（控制科学与工程专业论文）基于xmlrpc的分布式仪器系统集成方法研究与实现.pdf

毫 j ： ，彳 学位论文数据集 中图分类号 t p 3 1 9 学科分类号 5 1 0 8 0 4 0 论文编号 l 0 0 10 2 0 1 1 0 8 2 2 密级 公开 学位授予单位代码 1 0 0 1 0 学位授予单位名称北京化工大学 作者姓名 康礼鸿 学号 2 0 0 8 0 0 0 8 2 2 获学位专业名称控制科学与工程获学位专业代码0 8 1 1 0 0 课题来源 其它项目研究方向 智能检测技术与系统 论文题目 基于删l r p c 的分布式仪器系统集成方法研究与实现 关键词 分布式仪器系统，) ( m l ，x m l r p c ，系统集成，远程调用 论文答辩日期2 0 1 1 年5 月2 6 日论文类型应用研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称 工作单位学科专长 指导教师王建林教授北京化工大学 评阅人1张贝克见习教授北京化工大学 评阅人2崔玉龙 副教授北京化工大学 评阅人3 评阅人4 评阅人5 答辩委员会主席李宏光教授北京化工大学 答辩委员1陈娟教授 北京化工大学 答辩委员2张贝克见习教授北京化工大学 答辩委员3崔玉龙 副教授北京化工大学 答辩委员4夏涛副教授 北京化工大学 答辩委员5曹政才副教授北京化工大学 注：一论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 二中图分类号在中国图书资料分类法查询。 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b t1 3 7 4 5 9 ) 学科分类与代码中查 询。 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。 摘要 基于x m l 1 冲c 的分布式仪器系统集成方法研究与实现 摘要 随着仪器仪表技术和网络技术的发展，迫切需要集成分布式仪器系 统，实现仪器的资源共享和综合测试。现有的分布式仪器系统中不同类型 的仪器并存，不同厂商的仪器接口类型、访问标准、通信协议等都不同， 且受异构仪器和编程语言的制约，难以实现散布仪器、异构仪器的通信、 互操作和集成。因此，研究分布式仪器系统的集成方法具有重要的理论意 义和应用价值。 本文采用面向对象技术分析和设计分布式仪器系统，在此基础上结合 分布式仪器系统集成原则和体系结构模型，提出了一种基于x m l r p c 的 分布式仪器系统集成方法，给出了基于x m l r p c 的分布式仪器系统体系 构架；采用x i l 统一描述仪器，构建了仪器信息模型，设计了统一管理 仪器资源的数据访问接口；采用l a b v i e w 编程语言，设计并实现了基于 x m l r p c 的服务器和客户端，以及分布式仪器系统的远程调用；在此基 础上，将该方法应用到生物发酵实验室中，集成了生物发酵实验室分布式 仪器系统。 实验结果表明，应用该方法所集成的基于x m l r p c 的生物发酵实验 室分布式仪器系统较好地实现了分布式仪器的通信、互操作和统一管理， 提高了仪器的利用率。基于x m l r p c 的分布式仪器系统，具有良好的开 放性、易操作性、可扩展性等特点，为系统底层异构仪器的资源共享和与 上层应用之间的远程调用提供了一种新的途径。 l 北京化t 人学硕一l ：学位论义 关键词：分布式仪器系统，x m l ，订l r p c ，系统集成，远程调用 i l a b s t r a c t i n t e g r a t i o nm e t h o dr e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o n0 f d i s t r i b u t e di n s t r u m e n t a t i o ns y s t e mb a s e do nx m l r _ p c a b s t r a c t w i t ht h e d e v e l o p m e n t o fi n s t m ：m e n t a t i o n t e c h n o l o g y a n dn e t w o r k t e c h n o l o g y ， t h ei n t e g r a t i o no fd i s t r i b u t e di n s t m m e n t a t i o ns y s t e mw a su 玛e n t n e e d e dt or e a l i z ei n s t r u m e n t sr e s o u r c e s h a r i n ga n dc o m p r e h e n s i v et e s t d i f r e r e n tt y p e so fi n s t r u m e n t si nt h e e x i s t i n gd i s t r i b u t e di n s t l l l m e n t a t i o n s y s t e m sc o e x i s t ，i n s t n l m e n ti n t e r f a c et y p e ，a c c e s ss t a n d a r d ，c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o lo fd i f r e r e n tm a n u f a c t u r e r sw e r ed i a e r e n t ，a n ds y s t e mi n t e g r a t i o ni s c o n d i t i o n e db yh e t e r o g e n e o u si n s t r u m e n t sa n dp r o g r a m m i n gl a n g u a g e i ti s h a r dt or e a l i z et h ec o m m u n i c a t i o n ，i n t e r o p e r a b i l i t ya n di n t e g r a t i o nb e t w e e n d i s t r i b u t e di n s t m m e n t sa n dh e t e r o g e n e o u si n s t l l l m e n t s t h e r e f o r e ，t h er e s e a r c h o fd i s t r i b u t e di n s t l l l m e n t a t i o n s y s t e mi n t e g r a t i o nm e t h o dh a ss i g n i f i c a n t t h e o r e t i c a ls i g n i f i c a n c ea n d 印p l i c a t i o nv a l u e b a s e do no b j e c t0 r i e n t e dt e c h n o l o g 弘d i s t r i b u t e di n s t r u m e n t a t i o ns y s t e m w a si nd e t a i la n a l y z e da n dd e s i g n e d ，b a s e do nt h i sc o m b i n e dw i t hd i s t r i b u t e d i n s t n m l e n t a t i o ns y s t e mi n t e g r a t i o np r i n c i p l ea n ds y s t e ms t m c t u r em o d e l ，a d i s t r i b u t e di n s t r u m e n t a t i o ns y s t e mi n t e g r a t i o nm e t h o db a s e do nx m l i 冲c w a sp r o p o s e d ，a n dt h es y s t e ma r c h i t e c t u r eo fd i s t r i b u t e di n s t m m e n t a t i o n s y s t e mb a s e do nx m l - r p cw a sd e s i g n e d x m l b a s e dd e s c r i p t i o no ft h e 北京化丁大学顾一 ：学位论文 h e t e r o g e n e o u si n s t m m e n t sw a sa d o p t e d ，t h ei n s t m m e n ti n f o m a t i o nm o d e l w a sc o n s t r u c t e d ，a n dd a t aa c c e s si n t e r f a c eo fu n i f o n n l yi n s t m m e n t m a n a g e m e n tw a sd e s i g n e d ；t h ep r o g r a m m i n gl a n g u a g eo fl a b v i e ww a s a d o p t e dt od e s i g na n dr e a l i z et h es e i 、，e ra n dc l i e n tb a s e do nx m l r p ca n d t h er e m o t ec o n t r 0 1o fd i s t r i b u t e di n s t r u m e n t a t i o ns y s t e m o nt h i sb a s i s ，t h i s m e t h o dw a s 印p l i e dt ot h ef e m l e n t a t i o nl a b o r a t o 巧；t h eb i o l o g yf e m e n t a t i o n l a b o r a t o 拶d i s t r i b u t e di n s t l l l m e n t a t i o ns y s t e mw a si n t e g r a t e d t h ee x p e r i m e n ts h o wt h a tb i o l o g yf e m e n t a t i o nl a b o r a t o 拶d i s t 曲u t e d i n s t m m e n t a t i o ns y s t e mw a si n t e g r a t e db yu s i n gd i s t d b u t e di n s t m m e n t a t i o n s y s t e mi n t e g r a t i o n m e t h o db a s e do nx m l - r p c ， t h ed i s t r i b u t e d i n s t m m e m a t i o nc o m m u n i c a t i o n ，i n t e r o p e r a b i l i t ya n du n i f o m l l ym a n a g e m e n t w e r er e a l i z e d ，t h eu t i l i z a t i o nr a t eo fi n s t m m e n tw a si m p r o v e d ，d i s t r i b u t e d i n s t l l 舡n e n t a t i o ns y s t e mb a s e do nx m l - r p ch a sg o o do p e n n e s s ，o p e r a b i l i t y ， e x p a n s i b i l i t ye t c ，a n di tp r o v i d e san e ww a yf o rr e s o u r c es h a r i n gf o rs y s t e m b o t t o mh e t e r o g e n e o u si n s t m m e n t a t i o na n dr e m o t ec o n t r o lf 如mb o t t o m h e t e r o g e n e o u si n s t m m e n t1 e v e l t ot o p 印p l i c a t i o nl e v e l k e y w o r d s ：d i s t m ) u t e di n s t m m e n t a t i o ns y s t e m ，x m l ，x m l r p c ，s y s t e m i n t e g r a t i o n ， r e m o t ei n v o c a t i o n i v 1 3 3 基于w 曲s e r v i c e 的系统集成方法5 1 3 4 基于分布式对象模型的系统集成方法6 1 。4 课题的研究意义和主要研究内容7 1 4 1 课题的研究意义7 1 4 2 主要研究内容。8 第二章分布式仪器系统建模与集成方法研究9 2 1 弓i 言9 2 2 基于面向对象技术的分布式仪器系统分析与建模9 2 2 1 面向对象技术9 2 2 2 分布式仪器系统对象模型1 0 2 2 3 分布式仪器系统动态模型1 2 2 2 4 分布式仪器系统功能模型1 4 2 3 基于x m l r p c 的分布式仪器系统集成方法研究16 2 3 1 分布式仪器系统集成原则1 6 2 3 2 分布式系统体系结构模型1 6 2 3 3 分布式远程调用技术1 8 2 3 4 基于x m l r p c 的分布式仪器系统集成方法2 0 2 4 小结2 2 第三章基于x m l r p c 的分布式仪器系统集成2 3 v 北京化t 大学硕士学位论文 3 1 引言2 3 3 2 数据访问接口的设计2 3 3 2 1 基于x i 订l 的仪器信息建模2 三 3 2 2 有效性验证2 6 3 2 3 基于d o m 解析x m l 文档2 6 3 2 4 基于l 的打包和解析全过程2 7 3 3x m l r p c 服务器结构功能设计2 8 3 3 1x 】l r p c 服务器结构设计2 8 3 3 2x m l r p c 服务器功能设计2 9 3 4 基于x m l r p c 的分布式仪器系统远程调用3 3 3 4 1 数据的转换模块设计3 3 3 4 2 基于l r p c 的客户端和服务器远程数据通信3 3 3 5 小结3 5 第四章基于x m l r p c 的分布式仪器系统实现3 7 4 1 引言3 7 4 2 数据访问标准层的实现3 7 4 2 1 基于a c t i v e x 的串口仪器通信3 7 4 2 2 基于t c p i p 的网络接口仪器通信3 9 4 3 基于x m l r p c 的分布式仪器系统远程调用的实现3 9 4 3 1 基于状态机的程序设计模式3 9 4 3 2x m l 。r p c 服务器端远程调用实现一4 l 4 3 3 l i 冲c 客户端远程调用实现一4 3 4 4 ，j 、结4 4 第五章实验与分析。4 5 5 1 引言4 5 5 2 数据访问标准层程序与功能测试4 5 5 2 1 串口仪器测试4 5 5 2 2 基于t c p i p 的p x i 总线测试4 7 5 3 远程调用程序与功能测试4 8 5 4 系统在生物发酵实验室分布式仪器系统中应用5 0 5 4 1 生物发酵实验设备和集成环境5 0 v i v i l 北京化t 人学硕卜学位论文 v l i i c o n t e n t s c h a p t e r 1i n t r o d u c t i o n ”1 1 1f o r e w o r d “l 1 2t l l ed e v e l o p m e n ta i l dc u l l r e n ts i t u a t i o no fi n s t n 吼e 1 1 tt e c l l l l o l o g ya i l ds y s t e i i l 1 1 2 1t 1 1 ed e v e l o p m e n ta n d 渊ts i t l l a t i o no f i n s t m i n e n tt e d m o l o g y l 1 2 2t t l ed e v e l o p m e n t 锄dc l l r r e n ts i t l l a t i o no fi n s 仇l m e n t a t i o ns y s t e m 3 1 3t h ec 1 m ? e n ts i t u a t i o no fd i s t r i b u t e di n s t n 】m e n t a t i o ns y s t 锄i n t e g r a t i o nm e t h o d 4 1 3 1s y s t e mi n t e 斟a t i o nm e m o db a s e do nd e 、，i c ea c c e s s 4 1 3 2s y s t e i ni n t e 斟a t i o nm 就h o db a s e do nm i d m e w a r e 4 1 3 3s y s t 锄i n t e 黟a t i o nm e t h o db a s e do nw 曲s e r v i c e “5 1 3 4s y s t 锄i n t e 莎a t i o nm e m o db a s e do nd i s t r i b u t e d0 _ b j e c tm o d e l 6 1 4r e s e a r c hs i 印i f i c a n c ea i l dm a j o rc o n t e i l t so ft h i sp 印e r 一7 1 4 1r e s e a r c hs i 印i 丘c a i l c eo f t h i sp 印e r 7 1 4 2m 旬o rc 0 n t e n t so f t h i sp a p e r ”芍 c h a p t e r2m o d e l i n ga n di n t e g r a t i o nm e t h o dr e s e a r c ho fd i s t r i b u t e d i n s t r u m e n t a t i o ns y s t e m ”9 2 1f o r i * ) i ，o r d ”9 2 2a n a l y s i sa 1 1 dm o d e l i n go fd i s t r i b u t e di n s t n 吼e n t a t i o ns y s t e mb a s e do n0 0 t 9 2 2 1o r i e n t e do b j e c t e dt e c h n o l o g y 9 2 2 2o b j e c tm o d e lo fd i s t r i b u t e di n s t n 】m 僦a t i o ns y s t e m 1 0 2 2 3d l a m i cm o d e lo f d i s t n b u t e di n s t r u m e n t a t i o ns y s t 锄1 2 2 2 4f u n c t i o nm o d e lo f d i s t r i b u t e di n s t n l m e n t a t i o ns y s t 锄1 4 2 3i n t e 野a t i o nm e t h o dr e s e a r c ho f d i sb a s e do nx m l r p c 1 6 2 3 1p r i n c i p l eo fd i s t r i b u t e di n s t l l l m e n t a t i o ns y s t 锄i n t e 伊a t i n g l 6 2 3 2a r c h i t e c t u r eo fd i s t r i b u t e ds y s t e m 1 6 2 3 3r p co f d i s t 曲u t e do b j e c t 1 8 2 3 4i n t e 蹦l t i o nm 甜l o do f x m l - r p c - b a s e dd i s t r i b u t e di n s t n l m e 【l t a t i o ns y s t e m 2 0 2 4s u m m a r y 2 2 c h a p t e r3i n t e g r a t i o no fd i s t r i b u t e di n s t r u m e n t a t i o ns y s t e mb a s e do n l x 北京化t 大学硕：l 学位论文 x m l r p c 2 3 3 1f o r e w o r d 2 3 3 2d e s i ；no f d a t aa c c e s si n t i ：r f a c e 2 3 3 2 1i i l s t r u m e n ti n f o n n a t i o nm o d e l i n gb a s e do nx m l 2 3 3 2 。2x m ld o c u m e n tv a l i d i t vt e s t 2 6 3 2 3p a r s i n gt h ex m ld o c u m e n t sb a s e do nd o m 2 6 3 2 4p a c k i n ga n dp a r s i n gp r o c e s sb a s e do nx m l 2 7 3 3s t m c t i l r ea i l d 龟n c t i o nd e s i 髀o f s e e rb a s e do nx m l i 心c 2 8 3 3 1s t m c t u r ed e s i g no f x m l r p cs e r v e r 2 8 3 3 2f u n c t i o nd e s i g no fx m l r p cs e r v e r 2 9 3 4d i s t r i b u t e dr e m o t ep r o c e d u r ec o n 仃d 1 b a s e do nx m l r p c 3 3 3 4 1d e s i 皿o f d a t ac o n v e r s i o nm o d u l e 3 3 3 4 2d a t ac o n l l l l u n i c a t i o nb e 帆e e i lc l i e n ta n ds e e rb a s e do nx m l r p c 3 3 3 5s u m m a r y 3 5 c h a p t e r4i m p l e m e n t a t i o no fd i s t r i b u t e di n s t r u m e n t a t i o ns y s t e mb a s e d o nx m l r p c 3 7 4 1f o r e w o r d 3 7 4 2i m p l 锄e n t a t i o no f d a t aa c c e s ss t a n d a r dl a y e r 3 7 4 2 1s e r i a li n s t r u m e i l ti n t e r f a c ec o m m u n i c a t i o nb a s e do na c t i v e x 3 7 4 2 2n e t w o r ki n t e r f a c ec o m m m l i c a t i o nb a s e do nt c p i p 3 9 4 3r p ci m p l e m e l l t a t i o no fd i s t r i b u t e di n s t n l m e n t a t i o ns y s t 锄b a s e do nx m l r p c 3 9 4 3 1d e s i g no f p r o 伊锄m o d eb a s e do ns t a t em a c h i n e 3 9 4 3 2h n p l e m e n t a t i o no f x m l r p c - b a s e ds e r v e rr e m o t ei n v o c a t i o n 4 l 4 3 3h i l p l 锄e n t a t i o no f x m l r p c - b a s e dc l i e l l t 豫n o t ei n v o c a t i o n 4 3 4 4s u m m a r v z m c h a p t e r5e x p e r i m e n ta n da n a l y s i s 。4 5 5 1f o r e w o r d 4 5 5 2p r o 伊锄a n d 缸n c t i o nt e s to f d a t aa c c e s ss t a n d a r dl a y e r 4 5 5 2 1s 嘶a lp o r tc o m m u n i c a t i o nt e s t 4 5 5 2 2p x ib u sc o m m u n i c a t i o nt e s tb a s e do nt c p i p 4 7 5 3p r o 伊锄a n d 如n c t i o nt e s to f r e m o t ei n v o c a t i o n 4 8 c o n t e n t s 5 4s y s t e ma p p l i c a t i o ni nb i o l o 百c a lf 锄e n t a t i o nl a b o r a t o 巧d i s t r i b u t e di n s 仇1 1 1 1 e n t a t i o n s y s t e m 5 0 5 4 1e x p 嘶m c n td e v i c e sa n di n t e 刚i o ne n v i r o 姗e n to f b i o l o 酉c a l 衔m e n t a t i o n 5 0 5 4 2 1 1 n p l e m e n t a t i o no fb i o l o 百c a lf e 肌e n t a t i o nl a b o r a t o r yd i s t r i b u t e di n s t n m l e n t a t i o n s y s t e m 5l 5 5s u m m 哪5 4 c h a p t e r 6c o n c l u s i o na n d p r o s p e c t 。5 5 6 1c o n c l u s i o n 5 5 6 2p r o s p e c t 5 5 r e f e r e n c e 。5 7 a c k n o w l e d g e m e n t s 5 9 r e s e a r c hr e s u l t sa n dp u b l i s h e da c a d e m i c p a p e r s 。6 1 b r i e fi n t r o d u c t i o no fa u t h o r 。6 3 北京化丁人学硕 ：学位论文 x l i 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 从二十世纪5 0 年代至今，仪器的发展经历了传统仪器、程控仪器、虚拟仪器和 网络化仪器，随着现代仪器仪表技术和网络技术的发展，仪器的发展呈现智能化、虚 拟化和网络化的趋势，出现了新一代的分布式仪器，分布式仪器将仪器功能分散到不 同的地域，然后通过网络共享与协作共同实现整体功能。现有的分布式仪器系统中不 同类型的仪器并存，不同厂商生产的仪器采用各自的协议，没有统一的接口标准，不 同的设备开发各自对应的驱动程序，导致了频繁开发驱动程序、设备互换性差、系统 升级困难、访问冲突等问题，难以实现仪器间的通信、互操作和集成。 目前广泛采用的基于p l c ，d c s 等构建的系统，由于采用专用网络和协议，没 有统一的接口标准，难以实现与上层应用软件的信息交互以及各厂家的系统或仪表间 的直接互连、互操作。现场总线的出现突破了d c s 中依靠专用网络进行通讯的局限 性，却存在资源共享、信息交互等方面问题。分布式对象技术的迅速发展和广泛应用 为仪器资源的共享和综合测试的实现创造了条件，分布式仪器系统在物理上连接多种 异构设备和异构网络，而分布式对象技术在系统集成性、跨平台性和连通性方面的不 足难以满足分布式仪器系统跨平台、跨层次的要求。x m l 作为w 曲数据使用的可扩 展标记语言，具有平台无关性和语言多样性，其强大的信息定义和交换机制很好的实 现了不同来源数据的集成、分布式计算、多样的数据显示方式和强大信息处理能力， 基于l 远程调用技术即x m l i 强c 技术发挥了v i l 在数据交换和参数传递、返 回值的双重特性，不受系统平台和编程语言的限制，满足分布式仪器系统跨平台、跨 层次实现仪器通信、互操作和集成要求。因此，基于x m l r p c 的分布式仪器系统集 成方法已成为仪器集成过程中重要的研究内容。 1 2 仪器技术及其系统发展和研究现状 1 2 1 仪器技术发展及其研究现状 仪器仪表技术作为现代科学的前沿技术和信息产业的关键技术，已经影响到航天 航空、生物工程、新能源、新材料等众多领域。回顾仪器从2 0 世纪5 0 年代至今，仪 器的发展经历了传统仪器、程控仪器、“软件就是仪器”的虚拟仪器和“网络就是仪 器的网络化仪器四个阶段【i l 。 北京化t 大学硕【：学位论文 ( 1 ) 传统仪器 传统仪器被认为是用来检测、测量、计算各种物理量、物性参数、物质成分等的 器具或者设备。传统仪器主要是模拟仪器和数字仪器，模拟仪器是2 0 世纪5 0 年代随 着模拟电子技术发展而出现的，这种仪器结构复杂，主要用模拟技术处理信号；数字 电路产生于2 0 世纪6 0 年代，它以集成电路芯片为基础，具有高测试速度、高精度和 高分辨率的特点，传统仪器的共同特点是结构简单、使用方便，缺点是功能单一、扩 展性差，不适合仪器间的协作。 ( 2 ) 程控仪器 程控仪器是指该仪器具备能够接收外来程序控制的能力，仪器间通过数据式程控 数据可以改变仪器工作状态、执行测试功能、产生测试数据。硬件方面具有开放式标 准接口总线如r s 2 3 2 、g p i b 、p x i 、v x i 掣2 】；软件方面具有程控仪器标准命令( s t a n d a r d c o m m a i l d s 向rp r o 踊a m m a b l eh l s t r l 吼e n t s ，s c p i ) ，s c p i 工作在通信层，适用于各种接 口来控制仪器，且上位机发送可采用多种方式【3 1 。但程控仪器具有各自的数据格式和 通信协议，系统设计者需要了解每个器件的接口功能及其规定的数据格式和通信协 议，否则所组建的系统不能正常运行。 ( 3 ) 虚拟仪器 2 0 世纪八十年代，美国国家仪器公司提出“软件就是仪器概念后，从此引发了 虚拟仪器的蓬勃发展。虚拟仪器是以计算机为载体，以特定软件为核心，配以特定的 硬件接口而形成的新型仪器【4 1 。虚拟仪器的核心是软件，通过软件融合计算机硬件和 仪器硬件资源，从而结合计算机处理能力和仪器硬件的测量、控制能力，将硬件功能 软件化，通过软件实现数据的分析处理、存储以及显示。 ( 4 ) 网络化仪器 随着计算机技术，网络通信技术的不断发展，继“计算机就是仪器”、“软件就是 仪器 概念后，“网络就是仪器”的概念应运而生。网络化仪器已远远超出了传统的 单个独立仪器的范畴，是任何地点、任意时间都能够获取到测量信息( 或数据) 的所有 硬、软件条件的有机集合【5 1 。使用网络化仪器，能够整合更好的资源，比如，在网络 化仪器环境下，本地测量的数据通过网络传输到异地的更精密、更高档次的仪器进行 分析、处理，再通过具有网络传输功能的仪器将数据传到原端，从而有效的降低人力、 财力的投入。这种动态发现远程网络仪器，并能实现仪器远程控制的方法，实现了仪 器信息的共享，提高了各种复杂设备的利用率，降低了成本，提高了效率。 随着分布式对象技术的发展，虚拟仪器的各个子功能可以分散到不同的地域，然 后通过网络共享与协作共同实现整体功能，出现分布式仪器。严格地说分布式仪器从 属于网络化仪器，传统网络化仪器多采用c s ( c l i e n t s e r v e r ) 结构，而分布式仪器是分 布式的，通过将众多的分布式仪器集成在一个系统中，实现仪器资源的共享和协作。 2 第一章绪论 1 2 2 分布式仪器系统发展及其研究现状 分布式系统是一个将其硬件或软件组件分布在连网的计算机上，组件之间通过传 递消息进行通信和动作协调的系统【5 1 。在以资源共享为目的的分布式系统构造过程 中，分布式系统体现以下几个特征： 异构性：从系统组成、开发过程、运行环境等方面体现网络、计算机硬件等的 多样性和差别性； 开放性：新的资源共享服务被扩展或供多种客户程序使用； 安全性：包括机密性、完整性和可用性； 可伸缩性：分布式系统在不同资源和用户数量规模下仍然保持有效性； 透明性；对用户而言系统是一个整体，而非独立组件的集合。 常见的分布式仪器系统基于不同的软硬件平台，系统通过总线连接控制p c 和分 布式仪器，并采集被测数据。传统的分布式仪器系统采用分层架构，主要包括仪器硬 件层、系统应用服务器和远程客户端三层。其中仪器硬件层包括不同通信总线结构的 仪器，常见的有g p i b 、p x i ，v x i ，u s b ，i e e e1 3 9 4 等【锚】；系统应用服务器管理网 络仪器资源；远程客户端实现仪器的远程控制和数据的存储和显示等。 国外对分布式仪器系统的仪器远程控制的研究一直处在最前沿。从上世纪8 0 年 代开始，发达国家在仪器远程控制的研究上【9 。1 2 】投入大量的人力、财力和物力。先后 出现了美国的麻省理工学院的在线实验室、美国伊利诺伊( 1 1 1 i n o i s ) 大学的n n l r s c o p e 系统、加拿大d a l h o u s i e 大学的远程激光实验室系统、美国里海大学的g c m s 远 程实验室 1 3 】以及下一代的互联网网格技术的x p o r t 项目等【1 4 】。著名的美国n a s a 的 仪器远程控制工程( i n s t n l m e n tr e m o t ec o n 仃o l ，取c ) 【1 5 】中提出构建一个交互性好、易 于重构的远程控制的分布式应用框架，摆脱特定操作系统的束缚，该工程被应用到加 州理工大学天文台实现了天文设备的远程控制与协作。 目前国内对分布式仪器系统领域给予重视，许多高校开始了仪器集成的建设工作 酬。主要研究方向有：虚拟现实、合作实验室、仪器共享和遥控平台以及基于w 曲 的虚拟实验室等，这些研究大部分是利用虚拟仪器技术集成实验室仪器，构建系统集 成环境。许多学者还积极研究远程仪器的共享方式，并引入了分布式对象技术，目前 的应用程序设计多采用单通道直接集成设计方式，仪器业务请求者和服务提供者之间 存在紧密耦合关系，仪器共享大多局限于信息资源的共享，不涉及仪器资源的底层软 硬件资源的共享。 3 北京化t 人学硕1 ：