通信論文成套儀表遠程無線通信協(xié)議

　　針對當前成套儀表遠程無線通信網(wǎng)絡存在的不足，本篇通信論文提出一種基于ModbusTCP協(xié)議的成套儀表遠程無線通信協(xié)議的設計方法。首先對成套儀表遠程無線通信網(wǎng)絡的框架進行了分析，然后提出了基于ModbusTCP協(xié)議的成套儀表遠程無線通信協(xié)議的設計策略。通過對通信協(xié)議框架的設計與設計理念的闡述，為構建高兼容性、高易用性的成套儀表遠程無線通信網(wǎng)絡的構建提供了一定的參考。《當代通信》秉承“為企業(yè)服務”的宗旨，積極宣傳政府宏觀產(chǎn)業(yè)政策、關注產(chǎn)業(yè)最新動態(tài)趨勢、傳播現(xiàn)代企業(yè)管理理念、解讀信息產(chǎn)業(yè)營銷策略、預測通信市場發(fā)展前景、探索企業(yè)創(chuàng)新模式、推介最新通信技術產(chǎn)品、助力信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展。并努力成為：政府、通信企業(yè)和社會之間的橋梁;通信企業(yè)了解通信技術發(fā)展趨勢和市場競爭態(tài)勢的窗口;通信科研、技術、管理的專家.

　　摘要：為了提高成套儀表遠程無線通信網(wǎng)絡的可擴展性和易用性，提出一種基于ModbusTCP協(xié)議的成套儀表遠程無線通信協(xié)議的設計方法。首先對成套儀表遠程無線通信網(wǎng)絡的構成進行了分析，為成套儀表遠程無線通信協(xié)議的設計提供了基礎;分析了ModbusTCP通信協(xié)議的應用方法，提出成套儀表遠程無線通信協(xié)議設計的三個策略;對通信協(xié)議進行邏輯分層設計，并詳細闡述了各層的設計方法。

　　關鍵詞：成套儀表;無線通信;通信協(xié)議

　　1概述

　　成套儀表在工業(yè)生產(chǎn)領域有著廣泛的應用。隨著無線網(wǎng)絡技術和傳感技術的快速發(fā)展，使組建成套儀表遠程無線通信網(wǎng)絡成為可能[1]。成套儀表遠程無線通信網(wǎng)絡是通過儀表、無線通信設備、傳感器等信息采集和傳輸設備，按照一定的協(xié)議將分布在現(xiàn)場的所有儀表與互聯(lián)網(wǎng)絡相連接，進行信息的采集與通信，從而實現(xiàn)遠程化測量信息監(jiān)控與管理的一種網(wǎng)絡[2]。近些年，在各級政府和各工業(yè)領域的積極推動下，國內(nèi)的成套儀表遠程無線通信網(wǎng)絡的建設及其應用也取得了巨大進展[3]。由于成套儀表遠程無線通信網(wǎng)絡涉及到工業(yè)生產(chǎn)的效率和數(shù)據(jù)的安全，相關部門投入了大量的研發(fā)資源，建設和擴展了各類成套儀表遠程無線通信網(wǎng)絡。不同種類的成套儀表遠程無線通信網(wǎng)絡采用的設備也存在巨大的差異，但大都采用的是智能終端的形式，通過無線設備接入到互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)遠程無線通信。由于不同的設備其功能和型號也各不相同，如此如何對這些設備資源進行整合，實現(xiàn)統(tǒng)一的信息采集與傳輸，已經(jīng)成為當前成套儀表領域中的一個研究熱點，受到了越來越多專家和學者的關注。針對該問題，提出一種基于ModbusTCP協(xié)議的成套儀表遠程無線通信協(xié)議的設計方法。

　　2成套儀表遠程無線通信網(wǎng)絡的框架分析

　　成套儀表遠程無線通信網(wǎng)絡主要由硬件部分和軟件部分構成。硬件部分主要負責現(xiàn)場監(jiān)控信息的采集，主要包括儀表、傳感器、儀表數(shù)據(jù)控制平臺、無線通信設備構成;軟件部分主要負責監(jiān)控信息的傳輸，主要包括儀表數(shù)據(jù)控制平臺中的嵌入式系統(tǒng)與遠程終端監(jiān)控系統(tǒng)。儀表數(shù)據(jù)控制平臺用于處理使用各類儀表在現(xiàn)場采集到的測量信息，嵌入式系統(tǒng)向下負責各種儀表的信息采集、數(shù)據(jù)封裝與協(xié)議轉換，向上響應上層指令，為上層提供準確的測量信息。成套儀表遠程無線通信網(wǎng)絡的核心為ModbusTCP協(xié)議，通過該協(xié)議進行測量信息的傳輸與接收、各個儀表的運行狀態(tài)的顯示與測量數(shù)值的變化顯示。成套儀表遠程無線通信網(wǎng)絡中的異常情況報警、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能也需要通過ModbusTCP協(xié)議來實現(xiàn)。通過ModbusTCP協(xié)議，能夠實現(xiàn)不同類型終端設備的監(jiān)控與遠程集中管理。

　　3成套儀表遠程無線通信協(xié)議的設計策略

　　3.1ModbusTCP協(xié)議

　　Modbus是一種應用層的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，它位于OSI(開放式系統(tǒng)互聯(lián))模型中的第7層，通過Modbus協(xié)議可以為不同類型的總線(或網(wǎng)絡)與成套儀表之間提供服務器/客戶機通信。Modbus通信協(xié)議的出現(xiàn)，使得分散的自動化設備之間組建通信網(wǎng)絡成為可能。Modbus是一個請求/應答協(xié)議，可以通過TCP/IP棧上的502端口進行訪問，并可以提供標準的功能碼服務。Modbus功能碼是Modbus請求/應答PUD(協(xié)議數(shù)據(jù)單元)中的核心。成套儀表遠程無線通信網(wǎng)絡使用ModbusTCP通信協(xié)議，主要通過01和03的功能碼，讀取成套儀表傳輸?shù)臏y量信息。

　　3.2遠程無線通信協(xié)議的設計策略

　　成套儀表遠程無線通信協(xié)議設計的策略主要有以下幾點：(1)根據(jù)設備接口編程。通信協(xié)議根據(jù)設備接口編程，在實際使用中需要判斷具體設備實現(xiàn)的功能，使用設備時由設備的接口決定配置的方式。這種設計方法可以通過自由配置實現(xiàn)多種功能，設備的兼容性更強。(2)采用動態(tài)配置方法。通過動態(tài)配置策略能夠對多種設備資源進行有效整合和分類，根據(jù)不同類別的成套儀表設備，采用動態(tài)配置的策略來實現(xiàn)兼容多種成套儀表設備的目的，同時根據(jù)成套儀表類別的不同設計不同的解析策略。動態(tài)配置的策略可以使成套儀表遠程無線通信網(wǎng)絡的功能得到擴展，從而擴大了成套儀表遠程無線通信網(wǎng)絡的應用范圍。(3)邏輯分層的設計方法。成套儀表遠程無線通信協(xié)議在設計上采用三層邏輯分層。從上到下分別為界面層、視圖模型層和業(yè)務模型層。其中業(yè)務模型層又包括通信層、解析層、資源層、模型層和公共層。通過三個邏輯分層，可以使業(yè)務模型層與界面層分開，界面層與視圖模型層相關聯(lián)。視圖模型層通過業(yè)務模型層中獲得各種資源并為界面層提供這些資源。這種設計方法可以使Modbus通信協(xié)議中的代碼得到最大限度的利用，從而實現(xiàn)不同的通信功能。

　　3.3成套儀表遠程無線通信協(xié)議的框架設計

　　3.3.1物理部署結構的設計在成套儀表遠程無線通信網(wǎng)絡的物理部署設計中，每一個成套儀表都可以連接多個儀表數(shù)據(jù)控制平臺，而儀表數(shù)據(jù)控制平臺又決定著其與遠程終端監(jiān)控系統(tǒng)之間采用的通信協(xié)議。通信協(xié)議采用ModbusTCP協(xié)議進行指令和數(shù)據(jù)通信。3.3.2通信協(xié)議的邏輯結構通信協(xié)議采用三層邏輯分層設計，分別為界面層、視圖模型層和業(yè)務模型層。界面層：主要功能是顯示各個成套儀表的實時測量信息的實時數(shù)據(jù)與變化趨勢，并提供異常數(shù)據(jù)報警與處理功能。視圖模型層：主要功能是獲取下一層(業(yè)務模型層)中的測量信息，并將測量信息傳輸?shù)浇缑鎸又酗@示，界面層中顯示的內(nèi)容在視圖模型層進行處理。業(yè)務模型層：主要用于獲取成套儀表遠程無線通信網(wǎng)絡中不同的設備、資源等信息。該層又可分為通信層、解析層、資源層、模型層和公共層等五個子層。各子層的功能分別為：(1)通信層：用于接收和發(fā)送ModbusTCP消息;(2)解析層：用于測量信息的解析與轉換;(3)資源層：用于獲取網(wǎng)絡中各類成套儀表設備以及其它通信設備的資源信息，供系統(tǒng)調用;(4)模型層：用于測量對象的描述以及業(yè)務邏輯;(5)公共層：用于異常測量信息的報警、解決方法、資源配置保存等功能。在通信協(xié)議中進行邏輯分層設計，能夠對各項邏輯進行分解與細化，從而實現(xiàn)組件的互換。3.3.3通信協(xié)議的擴展設計采用協(xié)議轉換的方法對成套儀表遠程無線通信協(xié)議進行擴展設計。具體的方法是，采用配置文件的方式，并通過可擴展的數(shù)據(jù)轉換插件，將各個儀表采用的通信協(xié)議轉換為ModbusTCP協(xié)議，并通過儀表數(shù)據(jù)控制平臺中的解析器對通信協(xié)議進行轉換，從而實現(xiàn)了不同類型、不同型號的成套儀表的接入，提高了成套儀表遠程無線通信網(wǎng)絡的可擴展性。成套儀表遠程無線通信網(wǎng)絡在監(jiān)控時采用并行的多線程無線通信設備接收和發(fā)送信息，針對每一個成套儀表采集終端，采用輪詢的方式進行信息采集。

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