機器人遙操作網(wǎng)絡(luò )通信平臺的設計

　目前，機器人遙操作系統已成為機器人研究的一個(gè)熱點(diǎn)。在機器人遙操作的過(guò)程中，本地服務(wù)器與遠程客戶(hù)機之間的網(wǎng)絡(luò )通信問(wèn)題是遙操作的關(guān)鍵環(huán)節。針對機器人遙操作的通信問(wèn)題，本文設計了一種在Windows XP環(huán)境下，運用Socket實(shí)現的基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò )通信平臺。

　　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(chǎng)商將其移植到Windows中，形成了Windows Sockets規范，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 )通信程序的層次結構如圖1示。

圖1 Sockets編程的結構

　　根據傳輸數據類(lèi)型的不同，Sockets可分為流式套接字（SOCK_STREAM）和數據報式套接字（SOCK_DGRAM）兩類(lèi)。流式套接字提供面向連接、可靠的數據傳輸服務(wù)，數據無(wú)差錯、無(wú)重復的發(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)現的。數據報式套接字提供無(wú)連接服務(wù)。數據報以獨立包形式發(fā)送，不提供無(wú)錯保證，數據可能丟失或重復，并且接受順序混亂。數據報套接字實(shí)際上是基于UDP協(xié)議實(shí)現的。

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

　　監聽(tīng)套接字：該套接字位于服務(wù)器端，它的主要功能就是對特定的端口進(jìn)行不斷的監聽(tīng)，當檢測到有連接請求時(shí)，接受申請，并構造一個(gè)新的客戶(hù)端套接字，與連接申請方的客戶(hù)端套接字建立連接，從而為雙方的通信做好準備。

　　客戶(hù)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(hù)機和服務(wù)器上，服務(wù)器必須維持它為之服務(wù)的客戶(hù)一樣數量的這種套接字，形成一個(gè)以服務(wù)器為中心的星型結構。

　　1.2 TCP網(wǎng)絡(luò )通信平臺設計步驟

　　基于Internet的機器人遙操作技術(shù)是現代網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和機器人控制技術(shù)的結合，Internet使用網(wǎng)際分組交換協(xié)議TCP/IP作為通信規范，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，要求在數據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，能夠確保數據可靠、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、數據傳輸和拆除連接。

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

　?。?）通信階段：這是整個(gè)過(guò)程的核心部分，任務(wù)就是負責數據的收發(fā)。

　?。?）拆除連接階段：在傳完數據之后，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） 構造 Soeket對象 ;

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

　　3）　建立客戶(hù)機CSocket，調用Connect（）建立與服務(wù)器套接字的連接.服務(wù)器調用Listen（）監聽(tīng)請求連接情況，并在收到客戶(hù)端請求后調用Accept（）接收客戶(hù)端連接.

　　4） 構造CSocketFile對象，并使用CSocket對象與之關(guān)聯(lián).

　　5） 構造CArchive對象 ，用于接受和發(fā)送數據。使用CArchive對象來(lái)進(jìn)行客戶(hù)端與服務(wù)器端之間的Socket通信

　　6） 通信結束，關(guān)閉套接字，退出程序。

　　2 TCP網(wǎng)絡(luò )通信平臺程序的實(shí)現

　　本程序是為機器人遙操作的通信所搭建的一個(gè)網(wǎng)絡(luò )通信平臺，該平臺實(shí)現了本地服務(wù)器與遠程客戶(hù)機之間的數據網(wǎng)絡(luò )通信，系統結構圖如圖2所示。

圖2 遙操作系統結構圖