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基于网络的虚拟仪器测试论文
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引言
著名科学家门捷列夫说：
“没有测量，就没有科学”。
测量科学的先驱凯尔文又说，一个事物你如果能够测量它，并且能用数字来表达它，你对它就有了深刻的了解；但如果你不知道如何测量它，且不能用数字表达它，那么你的知识可能就是贫瘠的，是不令人满意的。
测量是知识的起点，也是你进入科学殿堂的开端。
1基于网络的虚拟仪器测试系统
1.1概述
随着计算机技术、通信技术与仪器技术的不断发展，使得虚拟仪器得到了进一步发展，虚拟仪器将计算机资源与仪器硬件、数字信号处理技术结合，把厂家定义仪器功能的方式转变为由用户自己定义仪器功能。
用户可根据测试的需要，自己设计所需要的仪器系统，利用一种或多种功能的通用模块，调用不同功能的软件模块，组成不同的仪器功能。
在虚拟仪器中，计算机成为仪器的一部分，使得计算机可以得到充分发挥。
除了仪器的输入、输出、数据处理分析、结果显示由计算机完成外，还可组成计算机网络。
一个大的复杂的测试系统往往系统的测量、输入、输出、结果分析分布在不同的地理位置，仅用一台计算机并不能胜任测试任务，需要由分布在不同地理位置的若干计算机共同完成整个测试任务。
计算机网络技术、总线技术的发展，乃至Internet网的发展拓展了虚拟仪器测试系统的应用范围。
利用网络技术将分散在不同地理位置不同功能的测试设备联系在一起，使昂贵的硬件设备、软件在网络内得以共享，减少了设备重复投资。
一台计算机采集的数据可以立即传输到另一台处理分析机上进行处理分析，分析后的结果可被执行机构、设计师查询使用，使数据采集、传输、处理分析成为一体，容易实现实时采集、实时监测。
重要的数据实行多机备份，提高了系统的可靠性。
对于有些危险的、环境恶劣的不适合人员操作的数据采集工作可实行远程采集，将采集的数据放在服务器中供用户使用。
1.2虚拟仪器网络测试系统设计
虚拟仪器网络测试系统的设计需从虚拟仪器和网络技术两方面考虑。
1.2.1虚拟仪器部分
分析测试系统的要求和系统的功能，根据系统功能的要求，在软件和硬件之间进行优化选择，从而确定仪器所必需的硬件模块，以便用最少的模块实现仪器的最佳功能。
根据应用情况与实际的条件选择基于计算机的虚拟仪器的仪器模块（VXI总线、PCI总线、PXI总线、GPIB仪器），包括示波器、信号调理电路、万用表、信号源等模块。
硬件确定以后，主要确定软件功能模块，哪些仪器功能由软件实现，将软件功能划分为相对独立的模块。
然后选择易于编写的图形化的软件平台。
VirsualC++6.0是一种面向对象的通用的功能强大的程序设计语言，提供集成性及可视化用户界面，采用面向对象的程序设计方法，它具有底层操作功能，也具有数据库开发功能，编程灵活，因此也是编程人员常选用的编程语言，我也用VC++编写了虚拟仪器平台，可以组建虚拟信号发生器、虚拟示波器、数据采集。
1.2.2网络结构设计
根据测试系统各部分所处的地理位置和覆盖的范围不同可构建局域网、城域网、广域网。
一个大的复杂的测试系统由各个子系统组成，每个子系统一般在一个单位的小范围内，因此可建立局域网，然后将每个局域网互联，形成企业测量系统。
由于Internet网的发展，一些公用的数据还可以通过Internet网将测量数据发布到网上供网上用户使用，可建立测量发布系统。
对于有些危险的、环境恶劣的不适合人员操作的数据采集工作可实行远程采集。
由于网络测试中每个测试点担任不同的测试任务，为了减少不必要的重复工作，通过网络实现资源共享，同时要减轻服务器与各节点的数据传输，提高网络系统性能，因此服务器和各个节点以及各节点之间协同工作显得尤为重要。
基于ClientServer模式的分布式计算、分布式处理系统是解决这个问题的最好选择。
基于CS模式，将系统功能分解到各个节点，各个节点有机配合，用户在自己的终端上就可以观察到从服务器中获取的数据和处理结果。
在CS中，分客户机（Client）程序和服务器（Sewer）程序。
客户机程序和服务器程序可以运行在一台计算机中，也可运行在两台或多台计算机中，Client程序与Server程序相互协同处理，一个测试系统由一个或承担不同任务的多个客户机与一个或多个服务器组成。
客户机是用户与系统的交互接口，提供一个用户界面，完成用户命令与数据的输入，显示服务器送回的结果。
服务器接受客户机提出的申请，完成所要求的操作并将结果传送给用户。
在一个测试系统中，根据任务不同，每个服务器和客户机承担的任务也不同，例如可划分为采集、数据处理分析、输出、监控。
一台计算机采集外部数据，将采集的数据存储并传输给另一台计算机，它就是服务器，另外它又需要得到远地计算机的数据，这时它又成为客户机。
CS模式是一种开放式系统的协同处理工作模式。
设计CS模式时应首先分析系统所要达到的指标和功能要求，在此基础上，把系统划分为各个相对独立的模块，分配到各个计算机上，每个计算机执行不同的功能，能在客户机上完成的独立任务就不要放在服务器上，以减低服务器的工作量。
第二，要保证数据在服务器和客户机、客户机间可靠的传输。
设计时需考虑网络的带宽要满足传输要求，并减少网络数据传输量。
AgilentIO库允许通过LAN进行仪器的控制操作。
使用标准的LAN接口，计算机可以不要特殊的仪器接口就可以实现对仪器的控制。
LAN软件使用计算机的CS模式，这种模式使得应用程序（客户）可以不用执行所有的工作，相反，客户机可以向另一台仪器（服务器）发出某种请求。
与可控仪器或器件相连的LAN服务器，一旦完成仪器或器件的请求，LAN服务器会反馈信息给客户机。
反馈的信息包括数据和状态等表明操作是否成功的信息。
例如网关在LAN软件（客户机支持）和器件支持的仪器接口之间扮演一个服务器的角色。
基本结构如图:
图1－1
LAN软件结构:
该结构中，包含了LAN客户软件和LAN软件（TCPIP）（用于访问服务器—gateway）。
网关包含了LAN服务器软件，LAN（TCPIP）软件以及用于和客户机通讯和控制仪器的仪器驱动软件。
图1－2
1.2.3软件设计
与硬件结构相对应，软件结构可分为网络测控系统控制主模块，是系统控制的中枢，连接和控制各子模块；虚拟信号源、虚拟万用表和虚拟示波器等模块，是控制相应台式仪器，使其完全能处于远程虚拟控制状态，给测控对象提供激励信号，并监视受控对象输出特性变化；虚拟VXI仪器和信号调理模块是控制SCXI和VXI硬件模块仪器进行模拟量数据采集与开关量对象控制，包括数据处理；图象采集模块，包括采集现场景物视频图象和有形对象的图象采集.与图象处理；网络通信模块承担不同总线模块与主模块之间的数据传输与通信，也是实现本测控系统与远程用户之间的控制与数据传送。
每个虚拟仪器模块内部都封装了对应仪器状态控制命令集、数据采集命令集、数据处理模型以及通信协议等处理子模块。
下面的第三章至第五章介绍的就是函数信号发生器、示波器以及万用表模块的设计和具体的编程。
下面让我们先来了解一下VC++6.0开
更多文章T.Dynamicroutingofbandwidthguaranteedtunnelswithrestoration[J].
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[4]李朝举.Internet核心网络的实现方法[J]2000（03）.
[5]敖志刚.《万兆以太网及其实用技术》[M]，北京：
电子工业出版社，2007.7.
[6]N.N.TechFestEthernetTechnicalSummary-EthernetMediaAccessControl[J].1999.
[7]Chris.Cole;John.D'.Ambrosia;Chris.DiMinico.TheNextGenerationofEthernet[OL].
[8]DANIEOA.MPLSandtrafficengineeringinIPnetworks[J]1999（12）
[9]RosenE;VISWANATHANA;CALLONRMultiprotocollabelswit-chingarchitecture2001
[10]AndersonL,DOOLANP,FELDMANN.LDPspecification2001.
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1.绪论
1.1研究背景
网络被认为是互联网发展的第三阶段。
网络的设计和实施能够带来切身实际的利益，城域网、企业网、局域网、家庭网和个人网络都是网络发展的体现。
网络发明的初衷并不仅仅是表现在它的规模上，而是互联互通，资源共享，消除资源访问的壁垒，让生活更加方便、快捷、高效。
随着网络技术的发展，网络在应用方面也体现出了很大的潜力，能够共享和调度成千上万的计算设备协同并发工作，能汇聚数百万计的信息资源加以归类、分析和发布，还可以让世界每一个角落的人们实时沟通交流。
在现代高速发展的社会里，企业与企业之间的联系日益密切，大量的、复杂的信息交流显得由为重要。
随着电子科技的高速发展，那些如何复杂大量的信息，通过网络技术帮助下，就可以轻而易举的从某一地方传送到另一地方，而且简单、快速、准确，给人们带来了很大的方便。
而在现代企业中，网络技术在管理中的应用，已显得举足轻重。
随着企业信息化进程的进一步深入和发展，计算机在企业中的应用越来越广泛，而企业对计算机的依赖越来越强。
随着网络应用的日益丰富以及人们在日常生活中对网络依赖的日渐紧密，那么对于网络吞吐量，网络延时，网络链路的稳定性以及网络服务的多样性就会产生新的要求，同时也希望网络应用的花销能更加低廉，这样针对电信网络运营商所提供的服务将会产生巨大的挑战，本实时通信系统的成功应用将会给运营商们提供更加方便，快捷，稳定，并且低廉的网络运营成本，本实时通信系统帮助企业实现巨大的商业价值的同时也为用户带来的更加高效，快速，稳定并且廉价的网络服务资源。
1.2选题理论
1.2.1需求分析方法
在软件的设计和开发过程中，需求分析是一个重要的阶段，是项目开发的基本要素，是项目实现和实行的关键。
软件工程的需求分析指的是了解用户需求，在软件的功能上和客户沟通并且达成一致，评估软件的风险系数和项目需要付出的代价，最终形成一个完善设计实现的复杂过程。
目前比较流行的软件需求分析方法有：
结构化分析方法和面向对象的分析方法。
1.结构化分析
结构化分析方法给出一组帮助系统分析人员产生功能规约的原理与技术。
它一般利用图形表达用户需求，使用的手段主要有数据流图、数据字典、结构化语言、判定表以及判定树等。
结构化分析的步骤如下：
①分析当前的情况，做出反映当前物理模型的DFD;②推导出等价的逻辑模型的DFD;③设计新的逻辑系统，生成数据字典和基元描述;④建立人机接口，提出可供选择的目标系统物理模型的DFD;⑤确定各种方案的成本和风险等级，据此对各种方案进行分析;⑥选择一种方案;⑦建立完整的需求规约。
2.面向对象分析
面向对象是在结构化设计方法出现很多问题的情况下应运而生的。
从结构化设计的方法中，我们不难发现，结构化设计方法求解问题的基本策略是从功能的角度审视问题域。
它将应用程序看成实现某些特定任务的功能模块，其中子过程是实现某项具体操作的底层功能模块。
在每个功能模块中，用数据结构描述待处理数据的组织形式，用算法描述具体的操作过程。
面对日趋复杂的应用系统，这种开发思路逐渐暴露了一些弱点。
那么面向对象的分析首先根据客户需求抽象出业务对象;然后对需求进行合理分层，构建相对独立的业务模块;之后设计业务逻辑，利用多态、继承、封装、抽象的编程思想，实现业务需求;最后通过整合各模块，达到高内聚、低耦合的效果，从而满足客户要求。
1.4.2系统开发设计方法
软件的开发设计模型是将软件开发的整个过程、事件以及任务提取汇总而成的结构化框架。
软件的开发包括了需求分析、系统设计、编码实现以及单元、系统测试等阶段，有时也会有一部分的后期维护阶段。
软件的开发设计模型能够更加清晰、直观地反应出软件设计开发的全部过程，明确定义了开发过程中所需要完成的事件和任务。
常见的软件设计模型有：
边做边改模型、瀑布模型、原型模型、增量模型、螺旋模型、演化模型、喷泉模型、智能模型、混合模型等，下面将列举并介绍其中比较常用的两种模型。
第2章实时通信系统的需求分析
2.1客户业务需求分析
网络如今已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分，无论是个人娱乐还是工作拓展，以及将来的智能生活和办公需求，都需要网络的承载，随着网络应用发展的突飞猛进，人们对网络的承载能力，业务种类的多样性，以及网络的稳定性提出了更高，更多的要求。
本通信系统针对自己的核心客户需求给出了不同的定制方案，本文针对各大客户的共同需求，有以下几个方面.
1.网络带宽方面，要求核心网单口接入全面铺设10Gbps端口，最大单机承载达到960Gbps。
2.服务多样性方面，要求全面支持IEEE802.1q，802.1p，802.1ad等全业务承载，对于多用户网桥要求支持基于虚拟专用局域网业务建连，对于核心网要求采用MPLS方式承载接入。
3.网络稳定性方面，要求支持多链路，多接点通信保护，倒换时间不超过50ms，核心网保护需要支持BFD，FRR两种工作模式。
4.链路维护方面，要求支持ITU-TY.1731的链路检测和诊断。
5.网络运营质量和分级管理方面，要求支持层次化业务分级和管理。
6.网管方面：
需要提供图形化管理界面，需要具备跨厂商设备识别管理能力，动态路由计算能力，多业务配置管理能力。
2.2网络拓扑和设备需求分析
通过对客户现网运营拓扑的分析，本系统给出了适用的各种网络需求拓扑以及相应的设备安排。
本系统的网络拓扑中需要包含一个MPLS核心域和多个以太网交换边缘域，称之为标准域。
第3章实时通信系统的详细设计.....................24-44
3.1基于单点直通业务的模块功能设计...................24-34
3.2基于多点桥接业务的模块功能设计...................34-44
第4章实时通信系统相关功能的实现...................44-60
4.1协议转换模块的实现...................45-54
4.2业务承载模块相关功能的实现...................54-60
共2页:
上一页12下一页
第5章实时通信系统测试...................60-65
5.1端到端系统测试...................60-62
5.1.1链路保护业务承载测试...................60
5.1.2节点保护业务承载测试...................60-61
5.1.3多节点保护业务承载测试...................61-62
5.2基于RFC2544网络设备互联基准...................62-65
5.2.1吞吐量测试...................62-63
5.2.2丢包率测试...................63
5.2.3延时测试...................63-64
5.2.4背靠背测试...................64-65
结论
该项目历时两年，本人参与了全部的客户需求分析，设计，系统实现以及现网试运营测试，本实时通信系统为公司签下了多家著名网络服务提供商的现网布局订单，并且成功在现网当中运行，从客户的反馈方面，无论是现网容量的提升，多业务的承载，灵活的Qos服务还是高质量的网络稳定性，都得到了客户的肯定，运营商们通过本系统提供的高质量网络服务，赢得了更多的用户，在商业上也获得了更大的盈利，同时对网络用户而言，网络质量更加稳定，网络带宽更加宽阔，同时价格也更加低廉。
通过该项目的设计与实现，本人对以太网通信技术有了更加深刻的了解，最重要的是通过这个项目的实施，能够对现网运营方面有一个整体了解，对客户的真实需求也有了一定的认识，在项目中取得的这些宝贵经验无论是在今后的工作和研究方面都是很重要的帮助和财富。
随着语音市场的饱和以及语音业务每用户平均收入的下降，运营商的利润增长面临挑战。
多业务提供商向IPEthernet平台转移，不仅能开发更有价值的个性化多媒体业务，还能有效降低成本。
多业务提供商正在寻找能够支持从2G向3G和宽带无线接入平滑演进的传输解决方案。
同时，他们希望能在网络规模不断增大的情况下有效地控制运营成本，于是他们纷纷考虑建设自己的下一代移动承载网。
对于我们设备服务供应商来说，希望能够给移动运营商们提供支持多种业务的接入承载层网络，这同时也是本人下一个阶段的工作重点，中国电信运营商重组后，三大全业务经营商要经营固网宽带业务，营移动业务。
但原本地传输网存在一系列的不足，必须对传输网尤其是网络融合方案进行深入研究。
全业务所承载的主要业务包括传统的语音及其增值业务、宽带数据承载及接入业务、行业和企业大客户VPN专线业务、移动语音和移动数据及其增值业务等;——传统语音及其增值业务对于传统的固网运营商来说，接入网和交换机模块均是通过传输网进行承载。
基于语音的智能网业务及彩铃、一号通等业务包括信令网的承载也对传输网电路也存在一定的需求。
各运营商还建设了比例不多基于NGN的MSAG和MSAN软交换接入网关系统，也是承载在接入传输网的MSTP上，语音业务占原固网运营商传输网络整体负荷的需求的35%左右。
——宽带数据承载及接入业务固网运营商IP城域网的核心层至汇聚层基本上均承载于光纤或波分系统上，对于传输网的核心层压力较小，但是城乡结合部、郊区、乡镇和部分农村所存在的宽带接入需求，如ADSL、ADSL2+、LAN及部分宽带接入专线，这些业务承载在传输网的汇聚层和接入层的MSTP上，每用户带宽需求在1～4M之间，随着宽带用户和宽带用户带宽需求的不断增加，传输接入网的电路容量日益成为发展瓶颈，宽带数据接入业务需求占原固网运营商传输网接入环整体负荷的55%左右。
——大客户专线接入业务大客户专线业务发展的初期，大量采用PDH和集中式PDH进行组网，随着传输设备的不断发展，小型化、微型化的传输设备日益完善，部分城市的本地网已经大规模采用微型和小型传输设备接入大客户专线，对于业务安全性需求不大的部分用户，这些业务量部分转移到基于数据网的MPLSVPN网络上。
大客户专线接入业务占本接入传输网容量的10%左右;——移动语音和数据业务随着电信重组后三大全业务运营商的成立，传输网需要为原有2G及建设中的3G的网络中提供移动话音和数据通信服务，包括核心网和接入网。
这些业务需求如果不考虑运营商重组，则需要100%完全承载在原移动运营商的传输网上。
全业务本地传输网的传统语音业务、移动语音业务和各类数据业务的基石，网络中各种数据业务发展迅速，如何快速接入多种业务，充分利用现有传输网络的带宽开展业务，是全业务运营商在竞争中赢得主动的关键。
随着传输技术的不断发展，网络组网技术也将不断演进，本地传输网将必然发挥越来越大的作用。
参考文献
[1]Kodialam,M;LakshmanT.Dynamicroutingofbandwidthguaranteedtunnelswithrestoration[J].
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网络发明的初衷并不仅仅是表现在它的规模上，而是互联互通，资源共享，消除资源访问的壁垒，让生活更加方便、快捷、高效。
随着网络技术的发展，网络在应用方面也体现出了很大的潜力，能够共享和调度成千上万的计算设备协同并发工作，能汇聚数百万计的信息资源加以归类、分析和发布，还可以让世界每一个角落的人们实时沟通交流。
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1.2选题理论
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在软件的设计和开发过程中，需求分析是一个重要的阶段，是项目开发的基本要素，是项目实现和实行的关键。
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