CN101867500A - 嵌入式通用即插即用设备状态监控自适应网络构架实现方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
一种嵌入式通用即插即用设备状态监控自适应网络构架实现方法，采用嵌入式通用即插即用中间件技术实现设备监控网络的自适应控制与无缝链接；监控目标所在企业的监控网络中心、目标设备监控单元以及设备监控数据服务器通过主干工业以太网进行连接，利用通用即插即用系统服务调用实现整个网络的智能化管理；以及提供一种构架系统，监控目标所在企业的监控网络中心为控制点，目标设备监控单元为设备点，设备监控数据服务器为数据中心点，所述控制点、设备点和数据中心点通过主干工业以太网进行连接，包括设备实时数据采集模块、系统监控管理模块和监控数据在线服务模块。本发明通用性良好、自适应能力强、实现远程实时在线监控。
Description
技术领域
本发明涉及设备监控网络领域，更具体的说，是涉及一种嵌入式通用即插即用设备状态监控自适应网络构架实现方法及其系统。
背景技术
随着现代工业的不断发展，其生产规模日益扩大，生产安全要求也越来越高。工业监控系统是保证设备安全运行的关键技术，特别是在不同类别的诸多设备要求协同工作的工业生产条件下，网络化的工业监控系统需求问题亟待解决。传统的工业监控网络统构架基于经典的服务器/客户机(Server/Client)体系结构，虽然可以实现对多目标的运行状态进行监控与管理，但如果网络架构发生变化，比如被监控仪器设备的追加或者删除，都会带来比较繁重的网络配置任务，给工业生产的顺利进行造成不良影响；在某些特殊情况下(大型离心泵机群)，可能需要同时对多种类型的设备进行对比监控与分析，监控仪器因此需要处理各种设备的工作、运行参数配置数据(Working & Running Parameter，WRP)，而基于Server/Client体系构架的监控网络系统难以实现对上述问题的有效处理。
现有的的工业监控网络中存在以下问题：通用性不好、自适应能力差、难以实现远程实时在线监控等。
发明内容
为了克服现有的工业监控网路的通用性不好、自适应能力差、难以实现远程实时在线监控的不足，本发明提供一种通用性良好、自适应能力强、实现远程实时在线监控的嵌入式通用即插即用设备状态监控自适应网络构架实现方法及其系统。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现：
一种嵌入式通用即插即用设备状态监控自适应网络构架实现方法，采用嵌入式通用即插即用中间件技术实现设备监控网络的自适应控制与无缝链接；监控目标所在企业的监控网络中心、目标设备监控单元以及设备监控数据服务器通过主干工业以太网进行连接，利用通用即插即用系统服务调用实现整个网络的智能化管理；
监控网络中心用于发现所在网络中具有通用即插即用技术服务的结点，并根据用户需求发出相应的控制指令及完成其所负责的控制任务；
目标设备监控单元，包括上位机部分与下位机部分，下位机部分用于监控目标设备物理信号的实时数据采集、预处理以及超长指令浮点计算任务；上位机部分用于接收下位机上传的实时数据与相关工作状态参数，实现对监控目标设备运行状态数据的分析计算、显示、存储、查询、删除、追加、回放功能，并撰写对应的工作日志文件；上位机部分与下位机部分通过并行主机接口实现多通道并行信息交互；
设备监控数据服务器用于发现网络中具有通用即插即用服务的设备点，获取设备点的实时数据并进行存储，建立目标设备运行状态监控主题数据库，实现对监控目标的历史数据回放、在线对比分析、在线相关分析、离线趋势统计分析以及数据深加工；
通用即插即用服务调用当前网络的情景模式、操作动态、运行状况进行模拟与重现，通过人机接口进行互动会话。
一种嵌入式通用即插即用设备状态监控自适应网络构架系统，监控目标所在企业的监控网络中心为控制点，目标设备监控单元为设备点，设备监控数据服务器为数据中心点，所述控制点、设备点和数据中心点通过主干工业以太网进行连接，所述构架系统包括：
设备实时数据采集模块，用于采用多通道、并行、实时数据采集技术实现监控目标设备运行状态数据的收集与处理计算，对下位机的部分的运行模式与工作参数进行设置，并下达相应的任务指令；通过以通用即插即用服务调用为核心的网络中间件通信构件将所采集的目标设备实时数据发送至提出实时数据服务需求的网络结点；
系统监控管理模块，用于利用通用即插即用自动链接功能发现当前网络中存在的设备点、其它控制点以及它们所能够提供的服务，并通过既定的方式提供用户获得这些服务的途径与使用方法；
监控数据在线服务模块，用于通过通用即插即用订阅机制获得目标设备的运行状态数据和工作参数信息，并将这些数据存储在设备监控主题数据库中，为控制点的查询、统计、回放、分析及其它相关任务需求提供数据支持。
进一步，所述设备实时数据采集模块包括：设备点实时数据采集管理子模块，用于实现与下位机部分的通信，将接收到的设备运行状态实时数据传送给其它功能构件；设备点网络中间件通信子模块，用于完成与其它具有通用即插即用服务的网络结点的信息交互，接收控制任务执行指令，返回监控目标设备的运行数据和状态信息。
再进一步，所述设备实时数据采集模块还包括：设备点显示/控制图形用户界面子模块，用于提供支持中文的可视化人机界面，从设备点实时数据采集管理子模块中获取相应数据并进行显示，并为用户提供实时任务指令的输入接口与操作路径。
更进一步，所述的系统监控管理模块包括：控制点网络中间件通信子模块，用于负责控制点与设备点、数据中心点的通信；根据具体的用户任务，发送服务请求，接收监控目标设备的运行状态数据、工作参数信息以及对应的监控主题数据库查询信息；控制点实时数据采集管理子模块，用于从控制点网络中间件通信子模块中获得设备点的实时数据包，进行校验、拆包、分发、分类存储后上传给控制点显示/控制图形用户界面子模块；控制点显示/控制图形用户界面子模块，用于从控制点网络中间件通信子模块处获得所需数据，并根据用户所执行的操控指令反馈相应的计算结果与信息提示。
所述的监控数据在线服务模块包括：数据中心点网络控制中间件服务子模块，用于利用通用即插即用控制点功能获得当前监控网络中的所有在线设备点及嵌套有设备点的控制点的实时数据和运行状态参数；数据中心点网络设备中间件服务子模块，用于利用通用即插即用设备点功能，为控制点提供数据库的访问路径以及相应的检索条件。
本发明的技术构思为：通用即插即用(Universal Plug and Play，UPnP)是面向电子化家庭(Electronic Family，EF)推出的网络中间件(Network Middleware)技术。UPnP技术对传统的即插即用(Plug and Play，PnP)进行了扩展与增强，具备该技术的网络结点进入到网络中之后，它们可以通过网络自动彼此连接在一起，而且连接过程无需用户的参与和使用中央服务器。UPnP技术不依赖于特定的设备驱动程序，而是使用标准的网络通信协议如超文本传输协议(Hypertext TransferProtocol，HTTP)、简单服务发现协议(Simple Service Discovery Protocol，SSDP)、普通事件通知体系(Generic Event Notification Architecture，GENA)、简单对象访问协议(Simple Object Access Protocol，SOAP)、可扩展标记语言(eXtensible MarkupLanguage，XML)等。
UPnP基本架构由三个部分组成：1)UPnP-Device：它由服务程序与相配套的部件构成；2)UPnP-Service：UPnP网络中控制程序的最小的单元就是服务程序，它会显示操作界面，还会模拟出动作状态；3)UPnP-Controller：UPnP网络中的控制点是一种控制设备，它能够发现UPnP-Device与其他UPnP-Controller，并发出相应的控制任务指令。
UPnP工业监控网络构架继承了基于Web架构可对分布式目标设备进行网络化控制的特性，支持网络构架的动态配置、自主链接与光滑移动，在很大程度上对现代工业生产的诸多监控仪器设备的组网与访问进行了简化。除此之外，由于UPnP对应用层网关的支持，它可以方便跨越网关/防火墙，在外部的互联网(Internet)上可对企业内部网(Intranet)进行远程数据访问，实现具备实际应用意义的Internet远程在线监控与专家实时诊断。
由于UPnP技术具备上述技术特征，将其引入到工业监控领域，能够解决传统的工业监控网络中存在的诸多固有问题如通用性不好、自适应能力差、难以实现远程实时在线监控等。本发明在对当前工业监控相关技术进行充分调研的基础上，结合网络中间件技术和嵌入式系统技术(Embedded System Technology，EST)，提出了一种基于嵌入式UPnP技术的工业监控系统网络构架设计实现方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)可满足用户事件订阅需求，实现监控目标设备关键运行参数的及时公告与发布；UPnP可以将目标设备参数的突变过程设计为系统事件，不同的控制点可以订阅自己所需的目标设备运行参数信息；如果目标设备中的某个参数超出既定阈值，此时事件即被触发，控制点对应的事件处理函数将立刻被调用，给予用户对应的处理措施提示信息，从而使监控信息的处理速度得到有效提高。
2)可应对网络架构的动态变化与更新，完成控制点、设备点以及数据中心点的移入/移出动态配置；基于UPnP网络中间件服务调用支持，本发明可简化因网络拓扑结构的变化而带来的注册、配置、信息清理等工作，节约了设备运行成本，提高了系统的易用性。
3)可实现监控目标设备工作参数的网络化动态配置，提供一种参数配置动态传输机制，使得任何需要解析数据包的结点都可以事先获得该数据包的正确配置，而无需手动对每一个结点进行设置，减小了设备参数配置的复杂性与工作量。
附图说明
图1是嵌入式通用即插即用自适应网络构架拓扑结构示意图；
图2是网络构架功能结构组成与数据依赖关系示意图；
图3是控制点SMMM模块工作原理与控制关系示意图；
图4是控制点目标设备队列数据结构示意图；
图5远程监控端获取的离心泵轴承时域信号图形。
具体实施方式
结合附图，下面对本发明进行详细说明。
实施例1
参照图1～图5，一种嵌入式通用即插即用设备状态监控自适应网络构架实现方法，采用嵌入式通用即插即用中间件(Embedded UPnP Middleware)技术实现设备监控网络的自适应控制与无缝链接；监控目标所在企业的监控网络中心7(控制点)、目标设备监控单元(设备点11)以及设备监控数据服务器(数据中心点a)通过主干工业以太网10进行连接，利用UPnP系统服务调用实现整个网络的智能化管理。
所述的控制点是一种网络控制设备，其能够发现所在网络中具有UPnP技术服务的结点，并根据用户需求发出相应的控制指令及完成其所负责的控制任务。
所述的设备点11是具有嵌入式双中央处理器体系结构的设备状态监控系统。所述的嵌入式双中央处理器体系结构，根据其功能特点、任务划分可分为上位机13与下位机14。下位机14的核心功能器件为嵌入式数字信号处理器，完成监控目标设备物理信号的实时数据采集、预处理(插值补充、数字滤波、时间印章)以及超长指令浮点计算任务；上位机13的核心功能器件为先进的精简指令集计算机，其主要功能为：接收下位机上传的实时数据与相关工作状态参数，实现对监控目标设备运行状态数据的分析计算、显示、存储、查询、回放功能，并撰写对应的工作日志文件；上位机部分与下位机部分通过并行主机接口实现多通道并行信息交互。
所述的数据中心点a是一个特殊逻辑意义的控制点，除具备控制点的基本功能外，其主要功能为：发现网络中具有UPnP服务的设备点，获取设备点的实时数据并进行存储，建立目标设备运行状态监控主题数据库，实现对监控目标的历史数据回放、在线对比分析、在线相关分析、离线趋势统计分析以及数据深加工(小波处理、非对称余弦压缩)等功能。
所述的通用即插即用服务调用是监控网络中控制管理程序的最小功能任务单元，能够对当前网络的情景模式、操作动态、运行状况进行模拟与重现，且通过一定方式的人机接口进行互动会话。
实施例2
参照图1～图5，一种嵌入式通用即插即用设备状态监控自适应网络构架系统，由设备实时数据采集模块、系统监控管理模块与监控数据在线服务模块等3个功能模块组成。
所述的3个功能模块分别安装在设备点、控制点、数据中心点等3类系统物理架构对应实体结点中，分别负责各自的数据信息流、控制信息流与对应的行为操作方法，根据具体任务需求，通过UPnP服务调用进行数据信息和控制信息的交换与融合。
所述的设备实时数据采集模块，运行于设备点或者嵌套设备点的控制点的上位机部分，采用多通道、并行、实时数据采集技术实现监控目标设备运行状态数据的收集与处理计算，对下位机的部分的运行模式与工作参数进行设置，并下达相应的任务指令；通过以UPnP服务调用为核心的网络中间件通信构件将所采集的目标设备实时数据发送至提出实时数据服务需求的网络结点。
所述的设备实时数据采集模块由2个必选功能构件子模块与1个备选功能构件子模块构成：设备点实时数据采集管理构件必选子模块、设备点网络中间件通信构件必选子模块、设备点显示/控制图形用户界面构件备选子模块。
所述的设备点实时数据采集管理子模块实现与下位机部分的通信，将接收到的设备运行状态实时数据传送给其它功能构件；所述的设备点网络中间件通信子模块完成与其它具有UPnP服务的网络结点的信息交互，接收控制任务执行指令，返回监控目标设备的运行数据和状态信息；所述的设备点显示/控制图形用户界面子模块提供支持中文的可视化人机界面，从设备点实时数据采集管理子模块中获取相应数据并进行显示，并为用户提供实时任务指令的输入接口与操作路径。
所述的系统监控管理模块，运行于监控网络中心服务器、普通控制点PC机、具备无线网络的便携式计算机或个人数据助理器；利用UPnP自动链接功能发现当前网络中存在的设备点、其它控制点以及它们提供的服务，并通过既定的方式提供用户获得这些服务的途径与使用方法。
所述的系统监控管理模块由3个必选功能构件子模块组成：控制点实时数据采集管理构件必选子模块、控制点网络中间件通信构件必选子模块、控制点显示/控制图形用户界面构件必选子模块。
所述的控制点网络中间件通信子模块，为本发明所述网络构架的核心部分，负责控制点与设备点、数据中心点的通信；根据具体的用户任务，发送服务请求，接收监控目标设备的运行状态数据、工作参数信息以及对应的监控主题数据库查询信息；所述的控制点实时数据采集管理子模块从控制点网络中间件通信子模块中获得设备点的实时数据包，进行校验、拆包、分发、分类存储后上传给控制点显示/控制图形用户界面子模块；控制点显示/控制图形用户界面子模块从控制点网络中间件通信子模块处获得所需数据，并根据用户所执行的操控指令反馈相应的计算结果与信息提示。
所述的监控数据在线服务模块，可以运行于设备监控数据服务器或非服务器的PC数据中心中，通过UPnP订阅机制获得目标设备的运行状态数据和工作参数信息，并将这些数据存储在设备监控主题数据库中，为控制点的查询、统计、回放、分析及其它相关任务需求提供数据支持。
所述的监控数据在线服务模块由2个功能子模块组成：数据中心点网络控制中间件服务功能构件子模块与数据中心点网络设备中间件服务功能构件子模块。
所述的数据中心点网络控制中间件服务子模块利用UPnP控制点功能获得当前监控网络中的所有在线设备点及嵌套有设备点的控制点的实时数据和运行状态参数；所述的数据中心点网络设备中间件服务子模块利用UPnP设备点功能，为控制点提供数据库的访问路径以及相应的检索条件。
本实施例的网络构架拓扑结构：对于本发明所涉及的嵌入式通用即插即用设备状态监控自适应网络构架，其拓扑结构如附图1所示，其中，a.数据中心 b.无线监控基站 c.UPnP控制中心 d.生产车间 e.工业现场，1.远程监控点 2.无线UCP 3.无线路由器 4.经理办公室 5.数据服务器 6.网络服务器 7.监控网络中心 8.首席技术官(CTO) 9.技术职能部门 10.工业以太网 11.UPnP设备点(UDP) 12.无线集线器 13.上位机 14.下位机 15.传感器16.监控对象。监控目标所在企业的监控网络中心控制点7(：UPnP Control Point，UCP)、目标设备检测单元(设备点11：UPnP Device Point，UDP)以及设备监控数据服务器(数据中心点a：UPnP Server Point，USP)通过主干工业以太网10进行连接，采用Embedded UPnP Middleware技术实现设备监控网络的自适应控制与智能化管理。其中，UCP是一种网络控制设备，其能够发现所在网络中具有UPnP技术服务的结点，并根据用户需求发出相应的控制指令及完成其所负责的控制任务。UDP是具有嵌入式双中央处理器体系结构的设备状态监控系统。
对于本发明所涉及的嵌入式双中央处理器体系结构，根据其功能特点、任务划分可分为上位机(Upper Position Computer，UPC)部分与下位机(Lower PositionComputer，UPC)部分。LPC部分的核心功能器件为嵌入式数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)，具体型号为TI-TMS320C6711，完成监控目标设备物理信号的实时数据采集、预处理(插值补充、数字滤波、时间印章)以及超长指令浮点计算任务；UPC部分的核心功能器件为先进的精简指令集计算机(Advanced RISCMachine，ARM)，其具体型号为Intel-Xcale-PXA270C5C520，主要功能为：接收LPC上传的实时数据与相关工作状态参数，实现对监控目标设备运行状态数据的分析计算、显示、存储、查询、删除、追加、回放功能，并撰写对应的工作日志文件；UPC部分与LPC部分通过并行主机接口(Parallel Host Port Interface，PHPI)实现多通道并行信息交互。
USP是一个特殊逻辑意义的UCP，运行于企业监控中心的数据服务器，其具体型号为HP-AlphaServers6；数据中心点除具备控制点的基本功能外，其主要功能为：发现网络中具有UPnP服务的UDP，获取UDP的实时数据并进行存储，建立目标设备运行状态监控主题数据库(Main Item RDP Base，MIDB)，实现对监控目标的历史数据回放、在线对比分析、在线相关分析、离线趋势统计分析以及数据深加工(小波处理、非对称余弦压缩)等功能。
网络构架系统组成：本发明所涉及的嵌入式通用即插即用设备状态监控自适应网络构架，由设备实时数据采集模块(Device Real-time RDP Collection Module，DSRDM)、系统监控管理模块(System Monitoring Management Module，SMMM)与监控数据在线服务模块(Monitoring RDP On-line Service Module，MDOSM)等3个功能模块组成，如附图2所示。上述3个功能模块分别安装在设备点、控制点、数据中心点等3类系统物理架构对应实体结点中，分别负责各自的数据信息流、控制信息流与对应的行为操作方法，根据具体任务需求，通过UPnP服务调用进行数据信息和控制信息的交换与融合。
①设备实时数据采集模块(DSRDM)DSRDM运行于设备点或者嵌套设备点的控制点的上位机部分，采用多通道、并行、实时数据采集技术实现监控目标设备运行状态数据的收集与处理计算，对LPC的部分的运行模式与工作参数进行设置，并下达相应的任务指令；通过以UPnP服务调用为核心的网络中间件通信构件将所采集的目标设备实时数据发送至提出实时数据服务需求的网络结点。DSRDM由2个必选功能构件子模块与1个备选功能构件子模块构成：设备点实时数据采集管理构件必选子模块(Device-point Real-time Collection &Management sub-Module，D-RCMM)、设备点网络中间件通信构件必选子模块(Device-point Network Middleware Communication sub-Module，D-NMCM)、设备点显示/控制图形用户界面构件备选子模块(Device-point Display & Control GUIsub-Module，D-DCGM)。D-RCMM实现与LPC部分的通信，将接收到的设备运行状态实时数据传送给其它功能构件；D-NMCM完成与其它具有UPnP服务的网络结点的信息交互，接收控制任务执行指令，返回监控目标设备的运行数据和状态信息；D-DCGM提供支持中文的可视化人机界面，从设备点实时数据采集管理子模块中获取相应数据并进行显示，并为用户提供实时任务指令的输入接口与操作路径。
②系统监控管理模块(SMMM)SMMM运行于监控网络中心服务器、普通控制点PC机、具备无线网络的便携式计算机或个人数据助理器；利用UPnP自动链接功能发现当前网络中存在的UDP、其它UCP以及它们所能够提供的服务，并通过既定的方式提供用户获得这些服务的途径与使用方法。SMMM由3个必选功能构件子模块组成：控制点实时数据采集管理构件必选子模块(Control-pointReal-time Collection & Management sub-Module，C-RCMM)、控制点网络中间件通信构件必选子模块(Control-point Network Middleware Communication sub-Module，C-NMCM)、控制点显示/控制图形用户界面构件必选子模块(Control-point Display& Control GUI sub-Module，C-DCGM)。C-NMCM为本发明所述网络构架的核心部分，负责UCP与UCP、USP的通信；根据具体的用户任务，发送服务请求，接收监控目标设备的运行状态数据、工作参数信息以及对应的监控主题数据库查询信息；C-RCMM从C-NMCM中获得设备点的实时数据包，进行校验、拆包、分发、分类存储后上传给C-DCGM；C-DCGM从C-NMCM处获得所需数据，并根据用户所执行的操控指令反馈相应的计算结果与信息提示。
③监控数据在线服务模块(MDOSM)MDOSM可以运行于设备监控数据服务器或非服务器的PC数据中心中，通过UPnP订阅机制获得目标设备的运行状态数据和工作参数信息，并将这些数据存储在设备监控主题数据库中，为UCP的查询、统计、回放、分析及其它相关任务需求提供数据支持。MDOSM由2个功能子模块组成：数据中心点网络控制中间件服务功能构件子模块(Server-point Network Control Middleware Service sub-Module，S-NCMSM)与数据中心点网络设备中间件服务功能构件子模块(Server-point Network DeviceMiddleware Service sub-Module，S-NDMSM)。S-NCMSM利用UCP功能获得当前监控网络中的所有在线UDP及嵌套有UDP的UCP的实时数据和运行状态参数；S-NDMSM利用UDP功能，为UCP提供数据库的访问路径以及相应的检索条件。
组成模块控制信息交互与数据依赖关系：本发明所涉及的嵌入式通用即插即用设备状态监控自适应网络构架组成模块控制信息交互与数据依赖关系如附图2所示，其具体执行流程可描述如下：
①SMMM与DSRDM如附图2所示，第一数据交换接口1，DSRDM接收SMMM发出的Set_WRP(工作参数设置)和Set_SRD(状态指令字设置)控制过程调用，分别用来设置UDP所对应的2个数据结构体，以控制监控目标设备的工作状态和技术参数配置；位于UCP的SMMM通过调用UDP-DSRDM所提供的Get_WRP、Get_SRD、Get_RDP等服务，分别获得目标设备的技术参数配置信息、运行状态信息以及实时物理数据。
②DSRDM与LPC如附图2所示，第二数据交换接口2，DSRDM运行于UPC，与LPC共同完成UDP所要求的基本功能；DSRDM与LPC之间的数据交互并非通过UPnP网络中间件进行，而是通过UDP内部的PHPI接口或USB接口进行；DSRDM通过特定的控制信号向LPC发送系统启停指令、WRP设置指令、AD采样启停指令以及采样工作参数，LPC根据上述指令的设置信息向DSRDM发送监控目标设备的实时运行数据信息。
③MDOSM与DSRDM如附图2所示，第三数据交换接口3，MDOSM调用DSRDM的Get_WRP、Get_SRD、Get_RDP服务得到当前监控目标设备的工作参数配置信息、运行状态信息和实时数据包，并存入MIDB。
④MDOSM与SMMM如附图2所示，第四数据交换接口4，SMMM调用其Set_WRP、Get_SRD和Get_WRP服务，得到MDOSM的访问网络路径、预检索信息和监控目标设备的配置信息，然后再根据这些信息直接通过网络访问MIDB。
⑤MDOSM与MIDB如附图2所示，第五数据交换接口5，MDOSM与MIDB共同位于网络构架的USP；USP是逻辑意义上的监控网络结点，它可以和MIDB运行在同一个数据服务器上，也可以运行在相同网络的其他可满足其硬件需求的计算机上。MDOSM通过轮询方法获得的网络上所有可识别的目标设备的运行数据信息存入MIDB，根据用户的查询要求进行数据的预检索，并提供历史数据回放、在线对比分析、在线相关分析、离线趋势统计分析等功能服务接口。
USP-SMMM控制软件设计：本发明所涉及的嵌入式通用即插即用设备状态监控自适应网络构架USP-SMMM控制软件负责完成所要求的自适应与智能管理等基本功能，其组成结构与数据关系交互如附图3所示。
USP-SMMM由3个必选功能构件子模块组成：C-RCMM、C-NMCM、C-DCGM。C-NMCM利用Linux的共享内存和有名管道(FIFO)进行数据交互，并通过信号、信号量进行同步和命令传递。如附图3所示，SMMM与其它网络结点的数据信息交互主要通过C-NMCM进行。USP-SMMM中构件互相发指令主要通过可靠信号通讯机制，使用相应的信号函数SIGQUEUE()发送带参数信号，其发送参数描述如下：①SIG_ASK_RDP：C-RCMM发给C-NMCM，用来请求UDP的实时监控数据；②SIG_DCMM_NODIFY_UPNP：C-RCMM发给C-NMCM，用来请求监控目标设备的WRP，返回C-RCMM运行状态等信息；③SIG_UPNP_NODIFY_DCMM：C-NMCM发给C-RCMM，用来发出WRP刷新通知等；④SIG_UPNP_NODIFY_MAINFORM：C-NMCM发给C-DCGM，用来通知C-DCGM网络事件，比如数据采集端的加入和移出、当前数据采集端的状态变化等事件；⑤SIG_MAINFORM_NODIFY_UPNP：C-DCGM发给C-NMCM，用来系统初始系统的同步和用户设置目标系统的WRP后通知C-NMCM进行发送；⑥SIG_UPNP_RETURN_CODE：C-NMCM发给C-DCGM和C-RCMM，用来返回指令执行的结果。
设备控制结点设计：本发明所涉及的C-NMCM为UCP的通讯核心构件，在系统中承接着所有网络交互的工作。这个子模块完全用C语言写成，有很强的平台无关性。C-NMCM的应用部分的核心数据结构是一个循环队列UPnPDevice_queue，该结构包含UPnP的设备信息结构体UPnPDevice，以及该设备的ID号和它当前的WRP，如附图4所示。
当新的UDP或USP进入网络时，UPnP网络中间件系统函数UPnPDeviceDiscoverSink将被调用，该函数首先将新发现的数据采集端结构插入到设备队列中。如果是数据采集端，UPnPDeviceDiscoverSink调用Get_WRP服务获得该数据采集端的WRP填入对应的数据采集端结构中。最后发信号给C-DCGM，通知界面新加入结点的信息。当有UDP或USP移出网络时，UPnP系统函数UPnPDeviceRemoveSink将被调用，该函数首先将删除设备队列中的对应数据采集端结构，然后发信号给C-DCGM，通知界面移出结点的信息。由于循环队列的工作指针UPnPDevice_queue_current_pointer可能被同时访问和修改，所以要对它进行信号量互斥操作。
本实施例所涉及的嵌入式通用即插即用设备状态监控自适应网络构架系统主要由各个UDP监测结点与UCP嵌入式计算机构成，UPnP作为系统的核心组件，承担着各UDP结点、UCP相互通信桥梁的任务，通过其事件订阅等功能实现对以车间为单位的设备监控网络进行管理。各个监测结点可以实现上下位机分离，即由控制端来实现共享上位机的功能。监测点进行实时数据采集以及预处理计算，UCP可以根据UPnP提供的设备列表对当前的任何一台目标设备进行监控，实现信号的时域处理、频域处理以及静态参数计算等功能。利用Qt/Embedded-2.3.7工具库开发了控制端GUI，具备中文环境，占用空间小，反映迅速、切换流畅。
UPnP对网关的支持优势，可以不受实IP地址的限制，能够比较容易的通过外部的Internet访问车间内部网络，实现大数据量(如音视频数据)的传输与处理。远程监控端配有PC机数据管理分析系统，实现监测目标设备的实时数据显示(见附图5)等功能。图中横坐标为采样点数N，纵坐标为振动加速度幅值A，采样点数为512。通过数据中心点的数据服务支持，可以根据需求选择任何时段的数据进行离线分析、历史回放、数据比较、报表打印等操作。
Claims (7)
1.一种嵌入式通用即插即用设备状态监控自适应网络构架实现方法，其特征在于：采用嵌入式通用即插即用中间件技术实现设备监控网络的自适应控制与无缝链接；监控目标所在企业的监控网络中心、目标设备监控单元以及设备监控数据服务器通过主干工业以太网进行连接，利用通用即插即用系统服务调用实现整个网络的智能化管理；
监控网络中心用于发现所在网络中具有通用即插即用技术服务的结点，并根据用户需求发出相应的控制指令及完成其所负责的控制任务；
目标设备监控单元，包括上位机部分与下位机部分，下位机部分用于监控目标设备物理信号的实时数据采集、预处理以及超长指令浮点计算任务；上位机部分用于接收下位机上传的实时数据与相关工作状态参数，实现对监控目标设备运行状态数据的分析计算、显示、存储、查询、删除、追加、回放功能，并撰写对应的工作日志文件；上位机部分与下位机部分通过并行主机接口实现多通道并行信息交互；
设备监控数据服务器用于发现网络中具有通用即插即用服务的设备点，获取设备点的实时数据并进行存储，建立目标设备运行状态监控主题数据库，实现对监控目标的历史数据回放、在线对比分析、在线相关分析、离线趋势统计分析以及数据深加工；
通用即插即用服务调用当前网络的情景模式、操作动态、运行状况进行模拟与重现，通过人机接口进行互动会话。
2.一种用如权利要求1所述的嵌入式通用即插即用设备状态监控自适应网络构架实现方法实现的构架系统，其特征在于：监控目标所在企业的监控网络中心为控制点，目标设备监控单元为设备点，设备监控数据服务器为数据中心点，所述控制点、设备点和数据中心点通过主干工业以太网进行连接，所述构架系统包括：
设备实时数据采集模块，用于采用多通道、并行、实时数据采集技术实现监控目标设备运行状态数据的收集与处理计算，对下位机的部分的运行模式与工作参数进行设置，并下达相应的任务指令；通过以通用即插即用服务调用为核心的网络中间件通信构件将所采集的目标设备实时数据发送至提出实时数据服务需求的网络结点；
系统监控管理模块，用于利用通用即插即用自动链接功能发现当前网络中存在的设备点、其它控制点以及它们所能够提供的服务，并通过既定的方式提供用户获得这些服务的途径与使用方法；
监控数据在线服务模块，用于通过通用即插即用订阅机制获得目标设备的运行状态数据和工作参数信息，并将这些数据存储在设备监控主题数据库中，为控制点的查询、统计、回放、分析及其它相关任务需求提供数据支持。
3.如权利要求2所述的构架系统，其特征在于：所述设备实时数据采集模块包括：
设备点实时数据采集管理子模块，用于实现与下位机部分的通信，将接收到的设备运行状态实时数据传送给其它功能构件；
设备点网络中间件通信子模块，用于完成与其它具有通用即插即用服务的网络结点的信息交互，接收控制任务执行指令，返回监控目标设备的运行数据和状态信息。
4.如权利要求3所述的构架系统，其特征在于：所述设备实时数据采集模块还包括：设备点显示/控制图形用户界面子模块，用于提供支持中文的可视化人机界面，从设备点实时数据采集管理子模块中获取相应数据并进行显示，并为用户提供实时任务指令的输入接口与操作路径。
5.如权利要求2～4之一所述的构架系统，其特征在于：所述的系统监控管理模块包括：
控制点网络中间件通信子模块，用于负责控制点与设备点、数据中心点的通信；根据具体的用户任务，发送服务请求，接收监控目标设备的运行状态数据、工作参数信息以及对应的监控主题数据库查询信息；
控制点实时数据采集管理子模块，用于从控制点网络中间件通信子模块中获得设备点的实时数据包，进行校验、拆包、分发、分类存储后上传给控制点显示/控制图形用户界面子模块；
控制点显示/控制图形用户界面子模块，用于从控制点网络中间件通信子模块处获得所需数据，并根据用户所执行的操控指令反馈相应的计算结果与信息提示。
6.如权利要求2～4之一所述的构架系统，其特征在于：所述的监控数据在线服务模块包括：
数据中心点网络控制中间件服务子模块，用于利用通用即插即用控制点功能获得当前监控网络中的所有在线设备点及嵌套有设备点的控制点的实时数据和运行状态参数；
数据中心点网络设备中间件服务子模块，用于利用通用即插即用设备点功能，为控制点提供数据库的访问路径以及相应的检索条件。
7.如权利要求5所述的构架系统，其特征在于：所述的监控数据在线服务模块包括：
数据中心点网络控制中间件服务子模块，用于利用通用即插即用控制点功能获得当前监控网络中的所有在线设备点及嵌套有设备点的控制点的实时数据和运行状态参数；
数据中心点网络设备中间件服务子模块，用于利用通用即插即用设备点功能，为控制点提供数据库的访问路径以及相应的检索条件。
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