基于Internet的远程测控技术

2、系统实现的关键技术

要真正实现基于Internet远程测控，不仅要考虑原有网络技术和控制技术的特点，还要考虑现有系统的新特性。比如数据传输的可靠性和准确性，数据通信的准确性是远程测控系统的首要要求，没有可靠的数据是不可能进行控制的。还有某些设备的实时性要求，必须保证其优先级，另外协议的简单化可实现少延迟，快速投递；网络数据库的连接和更新不仅是动态的、实时的，而且要有高的编程效率和很好的兼容性；TCP/IP协议和现场总线协议的兼容性，真正达到数据畅通无阻。下面就部分关键技术进行讨论：  

(1) 网络数据库技术

在Internet上实现远程测控，首先要通过Internet获得系统的设备状态和故障信息，同时又要让远程监控设备或故障诊断系统在异地的数据库上得到查询。Internet的WEB服务器包含的信息量巨大，覆盖区域广，以前它主要采用HTML编写，表现形式多样，表现力强。但用HTML所组成的是一种静态文件，不适应WEB上数据的实时、动态更新，很难满足设备的实时性要求。

目前，基于组件的数据库技术刊实现了在分布异构下可重用、可移植、可互操作。组件是一个分布对象，规定了组件必须按照统一的接口规范向外界声明服务；组件也是一块独立可重用的二进制代码，它既可以用不同平台开发，也可以分布在网络上的不同平台上，被不同的平台所重用。由对象管理组织OMG(Object Management Group)推出的公共对象请求代理CORBA(Common Object Request Broker Architecture)实现了WEB服务器与数据库服务器的通信接口，它是国际上一个最主要的应用的分布式软件组件对象标准之一。应用C0RBA对象所提供的数据库系统可以在多平台上移植，并可以被其它的CORBA对象调用，具有开放性和可重用性，而且具有良好的可扩充性，增加一个服务功能，只需增加一个接口。应用组件数据库技术实现的WEB数据库可以满足远程测控系统的需要。  

(2) 现场总线技术

作为新一代控制系统的体系结构，现场总线技术具有如下特点：  

实现系统的全分散控制；

系统的开放性；

设备的智能化与功能自治性；

互操作与互用性；

对现场环境的适应性。

现场总线的这些特点和传统控制系统的体系结构相比，具有节省硬件数量和投资、减少安装费用、降低维护开销、用户具有高度的系统集成自主权、提高了系统准确性和可靠性、便于实现基于网络的远程监控等优点。  

但目前，由于现场总线技术出现的时间还不长，仍处于发展阶段。现在应用的现场总线产品主要是低速总线产品，而高速现场总线产品正展开激烈的竞争。高速现场总线主要应用于控制网络内的互连，连接控制计算机、PLC等智能程度高、处理速度快的设备，以及实现低速现场总线网桥间的连接。以太网是高性能现场总线的最好选择，不仅保证实现现场总线与Internet的数字式互连、互操作性和开放性，还可以保证网络的实时性、可靠性等。采用Ethernet的现场总线可保证技术的持续发展，千兆Ethernet技术已走上成熟，吉比特以太网产品也推向市场，另外Ethernet受到广泛的软、硬件开发技术的支持，几乎所有的编程语言都支持Ethernet的应用开发，例如Java、Visual C++、Visual Basic等。采用Ethernet作现场总线来实现远程测控，必将推进控制领域的彻底开放，实现控制技术更加迅速的发展。  

以太网采用的是一种随机访问协议——带碰撞检测的载波侦听多址访问(CSMA/CD)介质访问控制协议，一般认为它不能满足控制系统的实时性要求。目前在工业控制领域的Ethernet应用中，通过限制总线上是站点总数目，控制网络流量，使总线保持在轻负载工作条件下，以满足控制的实时性要求。近些年来出现了快速交换式以太网技术，采用全双工通信，可以完全避免CSMA/CD中的碰撞，并且可以方便地实现优先级机制，保证网络带宽的最大利用率和最好的实时性能。它完全避免了CSMA/CD、主从、令牌等可能的低效率。  

(3) 远程监控网络中的延时处理技术

系统中的延时处理技术是实现基于Internet远程监控的关键，处理不好将影响整体系统的性能。系统的延时主要有数据采集延时和数据传输延时所组成，采集系统一般采用双缓冲方式，采集延时=采集间隔+缓存点数。一旦采集方式确定，系统的信号延时就主要有网络传输延时决定了。  

对于采用介质访问控制协议的交换式以太网，来实现远程测控的网络系统来说，有两个有效的方法来解决时延问题。采用全双工通信快速交换式以太网不会有延迟，也不会产生延迟的不确定性，但目前已安装的以太网卡90%都只支持半双工通信方式，系统容易产生“捕获效应”，导致一个节点独占传输通道，而其它网络节点都不能传输数据。PACE交互访问技术已把最大访问延迟降低到实时应用需要的水平，典型的应用是取允许发生的最大冲突次数为6或7，此时，最大访问延迟在5ms以内。另一个方法就是努力减小通信数据量，可以按照媒体的压缩方法：按信号工程特性减少信号的冗余信息和按视觉显示原理降低信号的冗余度，对系统信号进行压缩，华中理工大学也由此进行了基于工程特征的数据压缩法的研究实践，并获得了满意的结果。