基于分层结构的远程监控系统通信协议的设计.pdf

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1、第!卷第#期!$%年#月机&电&工&程()*+,-)+./(.()0 1-)+.(,2-,(1-,2+2+3-,(4 5 6 7!,5 7#8 9:7!$%收稿日期!$;#女#浙江杭州人#主要研究方向为计算机控制技术%基于分层结构的远程监控系统通信协议的设计胡丽霞!赵光宙!浙江大学 电气工程学院#浙江 杭州#$!%摘&要!介绍了应用于远程环保监控系统中的一种基于分层结构的通信协议设计思想!将通信协议划分为应用数据层网络通信层和网络接口层三层!并分别给出了各层的设计思路#基于分层结构的通信协议有很强的独立性灵活性!易于实现和维护!利于标准化工作#关键词!监控系统$分层结构$2 Y 1 F$1 F

2、!中图分类号!0,=#?7$&文献标识码!+文章编号!#$#?#!$%#$!*1&,#(-(%4#&$/&(#2 3(/(+1(-3*%(/*%(#&/(3&#,1 1/*%7$1*)(#%4+/&0/&*3*)1/3 4 /4 3*g.C H I C 9#3*+A2 G9:D H a N5 G!#$%&%#/$%)0 1-)+$/,&-,%1-,*%9-+,&4,-5%1 6-0 7#:+,&;*#$!%#*-,+6 7 1/3$/(+:O WSC:R 5 X T 5 Q Q G:C T 9 K C 5:MP 5 K 5 T 5 6 LJ9 L O R 5:Q G6 K C H K C

3、 O P O R L K P GT K GP O#W NC T N W 9 L 9 MM6 C O R C:9P O Q 5 K OO:U C P 5:HQ O:K Q 5:C K 5 P C:DL V L K O Q#W 9 LJP 5 GD NK 5 GK 7-:K NO:O WK N5 GD NK#T 5 Q Q G:C T 9 K C 5:MP 5 K 5 T 5 6 LN9 U OJO O:RC U C RO R C:K 5 6 9 V O P L(9 MM6 C T 9 K C 5:R9 K 96 9 V O P#:O K W 5 P S T 5 Q Q G:C T 9 K C 5

4、:6 9 V O P9:R:O K W 5 P S C:K O P X 9 T O6 9 V O P#9:R K NORO L C D:Q O K N5 RL5 X O U O P V6 9 V O PW O P OD C U O:5 GK 7)5 Q Q G:C T 9 K C 5:MP 5 K 5 T 5 6 LJ9 L O R 5:Q G6 K C H K C O P O R L K P GT K GP OC LC:RO MO:RO:K#9 D C 6 O#O 9 L VK 5P O 9 6 C a O9:R Q 9 C:HK 9 C:#9:R MP 5 MC K C 5 GLK 5L

5、K 9:R9 P RC a O 78*5(3)1(Q 5:C K 5 P C:DL V L K O Q Q G6 K C H K C O P O R L K P GT K GP O D O:O P 9 6 M9 T SO K P 9 RC 5L O P U C T O 1 F!9:前:言远程监控在工业控制及自动化等领域中发挥着重要的作用%如何提高监控系统的实时性和准确性#是设计人员要着重考虑的问题%本研究以远程环保实时监控系统为例#介绍如何设计多层结构的通信协议#以实现监控系统的实时性和准确性%;:系统构成区域环保实时监控系统主要用于(检测分析各类环境指标及时$准确地获得各类不断变化的动态数据

6、尽早发现环境的异常变化$自动报警并迅速作出处理%该远程监控系统由!层组成(上层是监控层#由 Y)机构成下层是下位机!如嵌入式+1 系统等#实现现场数据采样功能%系统结构#如图#所示%监控站的主要功能就是通过通信网络接收现场图;:环保远程监控系统系统结构数据$向下位机发送修改参数的命令%#台监控 Y)机负责,台现场设备%:分层结构为了实现现场设备与监控站有条不紊地交换数据#就必须事先设定好一定的规则#规定所交换数据的格式以及有关同步的问题%根据工作性质不同#可以将现场设备和监控站之间的通信工作划分为 类(第#类工作与传送的文件直接相关#应用程序可以直接处理第!类工作提供通讯服务#保证文件在现场设

7、备和监控层之间传输A-PDF Split DEMO:Purchase from www.A-PDF.com to remove the watermark第 类就是网络接入工作#为以上两类工作服务%+1 Y+,(0的研究经验表明#复杂的网络协议#最好采用层次式的结构%依据工作性质的不同#远程监控系统采用层次式通信协议#每一层负责一类工作%应用数据层确定应用程序之间的通信#即有意义的环保数据及监控站命令数据通信网络通信层负责路由选择#使发送站传出的数据能找到目的站网络接口层利用物理媒体#以比特为单位传送数据%环保远程监控系统的通信协议层次划分#如图!所示%图:通信协议层次划分结合本系统实例#分别

8、介绍各层的通讯规则及具体实现%7;:应用数据层监控站和现场设备之间交换的数据主要是现场设备向监控站发送的现场采样环境指标数据#以及监控站向现场设备发送的修改现场指标的数据%为了保证数据正确传输#防止出现数据丢失#设备收到数据后就发送确认信息%现场设备向监控站发送的通信帧格式主要有 种(数据帧$状态帧和确认帧%帧格式如图 所示%数据帧的状态有!种#分别为+,!,5 P Q 9 6#指示现场设备自发$定时的向监控系统发送的现场数据和+,!+6 9 P Q#指示应监控系统要求发送的现场数据%监控系统最大的特点就是具有实时性#数据帧中的+时间,字段指示数据采样的时间%状态帧主要指现场设备响应监控站要求

9、发送当前状态的帧#发送现场设备当前参数!例如采样时间间隔$报警上下限等#监控站根据此帧内容确定是否需要重新调整%+站点号,段通知监控站发送数据的现场设备号%数据帧状态位帧号时间站点号采样数据结束符数据帧状态位帧号时间站点号站点状态信息结束符确认帧+)时间发送帧帧号结束符图=:现场设备通信帧格式监控站向现场设备发送的通信帧格式主要有!类(命令帧和确认帧%帧格式如图 所示%&命令帧状态位帧号时间目标站号命令结束符&确认帧+)时间发送站站点发送帧帧号结束符图 A:监控站通信帧格式监控站向现场设备发送的数据帧格式与现场设备向监控站发送的数据帧格式基本相同#主要区别是现场设备不唯一#监控系统发送数据必须

10、指明目标站点%监控站发送的命令主要包括(要求目标站点发送即时采样数据$修改采样时间间隔$重新设置报警上下限等%应用数据层有重发机制#在设定时间内没有收到+)确认帧#则重发信息%设定最高重发次数#$次#以后还没有收到确认信息#可能就是底层网络出错#则停止发送%7 指令问答帧格式要实现一次完整的消息收发#总共需要;条+0指令(!#+0j),-irQ 5 ROo#rQ K o#rJQo#rRL o#rJX P o初始化指令#新短信到来时通知#并将消息存入L C Q卡中%!+0j)F)+i+j;#$?%#?$,设置短消息中心的号码%!+0j)2 irQ 5 RO o收发短消息模式设置为 0 O I K

11、 模式#开发方便%!+0j)2 F i+对方手机号码,发送新消息指令%!?+0j)2 1iC:RO I读取相应 C:RO I 号的消息的指令%&=!&第#期胡丽霞#等(基于分层结构的远程监控系统通信协议的设计!;+0j)2 eiC:RO I删除相应 C:RO I 号的消息的指令%2 Y 1 F 的消息收发指令已经十分完整#开发系统时#选择的也是成熟的 2 Y 1 F 收发模块#具体的消息收发由模块自主进行%只要掌握+0短消息指令集#就可以发送应用数据传过来的数据#而具体+0指令采用什么方式收发#则交由网络接口层处理%!(#7)!*&范逸之#陈立元7 e O 6 MNC 与 1 FH!串行通信控制)*7北京(清华大学出版社#!$!7)*&.+1 A FF(88 7 嵌入式实时操作系统)c A FH*)*7邵贝贝译7 北京(北京航空航天出版社#!$7)编辑!罗向阳*&$&机&电&工&程第!卷