基于局域网的分布式数据采集系统

【摘要】随着社会的进步和互联网技术的进一步成熟，在大型社区和相关企业内部，基于局域网的分布式数据采集系统变得越来越重要，其速度快、成本低、风险低等特别得到了很高的网络应用。文章对局域网的分布式数据采集系统进行探讨，具有一定的借鉴意义。

【关键词】局域网；分布式数据系统；采集

中图分类号：C37 文献标识码：A

前言

文章对分布式数据采集系统进行了详细介绍，对分布式数据采集系统组成进行了阐述，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对分布式数据采集系统工作流程进行了探讨。

二、分布式数据采集系统概述

1.网络现场的构成

分布式数据采集监测系统具有许多现场总线网络的特点，借鉴了许多工业现场总线的组网思想和技术，可以称为是一种不完全规范的现场总线网络。网络的组成是通讯实现的基础，计算机的信号通过网络的相互传输，和通讯的方式相互补助。PC机和智能数据采集模块使用串行通讯的方式通过RS-485总线进行数据传输。RS-485总线主要有以下特点：①快速；②长距离连接；③网络能力；④成本低。

2.分布式数据采集系统的特点

总线网络以485总线为骨干，使用485总线将分布在现场的智能采集节点和PC机为主的主机层进行连接，形成现场的测控（下位机层）。从计算机的角度出发，在用硬件上可以认为是一个由局域网将计算机多机系统进行连接，是典型的分层分布系统。主机层有成熟的网络操作系统、软件开发平台、硬件设计作为基础，很容易进行操作，下位机层主要由智能数据采集模块组成，在网络中形成了一个个的智能节点，并具有通信、信号处理、控制等作用，是一个微型且完整的计算机系统。现场总线网络的特点为：

（一）简化网络模型

工业生产的现场有大量的执行器、控制器、传感器等，一般较为零散的分布在较大的范围中，将这些配件组成控制底层网之后，单个节点的信息量控制较不理想，信息的传输较为简单，但是具有较高的快速性、实时性要求。为了节约工业网络的成本，达到实时性，一般使用三层网络模型，即应用层、数据链路层、物理层。数据链路层主要进行差错控制和流量控制，这种网络系统具有成本低、执行协议直观、结构简单等特点，在应用中较为理想。

（二）智能化节点

现场总线的节点为现场设备不是由普通的执行器、传感器等组成的，而是具有智能化的设备组成，可以进行数据的接收、发送、判断、处理、存储等，每个节点有具有计算机的功能，可以代替通讯网络中的计算机进行自主的通讯。

（三）数据信号的双向传输

只有数字信号形式的信号传输才可以在一对总线上进行多个信息的传输，包括状态检测数据、地址等，实现网络的通信作用，只有具有双向传输的功能才可以进行互操作、应答、控制、检测等操作。

分布式数据采集系统的优点

分布式数据采集系统访问速度快，并且可以多用户使用，即每天计算机之间可以相互访问计算机中相关的文件信息。从这个出发点点出发的话，系统设计上有了更大的空间。同时每天计算机可以保持其所需要的最大数据量和相关文件，这样也减少了数据传输中的成本和风险。与此同时，分布式数据采集系统将整体划分为多个数据单元，减少了由于相关事故造成的风险，

三、基于局域网的分布式数据采集系统

1.分布式数据采集是网络管理系统中的基础功能。网络中有大量的通信设备，运营商需要实时监控网络设备的各种数据信息，包括性能数据、配置数据等等。如果采用人工方式与所有网络设备进行交互来获取网络设备数据，是十分复杂、繁琐与不稳定的。大型网络管理系统最大的特点就是数据采集现场比较分散，而且现场和监控中心之间的距离比较远。因此，把分散于各处的参数通过分布式自动数据采集采集到监控中心，以便于进行管理和监控。分布式数据采集系统的核心问题主要是采集现场与监控中心之间的远程通信。目前，分布式数据采集系统的远程通信手段在物理层上主要分为有线通信和无线通信两大类。有线通信主要包括局域网、Intemet网、公用电话网；无线通信以往主要是用数字电台进行远距离传输。有线通信的优点在于传输的质量比较可靠，实时性也比较好。分布式数据采集系统要实现三类功能，包括数据采集、采集机状态监测和配置文件更新。其中数据采集可以分为四个具体功能，分别是上传数据采集结果文件、下发数据采集程序、调用数据采集命令和装载配置文件。

2.分布式数据采集系统的参与者包括以下三类：

（一）普通用户：了解基本的计算机知识，能独立的操作计算机。对于这部分用户，通过相关的操作手册即可。这部分用户也只是进行简单的系统操作。

（二）系统开发和调用人员：具有非常专业的只是，对于分布式数据采集系统运行的原理和机制非常了解，访问系统的主要目的是通过分析代码进行相关功能优化的研发，提供给这部分用户开放API手册和Debug版本的源代码即可；

（三）维护人员：计算机水平比较高，并且具有专业的系统维护知识，访问系统的主要目的是对相关功能进行测试，发现其中的问题并进行修正和维护。

3.分布式数据采集系统组成

分布式数据采集系统可以分为以下五个模块：

控制模块，即中心层，主要功能是接收用户的任务，采集和转发相关数据给用户，让数据采集层更好的服务于用户。

采集模块，即数据采集层，主要功能是执行用户的任务，访问局域网的相关网络设备，采集相关数据。

用户模块，即用户应用层，主要功能是识别用户任务，并将任务传递到数据采集层。

采集机状态监测模块，主要功能是监测数据采集层的工作状态，检测其是否可以完成相应的数据采集任务。

（五）配置文件更新模块，主要功能是同步配置文件中与数据库中的采集机信息，以免在数据采集过程中出现错误。

4.分布式数据采集系统工作流程

（一）控制中心服务器启动后台进程，监听指定端口，检测用户是否有任务请求发送。

（二）采集机服务器启动后台进程，监听指定端口，检测控制中心是否有任务请求发送。

（三）用户通过TCP连接控制中心服务器，发送任务请求，并等待接收返回结果。

（四）控制中心服务器接收到用户请求后，通过相关函数生成任务进程，将任务进程发送到采集机服务器端口，执行采集任务，发送任务进程后的返回到控制中心服务器，继续接受用户的任务请求。若任务涉及多台采集机服务器，控制中心服务器采用多线程方式分别与多台采集机服务器建立TCP连接，发送任务，并等待接收返回结果。

（五）采集机服务器接收到控制中心服务器的任务指令后，通过相关函数生成子进程，父进程返回继续监听指定端口，子进程处理任务请求，执行程序采集网络设备数据等，之后将任务结果返回控制中心服务器，完成后关闭TCP连接。

（六）控制中心服务器读取采集机服务器返回结果后，将结果通过TCP连接返回用户应用程序。如果任务涉及多台采集机服务器，等待所有采集机服务器返回结果后，将结果综合返回。完成后关闭TCP连接。

（七）用户应用程序接收控制中心服务器返回的数据采集结果。

四、结束语

分布式数据采集系统运营成本低、数据交换速度快，同时在数据信息抗风险能力方面也有不错的表现，对着互联网技术的进一步研究和深化，在局域网中，分布式数据采集系统的相关功能将得到进一步的优化的加强，对人们的生活的功能发挥更大的作用。

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