面向監(jiān)控應用的嵌入式網(wǎng)絡技術研究

[摘要]隨著嵌入式網(wǎng)絡技術的快速發(fā)展，基于Linux的嵌入式Internet系統(tǒng)的應用，已成為當前監(jiān)控領域研究發(fā)展的主要趨勢。嵌入式Internet在監(jiān)控系統(tǒng)中的應用，突破了傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)體系結(jié)構的限制，不僅大幅度提升了監(jiān)控系統(tǒng)的可擴展性，還有效降低了監(jiān)控系統(tǒng)運行的成本費用?；诖?，本文結(jié)合嵌入式技術，闡述了監(jiān)控網(wǎng)絡與Internet的集成發(fā)展趨勢，在此基礎上，分析了嵌入式Internet的監(jiān)控網(wǎng)絡結(jié)構以及基于Linux的嵌入式Internet技術。

[關鍵詞]嵌入式系統(tǒng)；Web技術；監(jiān)控系統(tǒng)

引言

隨著信息時代的到來，Internet技術的應用不斷成熟。在全球范圍內(nèi)，以太網(wǎng)與TCP/IP協(xié)議己成為事實標準。其中，監(jiān)控系統(tǒng)各個層次的需求，通過TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)能獲得較大滿足。在此情況下，嵌入式網(wǎng)絡技術逐漸被應用到監(jiān)控領域內(nèi)。

1、嵌入式技術分析

嵌入式技術主要強調(diào)其應用性，根據(jù)實際需求及相關標準合理剪裁軟硬件，以形成專門的計算機系統(tǒng)的一項技術。嵌入式系統(tǒng)包含相關支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)及嵌入式微處理器等。相比于PC系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)的成本費用較低，并且電量消耗較少，具備較高的穩(wěn)定性與實時性，其應用空間非常廣闊。嵌入式技術的發(fā)展，從一定程度上講，為嵌入式網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)與應用創(chuàng)造了有利條件，是嵌入式網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)得以實現(xiàn)的前提。

2、監(jiān)控網(wǎng)絡與Internet的集成發(fā)展趨勢

2.1實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)與管理信息系統(tǒng)的銜接。以太網(wǎng)在管理網(wǎng)絡體系中的應用，讓用戶的控制網(wǎng)絡與信息網(wǎng)絡有機融合，促進了永固信息化的集成。監(jiān)控體系內(nèi)以太網(wǎng)的應用，讓不同身份及級別的用戶在通用瀏覽器上，只需進行身份認證后，便可及時了解監(jiān)控范圍內(nèi)的設備工作相關信息。并且，構建設備運行檔案數(shù)據(jù)庫，能實現(xiàn)對設備運行全過程的有效監(jiān)控與管理。

2.2具有更高的通信帶寬。隨著工業(yè)自動化水平的提升，各領域的用戶對遠程監(jiān)控設備提出了更高的要求，要求監(jiān)控設備既要提供較為完整的監(jiān)控數(shù)據(jù)信息等，還要能完成監(jiān)控視頻與音頻的傳送。因此，為了滿足用戶的監(jiān)控網(wǎng)絡應用需求，必須具有更高的通信寬帶。現(xiàn)階段，現(xiàn)場總線的傳輸速率通常在1-2Mb/s，還無法支持更多設備的使用。而以太網(wǎng)的傳輸速度在10-100Mb/s，相對而言更加快速、穩(wěn)定。此外，新研發(fā)出來的以光纖為主干的以太網(wǎng)傳輸速率高達1Gb/s，在以太網(wǎng)原本的傳輸速率上，有質(zhì)的飛躍，能充分滿足迅速擴大的數(shù)據(jù)通信需求。

2.3監(jiān)控系統(tǒng)的成本降低。監(jiān)控系統(tǒng)整體成本費用的下降主要體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，當前網(wǎng)絡設備大多支持以太網(wǎng)的通信，并且這些設備的成本不高；第二，大多數(shù)用戶在以太網(wǎng)網(wǎng)絡操作方面，都有一定認知，并具備一定的操作技能，熟悉其監(jiān)控系統(tǒng)所需時間與精力相對較少；第三，隨著以太網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)擴展性的不斷提升，其應用所需花費的成本與代價也會相對不斷降低。因此，基于以太網(wǎng)技術的監(jiān)控系統(tǒng)相比于以往的監(jiān)控系統(tǒng)，在其成本花費上，會大幅度降低。

2.4更高的穩(wěn)定性。當前，Internet的主干網(wǎng)絡大多為光纖網(wǎng)絡，光纖在抗噪音干擾方面，具備較強抵御能力，其應用讓以太網(wǎng)在設備發(fā)出高噪聲的情況下，也能很好地完成實時監(jiān)控任務。因而，相比于現(xiàn)場總線技術，基于以太網(wǎng)的控制網(wǎng)絡擁有較多應用優(yōu)勢。此外，隨著科技水平的提升，交換式以太網(wǎng)技術與寬帶以太網(wǎng)技術越來越成熟，在實時控制方面，基于以太網(wǎng)的控制網(wǎng)絡性能不斷被完善，穩(wěn)定性獲得較大提升。

3、嵌入式Internet的監(jiān)控網(wǎng)絡結(jié)構

基于嵌入式Internet的遠程設備監(jiān)控系統(tǒng)，主要是將網(wǎng)絡信息技術與設備信息采集、控制技術融合，在現(xiàn)場設備上安裝相應的遠程監(jiān)控儀器，通過網(wǎng)絡化監(jiān)控儀器的安置，建立檢測點，通過Internet網(wǎng)絡根據(jù)上傳于網(wǎng)絡的設備狀態(tài)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對設備思維實時遠程監(jiān)控。在這個過程中，相關用戶可通過客戶端瀏覽器，對監(jiān)控設備的數(shù)據(jù)信息進行直接的訪問與控制。在對外服務方面，嵌入式系統(tǒng)主要分為兩大部分，即嵌入式Web服務器與面向現(xiàn)場設備的實時測控模塊。在這個過程中，由現(xiàn)場測控模塊實現(xiàn)對設備實時狀態(tài)信息的搜集，在嵌入式Web服務器獲取后，對信息數(shù)據(jù)進行處理，再傳輸至Internet，并對客戶端瀏覽器的連接請求作出及時響應，在接收到控制信息的同時，傳送至現(xiàn)場設備測控模塊。嵌入式Web服務器的研發(fā)與應用，讓底層信息對Internet的直接傳送成為實現(xiàn)，并且還能使嵌入式控制系統(tǒng)與通用瀏覽器的有效交互，形成B/S結(jié)構，讓嵌入式Internet的功能得到最大開發(fā)。

4、面向監(jiān)控應用的嵌入式Web服務器的設計

4.1嵌入式Web服務器原理。嵌入式Web服務器的構建基礎為TCP/IP協(xié)議棧，其中需要達成HTTP、TCP以及UDP等協(xié)議。嵌入式Web服務器存在IP地址，能在接通網(wǎng)絡的情況下，在Internet中連入相關設備。在實現(xiàn)HTTP協(xié)議的基礎上，所有客戶機均可建立與嵌入式Web服務器之間的連接。并且，在設備與Web瀏覽器之間，存在由嵌入式Web服務器提供的統(tǒng)一GUI接口，其兼容各個類型的Web瀏覽器，讓用戶可在不同地區(qū)通過客戶端，對設備狀況進行無障礙的監(jiān)控管理。

4.2面向監(jiān)控應用的嵌入式Web服務器模型的設計分析?；赟ocket通信機制的Web服務器，主要通過服務器端，建立相關的監(jiān)控連接請求，實現(xiàn)與瀏覽器之間的通信。在系統(tǒng)資源方面，由于基于Linux的嵌入式系統(tǒng)存在一定的局限性，因而通常需要采用多路復用I/O并發(fā)服務器模型，構建滿足需求的嵌入式Web服務器，實現(xiàn)多線程處理及相關的事件驅(qū)動機制。另外，嵌入式Web服務器模型的設計是在當前Linux環(huán)境下，根據(jù)現(xiàn)有的TCP/IP棧進行的，所以其主要是在嵌入式系統(tǒng)模擬環(huán)境下，實現(xiàn)的基于Linux的對多個事件及多個HTTP處理連接的響應，其主程序結(jié)構為：

Int mian（int argc，char**argv）

{/*初始化分配64KB的空間給主進程，對每個請求分配SBK空間*/

Bopen（NULL，（64*1024），B--USE-MALLOC）；

signal（SIGPIPE，SIG-1GN）；

/*初始化websevrer*/

if（init twebs（）<0）{

return一1；}

/*無限的事件服務循環(huán)*/

hwile（！finished）{

if（socketReady（一l）//socketselect（一l，1000））{

Socketprocess（-l）；：//處理請求}

websCgiCleanup（）；//清除CGI程序列表

emfschedProcesso；//清除循環(huán)隊列中的任務}

/*關閉socket模塊，回收己分配的存儲空間*/

websCloseSevre（）；

socketClose（）；

bclose（）；

return 0；}

總之，在嵌入式Web系統(tǒng)中，在進行多任務的并行處理時，可借助Linux內(nèi)核的事件調(diào)度輪盤，并通過執(zhí)行合適的任務，來實現(xiàn)多任務并行處理機制。

作者簡介

國威（1985.01-），女，現(xiàn)職稱：工程師，學歷：本科，研究方向：計算機科學與技術。