網(wǎng)絡(luò )技術(shù)在分布式測試系統上的應用
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具有分布式結構的VXI解決方案可以快速有效地處理因地域差異帶來(lái)的問(wèn)題。例如,德克薩斯的石油工程師監測位于邁阿密的一口油井,人們想知道這口井能夠生產(chǎn)多少石油、氣和水,判斷它是否需要校準、維護或其它人工干預。傳統的方法需要一個(gè)技術(shù)員攜帶所需要的儀器來(lái)到油井邊,在準備好的表格上記錄測量結果,然后將信息傳真到辦公室,或在計算機上記錄數據,并將其通過(guò)調制解調器連接到電話(huà)線(xiàn)上,用電子郵件來(lái)傳遞信息。
測試工程師也可采用以下這種方案: 從德克薩斯的辦公室上互聯(lián)網(wǎng) 打開(kāi)Web頁(yè)自制一個(gè)用于記錄結果的表格 點(diǎn)擊指定的空白區域此時(shí),位于井邊的儀器自動(dòng)執行適當的測試并在表格上顯示文本或圖形數據,同樣,這種方式也可在無(wú)人情況下完成設備校準、故障清除等遠程服務(wù)。
一、模式變遷
根據測試方法,測試結構被劃分為兩種類(lèi)型： 線(xiàn)形分布式結構 遠程分布式結構在線(xiàn)形分布式結構體系中,所有的測試工具和測試儀器——服務(wù)器、數據庫管理器、數據統計進(jìn)程控制硬件和軟件等——都順次連接在一個(gè)局域網(wǎng)上。遠程分布式結構則假設儀器和控制機之間的地理距離在同一端,有關(guān)它們的進(jìn)程控制則在另一端進(jìn)行。這種方式包括遠程監測和遠程控制。
計算機通訊技術(shù)的發(fā)展使建立這種測試體系成為可能。目前,局域網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應用,遠程儀器I/O標準也接收了TCP/IP協(xié)議,數據庫服務(wù)器已經(jīng)可以升級為遠程數據服務(wù)器。這些都使各種類(lèi)型的通訊成為可能。不管在一座樓內還是地球的兩端,測試工程師們現在都可以利用它們來(lái)協(xié)調生產(chǎn)進(jìn)程。已經(jīng)有一些標準協(xié)議和產(chǎn)品如超文本傳輸協(xié)議(http)等提供了基本構架。很多開(kāi)發(fā)環(huán)境也允許開(kāi)發(fā)無(wú)縫的分布式應用程序。然而,雖然像Microsoft Visual Basic這類(lèi)開(kāi)發(fā)環(huán)境提供了網(wǎng)絡(luò )應用程序的開(kāi)發(fā)功能,但它們缺乏測試方面所需的一些特殊要求.惠普公司開(kāi)發(fā)的可視化工程環(huán)境(簡(jiǎn)稱(chēng)HP VEE)和美國國家儀器公司開(kāi)發(fā)的LabView等一些圖形化的編程環(huán)境可用來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。利用這些工具,測試工程師在構筑測試解決方案時(shí)只需知道域名或IP地址。再通過(guò)Netware或其它的互聯(lián)網(wǎng)瀏覽器連接遠程端點(diǎn),簡(jiǎn)化用于兩地通訊所需的軟件設計工作量。
二、圖形化編程
傳統的程序設計語(yǔ)言需要知道關(guān)鍵字并遵循復雜的語(yǔ)法規則才能產(chǎn)生出成百上千行代碼——這些代碼很容易出現語(yǔ)法問(wèn)題以及邏輯錯誤。相比之下,圖形編程工具有效地利用了當今圖形用戶(hù)接口的點(diǎn)擊特性。編寫(xiě)程序只包含以下的一些簡(jiǎn)單步驟： 用鼠標選擇儀器函數作為對象 描述測試步驟和對象之間的關(guān)系 建立初始條件運行結束后,環(huán)境會(huì )自動(dòng)以圖形方式顯示測量結果。而用傳統的編程方法實(shí)現一些特定的工作如創(chuàng )建圖形顯示方式、支持鼠標和鍵盤(pán)控制、選擇輸入輸出顯示特性、增加程序的保密性等,可能需要幾天的時(shí)間。
這種更加直觀(guān)的方法可以降低80%以上的編程時(shí)間,更重要的是測試工程師認為圖形技術(shù)更加方便有趣,從而鼓勵他們在更多的場(chǎng)合應用這些工具。另外,此軟件還支持眾多廠(chǎng)家生產(chǎn)的儀器驅動(dòng)器,包括遵循VXI即插即用標準的所有儀器模塊。它還用直接I/O方式控制如下類(lèi)型的儀器: GPIB RS-232 VXI 基于局域網(wǎng) GPIO利用HP VEE、PC和工作站還可直接控制VXI的背板總線(xiàn)。
三、對用戶(hù)的透明度
遠程分布式結構體系之所以得到廣泛認可的原因應歸功于它大大降低了用戶(hù)和他訪(fǎng)問(wèn)的信息以及信息本身之間存在的臣離所引起的問(wèn)題。簡(jiǎn)單地說(shuō),不管測試儀器在同一個(gè)房間.在其它建筑物內,在另一個(gè)州或在地球的另一端.軟件的操作方式都是一樣的。
假設分布在全球各地的地面監測站需要控制位于一個(gè)衛星上的儀器。操作者必須知道衛星運動(dòng)的方式以及需要實(shí)時(shí)監測的功能。因此,每個(gè)操作者必須知道監測鏈上前一位操作者所做的工作。
惠普公司通過(guò)利用VXI技術(shù)設計了一種靈活的解決方案，它使操作者之間、操作者和衛星之間密切配合,代替了以往那種操作權轉移方式。這種技術(shù)還可以應用在一些危險環(huán)境中進(jìn)行的測量過(guò)程，比如煉鋼廠(chǎng)或其它充滿(mǎn)高溫或腐蝕性空氣的環(huán)境,不適合工作人員在同一所房間內監測和控制儀器。另外一個(gè)應用是從一個(gè)大的測試單元檢查測試參數.比如一架天線(xiàn)或飛機的翅膀.這些都需要在不同地點(diǎn)設置多個(gè)VXI機箱來(lái)執行所需的測試，而網(wǎng)絡(luò )技術(shù)則允許在一個(gè)中心控制點(diǎn)來(lái)處理所有儀器。還有一個(gè)就是儀器共享問(wèn)題。假設一個(gè)工作組中有若干個(gè)科學(xué)家.他們都需要用到位于指定地點(diǎn)的一個(gè)價(jià)格昂貴的儀器集。VXI技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結合使得他們可以在各自的實(shí)驗室使用這些儀器。
我們可以想象這樣一個(gè)過(guò)程:生產(chǎn)者將生產(chǎn)線(xiàn)上所有的測試點(diǎn)連接到指定服務(wù)器上,這臺服務(wù)器上有一個(gè)Oracle數據庫和所有結點(diǎn)需要的測試程序。這樣,生產(chǎn)線(xiàn)上的操作者在掃描粘貼在傳送帶設備單元上的條形碼并傳送給服務(wù)器后,由它來(lái)選擇合適的測試方案并通知相應的測試設備,并決定所要測量的部件和參數。操作者只需將設備單元安裝到固定的機架上，按下按鈕即可，測試結果會(huì )自動(dòng)返回給服務(wù)器。
四、遠程診斷
測試工程師可以利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)排除遠在12000英里以外的設備故障，從而提高設備的利用率，并降低維修費用。例如,我們在服務(wù)器上設置了設備診斷、校準和自檢專(zhuān)家庫,為位于吉隆坡的測試點(diǎn)分配一個(gè)IP地址,這樣,遠在美國圣大菲的測試工程師就可以通過(guò)測試點(diǎn)提供的信息來(lái)運行設備的診斷和校準程序，當然,所有這些都需要通過(guò)專(zhuān)用軟件才能進(jìn)行。
在不遠的將來(lái)，服務(wù)器將支持在一個(gè)測試點(diǎn)上運行多種傳輸協(xié)議。通過(guò)膝上型電腦,測試人員可以瀏覽各個(gè)測試點(diǎn)信息，并在相應測試設備上運行診斷系統。“熱鏈接”(超級鏈接)技術(shù)允許訪(fǎng)問(wèn)駐留在第三方系統上的校正系統,測試點(diǎn)可直接下載而不需測試人員身臨其境。擴展儀器功能
假設我們擁有一個(gè)Web頁(yè),一個(gè)擁有自己的http服務(wù)器和html頁(yè)的儀器,將儀器的IP地址通過(guò)“熱鏈接”技術(shù)同Web頁(yè)連接起來(lái)。用鼠標點(diǎn)擊熱點(diǎn)“校準”就可以訪(fǎng)問(wèn)到校準Web頁(yè),它包含儀器的標準規范和校準程序。如果需要尋求儀器生產(chǎn)廠(chǎng)家的支持,第三方的超級鏈接可直接連接到提供此項服務(wù)的主頁(yè)上。它可以自動(dòng)將我們使用的軟件或硬件升級到最新版本。
如果儀器在其內部有一個(gè)http服務(wù)器和Web頁(yè),那么就很容易得到廠(chǎng)家的技術(shù)支持,用戶(hù)的操作也相應被簡(jiǎn)化。儀器的Web頁(yè)應包含其基本的使用說(shuō)明文檔，同時(shí)為了幫助那些身體殘疾的客戶(hù),這種在線(xiàn)幫助系統甚至還可以使用視頻或音頻校準功能。當然，它還應支持硬拷貝和打印功能。在這種結構中,儀器就不需要連接到GPIB總線(xiàn)或VXI機架上,而只需象協(xié)調其動(dòng)作的PC一樣，連接到局域網(wǎng)上即可。
五、創(chuàng )建一個(gè)解決方案
回過(guò)頭我們再看一下上面提到的有關(guān)衛星的那個(gè)例子�；萜展咀畛醯慕鉀Q方案是利用疊架式儀器。它采用一個(gè)支持VXI組織TCP/INST協(xié)議的局域網(wǎng)/GPIB總線(xiàn)轉換器,即HP E2050來(lái)實(shí)現以上測試過(guò)程，這種系統通過(guò)HP E2050連接到局城網(wǎng)上，然后用GPIB母線(xiàn)和儀器連成一體。再把分布在世界各地的、駐留有測試儀器控制程序的測試點(diǎn)工作站組建一個(gè)測試廣域網(wǎng),實(shí)現遠程分布式測試。
基于VXI的解決方案是把HP E2050轉換器連接到0槽控制器上,或把內嵌式控制器配置為一個(gè)支持TCP/INST協(xié)議的服務(wù)器,這樣控制器通過(guò)端口就可以和局域網(wǎng)連接起來(lái)。TCP/INST協(xié)議是HP實(shí)驗室的研究員在標準RPC機制的基礎上開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種局域網(wǎng)傳輸協(xié)議。隨后,VXI組織將其接納并作為分布式VISA的基礎。采用此協(xié)議的HP VISA可通過(guò)HP E2050訪(fǎng)問(wèn)儀器或運行在服務(wù)器上并具有VXI、串口、GPIO接口的控制器,而所有這些只需知道HP E2050或控制器所屬的域名或IP地址。
六、需要解決的問(wèn)題
雖然組建分布式測試體系的可能性已經(jīng)存在,特別是一些計算機技術(shù)的出現為其注入了新的活力,然而它還達不到我們理想中的完美程度。這主要是因為互聯(lián)網(wǎng)上數據的傳輸率低且不受控制,其結果是從遠地通過(guò)不同路徑在電話(huà)線(xiàn)上傳輸的數據包不會(huì )按照正確的順序到達指定地點(diǎn)。這個(gè)瓶頸通常來(lái)自一些特殊的局域網(wǎng),尤其是小公司組建的局域網(wǎng)。另外,在數據包橫跨美國大陸時(shí),一些不可靠的傳輸協(xié)議會(huì )導致70%左右的內容丟失,其結果使數據的傳輸變得更加緩慢。另外,工業(yè)標準變動(dòng)過(guò)快也是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。
這些因素都影響到了分布式測試程序的正常運行。因為在一個(gè)分布式解決方案中包含計算機間的通訊進(jìn)程,所以應用程序內存駐留數據在網(wǎng)上傳輸和在另一個(gè)計算機進(jìn)程的內存中等待所需要的時(shí)間都會(huì )影響到測試結果。傳輸率不僅和機器本身的速度有關(guān),也和局域網(wǎng)上所運行的協(xié)議有關(guān)。例如,理論上，以太網(wǎng)的傳輸速率可達到10Mbps,但如果考慮到以上這些因素,實(shí)際上它只能達到1Mbps甚至更低,遠遠低于一些數據采集方案的要求。
在一些數傳速率要求不高的場(chǎng)合,可以考慮采用無(wú)錢(qián)解決方案,使遠程地點(diǎn)不再需要傳統的電話(huà)線(xiàn)才能通訊,從而降低費用。它只需要以下這些設備，如一臺PC、所需的儀器系統、移動(dòng)電話(huà)調制解調器和太陽(yáng)能電池板就可以組建一個(gè)完整的、自包容的且價(jià)格低廉的監測站，使分布式測量得到廣泛應用。
七、智能化體系
目前的分布式系統——包括遠程主機和遠程進(jìn)程仍然采用一種主從式結構,它極大地限制了軟件對另一端的控制能力。對于測試過(guò)程和測試參數的監測,必須在智能化前端機進(jìn)行的系統,這種結構由于互聯(lián)網(wǎng)的低數傳速率和不可控制等因素的存在，使其無(wú)法得到應用。
增加前端機測試軟件的功能，減少測試儀器到服務(wù)器的數據傳輸量也許可以解決這個(gè)問(wèn)題。這種方案要求儀器在不需要遠程服務(wù)器干涉的情況下,本身就具有獨立采集數據和分析數據的能力。比如，每臺儀器擁有一個(gè)JAVA虛擬機，可以通過(guò)當前的Web協(xié)議下載JAVA進(jìn)程。
八、結論
很明顯，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展將引起測試技術(shù)的重大變革,當儀器和測試系統都普遍擁有Web接口的時(shí)候,熟悉Web瀏覽功能的工程師組建測試系統將變得更加靈活。同時(shí)，依靠現有的軟硬件技術(shù),將儀器同www上的計算機連接起來(lái)也是未來(lái)測試技術(shù)發(fā)展的一大方向。
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