基于互联网技术的分布式称重系统-中国衡器协会.PDF

基于互联网技术的分布式称重系统 梅特勒-托利多（常州）称重设备系统有限公司 戴 峰 【摘 要】 本文介绍了一种基于互联网智能分布式称重系统（DWS ，Distributed Weighing System ） 的概念和设计过程。该系统允许分布于千里之外的多个称重设备进行可靠的组网工作，而且支持自 动故障报警和远程诊断和故障排除。该系统具备实施成本低、通讯实时、可靠性高等特点，在工业 过程、商业零售、高速公路车辆检重等领域有着广泛的应用。 【关键词】 称重系统 互联网 点对点 Key Words: Weighing System ，Internet，Peer to Peer 一、背景 进入二十一世纪以来，随着技术的发展，除了贸易结算以外，传统的称重产品被应用到许多新 的领域，如：配料、包装、检重、公路收费计重、商业零售管理等等。另外，即便是传统的贸易结 算称重应用，比如电子汽车衡，也出现了车辆自动识别、自动配车、无人值守等新的应用要求。这 些应用要求对于称重系统提出了新的技术挑战。 应用于高速公路收费计重的轴重衡、应用于小型零售连锁业的收银秤以及应用于大型钢铁企业 进料、出库的汽车衡，虽然应用各异，但有着许多近似的技术要求：1）称重点和管理中心距离较 远，信息需要实时传给管理中心作远程监控 2 ）现场条件恶劣或是场地狭小，设备需要轻便，因此 不可能配备计算机作为数据采集终端 3 ）称重设备的故障会导致现场无法继续工作，为了缩短维护 时间，设备需要具备重要部件的自诊断功能，定时向管理中心上传关键部件状态信息。 以上的技术要求都要求我们的设备具备网络通讯功能（可以是RS-485 ，CAN，或是以太网）， 通过网络实现数据的远程交互。对于应用而言，高速公路的称重收费点往往极为分散，距离都在数 十公里以上，构建专用网络将耗资巨大。小型的零售连锁业也是如此，单店的设备主要就是称重收 银系统，要求能够直接通过低成本网络实现门店与门店之间以及门店与总部之间的信息实时交互。 分析已有的公用网络，我们可以发现两类传输媒介可被直接利用- 电话网和互联网。通过Modem 用 电话线传输数据速率较低（＜56kbps ），而且多个设备不能分享一根电话线。那剩下的唯一途径就 是通过互联网通讯了。 二、网络拓扑 根据以上分析，我们设计了一个基于互联网技术的分布式称重系统，系统拓扑结构如下： 从拓扑可以看到：管理中心的计算机直接挂接在 Internet 上，现场的称重仪表也通过 HUB 经由 ADSL modem 接入 Internet 。两者之间如果需要实现TCP/IP 通讯，就必须建立一套 P2P 系统。 P2P 定义：P2P 是 Peer to Peer 的缩写，意即点对点。这个点可以理解为电脑或者其它设备，不 经过服务器转发，直接经由 Internet 实现点对点的数据包传递。 P2P 减少了服务器负担，降低了运营成本，有一点需要指出的是，P2P 通讯初始化阶段是需要 服务器协助的。根据 TCP/IP 的传输规则－任何两个设备如果需要互联，必须双方掌握对方的IP 地 址，并且这两个 IP 地址在同一个网段内。由于 Internet 登录时 IP 地址分配的不确定性（通常只有 专业网站才拥有固定 IP ，其费用极高），因此必须通过 P2P 连接服务器。此外，称重系统内部是嵌 入式系统而非计算机，必须在嵌入式系统中实现相关 TCP/IP 协议和地址解析才能实现称重系统直 接接入 Internet 。 三、P2P 的基本通讯原理 要允许局域网内的设备通过访问 Internet 实现点对点通讯，就必须借助于各类网络标准协议。 NAT （Network Address Translators ）协议，网络地址转换：网络地址转换是在IP 地址日益缺乏 的情况下产生的，它的主要目的就是为了能够地址重用。NAT 分为两大类，基本的 NAT 和 NAPT （Network Address/Port Translator ）。基本的NAT 实现的功能很简单，在子网内使用一个保留的 IP 子网段，这些 IP 对外是不可见的。子网内只有少数一些 IP 地址可以对应到真正全球唯一的 IP 地址。 如果这些节点需要访问外部网络，那么基本 NAT 就负责将这个节点的子网内 IP 转化为一个全球唯 一的 IP 然后发送出去。对于子网内需要接入 Internet 的多个设备，需要准备多