傳輸控制協(xié)議通信在監(jiān)控系統(tǒng)中的研究

劉偉　蔣會哲

摘 要：科技不斷進(jìn)步，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)與人們的生活密不可分，傳輸控制協(xié)議（TCP）通信在計算機(jī)領(lǐng)域變得更加普及，而且一般是應(yīng)用在計算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)中。本文重點對計算的控制系統(tǒng)相應(yīng)的編碼形式和編碼的轉(zhuǎn)化技術(shù)，校驗協(xié)議的方式以及收發(fā)數(shù)據(jù)的技術(shù)進(jìn)行了分析，并由此設(shè)計出了一個主控機(jī)，這個主控機(jī)是依據(jù)TCP的客戶機(jī)設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)的測試軟件，可以同時實現(xiàn)自動發(fā)送和手動發(fā)送兩種方式針對受控機(jī)展開測試。

關(guān)鍵詞：編碼；解碼；TCP；校驗

1 研究背景

21世紀(jì)時網(wǎng)絡(luò)信息時代，互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入了千家萬戶，企業(yè)通過網(wǎng)絡(luò)信息平臺與市場直接對接，人們的生活和企業(yè)的經(jīng)營活動走進(jìn)了方便和快捷的信息時代，人們越來越離不開網(wǎng)絡(luò)。美國將互聯(lián)網(wǎng)作為其重要的發(fā)展戰(zhàn)略，而在我國2010年的兩會時期，互聯(lián)網(wǎng)成為了政府工作的一部分進(jìn)行報告，互聯(lián)網(wǎng)成為了中國五大新興的產(chǎn)業(yè)之一。作為將來信息技術(shù)發(fā)展的重要部分，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展離不開科學(xué)。

互聯(lián)網(wǎng)基本要素有RFID和傳感器（感知），尤其是依據(jù)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行信息傳輸作為互聯(lián)網(wǎng)的通信形式之一，所有系統(tǒng)的重要核心都是數(shù)據(jù)的處理。對監(jiān)控系統(tǒng)與計算機(jī)結(jié)合是互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)具體應(yīng)用體現(xiàn)，兩者有著相似的技術(shù)方面的基礎(chǔ)。

有研究者已經(jīng)研究出了一個可以通用在計算機(jī)上的多功能監(jiān)控系統(tǒng)的測試軟件，實現(xiàn)了對串口設(shè)備以及系統(tǒng)的測試。在本文中依據(jù)TCP的客戶機(jī)設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)的測試軟件（Test TCP）不僅可對遠(yuǎn)程的感知系統(tǒng)展開查詢，同時也可對其控制系統(tǒng)進(jìn)行控制命令的發(fā)送，其對互聯(lián)網(wǎng)的整個系統(tǒng)以及計算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)、調(diào)試都有著深遠(yuǎn)的意義。

2 設(shè)計中的關(guān)鍵問題

計算機(jī)要想讓監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮作用，都需要對三個關(guān)鍵性的問題提出解決的方案，也就是計算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)通信協(xié)議具體的編碼形式，校驗數(shù)據(jù)的方式和發(fā)送接受數(shù)據(jù)的可靠性實現(xiàn)。在這一節(jié)中對這三個問題進(jìn)行具體的探討和解決，希望可以給開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)的人員提供參考。

2.1 編碼和解碼形式

計算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)通信協(xié)議一般主要有3種不同的編碼形式，其一字節(jié)數(shù)組的編碼形式；其二普通的字符串編碼形式；其三十六進(jìn)制的字符串編碼形式。需要采集的相關(guān)數(shù)據(jù)來自于不同的領(lǐng)域，所以在通常情況下，監(jiān)控系統(tǒng)是采取第一種形式進(jìn)行編碼，即十六進(jìn)制的數(shù)組對通信協(xié)議進(jìn)行描述。此編碼的形式簡單而且高效，雖然來自不同的領(lǐng)域數(shù)據(jù)，但都可以用采用這一編碼形式。然而，缺點也很明顯，例如加入或者刪掉其中的幾個元素會產(chǎn)生諸多不便，并且在字節(jié)的數(shù)組長度確定的條件下，改變也是不容易的。

第二種編碼形式（問號代表不可見的字符）采取的是普通的字符串形式對通信協(xié)議進(jìn)行描述，這種編碼形式大部分情況下是用在唯有包含著可見的字符時，也就是當(dāng)ASCII值在一到一百二十七的范圍內(nèi)時，典型情況例如解調(diào)器通信協(xié)議調(diào)制的時候。在計算機(jī)的C語言和VB等類似的編程工具中，0被用作字符串結(jié)尾碼，但是第二種編碼形式卻不能讓0這個字節(jié)出現(xiàn)在字符串當(dāng)中。

第三種編碼形式是選取十六位進(jìn)制的字符串對通信協(xié)議進(jìn)行描述，其優(yōu)點在于通用性非常好，可以充分的利用較為高級的語言對應(yīng)的字符串進(jìn)行靈活的處理，當(dāng)加入或者刪除一些子字符串時更加方便，同時在追加一些結(jié)尾碼時也方便了許多。

計算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)里，一般是選取一個字節(jié)用來表示八個開關(guān)所處的狀態(tài)，其中0是說明開關(guān)處于打開的狀態(tài)，即斷路；1是說明開關(guān)處于閉合的狀態(tài)，即短路?；蛘?用來表示斷路，0來表示短路，這樣也是可以的。作為通信協(xié)議的一個重要部分，開關(guān)字節(jié)可發(fā)送數(shù)據(jù)包或用來檢測一下開關(guān)的狀態(tài)。

2.2 校驗數(shù)據(jù)的方式

計算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)通信協(xié)議主要包括以下一個方面，一前導(dǎo)字符；二地址；三讀寫功能的標(biāo)志碼；四校驗碼；五結(jié)尾碼。一般模塊的類型如果一樣，那前導(dǎo)字符是相同的。區(qū)分模塊的類型是采用地址或者標(biāo)識，主要是因為在同一計算機(jī)上有時候會連接著多個不同的模塊。讀功能的標(biāo)志碼是為了讀取出模塊所處狀態(tài)或者對應(yīng)的數(shù)據(jù)，寫功能的標(biāo)志碼是為了將模塊所處的工作形式或者控制輸出的開關(guān)進(jìn)行設(shè)置。校驗碼是對數(shù)據(jù)塊采取校驗措施。如果設(shè)備的類型一樣，結(jié)尾碼也是一樣的，通常有CR或者CRLF兩種結(jié)尾碼。主控機(jī)和受控機(jī)間的傳輸數(shù)據(jù)要經(jīng)過校驗，若數(shù)據(jù)是正確的，則進(jìn)行處理，若錯誤則丟棄。

2.3 發(fā)送和接收數(shù)據(jù)

在計算機(jī)中編程實踐是通過TCP的客戶機(jī)通信的，通常是TCPCLIENT類。選取遠(yuǎn)程的服務(wù)器與端口號，使其成為TCPCLIENT創(chuàng)建實例的CLIENT，之后再把發(fā)送的文本消息變換成字節(jié)的數(shù)組。最終STREAM的寫方法進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送操作。采用的TCPCLIENT的設(shè)計上存在一些問題，并且連接的屬性也變得不是很可靠，僅僅能夠表現(xiàn)出近期的狀態(tài)，所以試著去發(fā)送或者接收消息來確定一下當(dāng)前所處的狀態(tài)。此外，TCPCLIENT是沒有數(shù)據(jù)已經(jīng)到達(dá)的提示，也沒有數(shù)據(jù)是錯誤的提示。

綜上，只有對TCP的客戶端類進(jìn)行特別的自定義，啟動后臺的多線程，讀取出遠(yuǎn)程之外的主機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，才可以有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收。依據(jù)STREAM的可讀取標(biāo)志的指示來觀察是不是支持讀取。假設(shè)可以支持，那么可以定義一個BYTES，去讀取出可以被讀取的每個字節(jié)。

數(shù)據(jù)的發(fā)送很簡單，可直接STREAM的寫方法，也可以在時間上隨意的控制，然而數(shù)據(jù)的接收會出現(xiàn)麻煩，有可能傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)過程并不是很順暢。所以說為了讓通信的過程更加的可靠，可以將每個間隔時間中的數(shù)據(jù)都合并在一起形成一個數(shù)據(jù)包來處理。

3 主控機(jī)的設(shè)計

TESTTCP最基本功能為發(fā)揮主控機(jī)的作用，測試TCP的服務(wù)器設(shè)備或者系統(tǒng)，從而得到通信的參數(shù)數(shù)值，為了系統(tǒng)的開發(fā)做出了重要的準(zhǔn)備工作。

3.1 TESTTCP軟件的模擬

TESTTCP軟件的模擬具體模型如下所述。當(dāng)系統(tǒng)在運行時，第一步在系統(tǒng)的設(shè)置界面進(jìn)行操作，設(shè)置一下遠(yuǎn)程的服務(wù)器IP具體地址和開放端口號，還有傳輸數(shù)據(jù)時的延遲時間，最后在協(xié)議設(shè)置的界面進(jìn)行對通信協(xié)議相應(yīng)的校驗形式、相應(yīng)的結(jié)尾碼以及顯示和工作的方式等等。在協(xié)議庫里面放著的為主控機(jī)與受控機(jī)間的協(xié)議，在錯誤記錄里面放著的是針對受控機(jī)測試的相應(yīng)結(jié)果。

3.2 TESTTCP的運作流程

TESTTCP的運作流程為，第一設(shè)置服務(wù)器的參數(shù)；第二設(shè)置協(xié)議的參數(shù)；第三設(shè)置具體工作的方式。TESTTCP采用自動發(fā)送的方式進(jìn)行工作時，首先讀取協(xié)議庫里面主控機(jī)的協(xié)議，根據(jù)之前設(shè)定的間隔時間，增添校驗碼與結(jié)尾碼，發(fā)送參數(shù)。受控機(jī)接到數(shù)據(jù)后開始響應(yīng)，并自動開始記錄?？杀４娈a(chǎn)生錯誤的數(shù)據(jù)包，并附有時間戳，最后可針對通信準(zhǔn)確率做統(tǒng)計分析。

采用手動發(fā)送的方式，僅僅是單行的文本框里面的數(shù)據(jù)被自行增添了校驗碼與結(jié)尾碼，進(jìn)而被發(fā)送出去。而受控機(jī)的響應(yīng)數(shù)據(jù)確在單行的和多行的文本框里面都被顯示出來。

4 總結(jié)

依據(jù)TCP的客戶機(jī)設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)的測試軟件，可以支持多種多樣的編碼形式以及校驗形式，其顯示的方式也是可以根據(jù)情況進(jìn)行選擇的，在軟件中存在通信的協(xié)議庫和通信的錯誤數(shù)據(jù)包記錄，此檢測軟件也可以當(dāng)作主控機(jī)并采用自動的發(fā)送方式和手動的發(fā)送方式兩種方式中的一種對受控機(jī)測試。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

劉偉（1981-），男，漢族，河南商丘人，助教，鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，通信，研究方向：通信與信號處理。