专利名称：开放网络设备互连模型的制作方法
技术领域：
本发明是现场总线到网际网的开放互连模型现场总线是现场级设备，如传感器、施动器、传动装置、PLC等互连的最有效手段，它以其低成本、高可靠、使用简便等特点，日渐显示出在过程/制造领域底层集成中的重要地位。但传统模式的现场总线管理和应用，在很大程度上受到地域和时间上的限制，人们只能在一定的范围内，才能实现现场总线现场设备的管理和应用，这种模式已阻碍了现场总线在更广泛范围内的应用。目前，现场总线在工业控制领域已得到广泛的应用，基本上实现了现场设备的工厂级互连。然而，在对现场总线的管理与维护上，一些更新、更迫切的需求与问题随之而出。对管理者来说，希望能建立一条从办公室到现场设备(如传感器、施动器等)的通道，实现对控制网络中各个结点的监控。对技术人员来说，希望能通过现有的公共通信网络，不受地域的限制，对现有设备进行存取收集数据、下载驱动、实施维护。对广大厂商和用户来说，更希望通过现有的网络设施，实现对现场设备的远地诊断与修复。这些需求集中体现在现场级网络与其它类型网络互连的问题上。世界范围的信息技术的革命推动计算机技术的发展进入了网络时代的新纪元，Internet的广泛应用和迅速普及是这个时代的最突出的表现，网络互连技术的发展为众多的不同类型的网络进入Internet提供了现实的可能和技上的支持。
随着Internet的不断发展，Internet上的丰富的网络资源和不受地域、时间限制的简便的存取手段为人们工作和生活方式的改变提供了应有的条件，同时也把传统的现场总线的管理和应用带入了一种新的境界。本模型针对这一问题，采用开放的协议和体系结构，构造了开放网络设备互连模型，用以解决从现场总线到Internet上互连的方法。
本模型的主要优点1.提供一种新的管理、操作模式本模型(本模型(ONDC)，Open Network-Devices Connectivity)是一种用来解决现场总线与其它类型网络互连的模型。它是一种基于TCP/IP协议和HTTP协议，采用多元客户/服务器模式，从不同子网、不同的物理区域实现对现场总线网络现场设备的监控、诊断、管理、维护及下载驱动程序等，从而形成过程/控制领域的一种新的管理、操作模式。
2.本模型具有完全的开放性，能够满足现场总线的实时性特点和不受地域、时间、上网方式的限制的要求。
3.本模型中包括本模型(ONDC)并发服务器的模型及面向对象的虚拟客户的设计方法。同时，在对并发服务器研究的基础上，还提出了基于多线程的本模型(ONDC)服务器模型。
4.本模型提供了对LAN/WAN/Internet上的客户的透明地服务方式，并通过对现场总线接口驱动的动态链接以保证其往下的开放性。
5.本模型采用多元客户/服务器模式的体系结构(1)三元客户/服务器模式主要是针对LAN上的本模型(ONDC)客户和通过拔号入网的WAN上的本模型(ONDC)客户。其中第一级为本模型(ONDC)Client与本模型(ONDC)Server，它们之间通过TCP/IP协议交互；第二级为本模型(ONDC)Server和现场总线现场设备，通过网关接口交互。
(2)四元客户/服务器模式四元客户/服务器模式，也就是三级客户/服务器模式。这种模式是为Internet上利用WWW浏览器的本模型(ONDC)客户设计的第一级为Web Browser与Web Server，它们之间通过HTTP协议交互，第二级为Web Server与本模型(ONDC)Server，它们之间通过TCP/IP协议交互，第三级为本模型(ONDC)Server和现场总线现场设备，通过网关接口交互。
尽管这两种模式的复杂度不同，但根本上它们都是基于面向连接的客户/服务器结构，满足客户/服务器的通信要求，并提供了完整的通信服务过程。
6.本模型提供了在LAN/WAN/Internet上对现场总线现场设备的透明存取控制方法。
7.本模型实现了现场总线到Internet互连的网关技术本模型技术方案本模型(ONDC)包括服务器、局域网/广域网客户机和Internet客户机三部分。本模型服务器直接运行于操作系统(Window95)之上，完成网关功能、客户机通信、设备监控及管理功能；本模型局域网/广域网客户机直接运行于操作系统(Windows)之上，完成服务器通信、设备监控功能；本模型Internet客户机运行于Java虚拟机之上，完成服务器通信、设备监控功能。
本模型的实施例程(1)环境的建立本模型(ONDC)模型的设计实现目标，旨在完成现场总线与LAN、WAN和Internet的互连。
建立网络环境的过程1)建立底层网络现场总线环境。本文采用我们自行设计的F200l智能接口板为现场总线的主结点。F2002板作为现场总线的从结点，建立一个主从式总线网络，其中在每块F2002板上有16个读I/O口和8个写I/O口，共可接24台现场设备。
2)建立LAN/WAN/Internet环境。本文LAN环境包括3台PC机和一台终端服务器。其中，一台PC预装WINDOWS NT 4.0操作系统，安装设置了WWW服务器。其余二台PC预装WINDOWS 95操作系统，一台作为本模型(ONDC)服务器，一台作为本模型(ONDC)LAN客户机。终端服务器采用3COM公司的CS/3100，提供客户拔号入网服务。
对于本模型(ONDC)模型的应用环境，本模型(ONDC)服务器是运行在WINDOW 95环境下，采用Visual C++V5.0编程环境；本模型(ONDC)LAN/WAN客户机采用同样环境；而本模型(ONDC)Internet客户机运行在JVM(Java Virtual Machine)下，采用Symantec公司的CafeV1.5编程环境。
(2)本模型(ONDC)服务器的设计与实现本模型(ONDC)服务器作为本模型(ONDC)模型的核心部分，它的设计的好坏，直接影响整个互连模型的性能。在本模型对本模型(ONDC)服务器设计当中，考虑到本模型(ONDC)服务器的特殊性，一方面要满足工业通信网络的实时性与灵活性，另一方面还要满足各种不同客户的随机访问，而且还要保证互连的开放性，所以在设计中采用了许多新技术，如多线程并发与同步、动态设备驱动技术、网关技术、Socket通信技术等，用以更好地实现本模型(ONDC)服务器功能，提高其性能。
本模型(ONDC)服务器主要功能如下
·提供不同客户的Socket连接。
·实现与客户的双向通信，对客户的请求经过处理返回应答。
·周期性监视现场总线各结点及设备，并把状态按广播式发送给所有连接的客户。
·实现对现场总线结点及I/O端口上的操作，包括复位结点、任务创建、任务删除、驱动程序下载、查看结点信息以及I/O端口的读、写、修改、与、或、异或等。
·实现不同客户之间对共享资源的同步操作。
·服务器的管理及安全性保证。
(3)本模型(ONDC)LAN/WAN客户机的设计与实现本模型(ONDC)LAN/WAN客户机的设计采用多线程GUI技术、事件驱动技术和多线程技术。主线程实现各种事件操作以及消息传递等，子线程实现与本模型(ONDC)服务器通信，其主要功能如下·提供用户登录到本模型(ONDC)服务器的界面。
·实现与本模型(ONDC)服务器的Socket连接·完成对现场总线现场设备的控制，包括RESET-NODE复位结点CREAE-TASK在指定的结点上创建一个或多个任务DELETE-TASK删除指定结点的一个任务NODE-INFO查看指定结点的任务情况EXT-DNLOAD实现对HEX文件的下载EXT-IO-READ读取指定I/O端口的数据EXT-IO-WRITE向指定I/O端口写数据EXT-IO-UPDATE修改指定I/O端口的数据EXT-IO-OR对指定I/O端口进行<或>操作
EXT-IO-AND对指定I/O端口进行<与>操作EXT-IO-XOR对指定I/O端口进行<并或>操作·实现F现场设备的虚拟映射对其状态给予动态实时显示。
这些功能的具体实现由二个模块程序和一个动态链接库(DLL)来完成。
(4)本模型(ONDC)Internet客户机的设计与实现Internet客户机的设计有一定的特殊性，因为Internet客户程序是运行在Java的虚拟机器上，且不能直接建立与本模型(ONDC)服务器的连接，必须通过Web服务器才能建立与本模型(ONDC)服务器的连接。除此之外，其功能和基于本模型(ONDC)LAN/WAN客户机提供的差不多，只是实现方式有些不同。
Internet客户是一种真正的虚拟的客户。它能够运行在装有WWW浏览器的任何硬件平台上，且不依赖于任何操作系统，如当前主要流行的UNIX、WINDOWS NT、OS/2以及WINDOWS 95等操作系统，真正实现了应用结构的中立性和可移植性。
(5)本模型(ONDC)模型的体系结构异种网络互连最主要的就是解决其通信问题，也就是处理所谓异质性(Heterogeneity)，目的在于隐藏网络细节，向用户提供一致的通信服务。采用本模型(ONDC)模型的从现场总线到LAN、WAN和Internet的互连正是如此。它对无论是LAN或WAN上的用户，还是一个Internet用户，都提供了对现场总线网络的透明访问，包括对设备地监控、诊断、下载驱动以及管理、维护等操作。本模型(ONDC)模型的网络体系结构，按其管理层次可分为三层
第一层是现场总线层。现场总线在过程/控制领域中是底层的现场级网络，它直接和现场设备相连，如传感器、施动器、PLC等，从某种角度，可以说是世界上最小的网络。
通常，现场总线网络在现场环境里叫做一个网段，现场环境里可以有许多网段，每一网段都有一个主结点(Master Node)和最多32-64个从结点(Slave Node)组成。主结点被放置在本模型(ONDC)服务器内，起到网关及通信作用，从结点直接与现场设备相连。主从结点之间通过一个短信息结构进行通信。
前面已经讲过，现场总线在体系结构上分为三层物理层、数据链路层、应用层。其中在应用层，现场总线提供一种界面外部调用接口，如RAC(Remote Access and Control)接口，这种外部调用接口其实是一个预置的任务，这个任务能提供一系列对内存和I/O端口的操作，正是由于有了这层接口界面，才使现场总线与其它网络的互连成为可能。
第二层是局域网络(LAN)层。它连接着现场本模型(本模型(ONDC))服务器以及生产管理过程中的客户机，还连接着一个配有DNS(Domain Name Services)的WWW服务器。贯穿整个局网的协议采用的是开放的TCP/IP协议。LAN上的客户机首先通过TCP/IP协议提供的Socket界面，建立与本模型(ONDC)服务器的连接，然后通过本模型(ONDC)服务器提供的网关服务，实现与现场总线的双向通信。
第三层是广域网络(WAN)层和Internet层。
WAN是多个LAN之间通过公共通信网(X.25、PSTN等)或专线(DDN等)相连而成的网络。其连接一般采用调制解调器(Modem)拔号方式，协议采用对TCP/IP协议有很好支持的SLIP/PPP协议。SLIP/PPP协议是一种低速的、可靠的、适用串口通信的协议，也是一种面向连接的标准化协议。WAN上的客户机对现场总线网络的存取过程如下首先，采用SLIP/PPP提供的拔号服务程序，通过公共通信网或专线，建立起与LAN上的拔号服务器的连接。当连接建立之后，WAN上的客户机就可象LAN上的客户机一样透明，通过与本模型(ONDC)服务器建立TCP/IP的Socket连接，通过本模型(ONDC)服务器提供的网关服务，实现与现场总线的双向通信。
Internet层是最复杂的一层。当在工业局域网环境里建立起Web服务器，并申请一固定域名后，通过最近的路由器式网关，就把工业通信网并入了Internet这个庞大的互连网中。那么，分布在世界上任何一个角落的客户机，如何建立与本模型(ONDC)服务器的连接以实现对工业通信网络中的现场总线的存取呢？Internet上的客户机只要安装了Web Browser(浏览器)，如目前流行的Netscape Navigator，Internet Explorer和Hot Java等，通过HTTP协议，就可建立与Web服务器的连接，并可存取到Web服务器上的信息。而后，只要打开Web服务器上Internet Java Applet即运行本模型(ONDC)InternetClient应用程序，Web服务器就会自动地建立起与本模型(ONDC)服务器的连接。一条从Internet客户机到现场总线网络的通信信道就透明地建立起来。至此，Internet客户就可象在本地一样透明地监控、管理、维护现场总线的现场设备。
本模型的实践结果研究和实践结果表明，采用基于本模型(ONDC)模型的互连方法，无论是在理论上还是在实践中，均可很好地解决从现场总线到Internet上的互连。它对现场总线乃至过程/控制领域，带来的是一场管理和应用模式的革命，其影响和意义是相当深远的。
权利要求
1.开放网络设备互连模型包括服务器、局域网/广域网客户机和Internef客户机三部份，本发明模型服务器直接运行于操作系统之上，完成网关功能、客户机通信、设备监控及管理功能；本发明模型局域网/广域网客户机直接运行于操作系统之上，完成服务器通信、设备监控功能；本发明模型Internef客户机运行于JaVa虚拟机上，完成服务器通信、设备监控功能。
全文摘要
本发明是现场总线到网际网的开放互连模型。本发明的模型包括服务器、局域网/广域网客户机和Internef客户机三部分,本模型服务器直接运行于操作系统之上,完成网关功能、客户机通信、设备监控及管理功能;本模型局域网/广域网客户机直接运行于操作系统之上,完成服务器通信、设备监控功能;本模型Internef客户机运行于JaVa虚拟机之上,完成服务器通信、设备监控功能。采用本模型的互连方法,可很好解决从现场总线到Internef的互连。
文档编号H04L12/66GK1229315SQ9811383
公开日1999年9月22日 申请日期1998年3月12日 优先权日1998年3月12日
发明者赵海, 陈飞鸣, 滕永林, 杨树子, 阮冠春, 李铁强 申请人:赵海