基于網絡技術的遠程控制系統探析

張 揚

（天津大學管理與經濟學部，天津，300072）

1 遠程控制系統設計與實現的關鍵技術

1.1 Web 技術

Web 屬于一種分布的典型性應用技術，在每一次進行信息的交換的時候，都會涉及到服務端和客戶端這兩個方面，但是在相互的連接中，服務端與客戶端主要是采取的JSP 魚XML 技術。當然，也不能忘記編程語言技術，比如：有HTML 和插件技術這一些方面。考慮到遠程控制系統設計，本文相對關注于Web 技術的應用重要性，在設計中，系統主要包含了視圖層、應用邏輯層和數據層，詳細見下圖一當中所示。

圖一 邏輯模型

數據層是整體系統的基礎所在，主要是包含了文件、業務的數據庫和映射規則庫，其中，文件數據庫主要是對各種服務請求存儲的生成性文件，業務數據庫是對各種業務所需要的數據的存儲，映射規則庫主要儲存的是最基本的系統映射規則。

應用邏輯層是對視圖層當中用戶的服務需求進行處理，擁有連接作用，之后，在數據庫中調取相應的數據文件，這樣才可以有利于用戶的數據處理、管理以及數據的查詢。用戶直接接觸的是視圖層，其主要包含了請求與展現兩個方面的業務功能。

1.2 直接控制

直接控制技術又稱之為木偶式的控制技術，也就是遠端控制者全面控制設備。在這一操作過程中，在發送了控制指令函數之后，才能夠完成一項或者是多項操作。但是考慮到對于控制著本身的能力要求高，并且還需要對編程語言、控制設備的底層指令都有一個全面的了解。

2 遠程監控系統的應用與改進

2.1 網絡時延問題

在解決了網絡傳輸問題和數據的壓縮之后，遠程視頻監控系統需要面對的是時間延遲的問題。機械臂遠程視頻監控系統只有通過網絡才能夠對控制的信息以及運動狀態所反饋的信息進行有效的傳遞，因此，網絡信息傳遞本身具有的特性，也會直接對機械臂遠程視頻監控系統加以影響。其網絡延遲框圖具體如下圖二。

圖二 遠程視頻監控系統網絡延遲框圖

控制器與被控制的對象由于受到存在延時的影響，也會被打亂同步，從而影響到系統正常運行和穩定運行。如果被控制的對象受到了前往通道的延時，那么在一定的時間段之內，就無法獲取相應的信息；如果是出現了反饋通信的延時，那么在一定時間段內，也無法獲取反饋的相應信息。

擁有良好的控制品質，并且控制系統處理穩定狀態，才能夠在進入到網絡后，因為延時，就使得機械臂的運動狀態所反饋的信息與控制信息相對滯后，這樣也會影響到系統整體穩定性，如果可以減小或者是消除延時影響，對于系統的工作性能提高有極大的推動作用。

2.1.1 時延的構成

一般來說，較為典型的遠程監控系統主要是由圖三當中的幾個部分共同的組成：

圖三 遠程監控系統的時延組成圖

通過上圖，可以看出其時延主要是tl+t2+t3+t4。其中：

t1：在發送指令時，客戶端出現的延時；

t2：在進入到現場控制的是偶，服務器也會出現操作上的延時；

t1，t2由反饋、處理時間共同的組成。反饋時間指的是通過攝像機與傳感器拍攝到的機械臂的運動狀態數據進行編碼和壓縮之后，從而形成有利于傳輸與處理，并且很容易辨識的數據格式所耗費的時間。系統處理時間指的是客戶端指令在服務器端接收到后，進而分析、處理指令，使得其轉變成為機械臂能夠辨識的命令，并且對機械臂需要完成客戶指令的時間進行控制。

t3：主要是控制好命令傳輸的延時，也就是在指令發送中，客戶端傳送到服務器端出現的延時；

t4：在傳輸現場數據出現延時，當信息傳輸到客戶端這一個階段出現的延時。

t3和t4的長短主要是取決于傳輸的方式以及傳輸的介質。基于網絡的遠程控制系統，系統實時性的決定因素是傳輸時間，所以，應該進行合理的設計，并且選擇一定的網絡傳輸協議，確保所耗費的時間最短的目的，這樣也有利于實時性的改善。

2.1.2 時延的構成，在TCP/IP 協議下

當前，基于TCP/IP 協議下的網絡傳輸時目前的國際因特網通信標準，由于數據流量在這一個協議網絡當中是隨時變化的，所以，主要是根據數據的流量進行路徑的選擇，時刻不同，其數據通過的路徑也會有差異，并且，數據流量不同，在節點數據報的路過處理中也會有差異，這就使得一個不確定的變量出現在了通信延時之中。

通過選路，在這樣的系統之中，數據包就會從主機傳遞到遠程主機上，在網絡設備的選擇上，也是根據上述的路由器原理進行的，也可以將網絡延時T 通過公式來表達：

主要是通過以下幾個方面組成：

第一，Ts指本地的主機在數據的處理上存在的延時。在數據信元被應用程序傳遞到協議軟件的時候，協議軟件與數據都會從應用層到網絡層逐層次地處理，等待處理完畢后，再進行發送處理。

第二，Tp指的是信號傳輸的時候，物理線路上出現的延時。在物理線路之上，傳輸的數據信號基本上都是光速，相比整體的延時，這一類型延時完全不是一個級別，所以，在通過決定延時大小的主要依據并非是通信節點之間的地理距離。

第三，Tr 指的是數據處理中，中間路由器出現的延時，在數據流收到之后，其解釋也需要由路由器將其傳送到網絡層之上，提供下一次跳目的地址的選擇，在選路的過程中，Tri 和多個路由器處理的延時就是其主要的部分之一。

第四，Td 指的是數據處理時，遠程主機出現的延時。在數據報收到之后，遠程主機需要做出解釋，并且重新的校驗與排序，之后再在應用層進行相應的處理。

2.2 網絡時延的測定

在測量網絡傳輸延時的時候，根據承載的協議，主要是分為：

2.2.1 通過ICMP 的利用來實現

對于延時測量而言，ICMP 是最典型的方式之一，也就是Ping 命令，主要是則針對請求與應答，在基礎ICMP 之下開發出來的軟件。在Ping 從發送端朝著接收端進行發送時，等待接收端收到報文之后，就會立刻反應，返回一個應答報文，在發送受到之后，就可以利用時接收到的時鐘以及發送的時鐘，就可以計算出往返之中出現的網絡的傳輸延時。

2.2.2 通過UDP 的利用來實現

如果因為安全等方面的原因導致，在制定目標地址或者是中繼節點的時候，ICMP 報文被濾掉，那么，就可以利用UDP 報文在網絡延時測量中加以實現。UDP 的實現與ICMP 是一樣的，都是無連接的方式，但是不同的是UDP 協議還需要指定的端口來加以實現。

TCP 屬于面向連接的可靠性傳輸協議，但是TCP 需要數據包頭的復制，所以，在實現方面會很復雜，一般都不會用于測試。但是，如果防火墻將前面的兩種報文過濾掉，這樣的情況下就可以考慮到此協議的使用。

表1 三種方式比較

在這一個過程中，我們可以假設在應用程序當中有一個程序包的撒送被設定出來，N 個字節是其大小，在達到了網絡層的時候，數據包就會被封裝成為IP 數據報，具體如圖四

圖四 數據包封裝過程

因此，在發送端的應用程序進行N 字節數據報發送的過程中，就能夠得到IP 數據報，并且對于IP 數據報也可以根據套接字做出分析處理，同時也能夠獲取一部分的相應信息，這樣不僅可以計算出丟包率，同時，還可以得出網絡的延時。

在測試程序的編寫中，具體框架如圖五的編程。

Q u e r y P e r f o r m a n c e C o u n t e r ( ) 和QueryPerfortnanceFrequency( )屬于在時間上對精度有著更高要求的函數，其精度達到了微秒級別。另外，在硬件方面也要求了高精度計時器相互配合。如果是不相同的系統，那么也可能出現不一樣的情形，這與操作系統以及硬件設備有著一定的聯系。而兩個函數的實際原型在于：

LARGE_INTEGER 不僅僅是8 字節長的數據整體類型，同時也可以劃分成為兩個4 字節，具體的方式，還是要考慮到對于64 位是否能夠加以支持。具體的定義。

3 結束語

隨著現代信息技術的快速發展，控制技術、通信技術等都取得了一定的發展。另外，最近幾年來，國內外的學者對于現場控制設備以及互聯網之間的相互連接也進行了相應的研究與分析，在一定程度上也創造了有力的條件來促進控制領域和信息領域之間的相互融合，由于多個方面的影響因素，因此，在今后的控制領域中，網絡技術的遠程控制系統必定會成為主攻的方向之一。

圖五 基本流程圖

[1] 徐淑萍,蘇小會.基于Internet 的遠程控制系統網絡時延分析研究[J].微電子學與計算機.2011(07)：77-79

[2] 溫陽東,李彧.網絡控制系統的時延估算及補償[J].微型機與應用.2011(13):45-46

[3] 李肖,何芳.模糊控制對網絡控制系統性能的改善[J].濟南大學學報(自然科學版).2010(04)：89-91

[4] 張曉暉,劉丁,李攀.基于網絡的機器人遠程控制系統實現與研究[J].機械科學與技術.2007(06):77-78