物联网通讯框架

Posted 2020-08-02 Leo_wlCnBlogs

[连载]《C#通讯（串口和网络）框架的设计与实现》-1.通讯框架介绍

[连载]《C#通讯（串口和网络）框架的设计与实现》-2.框架的总体设计

 

目       录

C#跨平台物联网通讯框架ServerSuperIO（SSIO）正式开源... 1

1.      SSIO的特点

2.      SSIO概述

3.      SSIO与SIO的区别

4.      控制模式

5.      跨平台Windows和Linux

 

一.SSIO的特点

1. 轻型高性能通信框架，适用于多种应用场，轮询模式、自控模式、并发模式和单例模式。
2. 设备驱动、IO通道、控制模式场景协调统一。
3. 设备驱动内轩命令驱动器、命令缓存器、自定义参数和实时数据元素。
4. 框架平台支持按设备命令优先级别进行调度，保证高级别命令及时发送。
5. 一个设备驱动同时支持串口和网络两种通讯方式，可以监视IO通道数据。
6. 一个设备驱动，在网络通讯时可以支持TCP Server和TCP Client两种工作模式。
7. 内置显示视图接口，满足不同显示需求。
8. 内置服务组件接口，可以自定义完成OPC服务、4-20mA输出、LED大屏显示、短信服务、以及多功能网关服务。
9. 可以创建多服务实例，完成不同业务的拆分。
10. 支持跨平台部署，可以运行在Linux和Windows系统。

 

二.SSIO概述

   SSIO通信框架的设计思想是在SuperIO（SIO）基础上发展而来，并没有高大上的技术，主要是工作经验的积累，适合于不同应用场景的物联网的数据采集与交互。SSIO和SIO并不是简单的对IO高性能的操作，而是设备驱动、IO通道、控制模式和实际硬件设备之间的协调机制，各方面之间无缝衔接和运行，也是为了解决现实工作和应用场景的一些痛点。

  软硬件之间的数据交互，并且面临着复杂的现场环境：

（1）复杂的、多样的通讯协议。有标准的协议，例如：Modbus等，也有很多根据标准协议修改的协议格式、以及自定义协议格式，并且千差万别。对于不好的软件架构，疲于应对，增加设备或协议要对整个软件进行梳理，往往在此过程中出现新的问题或BUG。

（2）针对不同用户对软件界面或功能的要求有很大不同，使之满足不同用户的显示要求，可以自定义数据显示界面。那么就需要提供显示视图接口，与设备驱动进行交互。

（3）既然现场设备的数据被采集上来，那么就需要对其进行处理，不仅仅是保存、查询、报表等，还有：数据转发、数据输出（OPC、模拟量、大屏等）等。那么就需要提供服务性的接口，与设备驱动进行交互。

（4）通讯链路的多种性，对于同一个设备可能要支持RS232/RS485/RS422、RJ45、3G/4G等通讯方式，所以对于一个设备要对应多种通讯方式（串口和网络），也给我们的开发造成很大的障碍。

（5）设备驱动、IO通道和实际的现场硬件终端之间链路复杂，有可能：一个设备驱动对应一个IO通道、一个设备驱动对应多个IO通道、多个设备驱动对应一个IO通道等情况。

（6）既然设备与服务端进行数据交互，那么就应该对设备的通讯状态、IO状态、以及设备本身的状态进行监控，这样设备才处于可维护状态。

（7）软件各版本、以及软件与硬件之间的兼容性很差，管理起来错综复杂。在框架平台稳定的情况下，只需要更新设备驱动。

   为了解决以上诸多问题，开发一个软件框架，支持二次开发。在不对软件框架改动的情况下，能够很方便的接入设备、维护设备、集成设备、处理设备业务数据等。软件框架相对稳定，把容易变化的部分进行灵活设计。

 

三.SSIO与SIO的区别

序号	属性	SSIO	SIO
1	应用场景	适用于高频的数据采集与控制，可以部署在服务器端。	适用于一般性的上位机数据采集，例如：局域网内的厂级服务端应用。
2	控制模式	轮询模式、自控模式、并发模式、单例模式	轮询模式、自控模式、并发模式、
3	性能	高性能	性能不如SSIO
4	服务实例	一个进程可以创建多个服务实例	一个进程只能创建一个服务实例
5	跨平台	支持Linux和Windows	只支持Windows各版本操作系统
6	二次开发	方便（不包括界面）	只需要继承就可以创建一个完整的应用程序
7	代码结构	更合适	使用的单例模式较多
8	串口组件	SerialPort	PCOMM
9	网络组件	SocketAsyncEventArgs	Socket
10	开源	开源	没有开源
11	OPC	不支持	支持
12	模拟量	不支持	支持
13	插件	需要自己二次开发	完全支持插件化部署

 

四.控制模式

（1）轮询模式：当串口和网络通讯时都可以使用这种控制模式。当有多个设备连接到通讯平台时，通讯平台会轮询调度设备进行通讯任务。某一时刻只能有一个设备发送请求命令、等待接收返回数据，这个设备完成发送、接收（如果遇到超时情况，则自动返回）后，下一个设备才进行通讯任务，依次轮询设备。如下图：

 

（2）并发模式：只有网络通讯时可以使用这种控制模式。并发通讯模式是集中发送所有设备的请求指令，框架是采用循环同步方式发送请求命令。还有进一步提高的机会，采用并行异步方式集中发送请求命令。硬件设备接收到指令后进行校验，校验成功后返回对应指令的数据，通讯平台异步监听到数据信息后，进行接收操作，然后再进行数据的分发、处理等。如下图：

 

（3）自控模式：只有网络通讯时可以使用这种控制模式。自控通讯模式与并发通讯模式类似，区别在于发送指令操作交给设备驱动本身进行控制，或者说交给二次开发者，二次开发者可以通过时钟定时用事件驱动的方式发送指令数据。硬件设备接收到指令后进行校验，校验成功后返回对应指令的数据，通讯平台异步监听到数据信息后，进行接收操作，然后再进行数据的分发、处理等。

   自控通讯模式可以为二次开发者提供精确的定时请求实时数据机制，使通讯机制更灵活、自主，如果多个设备驱动使用同一个IO通道的话，时间控制会有偏差。如下图：

 

（4）单例模式：只有网络通讯时可以使用这种控制模式。在一个服务实例内只能有一个设备驱动，相当于一个设备驱动对应着N多个硬件设备终端。更适合通讯的数据协议有固定的标准，以命令关键字处理不同的数据。适用于高并发的硬件终端设备主动上传数据，服务器端根据数据信息进行处理和返回相应的数据。如下图：

 

 

五.跨平台Windows和Linux

（1）Windows运行效果

 

（2）Linux运行效果

 

开源地址：https://github.com/wxzz/ServerSuperIO

百度网盘：http://pan.baidu.com/s/1eRy0inK

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