一个分布式监控系统的软件设计

发布时间:2007/9/11 0:00:00 访问次数:465

摘要 讨论了一个分布式监控系统的软件设计。给出了系统结构、冗余设计及软件设计要点。

关键词：分布式系统网络通信ActiveX自动化

１系统结构

系统结构见图1，这是一个两级分布式监控系统。在现场级两台互为热备的现场计算机通过现场总线与现场设备相连，实时采集现场数据并向现场设备传送监控级发来的控制指令，同时把各种实时信息发送到监控级。在监控级，各监控计算机通过TCP/IP以太网与各现场计算机相连以获取现场数据，并提供GUI以便操作人员监视及控制现场设备。

2 冗余设计

对于可靠性要求较高的系统，常常采用冗余设计以提高可靠性。本系统的现场计算机为双机热备，监控级计算机也可根据需要进行双机热备。

双机热备必须解决故障识别和状态镜象两个问题，但为实现快速切换，应尽量简化算法，同时尽量减少交换信息，因此如果状态信息不是很重要，则不必随主备信息一起传送。基于上述思想，定义的主备机报文格式见图2，各字段的含义如下：

（1）信息标识：标识报文类型，共定义了三种报文：

a）普通报文：由主备机正常进行交互用的报文，称主机发往备机的报文为请求报文，备机发往主机的报文为应答报文。

b）切换报文：当主机想转为备机时，发送此报文。该报文是非常必要的，一种情况是当现场计算机与现场设备失去联系时，就需要主动进行切换。

c）退出报文：当某一台机器退出时，应发送此报文，否则对方将认为该机故障。

（2）主备标志：指示本站是否为主机，“1”表示主机，“0”表示备机。

（3）判决标志：当主备机的主备标志一致，即两者同时为主机或同时为备机时，应根据判决标志进行切换，该标志可以预先设定为一个值，也可以取IP地址或启动时间作为判决标志。判决条件可以取大于或小于。

具体实现方法为：主机定时向备机发送请求报文，备机收到后就发一个应答报文；同时另设一定时器，当收到对方的一个报文就把该定时器清0，与此同时定时器定时加１。若定时器溢出，则表示对方故障，否则表示对方正常。程序包括定时发送、故障检测及接收处理三部分，它们是并行工作的，流程图见图3。通过对发送定时器及检测定时器定时间隔及检测次数的设定，可以决定切换时间。

3 软件设计

系统软件分为现场级与监控级两部分，其中监控级包括人机接口及监控级自动化服务器两部分，见图4。下面讨论一下软件设计中的关键问题。

3.1 数据传输方式及通信可靠性

本系统的网络操作系统为Windows NT，网络通信协议为TCP/IP，采用Windows Socket进行通信程序的设计。Windows Socket有流式与数据报两种。前者为面向连接服务，后者为无连接服务。考虑到监控系统的数据量较小，而对实时性要求较高，因此采用数据报方式。

采用数据报方式的另一点考虑是，它可以广播。在本系统中，现场工控机采用定时广播的方式传输数据，这种方式有如下优点：

1）解决了主备机之间的数据镜像问题。

2）不需设置IP地址。这有两层含义，一方面发送方不需知道接收方的地址，因为IP广播地址是个固定地址；另一方面，各监控计算机也不必知道各现场计算机的IP地址，因为当它收到广播后，就可