基于缓冲队列的带网络状态监测功能的网络通信模式应用.doc
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1、基于缓冲队列的带网络状态监测功能的网络通信模式应用1引言现代监控系统的监控对象越来越复杂,越来越分散,信号采集终端呈现分布式趋势。各个信号采集终端经常用小巧灵便、易于控制和性价比高的嵌入式系统构成相对独立的数据采集系统,然后通过网络将数据传输到上位机服务器进行统一分析处理 1。负责数据传输的网络通信协议和软件在整个监控系统中起着十分重要的作用,然而周围环境的电磁干扰、上位机 CPU被占用等情况可能导致网络阻塞、连接中断等,如果软件不能及时发现故障并做出相应的处理,将会直接影响到整个系统的稳定性,导致数据采集中断,甚至使系统瘫痪。利用实时操作系统 VxWorks对多任务的良好支持,本文提出了一种
2、基于缓冲队列的网络通信模式,并添加了网络状态监测功能,使系统能够快速的对网络断线等故障做出响应,提高了网络通信的稳定性和可靠性。2 VxWorks及分布式数据采集系统介绍VxWorks是美国风河( Wind River Systems)公司开发的一套具有微内核、可裁减的高性能实时操作系统,适用于当下所有流行的目标 CPU平台,支持广泛的网络通信协议,为开发者提供了高效的实时多任务调度、终端管理、实时的系统资源及实时的任务间通信功能,是嵌入式领域中应用最多的实时操作系统之一2。VxWorks采用了与 4.4BSD TCP/IP兼容的实时网络协议栈,使得网络开发变得易于进行和方便移植。利用 VxW
3、orks对多任务和Socket的良好支持,可以方便地实现网络通讯。图1是我们开发的一个基于 TCP/IP协议的分布式监测系统的结构示意图。该系统主要可分为三个层次结构:服务器、采样节点、传感器。传感器负责采集信号,将物理信号转换为电信号;采样节点首先对信号进行预处理,然后通过 A/D芯片将信号转换为数字信号,最后通过网络传送给服务器;服务器负责数据的接收、分析、存储并显示结果。服务器和采样节点之间通过TCP/IP协议进 行数据的传输与接收,网络通讯程序的质量直接影响着整个系统的稳定性和可靠性。TCP/IP协议是目前广泛采用的一组完整的网络通信协议,可以用在各种各 样的信道和底层协议之上,是一组
4、不基于任何特定硬件平台而可实现异种机互联的网络通信协议,在网络通信中被广泛应用3-4。具体表现为,消息队列初始为空,数据发送任务阻塞在消息队列上,网络正常情况下,每有新的消息单元到达时,数据发送任务就将该消息单元指向的数据包立刻发送出去;如果某个时刻网络受到外界环境的影响变地不稳定或发生短暂阻塞,数据包不能及时发出,该数据包就可缓存在 Buffer中,其地址信息缓存在消息队列中,而不会丢失,等网络正常后再发送出去。基于缓冲队列的网络通信模式如图 3所示。根据待传输信息的紧急程度,不同的任务可以选择基于 FIFO或优先级向缓存队列中写入消息单元。实验时,以一台普通 PC机作为上位机服务器,采样节
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