馬 琰,蔡麗霞（.河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院實驗設(shè)備處，河南南陽,473000;.河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院網(wǎng)絡(luò)管理中心，河南南陽,473000）

基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的UPS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與分析

馬 琰1,蔡麗霞2
（1.河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院實驗設(shè)備處，河南南陽,473000;2.河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院網(wǎng)絡(luò)管理中心，河南南陽,473000）

在傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)和視頻的傳輸需要通過專用的電纜來進行傳輸，存在功能單一、傳輸效率不高、傳輸距離較短的缺點。嵌入式技術(shù)在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢，本文就基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)的UPS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進行了技術(shù)分析，重點對其軟硬件的設(shè)計方案進行探討。

嵌入式；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；UPS遠(yuǎn)程監(jiān)控；設(shè)計；方案研究

0　引言

隨著科技的不斷發(fā)展，UPS技術(shù)也取得了較大的進步，UPS電源設(shè)備的應(yīng)用范圍日益廣泛，對其性能也提出了更高的要求，體現(xiàn)在能夠完成各種電源故障的自動處理，保證用戶各項數(shù)據(jù)的安全，將電源故障給用戶造成的影響控制在最小值，為了實現(xiàn)這一系列的功能，可以采用嵌入式設(shè)備提供相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，使UPS設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)實時的遠(yuǎn)程監(jiān)控，本文就對其遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)進行分析探討。

1　基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的UPS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的

圖1　基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的UPS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成框圖

結(jié)構(gòu)組成

本次研究中基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的UPS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的主要組成部分有：UPS、UPS控制接口、設(shè)備管理信息庫、設(shè)備管理器、嵌入式Web服務(wù)器等，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

其中UPS指的是系統(tǒng)中需要管理的UPS設(shè)備；管理信息庫的主要功能是對UPS設(shè)備的狀態(tài)信息進行記錄；設(shè)備管理器的主要功能是對設(shè)備進行有效的操作，主要的操作內(nèi)容有設(shè)備參數(shù)的設(shè)置及UPS狀態(tài)數(shù)據(jù)的讀取等；嵌入式Web服務(wù)器的主要功能則是完成HTTP服務(wù)的相關(guān)請求。

2　基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的UPS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的通信過程

2.1設(shè)備服務(wù)器與嵌入式Web服務(wù)器之間的通信

設(shè)備服務(wù)器在進行UPS狀態(tài)數(shù)據(jù)的讀取時，應(yīng)用的是Megatec協(xié)議，并對相關(guān)的信息進行定期的讀取，以此來對相應(yīng)的信息管理庫進行更新，Web服務(wù)器會對客戶端的請求進行響應(yīng)，通過對信息管理庫中的數(shù)據(jù)的讀取，應(yīng)用有關(guān)的設(shè)備管理器對設(shè)備的運行狀態(tài)進行有效的設(shè)置，由于相關(guān)的設(shè)備服務(wù)器會對UPS的狀態(tài)信息進行定期的讀取，并應(yīng)用讀取的最新數(shù)據(jù)進行信息管理庫的更新，這就會控制信息管理庫中的數(shù)據(jù)與UPS真實的狀態(tài)數(shù)據(jù)的一致性，從而實現(xiàn)UPS的有效管理。

2.2嵌入式Web服務(wù)器與瀏覽器之間的通信

其主要的通信過程為：由LAN客戶端或者是Internet客戶端的瀏覽器將URL請求傳送至本地局域網(wǎng)中，使其直接到達嵌入式Web服務(wù)器的以太網(wǎng)的接口之中，這一URL請求會得到嵌入式Web服務(wù)器的響應(yīng)，并會對其進行有關(guān)的安全驗證，如果其能夠通過相關(guān)的安全驗證，會將用戶頁面調(diào)出，并會返回于相關(guān)的請求頁面中，之后可以將UPS相關(guān)的監(jiān)控請求發(fā)出，設(shè)備服務(wù)器會響應(yīng)該請求，并對其予以有效的解釋，并向相關(guān)的設(shè)備發(fā)出動作控制命令及一些有關(guān)的輔助命令。

3　基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的UPS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計及實現(xiàn)

靜態(tài)存儲器AT45081B Data Flash、IS62LV 1024L；以太網(wǎng)的控制芯片RTL8019AS、F2407 DSP是基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的UPS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的主要硬件組成部分，其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2　基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的UPS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

上圖中，式中芯片HT1380是一種串行的計時器芯片，能夠?qū)崿F(xiàn)秒、分、時、日、月、年的計時，在該組芯片中各種時間信息的存儲主要是應(yīng)用其中的八個寄存器來完成，為了進行精準(zhǔn)的計時，可以為其外接一個32.768赫茲的晶振，使其為系統(tǒng)的計時提供精準(zhǔn)的時基信號，這對于保證系統(tǒng)計時的準(zhǔn)確性具有非常重要的作用。

RTL8019AS以太網(wǎng)控制器是一種全雙工的以太網(wǎng)控制芯片，該芯片是由臺灣的Realtek公司制造，其控制速率值為10Mbps，在該芯片中內(nèi)置有FF0、雙DMA以及16KB的SRAM能夠滿足EEE802.3標(biāo)準(zhǔn)及ETHERNET2標(biāo)準(zhǔn)，并且其能夠支持八位及十六位的基地址選擇及數(shù)據(jù)總線的選擇。

AT45081B是一種串行的可以編程的閃速存儲器，其工作過程中應(yīng)用的SPI的串口模式為0-3模式，其顯著的優(yōu)點是，能夠在不接任何外接元件的情況下，與任何微機及單片機進行有效的通信，其數(shù)據(jù)的存儲容量非常的大，具有非常好的安全性能。

TMS320LF2407DSP為控制器具有流水線結(jié)構(gòu)、多總線結(jié)構(gòu)及哈佛結(jié)構(gòu)，并且具有非常高的執(zhí)行速度，高達40M PS的執(zhí)行速度使得在其中執(zhí)行的所有指令的執(zhí)行時間都能夠控制在25納秒以內(nèi)，并且在該芯片中還具有16通道的CAN控制器模塊、16通道雙10位AD轉(zhuǎn)換器、兩個時間管理模塊、SCI（串行通信接口）、SPI（串行外設(shè)接口）、2K單訪問RAM、32K的片內(nèi)Flash，功能非常的強大。

4　基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的UPS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計及實現(xiàn)

4.1TCP/lP協(xié)議棧的相關(guān)設(shè)計

基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的UPS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計過程中，最為基礎(chǔ)的內(nèi)容是要實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧，系統(tǒng)只有實現(xiàn)了HTTP協(xié)議，才能使系統(tǒng)具備WWW服務(wù)的相關(guān)功能，在實際的軟件設(shè)計的過程中，既要保證系統(tǒng)的功能，又要使TCP/IP協(xié)議棧具有健壯性，TCP/IP協(xié)議棧按照其協(xié)議功能的不同，可以分為有應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層幾個不同的層次。

在實際的軟件設(shè)計工作中，要使嵌入式Web能夠與Internet進行有效的互聯(lián)，在其軟件設(shè)計的過程中，就需要對各層協(xié)議的子集進行有效的裁剪，其主要表現(xiàn)為：（1）保留協(xié)議棧中的重要且常用的協(xié)議，去掉非必需的協(xié)議，例如協(xié)議棧中的HTTP協(xié)議能夠有效的實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)與遠(yuǎn)程用戶數(shù)據(jù)之間的交換，并且該種傳輸協(xié)議的傳輸方式是非常的簡單的，則該協(xié)議進行保留。對相關(guān)協(xié)議進行裁剪之后，剩下的主要的協(xié)議內(nèi)容有HTTP協(xié)議、TFTP協(xié)議、TCP協(xié)議、UDP協(xié)議、MCP/IP協(xié)議、ARP協(xié)議等協(xié)議內(nèi)容，這樣可以有效的減少了存儲空間及響應(yīng)時間。（2）傳輸層主要的協(xié)議內(nèi)容是用戶的數(shù)據(jù)協(xié)議UDP，以及傳輸控制協(xié)議TCP，在本次設(shè)計的過程中，使嵌入式Web服務(wù)器一開始就處于LISTEN狀態(tài)，對中間的SYN-SENT狀態(tài)進行了省略，當(dāng)進行數(shù)據(jù)報的發(fā)送時，只對數(shù)據(jù)報中包含的狀態(tài)信息進行記錄，而不對數(shù)據(jù)報進行儲存，大大減少了數(shù)據(jù)傳輸量，有效的節(jié)省的系統(tǒng)資源，也使得系統(tǒng)的維護更加的方便。（3）網(wǎng)絡(luò)層的主要任務(wù)是對數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)議進行有效的處理，MCP/IP協(xié)議、P協(xié)議是其中主要的TCP/IP協(xié)議棧內(nèi)容，其中的P協(xié)議使其協(xié)議棧中的核心內(nèi)容，如果要采用Ping程序來進行網(wǎng)絡(luò)連通狀況的測試，只需要應(yīng)用MCP/IP協(xié)議中代碼為0的Ping應(yīng)答協(xié)議就能完成，使用起來非常的方便。

4.2文件系統(tǒng)的設(shè)計

嵌入式Web服務(wù)器在工作的過程中，主要的功能是依據(jù)用戶發(fā)出的請求將相關(guān)的網(wǎng)頁程序文件傳輸給用戶，但是在基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的UPS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的內(nèi)部，需要對相關(guān)的文件進行有效的存儲管理及訪問控制，要完成這一工作，就需要進行文件系統(tǒng)的設(shè)計，文件的存取控制、用戶文件的建立、復(fù)制、修改、讀寫及刪除，這是系統(tǒng)文件工作過程中最主要的內(nèi)容。在嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，一項非常重要的工作就是要有效的解決網(wǎng)頁文件的存放問題，本次研究中，基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的UPS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的文件存放主要是由Data Flash AT45081B來完成，嵌入式Web服務(wù)器與PC機之間的文件傳輸主要是應(yīng)用偽TFTP協(xié)議來實現(xiàn)，在實際的應(yīng)用過程中，網(wǎng)頁文件的動態(tài)更新通常都是依據(jù)這種機制。

網(wǎng)頁文件在工作的過程中，會根據(jù)用戶的實際需要的不同來進行動態(tài)的更改，并且其在完成相應(yīng)的更改之后，會將文件系統(tǒng)的訪問權(quán)限設(shè)置為只讀，之后很少會進行其內(nèi)容的變動，采用這種管理機制能夠有效的預(yù)防在對文件系統(tǒng)進行多次刪改之后，其所產(chǎn)生的碎片對系統(tǒng)造成較嚴(yán)重的影響，因此，在實際的運行過程中需要設(shè)計一個高效、更改次數(shù)較少的文件系統(tǒng)，本文中所提到的文件系統(tǒng)存放形式為多級目錄，其文件的主要存儲形式是無結(jié)構(gòu)的字符流式文件，在其邏輯結(jié)構(gòu)上，存儲的方法是順序存儲法，站在物理結(jié)構(gòu)的角度對其進行分析，其屬于連續(xù)的文件。

5　結(jié)束語

本文對基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的UPS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)進行了簡單的分析，文中分析了該系統(tǒng)的主要物理組成、通信方式及硬件設(shè)計與軟件設(shè)計，用戶可以通過遠(yuǎn)程的瀏覽器對嵌入式Web服務(wù)器所提供的UPS的運行最新信息進行訪問，能夠有效的實現(xiàn)UPS設(shè)備的遠(yuǎn)程管理。

[1] 朱永祥,王建新.基于嵌入式Web服務(wù)器的UPS遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)的設(shè)計[J].湖南工程學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2011(3).

[2] 祝龍記,周曉明.基于嵌入式技術(shù)的UPS電源網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)[J].電氣應(yīng)用,2010(14).

[3] 趙淑芬,趙彥敏.基于Web的嵌入式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機與數(shù)字工程,2010(8).

[4] 李恒超,張家樹.基于嵌入式Web的遠(yuǎn)程監(jiān)控研究[J].西南交通大學(xué)學(xué)報,2011(3).

Design and research of the UPS remote monitoring system based on Embedded Network Technology

Ma Yan1，Cai Lixia2
(1.Lab And Equipment Administration Department,Henan Polytechnic Institute,Nayang,473000; 2.Network Administration Center,Henan Polytechnic Institute,Nayang,Henan,473000)

In traditional monitoring system,the traffic data and video was transmitted through the special cable,this leads to single function, low transmission efficiency and short transmission distance of system. The embedded technology has obvious advantages in remote monitoring system,this paper analyzed the UPS remote monitoring system based on embedded network,and discusses the design of its hardware and software .

embedded system;network technology;UPS remote monitoring;design; study

馬琰（1978－），男（漢族），河南南陽人，碩士，講師，主要研究方向：計算機網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用。

蔡麗霞（1979-），女（漢族）,河南南陽人，碩士，工程師，主要研究方向：計算機應(yīng)用技術(shù)