UDP協(xié)議及其在磁場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用

衣軍

摘 要：UDP協(xié)議具有傳輸效率高、可擴展性強等特點，適用于實時性要求高、數(shù)據(jù)傳輸量大的場合。文章簡單介紹了UDP協(xié)議并以磁場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為例，給出了在Delphi環(huán)境下PC機與測磁儀間實現(xiàn)UDP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)通信的方法。

關(guān)鍵詞：UDP協(xié)議；磁場測量；數(shù)據(jù)采集；Delphi

在分布式測量系統(tǒng)中，大多數(shù)采用以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸。以太網(wǎng)的傳輸協(xié)議有TCP和UDP等。TCP是面向連接的，可靠性較高，但效率較低；UDP則是一種傳輸速率高，但不保證數(shù)據(jù)可靠性的協(xié)議，因此比較適合應(yīng)用在實時性要求高、數(shù)據(jù)傳輸量大的測量系統(tǒng)中。

1 UDP協(xié)議簡述

UDP協(xié)議的母體和TCP協(xié)議一樣，也是IP協(xié)議。每個UDP報文稱為一個用戶數(shù)據(jù)報，分UDP報頭和UDP數(shù)據(jù)區(qū)兩部分。報頭由四個16位長的字段組成，分別說明該報文的源端口、目的端口、報文長度以及校驗和。UDP報文格式如圖1所示。

圖1 UDP報文格式

源端口字段和目的端口字段包含了16位的UDP協(xié)議端口號。長度字段記錄該數(shù)據(jù)報的長度，以8位為組計算，包括報頭和用戶數(shù)據(jù)區(qū)。校驗和字段是可選擇的，如該字段值為0，表明不進行校驗。UDP協(xié)議的報頭只包含幾個域，比TCP包頭簡單，它的網(wǎng)絡(luò)開銷一般要小于TCP協(xié)議。同時，由于UDP協(xié)議在傳送數(shù)據(jù)過程中沒有建立連接，也不進行檢查，因此在優(yōu)良的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，其工作效率較TCP協(xié)議要高。但UDP協(xié)議不提供報文到達確認、排序以及流量控制等功能，因此，報文可能會丟失、重復(fù)以及亂序等，其可靠性問題只能由使用UDP的該應(yīng)用程序來解決。

2 利用Delphi編寫UDP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序

2.1 INDY介紹

INDY的全名是Internet Direct，是一套開放源代碼的Internet控件集，它支持大部分Internet協(xié)議，包括TCP、UDP、HTTP、POP3等，支持BASE64、MD2、MD4、MD5等編解碼，提供相應(yīng)的客戶端和服務(wù)器控件。INDY是完全基于SOCKET阻塞工作模式的開發(fā)庫，支持Delphi、C++ Builder等開發(fā)平臺。

2.2 INDY UDP相關(guān)控件

INDY（10.1）提供了UDP相關(guān)的服務(wù)器和客戶端控件TIdUDPServer、TIdUDPClient，它們封裝了UDP協(xié)議的實現(xiàn)。

（1）TIdUDPServer控件的主要屬性及方法

主要屬性：

◆Active，啟動或停止UDP；

◆Bindings：TIdSocketHandles，服務(wù)器所分配的套接字句柄（Socket handles）；

◆BufferSize：Integer，最大數(shù)據(jù)包大?。?/p>

◆DefaultPort：integer，用于監(jiān)聽新連接的端口號；

◆IPVersion，UDP支持的IP協(xié)議版本；

◆ThreadedEvent：boolean，指定是否采用獨立線程進行UDP讀操作。

主要方法：

◆Send（AHost： string， const APort： Integer， const AData： string），向指定IP地址（AHost）和端口（APort）的端點發(fā)送字符串；

◆SendBuffer（AHost： string， const APort： Integer， const ABuffer： TIdBytes），向指定IP地址（AHost）和端口（APort）的端點發(fā)送字節(jié)數(shù)組；

◆ReceiveString（const AMSec： Integer = IdTimeoutDefault）： string，接收字符串；

◆ReceiveBuffer（var ABuffer： TIdBytes， const AMSec： Integer = IdTimeoutDefault）： Integer，接收字節(jié)數(shù)組。

（2）TIdUDPClient控件的主要屬性及方法

主要屬性：

◆Host：String，遠端計算機IP地址；

◆Port：Word，遠端計算機端口號；

◆BoundIP：String，本機IP地址；

◆BoundPort：Word，本機端口號；

◆BoundPortMax：Integer，本機最大端口數(shù)；

◆BoundPortMin：Integer，本機最小端口數(shù)；

◆BufferSize：Integer，最大數(shù)據(jù)包大小；

◆IPVersion：TIdIPVersion，UDP支持的IP協(xié)議版本；

◆ReceiveTimeOut：Integer，等待讀取socket時間；

◆Active：Boolen，啟動或停止UDP。

主要方法：

◆Send（AData：String），發(fā)送字符串；

◆SendBuffer（const ABuffer： TIdBytes），發(fā)送字節(jié)數(shù)組；

◆SendBuffer（AHost： string， const APort： Integer， const ABuffer： TIdBytes），向指定IP地址（AHost）和端口（APort）的端點發(fā)送字節(jié)數(shù)組；

◆ReceiveString（const AMSec： Integer = IdTimeoutDefault）：string，接收字符串；

◆ReceiveBuffer（var ABuffer： TIdBytes，const AMSec：Integer = IdTimeoutDefault）：integer，接收字節(jié)數(shù)組；

◆Connected： Boolean，讀取UDP連接狀態(tài)。

2.3 系統(tǒng)程序功能介紹

磁場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要功能是實時接收測磁儀上傳的三分量磁場測量數(shù)據(jù)，通過圖、表形式進行顯示，并保存成格式為‘TXT或‘Excel類型的數(shù)據(jù)文件。

在該程序中采用的主要控件有：UDP相關(guān)控件IdUDPClient、圖形顯示控件TeeChart、數(shù)據(jù)顯示控件Memo及文件保存和狀態(tài)顯示控件等。圖2是磁場數(shù)據(jù)采集程序的用戶界面。

根據(jù)約定采用的上下位機IP地址和端口號（上位機（PC機）的IP為：192.168.0. 99，Port為8080；下位機（測磁儀）的IP為：192.168.0.123，Port為2020），設(shè)置IdUDPClient1的相關(guān)屬性：

Host：=192.168.0.123；

Port：=2020；

BoundIP：=192.168.0. 99；

BoundPort：=8080

圖2 磁場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)程序界面

計算機與測磁儀的通訊過程如下：儀器端等待上位機指令，收到數(shù)據(jù)傳送“開始”指令，將測量數(shù)據(jù)打包發(fā)至上位機，直至收到“停止”指令。上位機在設(shè)置好相關(guān)IP地址及Port屬性后，向儀器端發(fā)送“開始”指令，并等待接收數(shù)據(jù)。收到數(shù)據(jù)后，對其進行實時處理，更新測量結(jié)果的數(shù)據(jù)和圖形顯示。

2.4 程序清單 （略）

3 結(jié)束語

由于UDP具有TCP無可比擬的速度優(yōu)勢，因此特別適合應(yīng)用在實時性要求較高且需大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱龊?。在Delphi環(huán)境中，采用開源INDY控件實現(xiàn)基于UDP協(xié)議的通信，系統(tǒng)開發(fā)、調(diào)試將更加容易、迅速。

參考文獻

[1]來爽，慕德俊.UDP協(xié)議在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機電一體化，2008，6.