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测控网络技术论文篇一
网络化测控系统关键技术研究
摘要：为实现远距离测控和硬件测试资源共享，将计算机网络技术引入到军事装备单元测试系统中，构成网络化测控系统。介绍了系统的组成、结构和软件模型，分析了信息共享模型和硬件共享策略技术难点，提出了基于XML的测试诊断信息统一模型，研究了硬件测试资源的共享策略和基于优先级的任务调度方法，对于构建网络化单元测试测控系统具有重要意义。
关键词：网络化测控;远程测控;信息共享策略
DOIDOI：10.11907/rjdk.151220
中图分类号：TP393
文献标识码：A 文章编号：16727800(2015)006015703
基金项目基金项目：
作者简介作者简介：刘耀崇(1988-)，男，北京人，中国航天二院研究生院硕士研究生，研究方向为计算机网络应用、系统任务调度;巢翌(1967-)，女，北京人，硕士，北京控制与电子技术研究所所长、硕士生导师，研究方向为计算机应用;高艳华(1971-)，女，北京人，硕士，北京控制与电子技术研究所软件研发中心主任、硕士生导师，研究方向为计算机应用、软件工程;王晓林(1979-)，女，北京人，硕士，北京控制与电子技术研究所软件研发中心高级工程师，研究方向为计算机应用。
0 引言
信息化时代战场，单一武器的决胜作用逐渐弱化，体系与体系的对抗已成为高技术战争的重要特点。武器系统特别是高技术武器系统，只有通过各种信息的引导，采取网络化联通，才能成为密切配合、运转灵活的打击力量，从而发挥最大效能和潜能。
近年来，以计算机网络为核心的网络化测控技术与网络化数据共享得到越来越多的应用，尤其是在航空航天等国防科技领域。新一代控制系统软件以网络为中心实现各种复杂的分布式应用。随着测控任务日趋复杂以及大范围测控要求的日益增多，组建远程测控、网络化测控系统非常必要[1]。随着弹载数据链和信息化发射平台等技术的深入应用，导弹武器中的飞行控制系统、测试发射控制系统、瞄准系统将是数据链网中的一个节点;而随着导弹武器作战保障系统的信息化，导弹的综合测试与维修保障系统都将网络化[23]。网络化测控系统体系结构分为三级，分别为管理级(服务器端)、用户级(客户端)、过程级(现场测控系统)。网络化测控系统实现基于三层体系结构。系统的网络化涉及硬件资源共享，硬件资源在使用中容易产生需求冲突，需要研究合理的共享策略避免冲突产生;不同测试流程、不同设备产生的信息类型可能不同，使得信息之间的交互很难实现，需要构建统一的信息模型来实现信息共享[4]。
1 网络化测控系统设计
网络化测控系统是一种分布式网络化的实时闭环反馈控制系统。网络的工作方式有两种，分别为B/S和C/S模式。B/S模式下，数据采集、处理等操作均在服务器端进行，将测试数据通过Internet发布，用户可以通过浏览器发出任务请求和查看数据;C/S模式下，服务器直接将测试结果通过TCP/IP协议发送到客户端，数据的处理操作集中在客户端。与C/S模式相比，B/S模式简化了客户端的开发和系统维护，简化了用户操作，适合网上发布;而C/S模式交互性强、安全性高，降低了网络通信量，提高了速度[56]。本系统选择客户端、服务器端软件均需自行设计的C/S模式。
图1描述了网络化单元测试系统进行的单元测试工作。其中，客户端为控制器、惯性测量组合(简称惯组)及配电器单元测试。测试过程中，客户端发送测试指令给服务器端，服务器端接收不同客户端的测试指令并将测试指令分配给不同的测控设备，测试完成后，测控设备将测试数据返回给服务器端，服务器端将测试数据分析处理后将结果返回给不同的客户端，并以标准数据格式保存各个单机设备的测试数据。不同的客户端均能随时通过服务器读取不同单机不同时段的数据，实现数据共享。图1运行场景中实线箭头表示网络化单元测试系统的测试指令流，虚线箭头表示测试结果数据流[7]。
软件模型较为固定，根据体系结构同样分为三部分，分别为网络服务器、客户端和现场测控系统。本系统中的软件模型如图2所示。
2 网络化测控系统关键技术
测控软件是为了有效运用硬件资源、实现各种测控功能而提供的程序系统及有关资料的集合。网络化测控软件与传统测控软件的不同之处在于增加了网络功能，实现了远程测控。不同于传统的测控软件，在远程测控系统中：①服务器、客户端和现场测控设备需要用网络连接起来;②共享的硬件设备需要合理调度使用，避免请求使用上的冲突;③不同测试设备间信息共享，需要构建统一的信息模型。
2.1 测试诊断信息统一模型
信息模型是一种标准的表达方式，是一系列用于描述系统测试诊断知识和功能特性的抽象定义，提供一个用于测试诊断的信息框架，在测试的不同阶段、不同维修级别、不同测试手段、不同诊断方式和不同诊断要素中共享。
在网络化单元测试中，数据采集是一个重要环节，且要对采集的数据进行分析处理。如果没有一致的信息模型定义，数据的交互和重用难度会很大，这就需要构建合理的测试诊断信息模型。测试诊断信息模型要求创建一致的信息模型和信息接口，把与测试诊断相关的数据模型化，消除不同领域内数据和信息的表达差异，实现测试诊断数据共享和信息的有效融合。图3 为数据采集过程。
测试诊断信息的统一模型设计如图4所示。测试诊断信息包括5种模型，具体信息包含在5种模型中，如在辅助信息模型中包括测试时间、测试阵地、测试地点、测试湿度、测试人员等具体信息，见图5。
信息模型结构设计采用数据结构中的树形结构。测试诊断信息为树的根节点，项目名称、被测对象模型、测试设备模型等项为孩子节点，具体到每一个孩子节点又有具体的测试信息为其子节点。采用这种模型主要考虑以下两点：①信息内容、格式种类较多，比较复杂。如采用一对多的单一模型，信息在数据库中的存储会非常冗杂，读取数据库中某一具体信息的时间复杂度较大;②测试人员在对测试结果进行处理时，可以快速在数据列表中找到需要的信息。 信息模型采用XML技术实现。XML语言格式简单，具有很好的扩展性[8]。XML纯文本格式可以在不同操作系统之间实现通信，解决数据格式不统一的问题[9]。
2.2 测试资源共享策略
测试资源网络共享模式主要有两类：①远程计算机通过网络直接同共享仪器设备相连。这种模式需要仪器设备上有自己的扩展网卡和IP地址。这种共享方式实时性较好，但只适用于一些控制器上有扩展网卡的设备;②远程计算机通过网络连接异地计算机来控制仪器设备，这是目前设备共享普遍采用的一种方式，实时性不如第一种，但有较好的扩展性。
本系统中的测试资源网络共享采用第二种共享模式，接入网络的下位机可以通过现场总线与多台设备相连进行控制。
作业调度问题涉及用户、测试资源和管理员。管理员虽然具有最高权限，但其侧重共享系统的宏观调控和共享环境的建设，一般不干涉作业调度，所以作业调度的对象主要是用户和测试资源。用户的目标是在合适的时间、地点使用合适的设备，测试资源的管理目标是在满足用户需求的基础上，使测试资源的利用率达到最大化，两者相互依赖，测试资源必须被用户使用才能实现设备共享。用户请求使用资源流程如图6所示。
任务请求有4种状态，分别为阻塞、就绪、执行和挂起，如图7所示，类似操作系统中进程的状态。在进程调度中，有一种高优先级抢占式轮转调度算法，本任务调度策略与该算法类似，但本策略是一种宏观调度，并非以时间片为单位，所以不同任务资源不冲突时可以看作同时执行[1011]。阻塞队列中任务有两种，分别为新加入任务和资源被占用任务，新到的任务请求要优先级处理，就绪队列中的任务会转换到阻塞状态。处于就绪、阻塞和挂起状态的任务请求均采用队列(FIFO)结构存储。本策略中任务的调度过程符合队列的先进先出原则。任务级别分为低、中、高3个等级。普通请求均为低级;高优先级特指急需测试结果的任务请求;由挂起态进入就绪态任务优先级为中。就绪态的任务队列按照优先级从高到低排序，依次进入执行态[12]。如A、B、C三个任务，A、B为低优先级，C为高优先级。假如A和B 为先到的任务并且资源不冲突，A、B已经在并行执行状态，当C发出任务请求时，因为优先级高于A 、B，且占用了B的资源，所以B 转换到挂起态然后进入阻塞队列，优先级由低变为中，当C完成时，B进入就绪态，并且排在低优先级任务前等待。具体任务调度示例如图8所示。
3 结语
本文利用单元测试测控资源组建了一种由网络服务器(包括数据库)、客户端和现场测控系统构成的网络化单元测试测控试验系统，针对实际中硬件测试资源紧缺现状，研究了测试诊断信息的统一模型和测试资源共享策略等关键技术，实现了现场测试系统的网络化控制以及对被测对象的分布式测试与诊断，并完成了测量信息、测试数据的资源共享，体现了网络化测控技术的优越性。
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测控网络技术论文篇二
网络化智能测控技术初探
摘要：网络化智能测控技术是计算机网络、自动化理论交互融合的技术，它有力地推动了工业测控理论、技术、体系的革新，从而使得这种因糅合了多种技术而新诞生的领域也不断取得进步，给我国的工业生产模式带来了巨大的变革。本文对网络化智能测控领域的一些关键技术进行了分析，希望对推动工业测控领域的发展和进步能够提供一些参考和借鉴。
关键词：网络化智能测控 嵌入式系统 多智能体
中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2016)06-0231-01
1 引言
随着计算机技术、信息网络技术以及智能信息处理技术的快速发展和广泛应用，使得我国的科技发展水平和工业生产模式都较过去有了天翻地覆的改变。对于工业测控领域而言，也因为糅合了信息网络技术以及智能信息处理技术，从而也推动诞生了一个新的子领域，即网络化智能测控领域。现阶段，因为信息网络技术以及智能化技术的相关理论还在不断推进和发展，从而使得这种因糅合了多种技术而新诞生的领域也不断取得进步，这给我国的工业生产模式带来了巨大的变革。笔者根据自己多年的研究实践，对网络化智能测控领域的一些关键技术进行了分析，希望对推动工业测控领域的发展和进步能够提供一些参考和借鉴。
2 嵌入式Internet的关键技术
随着工业控制技术的发展，当前的控制系统正朝着小型化、嵌入式的方向发展，这种嵌入式控制系统的一个最大优点就是可以实现就近安装和本地控制，具有控制响应快的特点，缺点则是系统对包括网络接入协议在内的各类信息的支持能力较弱，这主要受嵌入式系统的软、硬件性能制约。为了解决该问题，国内外研究学者提出了嵌入式Internet的接入技术、Web服务器技术以及安全技术，下面将对这些关键技术进行简要介绍。
2.1 嵌入式Internet接入技术
当前实现嵌入式的Internet接入主要有以下两种模式：(1)网关模式。这种模式的一个优点是可以充分利用现有的专用控制网络协议，通过建立专用网关就可以很好地实现Internet的接入。显而易见，因为这种模式能够很好地兼容当前的网络，所以其实现成本较低，稳定性也较好，因而拥有比较广泛的应用市场。(2)独立节点模式。这种模式不需要通过网关实现对Internet的接入，而是将嵌入式系统本身就作为一个独立节点来接入网络。因为在这种模式下系统和网络处于直接互联的状态，所以信息传输速度会得到足够好的保障;缺点则是需要系统本身就能够很好地来支持TCP/IP 网络协议，因而对嵌入式系统本身的软、硬件性能都有着比较高的要求。
2.2 嵌入式Internet的Web服务器技术
Web服务器技术可以说是当前人们访问Internet时使用最多的技术之一，其在基于Internet的嵌入式系统的远程测控领域也有着比较大的应用潜力。技术人员可以通过浏览器来实现远程测控，这是当前远程测控领域发展的一个主要趋势。当然，受限于嵌入式控制系统的软、硬件性能，使得采用该技术进行远程测控时，无法支持当前Internet上的庞大Web服务器，所以如何设计实现比较“瘦”的Web服务器以便于嵌入式系统可以顺利运行就成为了关键技术之一。
2.3 嵌入式Internet安全技术
Internet的一个显著特点就是它的开放性，任何人都可以通过使用桌面电脑、手机等终端设备来接入，这一方面方便了人们的信息交流和资源共享，但同时也带来了一定程度的安全问题。虽然当前人们对网络安全问题的重视度日益提高，也研究发展出了一系列的安全保障技术，但这些技术因为受到嵌入式系统体系结构、系统性能等方面的影响，往往无法直接应用到嵌入式系统当中，这就给接入Internet的嵌入式系统带来了很大的安全威胁。对于该问题，必须从以下两个方面进行解决：第一，根据当前网络的分层结构来重新对嵌入式系统的体系结构进行规划，力求二者在体系结构方面能尽量实现兼容;第二，通过应用加密等技术来确保系统的安全。
3 基于多智能体的网络化智能测控
分布式智能控制是当前人工智能以及工业控制领域的一个主要发展趋势。其中，多智能体系统(multi-agent system，MAS)作为90年代初才被提出来的一项技术，已经成为了分布式智能控制领域的一个研究热点。MAS的一个最大特点就是它由多个 Agent组成，这些Agent不仅可以单独完成比较简单的任务，而且还可以通过互相协作来解决那些比较复杂的现场任务。因为Agent之间具有较为松散和相对独立的分布式关系，从而使得MAS非常适应当前工业测控系统的网络化、分布式以及可互操作性的发展需求，将其应用到工业测控系统中具有天然优势。现阶段，虽然将MAS应用到工业测控系统中的研究还大多停留在理论层面，即使是一些实际应用案例也只支持不多的Agent，但笔者坚信，随着MAS的不断发展和完善，未来复杂工业过程的智能测控必将朝着基于Multi-Agent的网络化智能测控的方向发展。
4 结语
总之，网络化智能测控技术是计算机网络、自动化理论交互融合的技术，它有力地推动了工业测控理论、技术、体系的革新，应该引起我们充分的重视。
参考文献
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