機器人遙操作網(wǎng)絡通信平臺的設計

　目前，機器人遙操作系統(tǒng)已成為機器人研究的一個熱點。在機器人遙操作的過程中，本地服務器與遠程客戶機之間的網(wǎng)絡通信問題是遙操作的關鍵環(huán)節(jié)。針對機器人遙操作的通信問題，本文設計了一種在Windows XP環(huán)境下，運用Socket實現(xiàn)的基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡通信平臺。

　　1 Socket編程原理

　　1.1 Socket簡介

　　Socket（套接字）最初是加州大學伯克利分校為UNIX操作系統(tǒng)開發(fā)的網(wǎng)絡通信接口。后來Intel, Microsoft, Sun等網(wǎng)絡廠商將其移植到Windows中，形成了Windows Sockets規(guī)范，它定義了一套Windows環(huán)境下網(wǎng)絡編程的接口。利用Windows Socket開發(fā)的網(wǎng)絡通信程序的層次結(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，數(shù)據(jù)無差錯、無重復的發(fā)送，且按發(fā)送順序接受。流式套接字實際上是基于TCP協(xié)議實現(xiàn)的。數(shù)據(jù)報式套接字提供無連接服務。數(shù)據(jù)報以獨立包形式發(fā)送，不提供無錯保證，數(shù)據(jù)可能丟失或重復，并且接受順序混亂。數(shù)據(jù)報套接字實際上是基于UDP協(xié)議實現(xiàn)的。

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

　　監(jiān)聽套接字：該套接字位于服務器端，它的主要功能就是對特定的端口進行不斷的監(jiān)聽，當檢測到有連接請求時，接受申請，并構(gòu)造一個新的客戶端套接字，與連接申請方的客戶端套接字建立連接，從而為雙方的通信做好準備。

　　客戶端套接字：該套接字是用來進行網(wǎng)絡通信的實體。它位于客戶機和服務器上，服務器必須維持它為之服務的客戶一樣數(shù)量的這種套接字，形成一個以服務器為中心的星型結(jié)構(gòu)。

　　1.2 TCP網(wǎng)絡通信平臺設計步驟

　　基于Internet的機器人遙操作技術是現(xiàn)代網(wǎng)絡技術和機器人控制技術的結(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通信整個過程可以分成三個階段:連接建立、數(shù)據(jù)傳輸和拆除連接。

　　（1）連接建立階段：首先服務器中的監(jiān)聽套接字對斷口進行偵聽，客戶端的套接字向服務器端的特定斷口提出連接申請。

　　（2）通信階段：這是整個過程的核心部分，任務就是負責數(shù)據(jù)的收發(fā)。

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

　　使用Soeket編寫TCP通信程序的主要步驟如下：

　　1） 構(gòu)造 Soeket對象 ;

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

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

　　4） 構(gòu)造CSocketFile對象，并使用CSocket對象與之關聯(lián).

　　5） 構(gòu)造CArchive對象 ，用于接受和發(fā)送數(shù)據(jù)。使用CArchive對象來進行客戶端與服務器端之間的Socket通信

　　6） 通信結(jié)束，關閉套接字，退出程序。

　　2 TCP網(wǎng)絡通信平臺程序的實現(xiàn)

　　本程序是為機器人遙操作的通信所搭建的一個網(wǎng)絡通信平臺，該平臺實現(xiàn)了本地服務器與遠程客戶機之間的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡通信，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