基于udp的传输技术在监测系统中的应用

基于udp的传输技术在监测系统中的应用

0fcu和浚元管理子系统监测系统在工业计算机的监控系统中，现场检测单元（以下简称rcu）通常用于收集现场数据并执行操作命令，而主管服务器（以下简称服务器）应负责现场数据的分析和处理并发布控制命令。FCU和Server组成完整的监测网络,形成了一类常用的现场监测系统。在监测系统中,如何在多个站点之间进行数据传输及如何保证数据传输的高效性、可靠性是系统设计的重点之一。针对这个问题,结合实际开发,本文将UDP协议应用到监测系统中,并阐述了应用UDP协议进行数据传输的过程和方法。1设计理念1.1增设udp协议UDP是UserDatagramProtocol的简称,中文名是用户数据报协议,是TCP/IP体系结构中一种无连接的传输层协议,提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。UDP是构建于底层IP协议之上的传输层协议。利用UDP协议可以使用广播的方式同时向子网上的所有设备发送信息,也可以使用组播的方式同时向网络上的多个设备发送信息。UDP协议的主要作用是将网络数据流量压缩成数据包的形式。一个典型的数据包就是一个二进制数据的传输单位。每一个数据包的前8个字节用来包含报头信息,剩余字节则用来包含具体的传输数据。1.2接收端的速度、带宽UDP是一个无连接协议,传输数据之前,源端和终端不建立连接,当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据,并尽可能快地把它发送到网络上。在发送端,UDP传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制;在接收端,UDP把每个消息段放在队列中,应用程序每次从队列中读一个消息段。由于UDP属于无连接型协议,具有资源消耗小、处理速度快的优点,所以通常音频、视频和普通数据在传送时使用UDP较多,因为它们即使偶尔丢失一两个数据包,也不会对接收结果产生太大影响。同样,在监测系统中,对数据传输可靠性要求不高,而且客户端有多台设备与服务器相互通信,适合使用UDP协议,同时,也会在UDP的基础上增加一些为保证可靠数据传递所必需的功能,使其成为一个基于消息的可靠传递协议。1.3通讯控制帧的帧类型在监测系统中,本文根据开发实际,将传输数据分为以下通讯控制及数据传送两类,通讯控制帧的帧类型值范围为0x01-0x1f,数据传送帧的帧类型值范围为0x20-0xff。每一类包含的帧类型及用途见表1。1.4接收确认信息反馈根据传输数据分类,设计出FCU和Server之间的数据传输格式协议主要内容如下:1)工作状态/编号:两个字节长,低字节为本节点的工作状态,高字节为本节点的编号;低字节在前,高字节在后。2)发送序号:一个字节长,是发送方对所发送的数据传送帧的顺序编号,由发送方填写。所有数据传送帧的发送均须按照顺序填写发送序号并要求从接收方取得接收确认,通讯控制帧的发送不需要接收确认信息。3)确认序号:一个字节长,是作为接收确认信息反馈给发送方的,由接收方填写的已正确接收到的最近一帧的发送序号。接收方在正确接收到发送方的数据后,将帧中的发送序号作为确认序号发送给原发送方。发送方依据确认序号判断帧发送是否成功。4)时间戳:五个字节长,此时间戳表示本包数据的发送时间,格式为:月(1byte)/日(1byte)/时(1byte)/分(1byte)/秒(1byte)。5)帧类型:一个字节长,表示该帧的类型。帧类型大致可分为两种类型:通讯控制帧和数据传送帧,如表1所示。通讯控制帧的帧类型值范围为0x01-0x1f,数据传送帧的帧类型值范围为0x20-0xff。对于不同类型的数据,填入不同的帧标志和相应的内容,通过UDP协议发送到目标地址上。6)数据长度:该数据传送帧所包含的数据内容部分的字节长度,两个字节,其中低字节在前,高字节在后。7)数据内容:该数据传送帧所携带的数据内容,对通讯控制帧没有此部分数据。8)CRC校验CRC校验码生成多项式为:G(X)=X16+X12+X5+1,计算初值为0;校验内容从“首部长”到“数据内容”的所有字节;计算结果为两个字节长,在帧格式中按照低字节在前,高字节在后的方式存放。2接收方接触数据控制UDP协议在工作时主要靠主机IP地址和端口号来识别数据,发送方把一帧数据附加上对方的IP地址和端口号就能把数据发送到目标接收方,接收方通过事件触发来读取数据缓冲区的内容。本系统的各客户端、服务器要经常性地相互通信。C#将C++中的UDP通信功能进行了很好地封装,提供了功能强大的UDP通信控件。用户在使用通信控件时,可以根据需要随时生成。使用C#的通信控件,比其他语言或控件要容易实现,并且稳定可靠。2.1多连接的通信在C#中,提供了几个网络通信用的类:Dns类、IPHOStEntry类、IPEndPoint类以及UdpClient类。这些类可以在通信程序中根据需要使用。其中,IPEndPoint类表示网络地址和服务端口组成的终结点。IPEndPoint类包含应用程序连接到主机上的服务所需的主机和端口信息。通过组合服务的主机IP地址和端口号,IPEndPoint类形成到服务的连接点。UdpClient类是C#实现UDP通信的类,可以在无连接的情况下实现数据的接收与发送。在同步阻塞方式下,可以使用它的Send方法和Receive方法。2.2多路接收数据以及发送数据监测系统中,有的模块在程序运行过程中要同时独立接收多路数据以及发送数据,并且在接收和发送数据的时候还会进行其他操作,必须使用多线程处理。使用C#的Thread类可以方便地处理多线程问题。2.3接收方udpUDP协议使用报头中的校验值来保证数据的安全。校验值首先在数据发送方通过特殊的算法计算得出,在传递到接收方之后,还需要再重新计算。如果某个数据报在传输过程中被第三方篡改或者由于线路噪音等原因受到损坏,发送和接收方的校验计算值将不会相符,由此UDP协议可以检测是否出错。CRC校验的计算方法已在前文给出。3fcu对拾遗存储通讯该协议已用于部署在实验现场的监测系统。所有设备连接并启动监测软件后,FCU与Server已经成功建立连接。其工作过程为:FCU一直向Server发送通讯请求DC2,启动Se