基于COM+技術的大型分布式網絡測控系統的設計與研究

基于COM+技術的大型分布式網絡測控系統的設計與研究

　

成都理工大學 應用核技術與自動化工程學院 四川 成都 610059
覃章健
四川拓普數字設備有限公司 四川 成都 610031
楊珣 文彬 楊旻

摘要： 本文介紹了一種基于COM＋技術的大型分布式網絡測控系統的設計方案。闡述了用COM＋技術實現分布式網絡測控系統的適用性，闡明了系統設計思想和工作原理，并對系統的安全性機制和軟件設計作了具體論述。
關鍵詞： COM＋ 測控系統 網絡測控系統
中圖分類號： TP393
文獻標識碼： B

Abstract： It gives you a design project of system for large-scale distributed network measurement and control based on COM+. Applicability of using COM+ in design the system is told, thought about the design and the working principle are clarified, and both the security mechanism about the system and the software design are discussed.
Key words： COM＋ measurement and control system network measurement and control system

一.引言
隨著計算機技術的發展，基于PC的測控系統越來越廣泛地應用在軍事、航空航天和工業自動化的各個領域。并且，隨著網絡技術的迅猛發展，為了滿足測控系統互連、測試數據共享和提高測控系統工作的可靠性等方面的需要，網絡技術也逐漸地被應用到了測控領域，從而為數據采集、數據分析和數據表達帶來了一些新的方法和途徑。應運而生，采用什么核心技術，運用哪些軟硬件設計思想，實現最優的網絡測控系統成了測控技術中值得關注的問題。這里，我們基于COM＋技術，充分利用COM＋的實現分布式應用的功能，提出了一種大型分布式網絡測控系統的設計方案。

二.COM＋特點及其對開發分布式網絡測控系統的適用性
過去，網絡測控系統多使用GPIB總線臺式儀器，采用單臺儀器設備與計算機連接，在局域網上組建測控網絡（其拓撲結構如下圖0）。其規模小，總線、設備單一，設計和實現都容易。現在，多總線多種儀器在大至Internet的大型網絡上組建成遠程網絡測控系統成為主要發展趨勢。面對如此龐大的系統，必須采用大型分布式網絡技術來實現。因此，我們選擇了COM＋技術，利用其分布式應用功能，實現我們的大型分布式網絡測控系統。
COM＋是COM的新發展，是COM更高層次上的應用。它不再局限于COM的組件技術，而是更注重于分布式網絡應用的設計和實現，甚至是Microsoft系統平臺策略和軟件發展策略的一部分。COM＋技術最鮮明的特點是它可以輕松方便地實現組件對象跨進程、跨計算機、跨網絡甚至跨操作系統平臺地運行，并且實現這種分布式結構全依靠系統服務本身，開發人員不必考慮系統的基礎結構，只需把精力集中在業務邏輯的解決上，就能開發出規模可變、可靠性高的分布式應用程序。這正是選擇COM＋技術來設計和開發我們的大型分布式網絡測控系統的原因。
大型的網絡測控系統一般都是多總線多種儀器連在以太網上的遠程測控網絡。比如：采用PXI總線儀器、VXI總線模塊儀器、GPIB總線臺式儀器、SCXI總線調理模塊、PC機板卡儀器等多種總線儀器混合互連，構成示波器、信號源、計數器、多用表、數據采集及圖象采集等多種儀器的連接，組成集測量、控制和現場監視于一體的Internet遠程虛擬儀器網絡測控系統平臺。面對諸多的測控儀器設備，實現計算機對之的遠程控制，遠程數據采集，遠程管理，較理想的方法是：運用COM＋技術，編寫各類軟件組件分布式地運行于網絡上的各服務器計算機上，服務器實現對各類儀器設備的測控，客戶機通過以太網向服務器提出請求訪問其控制的儀器設備，由服務器與客戶機之間的組件通信把數據或控制傳送于客戶機與儀器設備之間。
COM＋技術應用于大型分布式網絡測控系統中有其明顯的優勢。首先，其可擴展性強：系統每增加一種子系統即是對主控臺增加一種組件，由它封裝數據及方法實現和其相關的控制功能，并對于子系統增減設備也即是增減該子系統組件服務器上的相應組件，而對于控制系統的其它部分不用做任何的變化。其次，實時性可靠性好：網絡間控制流及數據流的傳輸相當穩定，一旦形成組件后，Microsoft便為COM+定義了一種訪問軟件服務的通用方法，也就是說數據及控制信息的傳遞全由Windows自身管理了起來。還有，可維護性高：COM+對象具有支持多個接口的能力，新增功能時可用添加新的接口的形式來實現；因此在進行軟件修改或升級時，對已實現的軟件組件，只需修改增加相應接口便可，且對原有的接口不會有任何的損害，因而對整個系統的其它程序也不會有任何的影響。

三.系統結構及工作原理
設備管理服務器可分為域控制服務器和軟件組件服務器兩種。域控制服務器運行Windows 2000 Server操作系統，作為測控系統網絡主服務器，負責管理網絡中的所有TCP/IP與其他總線接口轉換器設備，如：分配IP地址等。軟件組件服務器運行Windows 2000 Professional以上的操作系統，其運行控制各類測控設備儀器的軟件組件，用于為客戶機提供服務和控制網絡中的各類測控設備儀器。
客戶機運行Windows 98以上的操作系統，其通過向軟件組件服務器提出訪問測控設備儀器請求，由服務器從設備儀器中讀取數據傳給客戶機，客戶機分析處理數據后再把控制或數據經服務器回傳至測控設備儀器。當客戶機向服務器發出請求訪問某臺測控設備時，服務器端會自動啟動控制該設備的軟件組件，通過軟件組件實現客戶機與測控設備通信。
域控制服務器、軟件組件服務器、客戶機僅是邏輯概念，實際上，域控制服務器、軟件組件服務器、客戶機可以為同一物理設備。
TCP/IP與其他總線接口轉換器用于在網絡層完成以太網TCP/IP協議和測控設備現場總線RS-232、RS-485、GPIB、并口通信等協議之間的轉換，完成以太網和現場總線網絡間的互聯，實現以太網和現場總線網絡之間的數據交換。這樣的設備很多，如實現臺式儀器GPIB接口與TCP/IP轉換的TEK AD-007，實現RS-232、RS-485、并口通信與TCP/IP轉換的“網絡通”等。

四.系統安全性機制
采用了COM＋技術，系統一般都跨網絡運行，因此安全性尤為重要。實際上，COM＋本身也有一套安全性機制。如，基于windows NT的鑒定服務（authentication service）機制。COM＋采用基于角色的安全模型，根據用戶的角色訪問應用的有關功能模塊。COM+可以為每個組件、每個接口或每個方法指定安全角色。
除此之外，也可以另外自行附加一些安全性機制，如采用數據庫，在客戶端向測控設備通信的過程中，把訪問數據庫的訪問權限附加到此過程中來。設計思想如圖1，但還需另設一數據庫服務器。工作過程如下述：
當客戶端向軟件組件服務器發出請求訪問之前，首先訪問服務器配置數據庫，若有權訪問服務器配置數據庫的某服務器信息條目，就利用該條目信息訪問該服務器，否則，客戶端無權訪問此服務器。
當服務器訪問測控設備之前，先得訪問測控設備配置數據庫，若有權訪問測控設備配置數據庫的某測控設備信息條目，就利用該條目信息訪問該測控設備，否則，客戶端無權訪問此測控設備。
通過以上兩個過程，就給整個網絡測控系統再加了一道安全防線。

五.軟件系統設計
由于我們的網絡測控系統采用了COM＋技術，軟件系統開發必然分為服務器端軟件組件開發和客戶端應用軟件開發兩個部分。
服務器端軟件開發包括兩方面的工作：COM組件開發和組件注冊安裝到COM＋應用程序中。
COM組件一般用visual c++6.0中的ATL COM AppWizard開發，運用它開發COM應用是一件非常簡單的事情。網絡測控系統中的軟件組件的接口有其共性，一般可按如下設計：
為接口添加一個屬性RemoteIP，其用來指明測控設備所連接的TCP/IP與其他總線接口轉換器的IP地址。
為接口添加三個方法Link()、GetData()和SendData()。Link()方法用于連接服務器和轉接器設備。GetData()和SendData()方法分別用來服務器從測控設備接收數據和向測控設備發送數據。
為接口添加一個事件DataArrive()，該事件的觸發用于通知服務器，測控設備傳送過來的數據已到達，服務器隨后接收數據并放入其緩存。
組件注冊安裝到COM＋應用程序中很簡單。以DLL為擴展名的組件注冊運用regsvr32.exe命令行程序來完成；以EXE為擴展名的組件注冊運行該組件文件并帶上參數/RegServer(反注冊帶參數/UnRegServer)。組件安裝到COM＋應用程序中用“控制面板”中的“管理工具”中的“組件服務”圖形界面工具可輕松完成。
客戶端應用軟件開發用于完成應用層的用戶邏輯業務。其數據來源正是客戶機與激活的遠程服務器上的軟件組件通信而傳回的數據。

六，結束語
基于COM＋技術而設計的網絡測控系統，通用性強，可擴展性好，此設計思想適用于大多數系統集成項目，可用于大部分網絡控制系統。特別是針對多總線多測控儀器設備的大型網絡測控系統，用此技術和設計思想，可大大減小實現難度，縮短開發時間。運用此設計思想和方案，我們為某單位實現了一套大型示波器測試系統，其穩定性、可靠性都很高，效果不錯。