執(zhí)行之前通過使用信號(hào)量來關(guān)閉中斷，在其完成之時(shí)打開中斷。

　　4 結(jié)論

　　本文設(shè)計(jì)了一種基于TCP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)，通過該平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程客戶機(jī)與本地服務(wù)器之間的信息通信，而且保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院痛涡蛐?，?duì)機(jī)器人的遙操作提供了可靠的網(wǎng)絡(luò)通信條件。

　　網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)的建立，擴(kuò)大了對(duì)機(jī)器人操作的遠(yuǎn)程化距離，而且該平臺(tái)具有架構(gòu)容易，低成本，維護(hù)便利等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)機(jī)器人遙操作領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步將會(huì)起到幫助作用。