通用網(wǎng)關(guān)協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件開(kāi)發(fā)

1、。通用網(wǎng)關(guān)協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件開(kāi)發(fā)1 引言所謂 通信協(xié)議是指通信雙方的一種約定,約定包括對(duì)數(shù)據(jù)格式、 同步方式、 傳送速度、 檢糾錯(cuò)方式以及控制字符定義等問(wèn)題作出統(tǒng)一規(guī)定, 通信雙方必須共同遵守 1。不同體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)一般采用不同的通信協(xié)議完成系統(tǒng)內(nèi)部成員之間的通信, 這固然為本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大的方便 , 但因?yàn)椴煌到y(tǒng)的通信協(xié)議往往不同, 當(dāng)本系統(tǒng)需要同其他系統(tǒng)進(jìn)行通信時(shí), 會(huì)因?yàn)閰f(xié)議的不同造成通信障礙2 。為解決異構(gòu)系統(tǒng)之間因通信協(xié)議不匹配造成的通信困難,需要在兩個(gè)系統(tǒng)之間添加一個(gè)協(xié)議轉(zhuǎn)換器。目前的通信協(xié)議轉(zhuǎn)換器大多選用或者自行開(kāi)發(fā)專(zhuān)用的網(wǎng)關(guān) , 但是專(zhuān)用網(wǎng)關(guān)由于重用性差, 將導(dǎo)致多次的重

2、復(fù)開(kāi)發(fā) , 浪費(fèi)大量的人力和物力3 。由于不同通信協(xié)議的協(xié)議格式有許多相近之處( 如數(shù)據(jù)幀由幀頭、 數(shù)據(jù)項(xiàng)、 幀尾等組成 , 包含校驗(yàn)等處理信息 ), 這就使得設(shè)計(jì)一個(gè)一定程度的通用協(xié)議轉(zhuǎn)換器成為可能4 。本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)有協(xié)議的分析 , 提供了一種比較通用的協(xié)議格式模板, 通過(guò)對(duì)該模板的實(shí)例化可得到各種實(shí)際協(xié)議的格式信息。另外, 本文還實(shí)現(xiàn)了對(duì)符合用本模板所描述協(xié)議格式的協(xié)議數(shù)據(jù)處理及轉(zhuǎn)換過(guò)程 , 并在由哈爾濱工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)的HIT-GPTA 平臺(tái)上進(jìn)行了驗(yàn)證。2 需求分析通用網(wǎng)關(guān)協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件的用戶(hù)需求定義如下:分析現(xiàn)有通信協(xié)議格式, 提出各種協(xié)議的表達(dá)方法 , 并抽象出一個(gè)能夠涵蓋大多數(shù)常用雷達(dá)

3、、導(dǎo)彈協(xié)議的協(xié)議格式模板, 通過(guò)對(duì)該模板的實(shí)例化能夠得到現(xiàn)有格式的描述信息。所建立的模板應(yīng)提供最基礎(chǔ)的協(xié)議元素編輯支持, 提供不同數(shù)據(jù)類(lèi)型的協(xié)議元素的支持, 提供元素位定義支持 , 提供開(kāi)放式的函數(shù)處理功能支持, 提供格式描述信息的串行化輸出功能, 能夠保存已建立的協(xié)議格式信息并在需要時(shí)導(dǎo)入該信息。設(shè)計(jì)符合HIT-GPTA 平臺(tái)接口規(guī)范的協(xié)議編解碼組件 , 該組件能夠加載格式描述文件。協(xié)議編解碼組件應(yīng)提供協(xié)議數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)處理功能,能夠根據(jù)格式描述信息加載相應(yīng)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù), 調(diào)用相應(yīng)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)函數(shù) , 根據(jù)函數(shù)參數(shù)列表對(duì)協(xié)議數(shù)據(jù)元素進(jìn)行相應(yīng)處理。根據(jù)用戶(hù)的需求定義, 可將本系統(tǒng)劃分為兩個(gè)主要的功能模

4、塊: 協(xié)議格式庫(kù)管理軟件和協(xié)議編解碼軟件。格式庫(kù)管理軟件通過(guò)對(duì)格式模板的實(shí)例化, 生成具體協(xié)議的格式描述信息并串行化輸出為格式特征描述文件; 協(xié)議編解碼軟件加載格式特征描述文件, 并根據(jù)用戶(hù)所配置的信息初始化網(wǎng)絡(luò)收發(fā)信息, 在平臺(tái)開(kāi)始運(yùn)行后, 接收由網(wǎng)絡(luò)傳來(lái)的數(shù)據(jù)并解碼發(fā)布, 根據(jù)所訂購(gòu)到的數(shù)據(jù)信息編碼輸出到相應(yīng)設(shè)備。系統(tǒng)用例如圖1 所示。1。3 協(xié)議格式模板設(shè)計(jì)協(xié)議轉(zhuǎn)換器的通用性決定于協(xié)議格式模板的通用性, 為了抽象出一個(gè)較為通用的協(xié)議格式模板, 需要先對(duì)通信協(xié)議進(jìn)行分層管理以方便數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì), 然后分析多種具體的協(xié)議格式,并得到他們之間格式上的相似之處, 進(jìn)而抽象這些相似之處, 形成本系

5、統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。根據(jù)協(xié)議分層管理的概念, 可將協(xié)議分為三個(gè)層次: 協(xié)議集、協(xié)議項(xiàng)、協(xié)議元素, 如圖 2 所示。對(duì)一些有代表性的協(xié)議項(xiàng)進(jìn)行分析可得以下概念: 一個(gè)系統(tǒng)所有協(xié)議的集合稱(chēng)之為協(xié)議集,可為協(xié)議集設(shè)計(jì)名稱(chēng)、ID 、協(xié)議項(xiàng)列表等屬性; 每一個(gè)協(xié)議項(xiàng)又應(yīng)該有名稱(chēng)、ID 、幀頭列表、元素列表、幀尾列表等屬性。以上協(xié)議集和協(xié)議項(xiàng)的屬性是一般協(xié)議所共有的, 對(duì)于協(xié)議項(xiàng)的組成部分如幀頭、元素、幀尾的具體結(jié)構(gòu)則因協(xié)議的不同會(huì)有較大的差異。2。基于上述概念 , 采用面向?qū)ο蟮乃枷? 可以進(jìn)行協(xié)議格式模板的設(shè)計(jì)。協(xié)議可以分層表示為協(xié)議格式集、格式項(xiàng)和協(xié)議元素, 故在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)可分別設(shè)計(jì)為格式集類(lèi)(CPr

6、otocolMuster)、格式項(xiàng)類(lèi) (CProtocolItem)、協(xié)議元素類(lèi)(CProtocolElement)。另外 ,為了描述協(xié)議項(xiàng)的傳輸特性, 設(shè)計(jì)了幀頭、幀尾(CHeadFormat) 類(lèi) ; 為了支持位處理功能及函數(shù)處理功能設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)元素位類(lèi)(CDataBit)和處理函數(shù)類(lèi)(CProcessFun) 。4軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于用戶(hù)需求定義及系統(tǒng)功能分析, 采用面向?qū)ο蟮姆椒▽?duì)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。根據(jù)需求分析, 需要設(shè)計(jì)兩個(gè)軟件, 分別是協(xié)議格式管理軟件和協(xié)議編解碼組件。格式管理軟件的設(shè)計(jì)包括軟件的靜態(tài)模型、交互模型及用戶(hù)界面的設(shè)計(jì)5 。協(xié)議編解碼組件的設(shè)計(jì)包含四個(gè)方面的內(nèi)容 : 解碼

7、類(lèi)設(shè)計(jì)、編碼類(lèi)設(shè)計(jì)、平臺(tái)組件接口類(lèi)設(shè)計(jì)和用戶(hù)交互界面設(shè)計(jì)。格式庫(kù)管理軟件為用戶(hù)提供可視化界面操作, 其內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為組成格式模板的幾個(gè)類(lèi), 用戶(hù)可以利用該軟件建立自己的協(xié)議格式庫(kù)或加載現(xiàn)有協(xié)議格式特征描述文件, 其類(lèi)圖如圖3所示。3。協(xié)議編解碼軟件加載格式管理軟件所生成的格式特征描述文件, 在接收到協(xié)議時(shí)自動(dòng)識(shí)別協(xié)議數(shù)據(jù)所符合的格式項(xiàng), 利用該格式進(jìn)行解碼并將協(xié)議數(shù)據(jù)按照HIT-GPTA 平臺(tái)能夠識(shí)別的方式發(fā)布出去。另一方面, 訂購(gòu)相關(guān)數(shù)據(jù)并按照與解碼項(xiàng)所對(duì)應(yīng)的編碼項(xiàng)進(jìn)行編碼并輸出。協(xié)議編解碼軟件類(lèi)圖如圖4 所示。4。5 軟件測(cè)試及結(jié)果本系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境由兩臺(tái)通過(guò)局域網(wǎng)連接起來(lái)的節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)組成,

8、其中一臺(tái)結(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)上安裝了格式庫(kù)管理軟件和 HIT-GPTA 平臺(tái) , 協(xié)議轉(zhuǎn)換在該計(jì)算機(jī)上完成, 另一臺(tái)節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)作為異構(gòu)系統(tǒng)與平臺(tái)進(jìn)行通信測(cè)試。系統(tǒng)的測(cè)試包括三個(gè)部分 : 格式庫(kù)管理軟件的測(cè)試、解碼功能測(cè)試、編碼功能測(cè)試。格式庫(kù)管理軟件測(cè)試主要目的是檢測(cè)該軟件能否按照需求分析中的要求描述現(xiàn)階段所需要轉(zhuǎn)換的所有自由協(xié)議。解碼功能的測(cè)試方法是由異構(gòu)系統(tǒng)的功能模塊向HIT-GPTA平臺(tái)發(fā)送數(shù)據(jù) , 協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件接收數(shù)據(jù)后進(jìn)行解碼并將協(xié)議元素按屬性通過(guò)本地通信代理進(jìn)行發(fā)布, 或編碼后進(jìn)行輸出。編碼功能的測(cè)試由試驗(yàn)組件發(fā)起, 協(xié)議轉(zhuǎn)換組件將所訂購(gòu)的數(shù)據(jù)編碼發(fā)布到異構(gòu)系統(tǒng)的功能模塊 , 若異構(gòu)系統(tǒng)所接

9、收的數(shù)據(jù)符合理論值則測(cè)試通過(guò)。以下僅給出一條測(cè)試用例:注: 輸出數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)了函數(shù)處理, 處理方式為是元素0 或元素 1 加上元素2 之后乘以元素3。通過(guò)對(duì)格式庫(kù)管理軟件、解碼過(guò)程、編碼過(guò)程的測(cè)試可以看出, 格式庫(kù)管理軟件能夠描述常用的雷達(dá)、導(dǎo)彈、艦船通信協(xié)議的格式; 解碼過(guò)程能夠?qū)⑼ㄓ玫耐ㄐ艆f(xié)議轉(zhuǎn)換為HIT-GPTA平臺(tái)能夠識(shí)別的屬性數(shù)據(jù)并發(fā)布, 以供其他組件使用; 編碼過(guò)程能夠?qū)?lái)自于其他組件的協(xié)議數(shù)據(jù)按照目的設(shè)備的協(xié)議格式進(jìn)行編碼并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)侥康脑O(shè)備。6 結(jié)束語(yǔ)抽象出了一個(gè)通用的格式模板, 并為其設(shè)計(jì)了用戶(hù)交互界面; 設(shè)計(jì)了協(xié)議轉(zhuǎn)換組件, 能夠轉(zhuǎn)換符合格式模板的通信協(xié)議, 使通用計(jì)算機(jī)具備了HIT-GPTA 網(wǎng)關(guān)的功能 , 并結(jié)合測(cè)試實(shí)例進(jìn)行了軟件測(cè)試 , 實(shí)現(xiàn)了通用協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件的設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn) :1 桑偉 . 基于 ARM的通信協(xié)議轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì) J. 自動(dòng)控制 ,2007,(4):44-45.2 張?jiān)?, 魏冬邦 , 康昊 . 基于 XML的測(cè)控軟件通信協(xié)議的研究 J. 遙測(cè)遙控,2010,(31-6):42-46.3 張娟鋒 , 師衛(wèi) , 劉振國(guó) . 通用通信協(xié)議轉(zhuǎn)換接口的研究與實(shí)現(xiàn) J. 電腦開(kāi)發(fā)與應(yīng)用,2009,(22-5):25-26.4 蔣浩天 . 綜合網(wǎng)絡(luò)多協(xié)議轉(zhuǎn)換的研究和實(shí)現(xiàn)D. 成都