張鵬

摘 要： 模擬訓(xùn)練平臺(tái)是用模擬訓(xùn)練設(shè)備代替實(shí)際設(shè)備，實(shí)現(xiàn)演示教學(xué)和操作訓(xùn)練，使學(xué)生學(xué)會(huì)設(shè)備的物理連接、參數(shù)配置、連通檢測(cè)等操作，形成系統(tǒng)綜合運(yùn)用能力的系統(tǒng)。本文從模擬訓(xùn)練平臺(tái)的設(shè)計(jì)思路、數(shù)據(jù)控制設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)模擬通道設(shè)計(jì)三個(gè)方面，闡述了模擬訓(xùn)練平臺(tái)數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，為下一步項(xiàng)目研制打下理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞： 訓(xùn)練平臺(tái)；數(shù)據(jù)交互；數(shù)據(jù)模擬通道

模擬訓(xùn)練平臺(tái)是以硬件模擬與軟件控制相結(jié)合的方式對(duì)實(shí)際設(shè)備進(jìn)行模擬，通過(guò)研究構(gòu)建通用的數(shù)據(jù)交換和訓(xùn)練管理系統(tǒng)，集模擬操作、效果分析、考核評(píng)估及故障排除于一體，適用于不同種類(lèi)、型號(hào)設(shè)備的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)。訓(xùn)練平臺(tái)包括軟硬兩個(gè)分系統(tǒng)，涉及大量的數(shù)據(jù)交互，因此，對(duì)數(shù)據(jù)的控制是非常重要的。下面從三個(gè)方面，探討模擬訓(xùn)練平臺(tái)數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。

一、模擬訓(xùn)練平臺(tái)設(shè)計(jì)思路

根據(jù)實(shí)際設(shè)備的功能和操作特點(diǎn)，運(yùn)用單片機(jī)編程的方式進(jìn)行操作流程模擬，在模擬訓(xùn)練設(shè)備中安裝AVR單片機(jī)控制模塊，通過(guò)單片機(jī)現(xiàn)有的外部通信接口同管理主機(jī)連接，在管理主機(jī)中運(yùn)行訓(xùn)練管理軟件，管理主機(jī)與單片機(jī)系統(tǒng)相結(jié)合控制，使模擬設(shè)備的設(shè)置操作和線纜連接等操作與實(shí)際使用一致，實(shí)現(xiàn)單臺(tái)設(shè)備操作功能的模擬。采用TCP/IP技術(shù)組網(wǎng)，將各模擬訓(xùn)練設(shè)備、管理主機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)組建成內(nèi)部局域網(wǎng)絡(luò)，采用自主研制的GCP通信協(xié)議，進(jìn)行模擬訓(xùn)練設(shè)備操作信息的采集和管理控制信息的傳輸，從而實(shí)現(xiàn)模擬設(shè)備組網(wǎng)訓(xùn)練功能。采用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和單片機(jī)控制管理技術(shù)，構(gòu)建設(shè)備模擬訓(xùn)練系統(tǒng)通用基礎(chǔ)平臺(tái)，設(shè)計(jì)訓(xùn)練管理程序?qū)δM訓(xùn)練設(shè)備上的操作進(jìn)行評(píng)判，根據(jù)評(píng)判結(jié)果控制各模擬訓(xùn)練設(shè)備間的通斷情況，實(shí)現(xiàn)軟硬件數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)通信訓(xùn)練管理等功能。

二、模擬訓(xùn)練平臺(tái)數(shù)據(jù)交互設(shè)計(jì)

（一）平臺(tái)數(shù)據(jù)交互接口設(shè)計(jì)

在模擬訓(xùn)練設(shè)備同管理主機(jī)之間的數(shù)據(jù)交互接口采用以太網(wǎng)通信模塊，提高傳輸速率，易于系統(tǒng)管理與擴(kuò)展。模擬控制單片機(jī)系統(tǒng)通過(guò)其自帶的SPI接口連接到ENC28J60以太網(wǎng)控制器中，通過(guò)該控制器實(shí)現(xiàn)模擬控制單片機(jī)系統(tǒng)同管理主機(jī)間的以太網(wǎng)連接，可以很好的解決系統(tǒng)各部分間控制數(shù)據(jù)的傳輸速率問(wèn)題，傳輸速率可以達(dá)到2Mbps，延長(zhǎng)模擬訓(xùn)練設(shè)備控制信號(hào)的傳輸距離，提高訓(xùn)練設(shè)備同管理主機(jī)之間數(shù)據(jù)交互的帶寬；同時(shí)大大的增加了系統(tǒng)的容量，理論上可以容納的節(jié)點(diǎn)數(shù)目為一個(gè)完整的IP地址空間，根據(jù)教學(xué)訓(xùn)練的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)最多可以同時(shí)連接200臺(tái)模擬訓(xùn)練設(shè)備。

（二）數(shù)據(jù)傳輸控制方式設(shè)計(jì)

模擬訓(xùn)練平臺(tái)的信息傳輸需要流經(jīng)的設(shè)備數(shù)目多、型號(hào)復(fù)雜，在訓(xùn)練過(guò)程中，管理主機(jī)需要與各種模擬訓(xùn)練設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、傳輸，對(duì)模擬訓(xùn)練過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視、控制和管理，因此數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性、可靠性要求較高。雖然使用以太網(wǎng)接口數(shù)據(jù)傳輸速度快，解決了傳輸速率的問(wèn)題，但由于管理主機(jī)需要同時(shí)判斷多臺(tái)模擬訓(xùn)練設(shè)備的操作動(dòng)作，才能對(duì)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)信息傳輸進(jìn)行正確控制，多個(gè)模擬訓(xùn)練設(shè)備同時(shí)訪問(wèn)管理主機(jī)，需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量比較大，設(shè)備間的訪問(wèn)沖突勢(shì)必會(huì)造成丟包現(xiàn)象的產(chǎn)生。

針對(duì)這種問(wèn)題，如果仍然采用TCP協(xié)議面向連接的數(shù)據(jù)傳輸控制方式，雖然可以保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕枪芾碇鳈C(jī)與每一個(gè)模擬訓(xùn)練設(shè)備的每次數(shù)據(jù)傳輸都需要都建立和拆除專門(mén)的鏈路，各模擬訓(xùn)練設(shè)備單片機(jī)硬件編程非常繁瑣，對(duì)研制人員的技術(shù)要求更高，而且系統(tǒng)延時(shí)比較大，隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)目增多，通信效率將明顯下降，極可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法容忍尋找等待，從而導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法工作，很難適應(yīng)教學(xué)訓(xùn)練實(shí)際需求。

通過(guò)試驗(yàn)和綜合比較分析，項(xiàng)目組決定模擬訓(xùn)練系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸控制采用面向無(wú)連接的UDP協(xié)議。為了避免數(shù)據(jù)包丟失，在通信管理方面采用時(shí)間片輪詢技術(shù)。在管理主機(jī)給每個(gè)需要訪問(wèn)的模擬訓(xùn)練設(shè)備分配一個(gè)固定時(shí)間片，例5ms，由管理主機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一控制，各個(gè)模擬訓(xùn)練設(shè)備只有在自己所屬的時(shí)間片里才能發(fā)送數(shù)據(jù)，通過(guò)此方法解決多點(diǎn)接入而引起的訪問(wèn)沖突問(wèn)題。由于時(shí)間片的間隔非常小，操作人員基本感覺(jué)不到模擬訓(xùn)練設(shè)備的延時(shí)反應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)模擬訓(xùn)練的軟硬件同步響應(yīng)。

本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是：模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率高，保障模擬訓(xùn)練設(shè)備操作的實(shí)時(shí)性；數(shù)據(jù)傳輸可靠性高，多點(diǎn)接入的訪問(wèn)沖突得到有效控制，在功能實(shí)現(xiàn)上和后續(xù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)兼容性上比較合理可行。

存在的難度主要是：在管理主機(jī)上需要專門(mén)設(shè)置數(shù)據(jù)采集與交換模塊，對(duì)模擬訓(xùn)練設(shè)備與管理主機(jī)的數(shù)據(jù)交互進(jìn)行通信管理。但這個(gè)技術(shù)難題本項(xiàng)目組成員可以嘗試研究解決。

三、數(shù)據(jù)模擬通道設(shè)計(jì)

（一）數(shù)據(jù)模擬通道硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

實(shí)際設(shè)備可以為終端和服務(wù)器提供數(shù)據(jù)傳送通道，本項(xiàng)目考慮通過(guò)IP技術(shù)模擬該數(shù)據(jù)傳輸通道，采用基于TELNET服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)交換控制技術(shù)，自主研制“數(shù)據(jù)交換控制”模塊，通過(guò)TCP協(xié)議中TELNET服務(wù)，向連接各級(jí)終端的交換機(jī)端口發(fā)送斷開(kāi)和連接的指令，控制交換機(jī)端口斷開(kāi)和連接，從而實(shí)現(xiàn)為終端和服務(wù)器提供數(shù)據(jù)傳送通道。

（二）數(shù)據(jù)模擬通道控制設(shè)計(jì)

在模擬訓(xùn)練設(shè)備上進(jìn)行數(shù)據(jù)通信參數(shù)設(shè)置，發(fā)送開(kāi)始建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)通道請(qǐng)求。訓(xùn)練管理主機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)對(duì)模擬訓(xùn)練設(shè)備上的操作信號(hào)進(jìn)行采集、監(jiān)控和評(píng)判，如果進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的雙方（組網(wǎng)時(shí)可以使多方）操作都正確，管理主機(jī)通過(guò)TELNET程序登陸到交換機(jī)的IOS上，將對(duì)應(yīng)終端所在的交換機(jī)上接入端口打開(kāi)，從而建立各數(shù)據(jù)終端間的模擬數(shù)據(jù)通道。在數(shù)據(jù)通信過(guò)程中，如有任何一方的操作改變了或錯(cuò)誤配置了參數(shù)，訓(xùn)練管理主機(jī)將監(jiān)控到該操作信號(hào)并判斷，如在實(shí)際設(shè)備中該參數(shù)設(shè)置更改會(huì)引起數(shù)據(jù)通信的中斷，訓(xùn)練管理主機(jī)將通過(guò)TELNET程序向交換機(jī)的IOS發(fā)出關(guān)閉相應(yīng)終端所在接入端口的指令，從而斷開(kāi)各終端和服務(wù)器之間的模擬數(shù)據(jù)通道。endprint