基于TCP/IP协议的网络通信服务器设计与实现

吕焦盛

摘要：随着工业自动化的到来，通过网络平台远程控制工业设备已成为现代社会的重要标志.针对传统的网络通信服务器工作效率不高，多设备之间的协同性不能很好地取得一致性，用户无法实时地对不同区域进行有效监控的问题，提出一种基于TCP/IP协议的网络通信服務器设计与实现方法.首先，构建网络通信服务器模型，分析不同通信服务器架构，选用基于C/S架构作为操控对象满足实际需求与硬件平台的协调性，服务器软件架构则采用TCP/IP协议实现网络通信，最后对数据库需求进行梳理分析采用Oracle数据库，以满足虚拟与现实之间的对应关系，从而提高网络通信服务器工作效率以及稳定性，实现对不同设备之间的实时有效监控.仿真结果表明，该方法可以提升通信服务质量，增强系统的稳定性和传输效率，具有一定的实用性.

关键词：TCP/IP协议;远程控制;通信服务器;数据库

中图分类号：TP311  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2019）09-0050-03

随着通信技术和自动化技术的快速发展，传统的依赖人工对多个设备之间进行协调统一，进而对不同区域进行实时监控的方法，已经无法满足工业自动化对有效性和灵活性的需求，而现有的通信服务器则受制于硬件平台和软件算法的制约，不能根据不同的工作环境进行调节且运行速度无法满足工业自动化的要求，不能很好地体现自动化以及通信技术的优势[1].网络通信服务器作为数据实时异地高速传输的重要媒介，可以极大提高用户对于通信服务的需求和满意度，确保通信传输的质量，在节约人力资源的同时确保多设备之间的实时有效协调工作[2].

1 网络通信服务器

在大型网络应用系统中，多个不同区域的子系统构成了总系统，以往的管理方法则是通过对每个子系统进行维护进而实现整体系统的管理，极大的浪费了人力资源，同时系统的协调性不能很好的满足要求[3].网络通信服务器可以解决多台电脑之间的通信问题，为数据的不同区域长距离传输提供了解决方案，作为一个独立的系统存在，依赖于软硬件的架构设计.网络通信服务器作为网络连接的桥梁，以不同的标准可以进行不同的划分，以通信的对象为标准可以划分为：针对数据传递的PC服务器，价格低廉、开发简单但运算速度低，覆盖范围小;针对控制对象和软件进行优化的RISC/UNIX服务器，具有较强的针对性和开放性，用户可以根据自己的需求进行二次设计和开发但安全性差，容易受到黑客攻击丢失数据;对多个对象进行同步集中监控的主机服务器，具有较强的安全性和稳定性，但价格较高不易维护[4].

网络通信服务器的主要功能为：作为“远程控制软件”载体的数据访问功能;为了达到主机与子系统之间数据格式转换、通信协议的网关功能;便于不同区域系统进行数据交换的调制解调功能;系统进行数据传输和接收的电子函件功能;在局域网之间进行数据的自动传输与分组的路由器和桥接器功能[5].串口通信服务器体系结构如图1所示.

2 网络通信系统及信道模型

网络通信服务器数据的传输离不开通信信道，由于大型网络通信系统稳定性受多方面影响，误码率较高，同时数据在进行传输时，受传输规则的限制当数据量增大时，已有信道不能满足数据的传输就会造成通信信道紊乱，进而导致数据传输延迟，给网络通信服务器带来压力，因此需要对网络通信信道进行质量优化，即对信道进行抗干扰措施和信道均衡[6].

为了提高网络通信系统的通信服务质量，增强系统的稳定性和传输效率，首先构建网络通信模型，假设h（t）为网络通信系统在t时刻的平稳函数，i（t）为第i个信源的偏移相位，T为系统周期，a为系统信源，？啄为阶跃函数，则：

如果在去除延迟偏量的基础上对信源相位进行重加权计算，那么网络通信系统在t时刻的平稳函数h（t）可以表示为：

根据网络通信系统的多普勒效应，如果数据到达接收端时延迟了TS的整数倍，那么平稳函数h（t）为：

式（3）中，Nm表示信源个数，路径偏移相位为 ？子i（t）.

最终得到网络通信系统信号接收模型xm（t），继而依据信号接收模型实现信道均衡和干扰抑制.

式（4）中，Si（t）为第i个信源在多径信道分量中的复包络，nm（t）为信道噪声，？渍m为包络偏移.网络通信系统信道模型如图2所示：

3 网络通信服务器设计

3.1 网络通信服务器的设计思想

协议的存在，可以使不同网络通信服务器之间进行数据传输和交换[7].为了提高网络通信的可靠性，网络系统中所有主机必须使用统一的网络协议，常用的网络协议有TCP/IP协议、IPX/SPX协议和NETBEUI协议[8].NETBEUI协议缺乏路由和网络层寻址功能，只适用于单个网络环境;IPX/SPX协议可扩展性受到限制，因此大规模的IPX网络管理实现比较困难;TCP/IP协议可以与Internet连接，Internet具有强大的网络功能以及普遍性，因此TCP/IP协议具有很好的可靠性和可扩展性，本设计采用TCP/IP协议作为网络通信服务器设计基础[9].

TCP/IP协议作为OSI七层模型中的第三次（网络层）和第四层（传输层），具体如图3所示.TCP在网络通信搭建虚拟通道，构建双向信息数据的处理，使数据能够安全、准确的在通信双方之间进行传输;IP则是作为协议层对传输的数据进行验证，校验通信双方是否满足通信协议，如果满足则将其放在网络层[10].

3.2 网络通信服务器总体架构设计

网络通信服务器总体架构的设计应满足系统稳定性、传输实时性、数据安全性和系统扩展性的需要.服务器总体架构主要由两部分组成硬件部分和软件部分，其中硬件架构主要由五部分构成分别为：PC客户端、路由器、互联网服务器、网络通信服务器和用户设备.在设计时需要具体问题具体分析，根据不同的实际需要对硬件架构的五部分进行分析、细化，以便为软件部分搭建一个完善的服务体系[11].硬件部分具体参数为：高性能计算机，内存为16GB以上、CPU为i5酷睿处理器、主频为4.0GHz、硬盘为1TB固态硬盘且划分为4个区域用于数据备份、安装系统以及状态记录，图形处理器为NVIDIA TITAN-XGPU.

软件架构设计如图4所示，包括互联网服务器、通信服务器以及终端处理工具.软件架构设计实现的功能主要包括：配置数据库;IE用户与网络设备之间的连接管理;对数据状态进行实时监控，显示上下行數据为系统的远程操作做技术支撑;显示用户操作记录以及匹配系统时间.C/S架构包括服务器和客户端，特点是层数少实时性好、响应速度快，可以实现数据的交互和回传，同时界面可视化具有较好的稳定性.

3.3 网络通信服务器数据库设计

为了满足不同数据的操作，使得数据能够合理、有效的存储，继而在特定条件下建立的数据之间的关系，称为数据库[12].数据库的设计，首先需要对用户的需求进行分析、细化，在确定了TCP/IP协议、通信服务器总体架构基础上进行数据库的选择，网络通信服务器数据库的逻辑结构应能够反映用户的实际需要，满足实际与虚拟之间的对应关系，同时保证数据的准确性和真实性，数据库的设计关系到程序是否冗余以及系统是否流畅.Oracle数据库简捷有效、没有冗余信息，可以避免数据偏差确保数据一致性，因此本设计采用Oracle数据库.

4 网络通信服务器功能实现与仿真

网络通信服务器性能的优劣主要通过系统的稳定性、时效性和安全性进行判定.通过对现场设备和WEB服务器进行调试，设立通行证密码机制利用手机锁功能进行加密保护进而保护数据的安全性;同时为了避免数据的中断和丢失，进行多次测试采用异常处理机制对数据进行保护;而为了提高时效性则通过提高系统响应时间来缩短信息在服务器的滞留时间.最后，通过对现场设备和WEB服务器进行调试得出基于TCP/IP协议的网络通信服务器，可以大大提高系统的稳定性，并且在安全性和时效性上也具有一定的优势.

5 结束语

随着信息技术的发展以及自动化水平的提高，网络通信服务能力的提升对国民经济的发展起着极为重要的作用.基于TCP/IP协议的网络通信服务器具有明显的系统化和完整化，可以很好地解决传统通信服务器受制于硬件平台和软件算法的制约，不能很好的体现自动化优势的现象.文章首先分析了网络通信服务器的现状，在此基础上进行了通信系统模型的讨论，继而进行通信服务器总体架构的设计确定硬件以及软件架构体系，最后对服务器数据库的设计进行选择，形成了一个完整的系统，具有较高的应用价值.

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参考文献：

〔1〕戴宁.基于TCP/IP协议的网络通信服务器设计[D].西安：西安电子科技大学，2014.

〔2〕林锐，白云.一种用于协同工作的网络通讯服务器及其API设计[J].计算机应用研究，2000，17（4）：83-85.

〔3〕潘绍明，罗功坤，何为民.嵌入式网络通信服务器设计与实现[J].电子测量技术，2008，31（4）：104-106.

〔4〕王文武，赵卫东，王志成，等.高性能服务器底层网络通信模块的设计方法[J].计算机工程，2009，35（3）：103-105.

〔5〕王瑞彪，李凤岐，施玉勋，等.基于IOCP机制的网络游戏服务器通信层的实现[J].计算机工程与应用，2009，45（7）：75-78.

〔6〕黄悦.VxWorks下基于客户机/服务器模式的网络通信设计[J].现代电子技术，2007，30（14）：143-146.

〔7〕靳辉，江务学，郑羽，等.基于并发服务器的网络通信的设计和实现[J].电脑开发与应用，2005，18（2）：39-41.

〔8〕杨旸，施炜，席裕庚.基于Winsock的客户/服务器应用的网络通信支持[J].计算机工程，1998，24（1）：60-62.

〔8〕刘芳.基于大数据特征选择的深度学习算法[J].赤峰学院学报（自然科学版），2019（5）：46-48.

〔9〕孙洁，刘晓悦.网络监控系统中服务器与单片机实时通信的设计与实现[J].电气自动化，2007，29（5）：43-44.

〔10〕高建国，戴海鸿.嵌入式通信服务器E1网络驱动程序设计与实现[J].南京邮电大学学报（自然科学版），2009，29（6）：91-95.

〔11〕陈春丽，叶顺流.网络与通信技术OPCUA服务器设备集成关键技术研究与开发[J].科技创新导报，2013（7）：48-51.

〔12〕刘潇婷，毕春娜.网络通信服务器对目标对象快速搜索方法的比较[J].科技资讯，2007（22）：88-88.