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機器人遙操作網絡通信平臺的設計

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絡通信問題是遙操作的關鍵環節。針對機器人遙操作的通信問題，本文設計了一種在Windows XP環境下，運用Socket實現的基于TCP/IP協議的網絡通信平臺。　　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操作系統開發的網絡通信接口。后來Intel, Microsoft, Sun等網絡廠商將其移植到Windows中，形成了Windows Sockets規范，它定義了一套Windows環境下網絡編程的接口。利用Windows Socket開發的網絡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。流式套接字提供面向連接、可靠的數據傳輸服務，數據無差錯、無重復的發送，且按發送順序接受。流式套接字實際上是基于TCP協議實現的。數據報式套接字提供無連接服務。數據報以獨立包形式發送，不提供無錯保證，數據可能丟失或重復，并且接受順序混亂。數據報套接字實際上是基于UDP協議實現的。　　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聽，當檢測到有連接請求時，接受申請，并構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量的這種套接字，形成一個以服務器為中心的星型結構。　　1.2 TCP網絡通信平臺設計步驟　　基于Internet的機器人遙操作技術是現代網絡技術和機器人控制技術的結合，Internet使用網際分組交換協議TCP/IP作為通信規范，它包括 TCP, UDP和ICMP等協議。其中TCP協議是面向連接的協議，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通信整個過程可以分成三個階段:連接建立、數據傳輸和拆除連接。　　(1)連接建立階段：首先服務器中的監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，任務就是負責數據的收發。　　(3)拆除連接階段：在傳完數據之后，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協議，套接字使用流式套接字; 　　3)　建立客戶機CSocket，調用Connect()建立與服務器套接字的連接.服務器調用Listen()監聽請求連接情況，并在收到客戶端請求后調用Accept()接收客戶端連接. 　　4) 構造CSocketFile對象，并使用CSocket對象與之關聯. 　　5) 構造CArchive對象，用于接受和發送數據。使用CArchive對象來進行客戶端與服務器端之間的Socket通信　　6) 通信結束，關閉套接字，退出程序。　　2 TCP網絡通信平臺程序的實現　　本程序是為機器人遙操作的通信所搭建的一個網絡通信平臺，該平臺實現了本地服務器與遠程客戶機之間的數據網絡通信，系統結構圖如圖2所示。　　　　圖2 遙操作系統結構圖　　本文的程序設計是基于TCP/IP協議的，使用客戶機/服務器模式。本程序設計調試的網絡環境為采用Windows XP中的 TCP/IP協議配置的局域網，服務器的的IP地址是192.168.0.104，通信端口可任意設置，本文設為4231。

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機器人遙操作網絡通信平臺的設計