socket网络编程数据采集卡的应用.pdf

《socket网络编程数据采集卡的应用.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《socket网络编程数据采集卡的应用.pdf（5页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、echnology Panorama技术广角TMSTTMay 2011 摘要：Linux 操作系统具有良好的稳定性和出色的网络性能，因此被广泛应用于网络服务领域。而在 Linux 下开发高性能的网络通讯程序，是充分发挥 Linux 网络特性的一个关键因素。文章通过对 Socket 通讯模型的分析和比较，阐述了在数据采集系统中采用 Socket 通讯技术的必要性，并且以 STM-1 IMA 数据采集卡为例，详细说明了如何在 Linux 下利用 Socket 通讯技术进行网络通讯程序的开发。关键词：Linux，数据采集系统，socket，STM-1 IMAAbstract：Linux operat

2、ing system has favorablestability and excellent network performance,whichis widely used in network services.It is a key factorfor taking advantage of network feature of Linuxthat developing network communication programswith high-performance.This paper analysis andcompares the Socket communications

3、model,andconcludes that it is necessary to use the Socketcommunications technology in data acquisition system.It also provides a actual case,the STM-1 IMAdata acquisition card,and describes how to developthe network communication programs using socketin Linux.Key words:Linux,data acquisition system,

4、socket,STM-1 IMA随着 TD-SCDMA网络1的建设和优化，网络信令测试仪成为了 TD产业链中的重要一环。对网络数据的获取尤为重要，基于 IMA 的 STM-1 接口的数据采集卡在TD-SCDMA 网络信令测试仪对网络数据获取、传输中得到很好的实现。Linux 作为一种自由免费的操作系统，相对于windows 具有良好的稳定性和出色的网络性能，因此被广泛应用于各种网络服务器。基于 Linux下的 socket 网络编程在 STM-1 IMA数据采集卡的网口数据传输过程中具有至关重要的作用。本文设计了一种 STM-1 IMA数据采集卡通过网口进行参数配置和数据采集交互的软件实现方案

5、。1 Socket 通讯模型Socket 接口是 TCP/IP 网络最为通用的应用接口，也是 Internet 上进行网络程序应用开发最通用的 API2。在不同的操作系统 socket 有相应的实现版本，但 socket的通讯模型基本是一致的,最基本的 socket 通讯模型即客户/服务器模型（C/S模型）。Socket 通讯根据所采用的协议分为面向连接和面Linux 下的 socket 网络编程在STM-1 IMA 数据采集卡中的应用何云重庆邮电大学通信网与测试技术重点试验室硕士研究生张治中重庆邮电大学通信网与测试技术重点试验室教授522011 年 5 月第 5 期现代电信科技ODERNSC

6、IENCE&TECHNOLOGYOFTELECOMMUNICATIONS现代电信科技M 向非连接两种。如果采用 TCP 协议则是面向连接的通讯，如果采用 UDP 协议则是面向非连接的通讯。由于 UDP 尽最大努力交付但提供不可靠的服务，简单的 UDP 算法可以在本地网络条件好的环境中良好工作；但在环境较复杂的网络中就不能正常工作了，必须通过超时和重传来实现可靠性。而 TCP 则提供了数据传输的完全可靠性，即使 TCP 相对于UDP 会消耗更多的系统资源，但是为了保证配置和采集信息的完全准确,因此本实现方案主要采用面向连接的服务（TCP 协议），如图 1 所示的是最简单的 socket 客户服务

7、器通讯模型。通常客户应用程序比服务器应用程序简单的多，因为大多数客户端不需要明显处理并发，并且不需要考虑其它异常。而服务器端则要复杂得多，需要考虑并发、执行效率、网络状况、客户状态和服务器崩溃等等诸多方面问题。因此，一个网络通讯程序的关键在于服务器应用程序的开发。根据服务器模型是否提供并发，可以将服务器大致分为重复型服务器和并发型服务器两类3。1.1 重复型服务器重复型服务器是指在一个时刻只能处理一个客户请求的服务器。只要重复（循环）的执行相对于负载能提供足够快的响应时间，通常采用重复型服务器，其设计编程也是最容易的。图 1 是一种典型的重复型服务器。1.2 并发型服务器并发型服务器是指在一个

8、时刻可以处理多个客户请求的服务器。Linux系统支持三种并发方式：多进程、多线程、以及 I/O多路复用。而多线程技术4是并发技术中开销较小，效率较高的一种方式，与其他两种方式相比，多线程方式占用更少的系统资源，而且效率更高，是并发技术中最常用的方式。图 2 是一种典型的多线程编程流程图。2 在 STM-1 IMA 数据采集卡的应用2.1 STM-1 IMA 数据采集卡52.1.1 STM-1 IMA数据采集卡功能STM-1 IMA 数据采集卡（以下简称 IMA 卡）支持 2-4 路 STM-1 输入，完成 252E1/336T1 的 IMA处理，每个端口达到 60 Mbit 的处理能力，采用

9、PCI/网口配置与采集数据的方式，IMA 卡采用嵌入式操作系统 Linux，其功能框图如图 3 所示。IMA卡可以同时监测两个信道化的光信号（上行/下行），分别送入图 3 中的 ABCD 四个 SFP 输入模块。SDHE1 的复用与解复用模块一共要四个，完成 4 路 STM-1 的接入。交叉模块两个，每个提供126 个 VC-12/168 个 VC-11 的全交叉；交叉模块通过线性接口与 IMA 功能模块相连，经过 TC 层送入53echnology Panorama技术广角TMSTTMay 2011 IMA 子层，在 IMA 子层完成 IMA 协议处理，最后获取到顺序的 ATM信元流通过系统

10、接口送入主控设备。在主控设备中完成 AAL0/2/5 适配层的处理，最后通过 PCI 总线或者网口把数据传递给工控机，完成数据的采集。2.1.2 STM-1 IMA数据采集本实现方案中，信道化功能框图详细地阐述了IMA卡如何对网络数据进行处理。对整个数据采集过程，本实现方案给出了相应的流程，如图 4 所示。从流程图不难发现，只需调用相关的底层函数便可实现相关功能，充分展现了人机的交互界面，整个流程更人性化。2.2 数据格式2.2.1 TCP/IP 数据流格式数据采集卡发送的数据由连续的数据包组成，数据包与数据包之间没有填充数据。从 TCP/IP 连接上接收到的是连续的字节流，所以需要完成从字节

11、流到数据包的转换。转换过程通过数据包包头的“同步头和长度”字节来进行定位，连续收到 3 个满足规范的就认为搜寻到同步头，否则就进入数据包搜寻状态。2.2.2 数据包格式数据包格式参照图 5。对本实现方案中的 C/S参数配置和数据采集交互均采用此数据包格式。数据包包头使用网络字节序，数据包包头中出现的所有字段均使用大端字节序格式，即低地址高字节。在使用小端字节序的系统上读取这些字段时需要做字节序转换。基于 Linux 下的 socket 网络编程提供了一系列相关的 API 函数，可对其进行相应的操作。2.3 程序流程2.3.1 C/S交互流程本实现方案中，数据采集卡采用嵌入式 Linux操作系统

12、，工控机运行 windows 操作系统。假设数据的请求方为客户端，数据的响应方为服务器端，数据542011 年 5 月第 5 期现代电信科技ODERNSCIENCE&TECHNOLOGYOFTELECOMMUNICATIONS现代电信科技M 采集卡、工控机既可作为服务器端，又可作为客户端，即：通信双方可在 C/S 间进行合理的切换，这样更有利于软件对整个过程的控制。本实现方案中，数据采集卡与工控机均能相对于负载提供较快的响应时间，采用简单的重复型服务器模式进行数据收、发的交互。整个通信过程进行了多次交互，每次 C/S 交互独立，采用不同的文件描述符和端口号予以区别。在每次 C/S交互完成后，只

13、需调用系统 API 函数6sleep 便可对整个 C/S 交互过程进行合理的控制。结合图 4-STM-1 IMA数据采集卡数据采集流程，整个通信过程中 C/S 交互流程如图 6 所示。2.3.2 同步头搜索利用同步，有效地监测数据采集卡与工控机的连通状态，可保证收、发双方能正确、有序地传输和接收数据，因此收、发双方的网络数据包同步尤为重要。对数据采集卡上电后一直发送的心跳包，本实现方案自定义数据包长度为 72 字节，其中包头为 24 字节的固定长度，净荷为 48 字节的 0 xaa。由数据包格式（见图 5）可知：同步头，用于定义包的起始位置；值自定义为 0 x7e5a。如果连续 3 次检测到同

14、步头则认为同步头搜索成功，即可进行后续的交互过程，其搜索过程如图 7 所示。2.3.3 命令数据包的解析对数据采集卡获取的来自工控机的命令数据包，主要包括卡配置命令数据包、组级别命令数据包、端口级别命令数据包。本实现方案采用多线程服务器方式对其进行解析，结合图 2 多线程流程图，给出了命令数据解析流程，如图 8 所示。但对命令55echnology Panorama技术广角TMSTTMay 2011 MSTT诺基亚西门子通信携手浙江移动展示 TD-LTE 技术优势近日，诺基亚西门子通信携手中国移动通信集团浙江公司搭建 TD-LTE 展示厅，为行业与个人客户展示下一代通信技术的无限魅力。此前，诺

15、基亚西门子通信已在无线基站滨江测试区成功完成了入围中国移动 TD-LTE 规模技术试验后的首次 TD-LTE 试验呼叫在浙江移动环城北路主营业厅内，诺基亚西门子通信通过 TD-LTE FlexiBBU、Flexi 多模基站等演示设备，为前来参观的客户展示了 FTP 高速下载、高清在线流媒体、实时在线游戏等应用，充分体现了 TD-LTE 的高速率与低时延特性。另外，现场展出的由 TD-LTE 设备完成的远程高清监控也让参观者见证了 TD-LTE 优秀的上行传输能力。此前，诺基亚西门子通信已在杭州完成了入围中国移动 TD-LTE 规模技术试验后的首次 TD-LTE 试验呼叫，峰值速率高达 35 M

16、bit/s，为配合工信部及中国移动下一步的测试计划打下了良好基础。Broadcom 促进新兴市场向高清电视转变随着世界各地部署高清电视（HDTV）节目的势头日益强劲，博通（Broadcom）公司宣布，推出新一代 40nm 高清（HD）卫星机顶盒（STB）单芯片系统（SoC）解决方案。该技术能够帮助巴西、俄罗斯、印度、中国、非洲等新兴市场提供低成本高清电视及互动服务。全新 BroadcomBCM7358 高清卫星机顶盒单芯片系统可减小系统的设计复杂性、尺寸和总体成本，因此能加速高清卫星机顶盒在新兴市场的采用。数据包，根据数据包格式，本实现方案对相应的字段进行解析，其解析流程如图 9 所示。在收发

17、双方握手时的确认信息数据包只需解析确认位字段，其解析流程与图 9 类似。3 结语通过采用 Socket 通讯技术,在 Linux 下可以开发更加健壮和复杂的网络通讯程序，这已经在STM-1 IMA 数据采集卡的网口数据传输中得到很好的应用。相比过去单一的重复型服务器或单一的多进程、多线程服务器，基于重复型服务器和多线程并发服务器的综合应用的 STM-1 IMA 数据采集卡服务器在效率和性能上有了大幅度提高，在 STM-1IMA数据采集卡的网口数据传输中有良好的运行。参考文献13GPP-TS-23.002.V5.12.0Network-architectureEB/OL(2003-09-20)2

18、006-05-30.http:/www.3gpp.org/ftp/specs/2004-09/Rel-5/23-sries/23002-5co.zip2周炎涛,李立明.TCP/IP 协议下网络编程技术的实现J.航空计算技术.2002,32-3:122-1253（美）斯蒂文斯著;范建华等译.TCP/IP 详解,卷 1:协议M.北京:机械工业出版社，2000.44 杨宗德,邓玉春.Linux 高级程序设计 M.北京：人民邮电出版社，2009.105 裴二荣，雒江涛，张治中.TD-SCDMA 网络测试仪 STM-1 数据采集卡的实现J.重庆邮电大学学报（自然科学版），2007(1)6（美）斯蒂文斯著;施振川等译.unix 网络编程,卷 1:套接字 API 和X/Open 传输接口 APIM.北京:清华大学出版社，2001.956