段青娜，王文才，翟 潔，程 倩

（紅云紅河煙草（集團）有限責任公司，昆明 650231）

1 引 言

在企業(yè)信息化飛速發(fā)展的今天，計算機技術、網(wǎng)絡通信技術、信息安全技術的不斷成熟，讓更多企業(yè)在新的時期以新的運營模式獲利;人們也越來越認識到信息化技術在傳統(tǒng)企業(yè)向信息化現(xiàn)代企業(yè)轉型過程中所起的重要作用。在現(xiàn)代企業(yè)管理中，信息系統(tǒng)是不可或缺的一部分。信息系統(tǒng)實現(xiàn)了企業(yè)重要數(shù)據(jù)的高效、精確的管理，讓數(shù)據(jù)可以安全存儲、合理使用、范圍共享，進而改善了企業(yè)的管理方式，增強了管理流程的合理性，提高了效率。高效的企業(yè)管理能讓一個企業(yè)在市場競爭中具有強大的競爭力。要建設企業(yè)的信息化，就必須使用信息系統(tǒng)來管理企業(yè)。采用數(shù)據(jù)分析、流程控制等模型，用數(shù)據(jù)為企業(yè)的決策提供依據(jù)，使企業(yè)的設計、生產、銷售、管理更加合理有效，在市場競爭的洪流中贏得一席之地，讓企業(yè)走的更高更遠[1-2]。

根據(jù)業(yè)務需求，對涉及的業(yè)務、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)流向進行分類歸納，并基于RPC框架，制定了一套與上下游系統(tǒng)對接的通信架構，從而提高共享業(yè)務數(shù)據(jù)的準確性、完整性、時效性。通信框架的信息交換主要是在上位機、電氣設備、上游系統(tǒng)之間進行的，開發(fā)一套高效的數(shù)據(jù)交換機制，可保證生產監(jiān)控、調度的時效性[3]。

2 RPC的基礎理論

2.1 RPC概念

在工業(yè)軟件中，為了保證在監(jiān)控、調度方面的時效性，常使用C/S結構來開發(fā)信息系統(tǒng)。而RPC(Remote Procedure Call，遠程過程調用)框架是采用了C/S結構的軟件中常用的一種通訊框架[4]，它的結構原理圖如圖1所示。

圖1 RPC框架結構原理示意圖

RPC是基于Socket，并對Socket底層進行一次封裝的框架。它允許程序調用另一個地址空間（通常位于共享網(wǎng)絡中的另一臺機器上）的過程或函數(shù)，而不用軟件開發(fā)者顯示這個遠程調用的編碼細節(jié)。即軟件開發(fā)者無論是調用本地的還是非本地的命令，從根本上來說，所調用執(zhí)行的代碼是完全一致的。

在傳統(tǒng)軟件的開發(fā)過程中，程序是在開發(fā)者的本地環(huán)境下編譯生成的，并且只能運行在本地環(huán)境，計算機與程序形成一種本地調用關系。但在網(wǎng)絡技術飛速發(fā)展的今天，這種傳統(tǒng)的軟件結構是無法滿足當前的實際需求的。

2.2 RPC封裝

傳統(tǒng)的本地調用模式無法充分利用同節(jié)點的其他主機的計算性能和資源，比如CPU、GPU、內存等，也無法讓代碼在不同的環(huán)境中進行共享，這使得主機資源不能得到充分使用。

針對該情況，運用RPC模式，就可以讓同局域網(wǎng)內的不同服務器之間共享處理環(huán)境和內存，隨之將應用程序分布在多臺服務器上。程序就像運行在一臺單一的服務器上一樣，可以通過方便的代碼實現(xiàn)遠程調用代碼來實現(xiàn)代碼共享，提高硬件設備的資源利用率，也可以將大量的計算處理放在性能較強的服務器上運行，從而降低前端對硬件設備的要求程度。

2.3 RPC的功能特點

RPC作為普遍的C/S開發(fā)方法，具有高效、可靠等特點。但RPC方法的基本原則是忽略通訊的集體形式，轉而通過最簡單的方式來調用程序模塊，讓開發(fā)者能夠專心實現(xiàn)業(yè)務邏輯，而不用去關心通訊過程。這就意味著RPC的傳輸數(shù)據(jù)包無法具有通用性。與Socket通訊方式相比，在傳輸相同的有效數(shù)據(jù)的情況下，RPC占用的網(wǎng)絡帶寬更大。

RPC模式從本質上來說也是一種C/S結構的通訊模式，比Socket通訊要高級一層。當RPC的通訊服務建立完成之后，客戶端通過TCP/IP協(xié)議傳輸調用參數(shù)，并傳輸RPC的程序號到相應的服務器上，客戶端將持續(xù)等待服務端的應答，或直至超時。服務端接收到客戶端的調用請求后，會根據(jù)客戶端傳輸過來的RPC服務號來決定具體調用那一段函數(shù)，并執(zhí)行相應的代碼，將執(zhí)行結果返回給客戶端。當服務端的RPC調用結束后，會發(fā)送相應的信號給客戶端，客戶端才會繼續(xù)運行。這樣一次完整的RPC調用就算結束了。在整個RPC調用過程中，通過程序號來確定具體調用的函數(shù)段，通過設備號來確定具體的執(zhí)行設備，通過版本號來確定調用不同版本的代碼段。

3 系統(tǒng)的層次結構

(1)傳輸協(xié)議(Protocol)

傳輸協(xié)議中各層都為上一層提供業(yè)務功能。為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)在不同層次間進行傳遞，要對數(shù)據(jù)進行打包。通過向數(shù)據(jù)中加入包頭和包尾的方式，來將一段數(shù)據(jù)打包成一個規(guī)范的數(shù)據(jù)流，這個過程就叫做數(shù)據(jù)封裝。用戶的所有數(shù)據(jù)都要經過多次封裝，才能在網(wǎng)絡上進行傳輸。傳輸協(xié)議的語法構成如下：

其中，各變量的類型及含義如表1所示。

表1 傳輸協(xié)議變量說明

客戶端根據(jù)需要，調用服務端中的函數(shù)或過程，客戶端將數(shù)據(jù)打包，服務端接收到數(shù)據(jù)包后拆包，根據(jù)兩個標志位來判斷客戶端調用的函數(shù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)包內容來讀取客戶端所傳變量或數(shù)據(jù)。

(2)數(shù)據(jù)序列化層（Serialize）

序列化是將數(shù)據(jù)結構或對象轉換成二進制串的過程，也就是編碼的過程。為了數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡中方便傳輸，將數(shù)據(jù)包序列化為二進制數(shù)據(jù)，能夠有效減少丟包和重包的發(fā)生。實現(xiàn)數(shù)據(jù)序列化的語句如下：

序列化數(shù)據(jù)封裝的語句如下：

現(xiàn)今序列化的方案越來越多，各個方案都有其優(yōu)點和缺點，它們在設計之初也都各有自己獨特的應用場景。從RPC的角度來看，最感興趣的有以下三點：

通用性：比如是否能支持Map等復雜的數(shù)據(jù)結構[5-6]；

性能：包括時間復雜度和空間復雜度，由于RPC框架將會被企業(yè)內幾乎所有服務使用，如果序列化上能節(jié)約一點時間，對整個企業(yè)的收益都將非?？捎^，同理如果在序列化上能節(jié)約一點內存，網(wǎng)絡帶寬也能節(jié)省許多；

可擴展性：對互聯(lián)網(wǎng)公司而言，業(yè)務變化很快，如果序列化協(xié)議具有良好的可擴展性，支持自動增加新的業(yè)務字段，刪除老的字段，而不影響老的服務，將會大大有利于系統(tǒng)的健壯性。

(3)傳輸層(Transport)

消息數(shù)據(jù)結構被序列化為二進制串后，下一步就要進行網(wǎng)絡通信，Client和Server之間通過Socket長連接傳輸數(shù)據(jù),并為每個客戶端開啟線程，實現(xiàn)NIO傳輸。數(shù)據(jù)傳輸語句如下：

(4)鏈接層(Linking)

鏈接層負責建立服務端與數(shù)據(jù)庫以及UA服務器之間的鏈接。鏈接數(shù)據(jù)庫的語句如下：

鏈接UAServer的語句如下：

(5)遠程調用層

遠程調用層主要是處理和響應客戶端發(fā)送的請求，以及對數(shù)據(jù)的整合與處理。

4 系統(tǒng)的架構設計

4.1 系統(tǒng)結構

系統(tǒng)結構及連接情況如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)結構圖

由圖可知，客戶端Client與服務端Server之間通過Socket長連接進行通訊，并伴有心跳檢測，客戶端下線后，服務端會自動斷開與客戶端的鏈接。

服務端與數(shù)據(jù)庫之間使用SqlConnection進行連接。服務端向數(shù)據(jù)庫發(fā)送Sql語句，數(shù)據(jù)庫執(zhí)行完畢后返回SqlDataReader給服務端。其具體通訊過程原理如圖3所示。

圖3 Server－DataBase之間通訊示意圖

系統(tǒng)中的Server與OPC_Server之間的通訊是指服務端需要與下位機的電氣設備通過PLC進行通訊，所以服務端需要通過OPC服務器進行數(shù)據(jù)中轉。服務端與OPC服務器之間采用OpcUA方式連接[7]。配置完成的UAServer如圖4所示。

圖4 配置好的UAServer

4.2 接口設計

RPC_Server與 UAServer之間通過 Profinet協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，由于PLC內存地址有限，就要求接口通訊內容要精簡高效。

與編程語言類似，PLC中的數(shù)據(jù)類型也有String，bool，int，byte 之分，便于數(shù)據(jù)交互兼容。需要注意的是，PLC中的變量要設好讀寫權限，避免同一變量有雙重“寫權限”，不允許上位機與電氣設備對同一個變量寫入數(shù)據(jù)，這樣能有效避免臟數(shù)據(jù)。PLC變量讀寫方式如圖5所示。

圖5 PLC變量讀寫方式

一般情況下企業(yè)都會同時擁有多個信息系統(tǒng)，如上游MES系統(tǒng)下達任務，輔料配盤信息系統(tǒng)接收到任務后負責執(zhí)行。對于信息系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交互，可以搭建數(shù)據(jù)交互平臺，以中間數(shù)據(jù)庫的形式做數(shù)據(jù)交互。各個業(yè)務系統(tǒng)需要從其它業(yè)務系統(tǒng)抽取數(shù)據(jù)，一般都是經過匯總的數(shù)據(jù)。為統(tǒng)一管理，要求各業(yè)務系統(tǒng)把能夠給其它系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)統(tǒng)一上傳至中間庫，由各業(yè)務子系統(tǒng)從中間庫下載所需的數(shù)據(jù)[8]。

中間數(shù)據(jù)庫的作用是為數(shù)據(jù)提供臨時存儲功能。在數(shù)據(jù)進行交互或采集的過程中，可將數(shù)據(jù)存儲至中間數(shù)據(jù)庫臨時存儲，并且能在轉存過程中提供數(shù)據(jù)一致性檢驗功能，進而保證了數(shù)據(jù)的準確性。中間數(shù)據(jù)庫還能實現(xiàn)全局數(shù)據(jù)共享，對不同的數(shù)據(jù)庫鏈接，以及復雜的數(shù)據(jù)進行查詢、檢索和管理。

5 結束語

輔卷煙輔料在配盤過程中，物料與信息的同步至關重要，為實現(xiàn)數(shù)據(jù)的完整性與時效性，對基于RPC框架的輔料配盤信息管理系統(tǒng)做了介紹和設計。根據(jù)業(yè)務需求，基于RPC框架制定了一套與上下游系統(tǒng)對接的通信架構，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)在不同系統(tǒng)間與電氣設備進行數(shù)據(jù)交互。該設計可滿足各業(yè)務的信息共享需求，有助于消除信息孤島。

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