王超 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

油田設(shè)備軟件通信中間件設(shè)計(jì)與優(yōu)化*

王超 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

油田設(shè)備通信的目的是提供給設(shè)備管理員一個(gè)安全、友好的油田中間件顯示界面，以及一個(gè)簡(jiǎn)單、實(shí)用的管理平臺(tái)。通過客戶端信息管理，可以對(duì)文件內(nèi)核進(jìn)行處理，多個(gè)油田設(shè)備通信中間件顯示器客戶端通過統(tǒng)一的服務(wù)器端進(jìn)行通信，形成星狀的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?？蛻舳讼蚍?wù)器端請(qǐng)求資源，為服務(wù)器端提供管理接口；服務(wù)器端為客戶端提供資源，向客戶端發(fā)送配置請(qǐng)求。所以，油田設(shè)備通信中間件顯示器客戶端與服務(wù)器端之間是互為Client/Server式的結(jié)構(gòu)。

油田設(shè)備；通信；中間件；客戶端；?？?；優(yōu)化

油田設(shè)備通信目的是提供給設(shè)備管理員一個(gè)安全、友好的油田中間件顯示界面，以及一個(gè)簡(jiǎn)單、實(shí)用的管理平臺(tái)。通過客戶端信息管理，可以對(duì)文件內(nèi)核時(shí)進(jìn)行處理，多個(gè)油田設(shè)備通信中間件顯示器客戶端通過統(tǒng)一的服務(wù)器端進(jìn)行通信，形成星狀的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。油田設(shè)備通信中間件管理員遠(yuǎn)程登陸顯示器服務(wù)器端，就可以遠(yuǎn)程管理顯示終端，對(duì)服務(wù)器端進(jìn)行配置，客戶端根據(jù)設(shè)備通信中間件管理員的具體配置進(jìn)行相應(yīng)的顯示[1]。遠(yuǎn)程登陸服務(wù)器端，需要管理員在遠(yuǎn)程下載管理服務(wù)器端的管理程序。

1 通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)啟動(dòng)流程是系統(tǒng)在上電以后，產(chǎn)生Reset中斷，CPU將程序指針首先指向Reset中斷服務(wù)向量地址，執(zhí)行Reset開機(jī)流程，然后執(zhí)行bootloader程序。bootloader在完成CPU、內(nèi)存等設(shè)備硬件基本初始化后，設(shè)置好bootloader與內(nèi)核之間參數(shù)，通過跳轉(zhuǎn)，程序的指針指向內(nèi)核程序所在的地址處，接著Linux內(nèi)核來引導(dǎo)系統(tǒng)完成剩下的工作。初始化系統(tǒng)后，內(nèi)核加載根文件系統(tǒng)，并運(yùn)行應(yīng)用程序[2]。一般的嵌入式Linux系統(tǒng)平臺(tái)可以參照系統(tǒng)啟動(dòng)的順序，包括bootloader、Linux內(nèi)核、根文件系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)模塊等部分來構(gòu)建。

1.1 交叉編譯環(huán)境搭建優(yōu)化

所謂交叉編譯就是在一個(gè)平臺(tái)上生成可在其他平臺(tái)上運(yùn)行的程序。由于嵌入式開發(fā)程序不同于通用計(jì)算機(jī)開發(fā)程序，嵌入式開發(fā)板上不能提供足夠的資源供開發(fā)人員編譯和調(diào)試。通常，開發(fā)人員首先在通用計(jì)算機(jī)上編寫目標(biāo)代碼；然后將目標(biāo)代碼編譯成目標(biāo)機(jī)上能夠運(yùn)行的指令格式二進(jìn)制代碼；再將目標(biāo)程序下載到嵌入式開發(fā)板上運(yùn)行，通過通用計(jì)算機(jī)和開發(fā)板外設(shè)查看相關(guān)的輸出結(jié)果。

1.2 客戶端的功能模塊設(shè)計(jì)優(yōu)化

根據(jù)油田設(shè)備通信中間件顯示器聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)客戶端的需求分析，客戶端軟件需要實(shí)時(shí)顯示中間件的運(yùn)行狀態(tài)，動(dòng)態(tài)顯示咨詢信息，提供影音文件的播放。客戶端軟件在運(yùn)行周期內(nèi)需要維護(hù)全局的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中包括中間件顯示器客戶端的顯示界面的整個(gè)對(duì)象，可以將此對(duì)象理解成為客戶端的數(shù)據(jù)模型層，無論是通過遠(yuǎn)程更改界面還是通過獲取的串口數(shù)據(jù)顯示中間件運(yùn)行信息，都是對(duì)當(dāng)前中間件顯示器對(duì)象進(jìn)行維護(hù)。

1.3 通信功能模塊設(shè)計(jì)優(yōu)化

油田設(shè)備通信中間件顯示器客戶端應(yīng)用程序模塊結(jié)構(gòu)由以下幾部分組成：

（1）主模塊。初始化全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，啟動(dòng)服務(wù)子線程、數(shù)據(jù)采集子線程和系統(tǒng)時(shí)鐘子線程。

（2）服務(wù)模塊。與遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行交互，監(jiān)聽遠(yuǎn)程服務(wù)器和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的請(qǐng)求，獲取配置信息；發(fā)送當(dāng)前狀態(tài)信息給遠(yuǎn)程服務(wù)器。

（3）文件解析和下載模塊。對(duì)服務(wù)模塊接收到的配置文件進(jìn)行解析，并將解析結(jié)果傳遞給全局?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)象，下載配置文件中包含的文件。

2 通信服務(wù)器端平臺(tái)構(gòu)建

根據(jù)需求分析的結(jié)果，管理員通過瀏覽器遠(yuǎn)程訪問服務(wù)器端，對(duì)中間件顯示器客戶端進(jìn)行管理和維護(hù)，這要求服務(wù)器端要有一定穩(wěn)定性和安全性[3]；同時(shí)，由于管理員的數(shù)量有限，服務(wù)器端不需要支持多用戶并發(fā)事件的處理，所以服務(wù)器端的成本應(yīng)該相對(duì)較低。依據(jù)以上分析，采用LAMP網(wǎng)站架構(gòu)構(gòu)建服務(wù)器端平臺(tái)。

2.1 服務(wù)器端架構(gòu)

LAMP是目前世界上最為流行的Web架構(gòu)之一，包括Linux操作系統(tǒng)、Apache網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、MySQL數(shù)據(jù)庫和Python腳本語言。LAMPStack使用的產(chǎn)品均為開源的軟件產(chǎn)品，而且非常多的商業(yè)應(yīng)用都在使用這個(gè)Web架構(gòu)，已經(jīng)非常成熟。相對(duì)于J2EE架構(gòu)來說，LAMP架構(gòu)具有開發(fā)效率高、輕量級(jí)、網(wǎng)絡(luò)資源豐富等優(yōu)點(diǎn)；相對(duì)于.NET架構(gòu)來說，LAMP架構(gòu)具有價(jià)格低廉、性能更強(qiáng)、良好的通用性和跨平臺(tái)性等優(yōu)勢(shì)。所以，使用LAMP架構(gòu)無論在性能、質(zhì)量還是價(jià)格上都是服務(wù)器端平臺(tái)的首選架構(gòu)。

2.2 平臺(tái)構(gòu)建過程優(yōu)化

LAMP架構(gòu)的搭建過程是首先安裝CentOS操作系統(tǒng)，而后安裝Apache服務(wù)器、MySQL數(shù)據(jù)庫，再安裝PHP運(yùn)行環(huán)境。配置Apache服務(wù)器的詳細(xì)設(shè)置，然后通過瀏覽器進(jìn)行測(cè)試。一個(gè)基于模型的油田設(shè)備通信中間件由以下部分組成：

（1）狀態(tài)集合S是集合Σ上的一個(gè)映射，Σ上必須包含一個(gè)有限子集合V，且V中包含所有的狀態(tài)變量或動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)。

（2）S上的一個(gè)非空子集Sinit稱作初始狀態(tài)集。

（3）S上的一個(gè)子集Sacc稱作可接受狀態(tài)集。

（4）操作集合Acts是Σ-V.中的項(xiàng)，Acts是可控集合Ctrl和可觀測(cè)集合Obs的不相交并集。

（5）存在轉(zhuǎn)移關(guān)系，δ?S×Acts×S。

若存在狀態(tài)t，使得任意狀態(tài)t和操作a之間存在關(guān)系(s,a,t)∈δ，則稱M是確定的，記為δ(s,a)=t。在本文中所指的基于模型的油田設(shè)備通信中間件均為確定的。

3 服務(wù)器端功能模塊優(yōu)化

服務(wù)器端是管理員管理中間件顯示器客戶端的接口，通過多臺(tái)客戶端連接同一臺(tái)服務(wù)器，形成星形的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。管理員通過瀏覽器訪問服務(wù)器端，服務(wù)器端再和與之相連的客戶端交互。

設(shè)計(jì)的專用網(wǎng)關(guān)的最終實(shí)現(xiàn)形式是一個(gè)可執(zhí)行的應(yīng)用程序，運(yùn)行之后能夠?yàn)榻尤胨挠脩籼峁?shù)據(jù)業(yè)務(wù)[4-5]?，F(xiàn)從應(yīng)用程序的入口開始，以成功提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為結(jié)束，詳細(xì)描述一個(gè)完整的業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)流程。

（1）配置系統(tǒng)參數(shù)。專用網(wǎng)關(guān)放置在局域網(wǎng)中，使用內(nèi)部IP地址，通過局域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)連接到外網(wǎng)。因此，需要為專用網(wǎng)關(guān)配置相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，如網(wǎng)卡名稱、IP地址、子網(wǎng)掩碼和SCTP端口號(hào)等；同時(shí)還需要配置數(shù)據(jù)庫參數(shù)，如連接數(shù)據(jù)庫的IP地址、端口號(hào)、數(shù)據(jù)庫名稱、用戶名和密碼等。

（2）初始化各個(gè)模塊。由于移動(dòng)性管理、GPRS移動(dòng)性管理和會(huì)話管理三個(gè)模塊的信息都在專用網(wǎng)關(guān)維護(hù)的用戶信息中，所以只初始化與用戶信息相關(guān)的參數(shù)即可。如配置可以允許的最大用戶數(shù)、動(dòng)態(tài)申請(qǐng)維護(hù)用戶信息所需的內(nèi)存空間和一些需要使用的全局變量等。初始化SCTP和ROUTE模塊，完成專用網(wǎng)關(guān)與網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)的收發(fā)和路由工作，其實(shí)現(xiàn)技術(shù)為網(wǎng)絡(luò)編程，過程基本固定。

（3）啟動(dòng)控制面過程。根據(jù)對(duì)專用網(wǎng)關(guān)協(xié)議棧的介紹可知，專用網(wǎng)關(guān)需要成功執(zhí)行控制面過程后，才可以為用戶建立用戶面連接。因此，運(yùn)行SCTP，開始偵聽網(wǎng)絡(luò)、建立連接和接收數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

油田設(shè)備通信中間件服務(wù)器端程序包括前端和后端兩部分組成，前端主要是為管理員提供服務(wù)，獲取管理員的請(qǐng)求信息并將結(jié)果存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫或直接傳遞給后端部分；后端主要是與客戶端進(jìn)行交互，維護(hù)每臺(tái)與服務(wù)器端連接的設(shè)備的狀態(tài)，并將前端的某些請(qǐng)求發(fā)送給客戶端?？蛻舳讼蚍?wù)器端請(qǐng)求資源，為服務(wù)器端提供管理接口；服務(wù)器端為客戶端提供資源，向客戶端發(fā)送配置請(qǐng)求。所以，油田設(shè)備通信中間件顯示器客戶端與服務(wù)器端之間是互為Client/Server式的結(jié)構(gòu)。中間件顯示器聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可作為替代現(xiàn)有油田設(shè)備通信中間件顯示技術(shù)的聯(lián)網(wǎng)解決方案。

[1]曹軍威，萬宇鑫，涂國(guó)煜，等．智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)研究[J]．計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2013（1）：12-13.

[2]尤毅，劉東，于文鵬，等．主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)及其進(jìn)展[J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012（18）：35-36.

[3]袁新喜，談志遠(yuǎn)，陶維青．IEC61850標(biāo)準(zhǔn)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用探討[J]．電測(cè)與儀表，2012（7）：39-40.

[4]張佳斌，楊歡，趙榮祥，等．微電網(wǎng)通信系統(tǒng)研究綜述[J]．華東電力，2011（10）：67-68.

[5]周鄴飛，徐石明．智能變電站數(shù)據(jù)中心初探[J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011（18）：89-90.

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.4.038

基金論文：河北省高等學(xué)校科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目“基于本體的語義Web服務(wù)集成方法研究”(Z2012032)；河北農(nóng)業(yè)大學(xué)非生命學(xué)科和新興學(xué)科科研發(fā)展項(xiàng)目“基于語義Web服務(wù)的系統(tǒng)集成方法研究”。