基于LabWIEW數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信關(guān)鍵技術(shù)研究

　　4.1 B/S結(jié)構(gòu)與C/S結(jié)構(gòu)的比較

　　本文提出的基于Internet組建網(wǎng)絡(luò)化測控系統(tǒng)目前主要有兩種基本的模式：C/S和B/S模式，性能和功能場合上各有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，現(xiàn)做如下分析對比。

　?。?）C/S模式：（客戶/服務(wù)器模式）

　　C/S模式模型是網(wǎng)絡(luò)通信中常用的一種模型，通常集散控制系統(tǒng)多采用這種結(jié)構(gòu)，它一般有多個客戶端來采集數(shù)據(jù)，而且通常有一個服務(wù)器來充當(dāng)數(shù)據(jù)庫的角色，客戶端通過通信協(xié)議把測試數(shù)據(jù)寫入遠(yuǎn)程服務(wù)器數(shù)據(jù)庫。這種模型的設(shè)計包括兩個方面：客戶端采集程序和遠(yuǎn)程發(fā)布的程序設(shè)計以及客戶端數(shù)據(jù)的接收程序的設(shè)計。在LabVIEW環(huán)境下，專門為測試數(shù)據(jù)的安全快速的傳輸設(shè)置了DSTP協(xié)議。

　　C/S模式的優(yōu)點(diǎn)：

　?、儆捎诳蛻舳藢崿F(xiàn)與服務(wù)器的直接相連，沒有中間環(huán)節(jié)，因此響應(yīng)速度快。

　　②操作界面漂亮、形式多樣，可以充分滿足客戶自身的個性化要求。

　?、跜/S結(jié)構(gòu)的管理信息系統(tǒng)具有較強(qiáng)的事務(wù)處理能力，能實現(xiàn)復(fù)雜的業(yè)務(wù)流程。

　　C/S模式的缺點(diǎn)：

　?、傩枰獙ｉT的客戶端安裝程序，分布功能弱，針對點(diǎn)多面廣且不具備網(wǎng)絡(luò)條件的用戶群體，不能夠?qū)崿F(xiàn)快速部署安裝和配置。

　?、诩嫒菪圆睿瑢τ诓煌拈_發(fā)工具，具有較大的局限性。若采用不同工具，需要重新改寫程序。

　?、坶_發(fā)成本較高，需要具有一定專業(yè)水準(zhǔn)的技術(shù)人員才能完成。

　　（2）B/S模式：（瀏覽器/服務(wù)器模式）

　　B/S模型是為了方便用戶在Web下發(fā)布數(shù)據(jù)。通常用戶端只需要安裝一個瀏覽器，直接訪問該測控網(wǎng)站的地址，就可以監(jiān)視遠(yuǎn)程測控點(diǎn)的數(shù)據(jù)變化情況。它的主要工作就是在服務(wù)器端程序的開發(fā)，不存在客戶端程序的開發(fā)和維護(hù)。在B/S模式下，一般采用HTTP協(xié)議。B/S組網(wǎng)模式的網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器如圖4.1所示。

　　B/S模式的優(yōu)點(diǎn)：

　?、倬哂蟹植夹蕴攸c(diǎn)，可以隨時隨地進(jìn)行查詢、瀏覽等業(yè)務(wù)處理。

　?、跇I(yè)務(wù)擴(kuò)展簡單方便，通過增加網(wǎng)頁即可增加服務(wù)器功能。

　?、劬S護(hù)簡單方便，只需要改變網(wǎng)頁，即可實現(xiàn)所有用戶的同步更新。

　?、荛_發(fā)簡單，共享性強(qiáng)。

　　B/S模式的缺點(diǎn)：

　?、賯€性化特點(diǎn)明顯降低，無法實現(xiàn)具有個性化的功能要求。

　?、诓僮魇且允髽?biāo)為最基本的操作方式，無法滿足快速操作的要求。

　　③頁面動態(tài)刷新，響應(yīng)速度明顯降低。

　?、軣o法實現(xiàn)分頁顯示，給數(shù)據(jù)庫訪問造成較大的壓力。

　?、莨δ苋趸?，難以實現(xiàn)傳統(tǒng)模式下的特殊功能要求。

　　綜上所述，B/S模式建立在廣域網(wǎng)上，面向不同的用戶群，分散地域，這是C/S模式無法作到的。與操作系統(tǒng)平臺關(guān)系最小。C/S模式多是建立的 Window平臺上，表現(xiàn)方法有限，對程序員普遍要求較高，B/S模式建立在瀏覽器上，有更加豐富和生動的表現(xiàn)方式與用戶交流。。并且大部分難度減低，降低開發(fā)成本。鑒于兩種結(jié)構(gòu)模式優(yōu)缺點(diǎn)性能的比較和筆者的論文實現(xiàn)難以上考慮，本文的遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)采用B/S模式。

　　4.2 LabVIEW實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信的方法研究

　　數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)有多種實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信的方法。

　　其中，基于虛擬儀器LabVIEW實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信有四大類方法：

　　（1）使用網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議編程實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，可以使用的通信協(xié)議類型包括TCP/IP協(xié)議、UDP、串口通信協(xié)議、無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、Socket等；

　?。?）使用基于TCP/IP的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議DSTP的DataSocket技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信；

　?。?）使用共享變量實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信；

　?。?）通過遠(yuǎn)程訪問來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。

　　本節(jié)將簡單地分析了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用場合。

　　4.2.1 TCP與UDP通信技術(shù)

　　TCP與UDP，這些協(xié)議在絕大多數(shù)計算機(jī)上都有安裝，因此他們的使用更為普遍，但是正是由于這些協(xié)議更加基礎(chǔ)，因此針對它們的編程要更加復(fù)雜，用戶需要考慮如何建立連接、分配端口號、進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換等。LabVIEW為用戶提供了封裝好的VI函數(shù)，大大簡化了TCP與UDP編程。

　　網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)中傳遞、管理信息的一些規(guī)范，是計算機(jī)之間相互通信需要共同遵守的一些規(guī)則。網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議通常被分為多個層次，每一層完成一定的功能，通信在對應(yīng)的層次之間進(jìn)行。LabVIEW中支持的通信協(xié)議類型包括TCP/IP、UDP、串口通信協(xié)議、無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和郵件傳輸協(xié)議。TCP/IP協(xié)議體系是目前最成功，使用最頻繁的Internet協(xié)議，有著良好的實用性和開放性。它定義了網(wǎng)絡(luò)層的網(wǎng)際互連協(xié)議IP，傳輸層的傳輸控制協(xié)議TCP、用戶數(shù)據(jù)協(xié)議UDP等。

　　選擇采用C/S模式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用構(gòu)架時，網(wǎng)絡(luò)通信利用Socket編程。Socket是TCP/IP協(xié)議傳輸所提供的接口，一般對于軟件開發(fā)主要使用兩種類型的套接字：

　?。?）流式套接字

　　流式套接字為應(yīng)用程序提供可靠的通信連接和無邊界限制的雙向數(shù)據(jù)流，能夠提供有序、無重復(fù)的傳輸，適用于處理大量數(shù)據(jù)，并適用于要求得到響應(yīng)的應(yīng)用程序。流式套接字是基于直接連接的，建立在TCP基礎(chǔ)上。TCP三次握手——使用TCP協(xié)議的流程圖如圖4.2所示

　?。?）數(shù)據(jù)報套接字

　　支持雙向數(shù)據(jù)流動，但不能保證數(shù)據(jù)的順序和不重復(fù)性，同時也不十分可靠。數(shù)據(jù)報是無連接的，由UDP（用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）支持，幾乎是直接建立在IP層上，傳輸速度比較快。UDP即用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議，它是一種無連接協(xié)議，因此不需要像TCP那樣通過三次握手來建立一個連接。同時，一個UDP應(yīng)用可同時作為應(yīng)用的客戶端或服務(wù)器端。由于UDP協(xié)議并不需要建立一個明確的連接，因此建立UDP應(yīng)用要比建立TCP應(yīng)用簡單得多。它比TCP協(xié)議更為高效，也能更好地解決實時性的問題。使用UDP協(xié)議的流程圖如圖4.3所示。

　　其中Socket信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)程序如下：

　　struct sockaddr

　　{

　　unsigned short sa_family； /*地址族*/

　　char sa_data［14］； /*14字節(jié)的協(xié)議地址，包含該socket的IP地址和端口號。*/

　　}；

　　struct sockaddr_in

　　{

　　short int sa_family； /*地址族*/

　　unsigned short int sin_port； /*端口號*/

　　struct in_addr sin_addr； /*IP地址*/

　　unsigned char sin_zero［8］； /*填充0以保持與struct sockaddr同樣大小*/

　　}；

　　LabVIEW中為網(wǎng)絡(luò)通訊提供了基于TCP/UDP的通訊函數(shù)供用戶調(diào)用。這樣用戶可直接調(diào)用TCP模塊中已發(fā)布的TCP VI及相關(guān)的子VI來完成流程的編寫，而無需過多考慮網(wǎng)絡(luò)的底層實現(xiàn)。在設(shè)計上采用C/S（客戶端/服務(wù)器）通信模式，VI程序分為兩部分：處理主機(jī)工作在Server模式，完成數(shù)據(jù)接收，并提供數(shù)據(jù)的相關(guān)處理；數(shù)據(jù)點(diǎn)計算機(jī)工作于Client模式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。TCP傳輸數(shù)據(jù)過程如下：首先由發(fā)送端發(fā)送連接請求，接收端偵聽到請求后回復(fù)并建立連接，然后開始傳輸，數(shù)據(jù)傳輸完成后關(guān)閉連接，傳輸過程結(jié)束。

　　（3）利用TCP協(xié)議通信實例

　　以下通過C/S（客戶端/服務(wù)器）通信模式實現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸模式。

　　在服務(wù)器端，用“TCP Create Listener”節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建偵聽，“TCP Wait on Listener”節(jié)點(diǎn)等待客戶機(jī)連接，通過循環(huán)產(chǎn)生100個正弦信號數(shù)據(jù)，用兩個“TCP Write”節(jié)點(diǎn)來發(fā)送數(shù)據(jù)，第一個節(jié)點(diǎn)用來發(fā)送波形數(shù)據(jù)的長度，第二個節(jié)點(diǎn)發(fā)送波形數(shù)據(jù)，最后，用“TCP Close Connection”節(jié)點(diǎn)結(jié)束連接。程序框圖如圖4.4所示：

　　在客戶端，用“TCP Open Connection”節(jié)點(diǎn)打開TCP連接，用兩個“TCP Read”節(jié)點(diǎn)讀取數(shù)據(jù)，第一個節(jié)點(diǎn)接收波形長度作為第二個節(jié)點(diǎn)的輸入，第二個節(jié)點(diǎn)接收波形數(shù)據(jù)，最后，用“TCP Close Connection”節(jié)點(diǎn)結(jié)束連接。程序框圖如圖4.5所示：

　　運(yùn)行TCP客戶端程序，顯示結(jié)果如下圖4.6所示。