基于云计算的网络化测控系统关键技术研究

第34卷第1期 2018年1月

齐齐哈尔大学学报（自然科学版）

Journal of Qiqihar U niversity(N atural Science Edition)

Vol.34,No.1

Jan.,2018

基于云计算的网络化测控系统关键技术研究

陈耿新，林若波，陈旭文

(揭阳职业技术学院，广东揭阳522000)

摘要：针对现代网络化测控系统海量数据、计算量大、异构性等特点及需求，利用云计算虚拟化和资源整 合的特点，提出基于云计算的网络化测控系统模型，探讨该系统中仪器仪表远程校准技术、可信技术、传 感器即插即用技术三种关键技术。该系统具有安全可靠、计算分析能力强大、存储空间巨大、效率高、成 本低等优点。

关键词：云计算；网络化测控；远程校准；可信技术；即插即用

中图分类号：TP273 文献标志码： A 文章编号：1007-984X(2018)01-0005-06

测量与控制系统简称测控系统，是通过传感器、仪器仪表等检测设备对目标某一或多个指标参数进 行测量，并在此基础上对目标进行精确控制的系统，其广泛应用于现代工业、农业、生活等领域。近年 来，计算机技术、微电子技术、通信网络技术迅猛发展，为网络化测控技术快速发展提供技术保障。网络化测控是现代测控技术的需求，是现代测控技术主要发展方向之一代1]。

近年来，测控系统应用延伸至工农业、服务业、生活等方面，测控数据量呈指数式高速增长，已成 为现代信息化社会大数据的重要组成部分；同时，测控终端及被检测对象、参数种类繁多，且分布广阔、分散。传统测控系统及一般网络化测控系统已不能满足此类具有海量数据、计算量大、异构性的测控需 求。云计算能虚拟化并整合各种计算、存储、服务等资源，具有计算能力强大、分布式存储空间大、管 理方便、按需获取个性化服务等特点代2推3]，可满足上述现代网络化测控系统海量数据、计算量大、异构性 等需求。

近年来，国外不少学者、工程人员已开始研究如何将云计算应用于网络化测控系统及其设备。Roberto Di Laur。等(2012)提出传感仪器即服务(Sensing Instrument as a Service,SlaaS)，研究一■个公共接口管理物理 传感器和仪器，充分利用云计算技术的优点，该新云服务允许用户使用数据采集仪器代4]; Marius Gher- cioiu(2011)研究云测量设备接人云计算平台连接方式，并实现云测量设备通过W iF i接人云计算平台和基 于W eb的云测量服务代5];OW L公司2013年推出一种可接人云计算平台的便携式三相电能耗监测装置，通过P C或智能手机查看监测数据和评估能效。国内关于基于云计算的网络化测控系统研究较少。何文 娜(2013)研究基于物联网和云计算的地质信息化系统，探讨该系统框架、关键技术、应用模式等代6];陈亮 (2013)提出具有云计算平台支撑的结构健康监测物联网方案，设计结构健康监测云中计算与存储概念代7]。

本文首先分析云计算和网络化测控系统的特点及两者关系，进而设计基于云计算的网络化测控系统 架构，研究该系统中仪器仪表远程校准技术、可信技术、传感器即插即用技术三种关键技术。

1云计算与网络化测控

1.1云计算

云计算是网格计算、分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化、负载均衡等传统计 算机技术、网络技术发展融合的产物。它通过各种网络将众多成本较低的计算实体整合成具有强大计 算能力、巨大存储能力的虚拟化大型系统。其核心思想是将各种网络上大量计算资源进行统一管理、

收稿日期：2017-07-07

基金项目：2015年度揭阳市科技计划项目（2015B01024 );揭阳职业技术学院2014年度科学研究项目（2014JYCKY02 ) 作者简介：陈耿新(1984-)，男，广东揭阳人，讲师，工程师，硕士，主要从事网络化智能传感技术研究，jycchengx@。

• 6 •齐齐哈尔大学学报（自然科学版）2018 年调度，构成一个虚拟化计算资源池，可向各种用户提供按需服务。

图1为石■计算架构图，主要包含二个层次：⑴软件即服务(Software asaService ，SaaS ),该层次主要 以W eb 方式提供服务；⑵平台即服务(PlatformasaService ，PaaS ),该层次应用开发和部署平台提供服 务；（3)基础设施即服务(Infrastructure as a Service ，IaaS )，该层次将各种底层的计算、存储等资源作为 服务提供给用户。可见，云计算将云服务作为核心目标。

1.2网络化测控

网络化测控系统将电子仪器仪表、虚拟仪器、传感器、执行器部署在各种监控对象(监控对象往往 处于远处或人员不易到达处)中，通过网络将仪器、传感器、执行器与各种服务器、测控主机连接，实 现远程测量与控制。网络化测控系统还可实现资源、测量信息共享和充分利用，达到多系统、多专家 协同测试与诊断的效果，真正实现整个测控过程高度自动化、智能化。

图2是网络化测控系统架构图。电子仪器仪表通过串口、PCI(Peripheral Component Interconnect )、 GPIB(General Purpose Interface Bus )、IEEE 1394、U SB 等连接方式连接至控制器，通过控制器接人网络； 虚拟仪器通过面向仪器系统的PXI (PCI Extensions for Instrumentation )直接接人网络；传感网和网络化 智能传感器、执行器等通过网关接人网络。测控现场终端与远端测试服务器、数据库服务器、测控主 机(PC 、智能手机等)等通过网络传输测量信息、控制信息。

Saas (软件即服务）

^ Sales force CRM j 〔 Google Apps )〔.......〕〔 Offices Web :

paas('r:台即服务）

'开发环境J &应用服务器J f K i S i t J r ^H u t o s ™

j t i i 式环境j l 分布式缓存j [ myifff j l 分布式数据库■

Paas(ffi 础设施即服务)

2 m 络设备1 2服务器设备J f .mm

图1云计算架构■传，感R M 络化智能传 感器/执丨丁器图2网络化测控系统架构

云计算一切皆服务、按需服务的虚拟化云服务模式和强大、可弹性使用的存储和计算能力，为网 络化测控系统提供松散耦合、不同粒度的服务，满足海量异构测控数据管理、计算、存储、分析和数 据挖掘的需求，是一个非常合适海量测控数据存储、计算、分析的平台。

2系统架构设计

图3是基于云计算的网络化测控系统架构图，图中测控终端和测控主机接人网络方式与图2类似， 不同处是该接人增加加密环节，测量和控制数据由口令保护；其数据传输如同在本地网络传输，并且 能在整个网络上加密。图中 NCAP((Network Capable Application Processor )、TIM(Transducer Interface Module )为智能传感器中的网络适配器、变送器接口模块。

网络化测控系统一般配置专门的管理服务器、W eb 服务器、测试服务器、数据库服务器支撑整个 系统测试、计算分析、数据存储等功能，该类系统计算分析能力和存储空间受限，其可靠性依赖于各 服务器运行状态，可靠性不高。图3所示系统架构的最大特点在于充分利用云计算的IaaS 、PaaS 、SaaS ， 发挥云计算廉价、方便、高效、可靠、安全等优势及虚拟化技术，将云计算并行计算、分布式数据库、 分布式缓存、资源池等平台资源整合，并应用于网络化测控系统计算分析、存储、安全保障、数据挖 掘等，进而可用应用软件完成测控数据和测控终端的查看、管理、控制等

。操作人员利用计算机或其