基于udp協(xié)議的實時可靠的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在磁浮仿真中的應(yīng)用

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1、基于UDP協(xié)議的實時可靠的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在磁浮仿真中的應(yīng)用本文論述了一種實時可靠的網(wǎng)絡(luò)通信解決方案，它能夠滿足磁浮仿真系統(tǒng)的體系架構(gòu)中上層工作站、中間層服務(wù)器、底層管理計算機之間復(fù)雜多變的網(wǎng)絡(luò)通信要求，降低仿真系統(tǒng)中應(yīng)用層和通信層的耦合性。通信方案設(shè)計了統(tǒng)一的報文格式，采用UDP協(xié)議二次封裝的辦法兼顧網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性與實時性；選取共享內(nèi)存技術(shù)實現(xiàn)仿真系統(tǒng)應(yīng)用層和通信層之間的進層間通信，保證通信進程的獨立性。此外，在通信層的構(gòu)建中，輔以配置文件記錄通信目的IP地址、本機綁定端口和通信對端接受端口號等信息，做到通信層的靈活可配置。關(guān)鍵詞網(wǎng)絡(luò)通信；UDP二次封裝；

2、共享內(nèi)存；進程間通信TN92A1674-6708(2011)55-0181-021研究背景磁浮仿真系統(tǒng)大致可以為分3個層次，底層是彷真子系統(tǒng)的仿真管理計算機，中間層是仿真支撐服務(wù)器，上層是工作站仿真計算機。所有外圍環(huán)境仿真設(shè)備通過以太網(wǎng)與底層子系統(tǒng)的仿真管理計算機相連，仿真管理計算機對其仿真子系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理，它將子系統(tǒng)外圍仿真設(shè)備的工況信息實時向上推送。仿真支撐服務(wù)器與所有底層子系統(tǒng)管理計算機和上層工作站均有通信需求，是報文收發(fā)的中轉(zhuǎn)站，它將、工作站及其執(zhí)行結(jié)果的信息記入數(shù)據(jù)庫備查，或用于數(shù)據(jù)分析。上層工作站用于集成管理底層的子系統(tǒng)，它注入故障下達測試命

3、令到底層子系統(tǒng)管理計算機并等待應(yīng)答。此外，底層子系統(tǒng)管理計算機之間也互相傳遞信息。這些計算機中仿真系統(tǒng)在處理接收和發(fā)送數(shù)據(jù)上的工作大多是相同的，如果能夠簡化它們在數(shù)據(jù)通信上的工作，將對系統(tǒng)的設(shè)計和效率存很大的提高作用。網(wǎng)絡(luò)通信方案的設(shè)計，即可將系統(tǒng)中各模塊處理網(wǎng)絡(luò)通信的部分抽取出來，封裝成一個相對獨立的模塊。2影響因素分析磁浮仿真系統(tǒng)中底層管理計算機上運行的仿真軟件是不同編程語言實現(xiàn)的，各自重新構(gòu)建通信接口有困難，底層、中層、上層不同計算機之間的通信要求也各異。通過對磁浮仿真系統(tǒng)中多個模塊的通信要求分析，可以得到模塊間的數(shù)據(jù)通信具有以下特點：1）多點對多點

4、傳輸數(shù)據(jù)。如果采用面向連接的方式進行通信，則需耍每個模塊都各自維護到其它模塊的多個連接，處理起來很不方便，并且不利于擴充模塊。因此適合無連接的通信;2）模塊間的數(shù)據(jù)通信具有突發(fā)性，通信數(shù)據(jù)量不規(guī)則、不連續(xù)。比較適合采用報文轉(zhuǎn)發(fā)方式傳輸;3）通信目的計算機的IP地址可能改變，需要可配置；4）模塊的數(shù)量可能擴充，也就是說，在同一臺計算機上運行的不同模塊的通信節(jié)點可能有多個，需要可配置；5）模塊問傳輸數(shù)據(jù)必須保證通信的可靠性和數(shù)據(jù)的正確性；6）某些通信要求實時性，通信異常導(dǎo)致陳舊數(shù)據(jù)必須清除。3方案設(shè)計根據(jù)第2節(jié)的影響因素分析，了解到通信方案需要解決四個問題，即

5、通信接門問題、實時性可靠性均衡問題、IP端門可配置問題。首先，解決通信接口問題，需要將系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信工作獨立出來，與原本系統(tǒng)的其他應(yīng)用隔離開。因此，引入這樣兩個概念一一通信層進程和應(yīng)用層進程。通信層進程負責為應(yīng)用層提供通信服務(wù)和其他輔助服務(wù)，如通信日志記錄、通信狀態(tài)監(jiān)控等；應(yīng)用層進程即原本系統(tǒng)各模塊運行的應(yīng)用進程，兩者間數(shù)據(jù)通信靠本機進程間通信維系。基于確保實時性和大數(shù)據(jù)量的通信要求，本機進程間通信選取的方法是共享內(nèi)存，然后分別為通信層和應(yīng)用層提供讀寫共享內(nèi)存的接口，即使用DLL（動態(tài)鏈接庫）的方式分別加載到通信層程序和應(yīng)用層程序中。其次，解決實時性可靠性

6、均衡問題，從多點通信和實時性的考慮出發(fā)，決定了選取無連接且傳輸更高效的UDP協(xié)議。然而，UDP協(xié)議不能保證可靠性，于是想到了對UDP協(xié)議進行二次封裝，形成一種兼顧通信的可靠性與實時性的新協(xié)議一一RUDP協(xié)議。最后，采用通信層進程讀取.ini配置文件的配置信息的方法來解決IP端口可配置問題。3.1本機進程間通信本機應(yīng)用層與通信層之間的進程間通信需要借助共享內(nèi)存技術(shù)、動態(tài)鏈接庫技術(shù)來實現(xiàn)。共享內(nèi)存技術(shù)是通過內(nèi)存映射文件的方式來實現(xiàn)的。內(nèi)存映射文件是文件內(nèi)容到進程虛擬地址空問的復(fù)制。文件的內(nèi)容的拷貝稱為文件映像，而操作系統(tǒng)用來維持該拷貝的內(nèi)部結(jié)構(gòu)稱為文件映射對象

7、。另一個進程通過使用第一個進程的文件映射對象建立映像，可以在它自己的虛擬地址空間建立完全一樣的文件映像，這樣就達到了進程間共享數(shù)據(jù)的目的。設(shè)計方案將共享內(nèi)存分為兩種。一種發(fā)送報文時使用，應(yīng)用層進程向此共享內(nèi)存內(nèi)寫入報文，通信層進程分配線程采用輪循或接收消息通知的方式讀取共享內(nèi)存中的待發(fā)送報文，并通過套接字將其發(fā)送到目的計算機的通信層進程。這種共享內(nèi)存可稱之為發(fā)送結(jié)點共享內(nèi)存。另一種與此相反，接收報文時使用，通信層進程接收到報文后，根據(jù)報文首部判斷與之對應(yīng)的目的應(yīng)用層，并將報文寫入對應(yīng)的共享內(nèi)存，應(yīng)用層進程再讀出并解封裝報文。根據(jù)報文發(fā)送目的地址與源地址，可

8、為每個源地址與目的地址分配對應(yīng)的共享內(nèi)存。每一塊共享內(nèi)存，有一個或