IP傳感器原型實(shí)現(xiàn)

　　為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，降低成本，IP傳感器在IEEE1451.1標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上對(duì)智能傳感器信息模型進(jìn)行了裁剪，保留了IEEE1451.2標(biāo)準(zhǔn)的STIM結(jié)構(gòu)和功能，并對(duì)TEDS進(jìn)行了擴(kuò)展，以TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為載體，借助以太網(wǎng)傳輸傳感器數(shù)據(jù)。IP傳感器在整體結(jié)構(gòu)上主要由兩大部分構(gòu)成:智能傳感器接口模塊STIM和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理器模塊NPPM。NPPM主要用于TCP/IP協(xié)議報(bào)文的收發(fā)和解析。一方面，接收其它網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)和命令，進(jìn)行報(bào)文解析后將指令交由STIM執(zhí)行;另一方面，接收STIM的數(shù)據(jù)，完成報(bào)文封裝后傳輸給指定的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

　　這里，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)既可以是一臺(tái)PC機(jī)，也可以是其它的IP傳感器。顯然IP傳感器實(shí)質(zhì)上就是將STIM和NPPM集成在一起的一個(gè)具有以太網(wǎng)通訊功能的嵌入式設(shè)備，STIM用于傳感器接口部分，NPPM用于網(wǎng)絡(luò)接口部分。為了協(xié)調(diào)STIM和NPPM之間的數(shù)據(jù)通訊，IP傳感器摒棄了難以實(shí)現(xiàn)的以同步串行數(shù)據(jù)傳送協(xié)議為基礎(chǔ)的TII接口，基于ISA標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)了一個(gè)雙端口數(shù)據(jù)緩沖器DPBI來(lái)保證2者之間可靠的數(shù)據(jù)交換和STIM擴(kuò)展。基于通用的8位微處理器所開(kāi)發(fā)的IP傳感器，是以UBICOM公司的SX52BD為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)化的智能傳感器信息模型NPPM，在ADI公司ADUC812的基礎(chǔ)上完成了IEEE1451.2標(biāo)準(zhǔn)兼容的STIM結(jié)構(gòu)，

　　ADUC812內(nèi)置的閃速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于TEDS實(shí)現(xiàn)以支持分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下IP傳感器的自識(shí)別和自描述。IP傳感器具有如下優(yōu)點(diǎn)。

　　a.以當(dāng)今最為流行的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議TCP/IP為載體，利用廉價(jià)的Internet傳輸傳感器數(shù)據(jù)。這意味著IP傳感器有著更為廣闊的應(yīng)用空間。

　　b.TCP/IP協(xié)議的應(yīng)用使得技術(shù)人員可通過(guò)瀏覽器對(duì)IP傳感器進(jìn)行在線管理和組態(tài)。這意味著基于以太網(wǎng)實(shí)施分布式網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控成為可能。

　　c.IP傳感器具有的“即插即用”使得其能被動(dòng)態(tài)的插拔到現(xiàn)有系統(tǒng)，而無(wú)須變動(dòng)任何的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這意味著測(cè)控系統(tǒng)可以根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)構(gòu)建和重組。

　　d.IEEE1451.2標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放性使得基于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的IP傳感器將具有很大的柔性。意味著基于IP傳感器的系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性。典型的基于IP傳感器的分布式測(cè)量控制系統(tǒng)是由一個(gè)公共的網(wǎng)絡(luò)將多個(gè)IP傳感器、控制節(jié)點(diǎn)及中央控制單元連接在一起。IP傳感器用來(lái)實(shí)現(xiàn)參數(shù)測(cè)量并將數(shù)據(jù)傳送給網(wǎng)絡(luò)中的其它節(jié)點(diǎn)，控制節(jié)點(diǎn)是根據(jù)需要從網(wǎng)絡(luò)中獲取所需要的數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)制訂相應(yīng)的控制方法和執(zhí)行相應(yīng)的控制輸出。整個(gè)系統(tǒng)中，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)和控制節(jié)點(diǎn)是相互獨(dú)立且能夠自治，控制節(jié)點(diǎn)和IP傳感器的數(shù)目視應(yīng)用要求而定，并能根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)增加和減少。網(wǎng)絡(luò)的選擇既可以是企業(yè)內(nèi)部的以太網(wǎng)，也可以直接是Internet。

　　3、IP傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)延分析

　　IP傳感器是以TCP/IP協(xié)議為載體借助以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)的，其數(shù)據(jù)傳輸性能不可避免地受到網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的限制，而且將直接影響到IP傳感器能否獲得廣泛的實(shí)際應(yīng)用。在網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)中，IP傳感器和控制節(jié)點(diǎn)通過(guò)以太網(wǎng)連接在一起。不同的路由選擇使得傳感器數(shù)據(jù)包沿著不同的線路傳輸，加上CSM/ACD固有的傳輸不確定性導(dǎo)致了IP傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟环�(wěn)定性和傳輸時(shí)延的隨機(jī)性。然而隨著交換式集線路的使用、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸速率的提高，這個(gè)問(wèn)題已得到重要改善。通過(guò)限制網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，可大大降低發(fā)生數(shù)據(jù)沖突的概率，特別是在低負(fù)載的局域網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)合，IP傳感器還具有廣闊的應(yīng)用空間。大致上講，基于以太網(wǎng)的分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)IP傳感器總的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延為T(mén)TOT，則有: TTOT=Tc+Tv+Tp 式中　 Tc———通訊時(shí)延 Tv———擾動(dòng)時(shí)延 Tp———執(zhí)行時(shí)延

　　顯然，僅Tc和Tv受網(wǎng)絡(luò)通訊影響，是IP傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)延分析的主要研究?jī)?nèi)容。值得一提的是，網(wǎng)絡(luò)時(shí)延強(qiáng)烈依賴于網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，要構(gòu)造精確的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延數(shù)學(xué)模型非常困難，在微觀上沒(méi)有規(guī)律可遵循，而只能從宏觀上研究其統(tǒng)計(jì)特征。

　　4、試驗(yàn)與結(jié)果分析

　　在Internet應(yīng)用中，控制報(bào)文協(xié)議ICMP主要用于測(cè)試目的主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性，任何收到ICMP回送請(qǐng)求的主機(jī)都將形成回送應(yīng)答并把它返還給最初的發(fā)送者，所返回的數(shù)據(jù)往返時(shí)間RTT實(shí)際上是數(shù)據(jù)包從源端被發(fā)送到目的機(jī)后并返回源端的時(shí)間總和，可近似反映Tc，Tv總和的變化。

　　21世紀(jì)將是嵌入式Internet的時(shí)代，據(jù)有關(guān)專家預(yù)測(cè)，下一代網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中嵌入式設(shè)備將大大增加，70%的將是嵌入式設(shè)備。如果嵌入式傳感器設(shè)備能夠連接到Internet，則可以方便、低廉地將信息傳送到世界上任何一個(gè)地方。

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