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1 前言

　　隨著網絡技術的引入，虛擬儀器技術漸漸向網絡化方向發展，很多測試任務也提出了遠程測試的要求。于是，網絡化的虛擬儀器成了虛擬儀器技術的一個發展方向。虛擬儀器技術與網絡技術的結合及其在測控領域中的應用，是對傳統測控方式的一場革命。應用LabVIEW作為虛擬儀器軟件開發平臺，為開發高性能的計算機測控系統提供了極大的便利。測控方式的網絡化，是未來測控技術發展的必然趨勢，通過建立分布式網絡測控系統，能夠充分利用現有資源和網絡帶來的種種好處，實現各種資源最有效合理的配置。應用分布網絡測控，可以進行多點測量，多點分析處理。這樣既可以充分發揮服務器控制測試儀器的接口能力，又能發揮客戶機數據處理能力，而且便于系統的擴展。

2 遠程測控的實現

　　2.1 遠程測控系統的組成

　　根據遠程測控數據流量狀況及不同的測試需求可采用基于Client/Server（簡寫為C/S）和Browser/Server（簡寫為B/S）兩種網絡模型組建遠程測試系統。本課題采了C/S模式，其適合數據傳送量大的情況，而且具有效率高，數據可靠完整、兼容性強等特點。遠程測控系統結構圖如圖4.9所示。其中測控服務器作為測量發布節點，主要完成數據采集、數據發布以及將采集的數據存儲到數據庫服務器中的功能。Web服務器主要提供基本的網站功能，客戶端通過訪問該網站，可以獲得數據庫服務器中的實時作業信息和歷史數據。另外，客戶端利用虛擬儀器應用程序建立與服務器端的網絡通信，監測和控制服務器端的作業，接收來自服務器端的作業數據，并進行數據分析處理、數據處理結果的存儲與顯示、生成數據報表以及數據或波形打印等。

圖一：遠程測控系統結構圖

　　2.2 基于C/S模式的DataSocket技術

　　在基于計算機的遠程測控中，雖然目前已經有TCP/IP、DDE等多種用于兩個應用程序之間共享數據的技術，但這些技術都不是用于實時數據（Live Data）傳輸的。只有DataSocket（DS）是一項在測量和自動化應用中用于共享和發布實時數據的技術。DataSocket技術是一種簡單易用的網絡數據通信技術，它封裝了TCP/IP編程細節（如選擇端口號、定義協議、創建連接、字節流處理、錯誤處理等），使測試工程師不用了解底層的網絡編程技術，就可以方便的搭建網絡化虛擬儀器測試系統。

　　LabView開發環境安裝后就會在Windows的程序菜單中增加National Instruments DataSocket條目，包括DS 的兩個組件Datasocket Server Manager和 DataSocket Server。其中，DataSocket Server是一個小巧、獨立運行的程序，利用DS技術傳輸數據必須在發布數據的機器上打開DataSocket Server。發布數據的程序通過它進行數據輸出;輸入數據的程序找到它才能接收數據。DataSocket Server的面板如圖4.10，其顯示了主機zhangtianyi.workgroup當前連接到DS上的任務數和已經發送的數據包數。Datasocket Server Manager和 DataSocket Server主要功能是設置DS Server可連接的客戶數目和可創建的數據項目數、設置用戶權限、預定義數據項等。

圖 二：DS服務器面板

　　DataSocket API提供了一個用于多樣編程語言、多種數據類型通訊的單一接口，它在LabView中的形式之一是兩個函數DataSocket Read 和DataSocket Write。發布數據時用DataSocket Write函數自動地將用戶數據轉化為在網絡上傳遞的字節流，接收數據時用DataSocket Read將字節流還原到它原始的形式。

　　DS傳遞數據的3個部分，即發布數據程序、DS服務器和接收數據的程序，可以放在同一臺機器上，但更有普遍意義的是將發布數據程序和DS服務器放在一臺機器上，將其作為測控服務器，而接收數據的程序在另一臺機器上運行，將其作為客戶機。本課題便是采用了后者的方案來實現遠程測控的。由測控服務器首先進行數據采集，然后把采集到的數據發布到DataSocketServer中，客戶端便可以同步地從DataSocket Server中接收數據，這樣可保證客戶端數據與原始實驗數據的一致性。應用DataSocket技術進行實時數據傳輸的框圖例程如圖三所示。

圖 三：DataSocket的數據發布和數據接收程序框圖（左為發布右為接收）

　　利用DataSocket技術實現網絡化測控具有許多優越性。突出的一點就是安全性高。利用DataSocket ServerManager可以設定客戶端連接數目、數據項數目，創建用戶組和用戶，設置用戶讀/寫以及創建數據項的權限（未設定權限的用戶對服務器不可訪問）。另外，DataSocket傳輸數據的端口使用3015，此端口已經通過IANA（Internet地址分配機構）注冊為DSTP協議專用端口，因此可以在防火墻外部的計算機上運行DataSocket服務器，同時可保證在防火墻內部的計算機上安全地運行數據發布等應用程序DataSocket傳輸的數據本身包含很小的頭文件，因此，數據傳輸速度快，適合于在網絡上大量實時數據的傳輸。

3 數據傳送與接收的一致性問題

　　在進行信號的采集時，采集的各數據跟時間是密切相關的，因此，時間信息及其它相關信息需要和采集的實時數據一起進行傳遞。可以采取在發布端發送多個數據項的方法解決，即把實時數據、時間、及其他信息分別建立各自的數據項，之后經采集服務器端的DataSocket Publisher分別發布給DataSocket Server，再由客戶端分別接收。但經測試發現，會產生偽數據現象。為保證客戶端接收數據的一致性，采用數據屬性方法，把時間等信息作為數據屬性同實時數據綁定后再進行數據發布。這樣在服務器和客戶端之間傳遞的是實時數據、時間等內容的綁定整體，所有的傳遞信息同時到達數據接收端，之后再由接收端利用數據屬性來提取相應的數據。采用這種措施后即使傳輸過程中出現數據丟失現象，丟失的也只能是綁定的數據包，并不會對下次傳來的數據產生影響，實驗的偽數據就不會產生了，從而避免了因某一項數據丟失而無法匹配或匹配錯誤情況的發生。

　　測控服務器端在采集、分析的同時，要求客戶端能夠正確、同步地實時顯示測試結果。如果僅用DataSocket中的DataSocket Write.vi和 DataSocket Read.vi來簡單實現，往往會出現以下問題：發送數據和接受的數據并不同步，并且會接收到許多的無用數據，如DataSocket Read.vi中出現Timeout提示，會再次返回上一次的接收數據或讀不到數據，返回“0”值等，這些都是與測控過程無關的偽數據，反而導致接收端顯示的混亂。為解決這個問題，即要保證客戶端接收數據的一致性，可采用上面提出的數據屬性方法，把標識號與實時數據綁定、打包后后再進行數據發布。具體是將每個數據包分為兩項：數據項和屬性項，分別存放采集數值和本次發送的標記—序號Q，然后發包給DataSocket;接收方也建立一個接收標記—序號P（初值與序號Q同），由于每個包都有一個唯一的序號，因此接收方每次讀到數據包時，只按序號P與序號Q的一致性來判斷是否接收包并存放到顯示數組中，之后將序號P自動加1（即預置為下一個接收包的序號）為下次傳送做準備。如果某次從DataSocket Read.vi中返回的數據包中序號Q為0或其它值，就會與當前序號P中的值不一致，表明此數據包無效，客戶端不予接收并循環等待讀取下一個數據包。圖四為程序流程：

圖 四：收發數據流程

4 創新點總結

　　本文的創新點是提出了一種基于虛擬儀器的遠程網絡測控系統實現方案，詳細分析了遠程測控系統的總體框架和實現技術。并且隨著網絡技術的引入，虛擬儀器技術漸漸向網絡化方向發展，很多測試任務也提出了遠程測試的要求。網絡化的虛擬儀器已經成為虛擬儀器技術的一個發展方向。課題采用基于C/S模式的DataSocket技術，解決了數據傳送與接收的一致性問題，實現了虛擬儀器的的遠程測控功能。