基于嵌入式網絡技術的UPS遠程監控系統的設計與分析

馬 琰,蔡麗霞（.河南工業職業技術學院實驗設備處，河南南陽,473000;.河南工業職業技術學院網絡管理中心，河南南陽,473000）

基于嵌入式網絡技術的UPS遠程監控系統的設計與分析

馬 琰1,蔡麗霞2
（1.河南工業職業技術學院實驗設備處，河南南陽,473000;2.河南工業職業技術學院網絡管理中心，河南南陽,473000）

在傳統的監控系統中，數據和視頻的傳輸需要通過專用的電纜來進行傳輸，存在功能單一、傳輸效率不高、傳輸距離較短的缺點。嵌入式技術在遠程監控系統具有明顯的優勢，本文就基于嵌入式網絡的UPS遠程監控系統進行了技術分析，重點對其軟硬件的設計方案進行探討。

嵌入式；網絡技術；UPS遠程監控；設計；方案研究

0　引言

隨著科技的不斷發展，UPS技術也取得了較大的進步，UPS電源設備的應用范圍日益廣泛，對其性能也提出了更高的要求，體現在能夠完成各種電源故障的自動處理，保證用戶各項數據的安全，將電源故障給用戶造成的影響控制在最小值，為了實現這一系列的功能，可以采用嵌入式設備提供相關的網絡服務，使UPS設備能夠實現實時的遠程監控，本文就對其遠程監控系統的設計及實現進行分析探討。

1　基于嵌入式網絡技術的UPS遠程監控系統的

圖1　基于嵌入式網絡技術的UPS遠程監控系統的結構組成框圖

結構組成

本次研究中基于嵌入式網絡技術的UPS遠程監控系統的主要組成部分有：UPS、UPS控制接口、設備管理信息庫、設備管理器、嵌入式Web服務器等，其結構框圖如圖1所示。

其中UPS指的是系統中需要管理的UPS設備；管理信息庫的主要功能是對UPS設備的狀態信息進行記錄；設備管理器的主要功能是對設備進行有效的操作，主要的操作內容有設備參數的設置及UPS狀態數據的讀取等；嵌入式Web服務器的主要功能則是完成HTTP服務的相關請求。

2　基于嵌入式網絡技術的UPS遠程監控系統的通信過程

2.1設備服務器與嵌入式Web服務器之間的通信

設備服務器在進行UPS狀態數據的讀取時，應用的是Megatec協議，并對相關的信息進行定期的讀取，以此來對相應的信息管理庫進行更新，Web服務器會對客戶端的請求進行響應，通過對信息管理庫中的數據的讀取，應用有關的設備管理器對設備的運行狀態進行有效的設置，由于相關的設備服務器會對UPS的狀態信息進行定期的讀取，并應用讀取的最新數據進行信息管理庫的更新，這就會控制信息管理庫中的數據與UPS真實的狀態數據的一致性，從而實現UPS的有效管理。

2.2嵌入式Web服務器與瀏覽器之間的通信

其主要的通信過程為：由LAN客戶端或者是Internet客戶端的瀏覽器將URL請求傳送至本地局域網中，使其直接到達嵌入式Web服務器的以太網的接口之中，這一URL請求會得到嵌入式Web服務器的響應，并會對其進行有關的安全驗證，如果其能夠通過相關的安全驗證，會將用戶頁面調出，并會返回于相關的請求頁面中，之后可以將UPS相關的監控請求發出，設備服務器會響應該請求，并對其予以有效的解釋，并向相關的設備發出動作控制命令及一些有關的輔助命令。

3　基于嵌入式網絡技術的UPS遠程監控系統的硬件設計及實現

靜態存儲器AT45081B Data Flash、IS62LV 1024L；以太網的控制芯片RTL8019AS、F2407 DSP是基于嵌入式網絡技術的UPS遠程監控系統的主要硬件組成部分，其硬件結構框圖如圖2所示。

圖2　基于嵌入式網絡技術的UPS遠程監控系統的硬件結構

上圖中，式中芯片HT1380是一種串行的計時器芯片，能夠實現秒、分、時、日、月、年的計時，在該組芯片中各種時間信息的存儲主要是應用其中的八個寄存器來完成，為了進行精準的計時，可以為其外接一個32.768赫茲的晶振，使其為系統的計時提供精準的時基信號，這對于保證系統計時的準確性具有非常重要的作用。

RTL8019AS以太網控制器是一種全雙工的以太網控制芯片，該芯片是由臺灣的Realtek公司制造，其控制速率值為10Mbps，在該芯片中內置有FF0、雙DMA以及16KB的SRAM能夠滿足EEE802.3標準及ETHERNET2標準，并且其能夠支持八位及十六位的基地址選擇及數據總線的選擇。

AT45081B是一種串行的可以編程的閃速存儲器，其工作過程中應用的SPI的串口模式為0-3模式，其顯著的優點是，能夠在不接任何外接元件的情況下，與任何微機及單片機進行有效的通信，其數據的存儲容量非常的大，具有非常好的安全性能。

TMS320LF2407DSP為控制器具有流水線結構、多總線結構及哈佛結構，并且具有非常高的執行速度，高達40M PS的執行速度使得在其中執行的所有指令的執行時間都能夠控制在25納秒以內，并且在該芯片中還具有16通道的CAN控制器模塊、16通道雙10位AD轉換器、兩個時間管理模塊、SCI（串行通信接口）、SPI（串行外設接口）、2K單訪問RAM、32K的片內Flash，功能非常的強大。

4　基于嵌入式網絡技術的UPS遠程監控系統的軟件設計及實現

4.1TCP/lP協議棧的相關設計

基于嵌入式網絡技術的UPS遠程監控系統的軟件設計過程中，最為基礎的內容是要實現TCP/IP協議棧，系統只有實現了HTTP協議，才能使系統具備WWW服務的相關功能，在實際的軟件設計的過程中，既要保證系統的功能，又要使TCP/IP協議棧具有健壯性，TCP/IP協議棧按照其協議功能的不同，可以分為有應用層、傳輸層、網絡層、鏈路層幾個不同的層次。

在實際的軟件設計工作中，要使嵌入式Web能夠與Internet進行有效的互聯，在其軟件設計的過程中，就需要對各層協議的子集進行有效的裁剪，其主要表現為：（1）保留協議棧中的重要且常用的協議，去掉非必需的協議，例如協議棧中的HTTP協議能夠有效的實現現場監測數據與遠程用戶數據之間的交換，并且該種傳輸協議的傳輸方式是非常的簡單的，則該協議進行保留。對相關協議進行裁剪之后，剩下的主要的協議內容有HTTP協議、TFTP協議、TCP協議、UDP協議、MCP/IP協議、ARP協議等協議內容，這樣可以有效的減少了存儲空間及響應時間。（2）傳輸層主要的協議內容是用戶的數據協議UDP，以及傳輸控制協議TCP，在本次設計的過程中，使嵌入式Web服務器一開始就處于LISTEN狀態，對中間的SYN-SENT狀態進行了省略，當進行數據報的發送時，只對數據報中包含的狀態信息進行記錄，而不對數據報進行儲存，大大減少了數據傳輸量，有效的節省的系統資源，也使得系統的維護更加的方便。（3）網絡層的主要任務是對數據包在網絡中的協議進行有效的處理，MCP/IP協議、P協議是其中主要的TCP/IP協議棧內容，其中的P協議使其協議棧中的核心內容，如果要采用Ping程序來進行網絡連通狀況的測試，只需要應用MCP/IP協議中代碼為0的Ping應答協議就能完成，使用起來非常的方便。

4.2文件系統的設計

嵌入式Web服務器在工作的過程中，主要的功能是依據用戶發出的請求將相關的網頁程序文件傳輸給用戶，但是在基于嵌入式網絡技術的UPS遠程監控系統的內部，需要對相關的文件進行有效的存儲管理及訪問控制，要完成這一工作，就需要進行文件系統的設計，文件的存取控制、用戶文件的建立、復制、修改、讀寫及刪除，這是系統文件工作過程中最主要的內容。在嵌入式網絡技術中，一項非常重要的工作就是要有效的解決網頁文件的存放問題，本次研究中，基于嵌入式網絡技術的UPS遠程監控系統的文件存放主要是由Data Flash AT45081B來完成，嵌入式Web服務器與PC機之間的文件傳輸主要是應用偽TFTP協議來實現，在實際的應用過程中，網頁文件的動態更新通常都是依據這種機制。

網頁文件在工作的過程中，會根據用戶的實際需要的不同來進行動態的更改，并且其在完成相應的更改之后，會將文件系統的訪問權限設置為只讀，之后很少會進行其內容的變動，采用這種管理機制能夠有效的預防在對文件系統進行多次刪改之后，其所產生的碎片對系統造成較嚴重的影響，因此，在實際的運行過程中需要設計一個高效、更改次數較少的文件系統，本文中所提到的文件系統存放形式為多級目錄，其文件的主要存儲形式是無結構的字符流式文件，在其邏輯結構上，存儲的方法是順序存儲法，站在物理結構的角度對其進行分析，其屬于連續的文件。

5　結束語

本文對基于嵌入式網絡技術的UPS遠程監控系統的設計及實現進行了簡單的分析，文中分析了該系統的主要物理組成、通信方式及硬件設計與軟件設計，用戶可以通過遠程的瀏覽器對嵌入式Web服務器所提供的UPS的運行最新信息進行訪問，能夠有效的實現UPS設備的遠程管理。

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Design and research of the UPS remote monitoring system based on Embedded Network Technology

Ma Yan1，Cai Lixia2
(1.Lab And Equipment Administration Department,Henan Polytechnic Institute,Nayang,473000; 2.Network Administration Center,Henan Polytechnic Institute,Nayang,Henan,473000)

In traditional monitoring system,the traffic data and video was transmitted through the special cable,this leads to single function, low transmission efficiency and short transmission distance of system. The embedded technology has obvious advantages in remote monitoring system,this paper analyzed the UPS remote monitoring system based on embedded network,and discusses the design of its hardware and software .

embedded system;network technology;UPS remote monitoring;design; study

馬琰（1978－），男（漢族），河南南陽人，碩士，講師，主要研究方向：計算機網絡及應用。

蔡麗霞（1979-），女（漢族）,河南南陽人，碩士，工程師，主要研究方向：計算機應用技術