TECHNOLOGIE INTERNETOWE W ZARZĄDZANIU I BIZNESIE TIZIB 05 MARCIN KUZAŃSKI *, JOANNA SEKULSKA-NALEWAJKO *, ROMAN KRZESZEWSKI *

Transkrypt

1 MARCIN KUZAŃSKI *, JOANNA SEKULSKA-NALEWAJKO *, ROMAN KRZESZEWSKI * INTERNETOWA TECHNOLOGIA PROGRAMISTYCZNA DATASOCKET FIRMY NATIONAL INSTRUMENTS - PRZYKŁAD ZASTOSOWANIA W APLIKACJI GENERATORA W WIRTUALNYM LABORATORIUM INTERNET PROGRAMMING TECHNOLOGY DATASOCKET OF NATIONAL INSTRUMENT APPLICATION IN VIRTUAL LABORATORY (GENERATOR EXAMPLE) STRESZCZENIE. Oferowana przez National Instruments nowa internetowa technologia programistyczna DataSocket, upraszcza transmisję danych pomiędzy różnymi aplikacjami uruchomionymi na jednym komputerze lub pomiędzy wieloma komputerami połączonymi przez sieć. Między istniejącymi obecnie różnymi technologiami transmisji danych (TCP/IP, DDE), DataSocket wyróżnia się tym, że posiada łatwy w użyciu, wysokowydajny programowy interfejs komunikacyjny umożliwiający transmisję danych pomiędzy składnikami systemu pomiarowego w czasie rzeczywistym. Jest on zbudowany na bazie TCP/IP, stąd wydajność transmisji danych jest w dużej mierze związana z transferem danych w sieci. DataSocket składa się z dwóch części: DataSocket API (pojedynczy interfejs do komunikacji z danymi różnych typów) i Serwera DataSocket, który upraszcza internetową komunikację przez zarządzanie programowaniem TCP/IP. Zastosowania technologii DataSocket przedstawiono w aplikacji generatora. ABSTRACT. New internet technology DataSocket of National Instruments simplifies data transmission between different applications which are running on the same computer or on several connected computers. Nowadays, among existing technologies of data transmission (TCP/IP, DDE) DataSocket distinguishes oneself with simple and effective interface which allows real time communication between measuring system elements. This interface is built on the basis of TCP/IP, thus efficiency of data transmission is related to data transfer in the web. DataSocket consists of two elements: DataSocket API (single interface to communication with data of different type) and DataSocket Server, which simplifies internet communication for control of TCP/IP programming. DataSocket technology was used in generator application. 1. Wprowadzenie DataSocket to oddzielny program współpracujący z LabVIEW, którego zadaniem jest wymiana danych pomiarowych za pośrednictwem sieci komputerowej (zobacz: Do transmisji wykorzystuje się protokół TCP/IP, co dodatkowo umożliwia integrację urzą- * Katedra Informatyki Stosowanej Politechniki Łódzkiej 140

2 dzeń pomiarowych z Internetem. Parametrem wejściowym do procedury jest nazwa serwera. Jeżeli serwer jest aktywny, to następuje nawiązanie połączenia, odczytanie danych z sieci i umieszczenie ich w tablicy wynikowej. Serwer w usłudze DataSocket udostępnia dane innym użytkownikom. Zadanie to spełnia procedura DataSocketSave.vi. 2. Składniki DataSocket DataSocket składa się z dwóch części: DataSocket API (pojedynczy interfejs do komunikacji z danymi różnych typów) i Serwera DataSocket, który upraszcza internetową komunikację przez zarządzanie programowaniem TCP/IP DataSocket API DataSocket API jest zestawem funkcji wykorzystywanych do łączenia się z danymi pomiarowymi umiejscowionymi na lokalnym komputerze lub w Internecie. Technologia ta została zaimplementowana w wielu środowiskach programistycznych m.in. w ActiveX, bibliotekach LabWindows/CVI C i zestawach LabVIEW VI. DataSocket API automatycznie przetwarza dane pomiarowe użytkownika do postaci strumienia bajtów wysyłanych przez sieć. Aplikacja pobierająca dane automatycznie przetwarza strumień bajtów z powrotem do jego oryginalnej formy. Ta automatyczna konwersja eliminuje złożoność sieci, przetwarzając znaczną ilość kodu jaki musielibyśmy napisać używając bibliotek TCP/IP. Sposób korzystania z DataSocket API jest bardzo prosty. Składa się z czterech podstawowych działań (otwarcia, odczytu, zapisu, i zamknięcia) podobnie jak w standardowych plikach I/O. Do odczytu danych DataSocket API może korzystać z: pozycji danych na serwerze HTTP; pozycji danych na serwerze FTP; lokalnego pliku (FILE); pozycji danych na serwerze OPC (OLE for Process Control); pozycji danych na serwerze DSTP Serwer DataSocket Serwer DataSocket jest elementem technologii DataSocket odpowiedzialnym za przesyłanie danych w czasie rzeczywistym poprzez sieć internetową lub lokalną oraz za zarządzanie połączeniami w systemie pomiarowym (Rawnslej et all., 1997). Do transmisji danych z Serwerem DataSocket wymagane są: aplikacja wysyłająca dane, Serwer DataSocket, i aplikacja odbierająca dane. Aplikacja wysyłająca dane używa DataSocket API do zapisu danych do serwera, natomiast aplikacja odbierająca dane do odczytu danych z serwera. Obie aplikacje są klientami Serwera DataSocket (Rys. 1). Mogą być, wraz z serwerem, uruchamiane na tym samym komputerze, lecz częściej uruchamiane są na różnych komputerach, co zwiększa bezpieczeństwo przez izolację połączeń sieciowych i aplikacji pomiarowej. 141

3 Internet Źródło danych Serwer DataSocket Użytkownik Użytkownik Użytkownik Rys. 1. Schemat przesyłania danych pomiędzy aplikacjami LabView Serwer DataSocket ogranicza dostęp do danych przez zezwolenie i zarządzanie bezpieczeństwem. W momencie uruchomienia serwera wyświetlane jest okno, które informuje użytkownika o tym, ile w danej chwili obiektów odczytuje lub zapisuje dane do pozycji serwera. Wyświetlana jest także nazwa komputera, na której Serwer DataSocket jest uruchomiony oraz liczba przesyłanych pakietów danych. Serwer DataSocket posiada dwie metody zabezpieczające transmisję danych. Jedną z nich jest zdolność uruchamiania Serwera DataSocket na zewnątrz systemu firewall, podczas gdy aplikacja zapisująca dane pozostaje wewnątrz niej bezpieczna. Drugą metodą zabezpieczającą transmisję danych jest DataSocket Server Manager, który umożliwia konfigurację odczytu i zapisu danych na współpracujących komputerach. DataSocket używa portu 3015 protokołu TCP/IP, zarejestrowanego z IANA jako port National Instruments DataSocket Transfer Protocol (DSTP). 3. Generator Program służy do generowania próbek sygnałów o różnych przebiegach (Kuzański, Sekulska-Nalewajko 2005). Kształt przebiegu sygnału możemy wybrać z 4 standardowych typów (sinusoidalny, trójkątny, prostokątny, piłokształtny) lub samodzielnie zdefiniować formułę generowanej fali. Przy definiowaniu własnych formuł można używać następujących zmiennych: f - częstotliwość a - amplituda w - pulsacja 2*pi*f t - czas n - ilość próbek fs - częstotliwość próbkowania Wpisane równanie fali podlega weryfikacji w sensie matematycznym lub logicznym. Aplikacja testuje także standardowe typy fal i umożliwia precyzyjną regulację wartości 142

4 fazy początkowej sygnału oraz procentowe wypełnienie w okresie (stosunek czasu trwania stanu wysokiego do czasu trwania stanu niskiego). Rys. 2. Panel frontowy projektu VI Rys. 3. Okno pomocy W czasie generacji sygnału można dokonywać zmian podstawowych parametry przebiegu tj. częstotliwość, amplituda i składowa stała (offset). Zakres regulacji częstotliwości jest 0 10 Hz, amplitudy 0 10 V i składowej stałej od -10 V do +10 V. Docelowo zakres regulacji każdej z tych wielkości można zmieniać w zależności od potrzeb. Użytkownik ma również możliwość regulacji parametrów próbkowania: częstotliwości Fs i ilości próbek #s. Standardowo wartości tych wielkości wynoszą

5 3.1. Panel Podstawowe okno aplikacji generatora przedstawia rysunek 2. Pod oknem Parametry próbkowania w prawym dolnym rogu aplikacji znajduje się wskaźnik wartości końcowej fazy sygnału tzn. fazy na końcu serii próbek (Rys. 2). Równanie fali umieszcza się w polu edycji Formuła. Można wybrać także formułę zdefiniowaną wcześniej lub jeden z sygnałów standardowych. Kształt przebiegu generowanego sygnału obrazuje pole wykresu. Aby włączyć/wyłączyć autoskalowanie osi należy prawych przyciskiem myszy kliknąć na wykresie i zaznaczyć/odznaczyć odpowiednie opcje. Przycisk POMOC uruchamia okno z podstawowymi informacjami obsługi programu (Rys. 3). Przycisk RESET pozwala na włączenie/wyłączenie opcji resetowania fazy i ustawienie czasu startu kolejnych próbek na 0. Przycisk STOP na panelu generatora (lub klawisz F8) kończy działanie programu Diagram Algorytm programu składa się z sekwencji dwóch kroków (Sequence Structure) (Rys. 4). Po uruchomieniu programu następuje ustawienie wartości przycisku stop zatrzymującego działanie aplikacji na False, aby zapewnić działanie pętli w następnym kroku. W drugim kroku sekwencji znajduje się struktura typu While Loop zawierająca wszystkie funkcje aplikacji: generacji sygnału, wyświetlania wyniku i uruchamiania pomocy. Pętla ta jest wykonywana do momentu zmiany stanu logicznego przycisku stop na True. Rys. 4. Diagram projektu VI 3.3. Wykorzystanie DataSocket w aplikacji generatora W celu wymiany danych pomiędzy aplikacjami stworzonymi przy pomocy LabVIEW na komputerze lokalnym lub w sieci wykorzystywana jest opisana wcześniej technologia DataSocket. Technologia ta charakteryzuje się prostotą konfiguracji i dużą szybkością działania. Posiada możliwości przesyłania danych różnych typów (liczby, teksty, itd.) na małe i 144

6 duże odległości, i co najważniejsze w czasie rzeczywistym. W zintegrowanym systemie wspomagającym procesy dydaktyczno-naukowe technologia DataSocket ma szerokie zastosowanie w połączeniu z wirtualnym laboratorium. Na dowód tego przedstawiamy przykład transmisji danych pomiędzy dwoma aplikacjami VI uruchomionymi na dwóch komputerach połączonych w sieci lokalnej LAN. Jedną z aplikacji jest opisany powyżej wirtualny instrument Generator, który po odpowiedniej konfiguracji posłużył jako nadajnik publikator danych. W celu przystosowania Generatora do funkcji wysyłania danych (w tym przypadku wysyłany jest generowany sygnał) należy wykonać kilka niezbędnych czynności. Po pierwsze należy uruchomić DataSocket Server (standardowo aplikacja ta zawiera się w pakiecie LabVIEW). Następnie na panelu VI z menu podręcznego należy dokonać wyboru opcji Data Operations > DataSocket Connection (Rys. 5). W oknie DataSocket Connection istnieje możliwość wyboru serwera i określenia jego adresu URL (Rys. 6). Rys. 5. Wybranie opcji Data Operations > DataSocket Connection Rys. 6. Okno konfiguracji połączenia DataSocket W oknie Browse for Item w otoczeniu sieciowym znajdujemy komputer, na którym uruchomiony jest DataSocket Server i wybieramy typ transmitowanych danych (Rys. 7). 145

7 Warto podkreślić, iż serwer DataSocket może być uruchomiony na dowolnym komputerze w sieci, niekoniecznie na tym samym co aplikacje (Rys. 8). Pozostałe kroki konfiguracji serwera to wybór połączenia i opcji udostępniania danych z aplikacji generatora. Rys. 7. Okno wyboru serwera. Po tych operacjach wirtualny generator jest gotowy do nadawania wysyłania generowanego sygnału. W celu sprawdzenia jego działania należy uruchomić VI i odczytać stan połączenia z serwerem. W oknie kontrolnym DataSocket Server, gdzie na bieżąco podawane są informacje o ilości połączeń i liczbie aktualnie przesłanych pakietów Rys. 8. Okno konfiguracji połączenia DataSocket. Dane przesłane z aplikacji VI naszego generatora do serwera DataSocket mogą być następnie pobrane z tego serwera do innej aplikacji działającej na dowolnym przyłączonym komputerze. 146

8 Rys. 9. Okno stanu serwera DataSocket. 4. Wnioski Wirtualne laboratorium jest eksperymentem, który demonstruje idee przyrządów obsługiwanych i kontrolowanych zdalnie, np. z poziomu Internetu przy pomocy standardowej przeglądarki www (Winiecki 2003). Realizację zdalnych urządzeń umożliwia platforma LabVIEW, przy wykorzystaniu między innymi programistycznej technologii DataSocket firmy National Instruments. Technologia ta ułatwia i upraszcza wymianę danych pomiarowych za pośrednictwem sieci Internet. Najprostszym przypadkiem zdalnego laboratorium może być komputer z zainstalowanym serwerem DataSocket podłączonym do sieci Internet. Klientem zaś może być komputer z zainstalowaną dowolną przeglądarką internetową. Każdy podłączony nowy klient przy pomocy przeglądarki www, obsługuje taki sam frontowy panel urządzenia jaki umieszczono na lokalnym komputerze (Kuzański, Sekulska- Nalewajko, Kuliberda 2004). Udostępnienie poszczególnych funkcji laboratorium zależy od administratora. Przykładem tego rozwiązania jest aplikacja Generatora. Sprawdzeniem działania tej metody transmisji są wykonane doświadczenia, polegające na odbiorze danych z aplikacji generatora przez VI służący do prezentacji widma mocy transformaty Fouriera (Kuzański, Sekulska-Nalewajko 2005). 5. Literatura Kuzański M., Sekulska-Nalewajko J. Examples of virtual tools in technical equipment designing and education. CADSM 2005, Lviv-Polyana, s , Kuzański M., Sekulska-Nalewajko J., Kuliberda K. Konstrukcja wirtualnego laboratorium za pomocą pakietu LabView. Zeszyty Naukowe Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie, seria Automatyka, s , Rawnslej D. J., Hummels D. M., Segee B.E., A Virtual Instrument Bus Using Network Programming, IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference, Ottawa, Canada, Winiecki W., Wirtualne przyrządy pomiarowe, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa,