機(jī)器人遙操作網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)的設(shè)計(jì)

　目前，機(jī)器人遙操作系統(tǒng)已成為機(jī)器人研究的一個(gè)熱點(diǎn)。在機(jī)器人遙操作的過(guò)程中，本地服務(wù)器與遠(yuǎn)程客戶機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)通信問(wèn)題是遙操作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。針對(duì)機(jī)器人遙操作的通信問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種在Windows XP環(huán)境下，運(yùn)用Socket實(shí)現(xiàn)的基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)。

　　1 Socket編程原理

　　1.1 Socket簡(jiǎn)介

　　Socket（套接字）最初是加州大學(xué)伯克利分校為UNIX操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)通信接口。后來(lái)Intel, Microsoft, Sun等網(wǎng)絡(luò)廠商將其移植到Windows中，形成了Windows Sockets規(guī)范，它定義了一套Windows環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)編程的接口。利用Windows Socket開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)通信程序的層次結(jié)構(gòu)如圖1示。

圖1 Sockets編程的結(jié)構(gòu)

　　根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)類型的不同，Sockets可分為流式套接字（SOCK_STREAM）和數(shù)據(jù)報(bào)式套接字（SOCK_DGRAM）兩類。流式套接字提供面向連接、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，數(shù)據(jù)無(wú)差錯(cuò)、無(wú)重復(fù)的發(fā)送，且按發(fā)送順序接受。流式套接字實(shí)際上是基于TCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)的。數(shù)據(jù)報(bào)式套接字提供無(wú)連接服務(wù)。數(shù)據(jù)報(bào)以獨(dú)立包形式發(fā)送，不提供無(wú)錯(cuò)保證，數(shù)據(jù)可能丟失或重復(fù)，并且接受順序混亂。數(shù)據(jù)報(bào)套接字實(shí)際上是基于UDP協(xié)議實(shí)現(xiàn)的。

　　按照套接字在客戶機(jī)/服務(wù)器（Client/ Server）模式中的功能可將其分為兩類：

　　監(jiān)聽(tīng)套接字：該套接字位于服務(wù)器端，它的主要功能就是對(duì)特定的端口進(jìn)行不斷的監(jiān)聽(tīng)，當(dāng)檢測(cè)到有連接請(qǐng)求時(shí)，接受申請(qǐng)，并構(gòu)造一個(gè)新的客戶端套接字，與連接申請(qǐng)方的客戶端套接字建立連接，從而為雙方的通信做好準(zhǔn)備。

　　客戶端套接字：該套接字是用來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)體。它位于客戶機(jī)和服務(wù)器上，服務(wù)器必須維持它為之服務(wù)的客戶一樣數(shù)量的這種套接字，形成一個(gè)以服務(wù)器為中心的星型結(jié)構(gòu)。

　　1.2 TCP網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)設(shè)計(jì)步驟

　　基于Internet的機(jī)器人遙操作技術(shù)是現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和機(jī)器人控制技術(shù)的結(jié)合，Internet使用網(wǎng)際分組交換協(xié)議TCP/IP作為通信規(guī)范，它包括 TCP, UDP和ICMP等協(xié)議。其中TCP協(xié)議是面向連接的協(xié)議，要求在數(shù)據(jù)交換以前必須與通信方建立一條連接、它具有分段和重組功能，能夠確保數(shù)據(jù)可靠、有序地傳輸。

　　TCP通信整個(gè)過(guò)程可以分成三個(gè)階段:連接建立、數(shù)據(jù)傳輸和拆除連接。

　?。?）連接建立階段：首先服務(wù)器中的監(jiān)聽(tīng)套接字對(duì)斷口進(jìn)行偵聽(tīng)，客戶端的套接字向服務(wù)器端的特定斷口提出連接申請(qǐng)。

　?。?）通信階段：這是整個(gè)過(guò)程的核心部分，任務(wù)就是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的收發(fā)。

　?。?）拆除連接階段：在傳完數(shù)據(jù)之后，關(guān)閉套接字，釋放所分配的資源。

　　使用Soeket編寫(xiě)TCP通信程序的主要步驟如下：

　　1） 構(gòu)造 Soeket對(duì)象 ;

　　2） 使用該對(duì)象構(gòu)造基本的Socket句柄。由于遙操作的數(shù)據(jù)通信要求可靠，準(zhǔn)確，故采用TCP協(xié)議，套接字使用流式套接字;

　　3）　建立客戶機(jī)CSocket，調(diào)用Connect（）建立與服務(wù)器套接字的連接.服務(wù)器調(diào)用Listen（）監(jiān)聽(tīng)請(qǐng)求連接情況，并在收到客戶端請(qǐng)求后調(diào)用Accept（）接收客戶端連接.

　　4） 構(gòu)造CSocketFile對(duì)象，并使用CSocket對(duì)象與之關(guān)聯(lián).

　　5） 構(gòu)造CArchive對(duì)象 ，用于接受和發(fā)送數(shù)據(jù)。使用CArchive對(duì)象來(lái)進(jìn)行客戶端與服務(wù)器端之間的Socket通信

　　6） 通信結(jié)束，關(guān)閉套接字，退出程序。

　　2 TCP網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)程序的實(shí)現(xiàn)

　　本程序是為機(jī)器人遙操作的通信所搭建的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)，該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了本地服務(wù)器與遠(yuǎn)程客戶機(jī)之間的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 遙操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖