劉冠伯

摘 要：現(xiàn)階段物流產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，自動化智能倉儲庫日益增多，這也導(dǎo)致倉儲控制系統(tǒng)軟件的角色變得尤為重要，而軟件能否穩(wěn)定運行對倉庫整體的運行效率是有很大影響的。軟件的通信效果是軟件能否穩(wěn)定運行的一大條件，本文就通信中倉儲控制軟件與下位機的Socket通信進行簡單論述。

關(guān)鍵詞：通信;Socket;控制系統(tǒng)軟件

在倉儲日益發(fā)展的今天，倉儲控制系統(tǒng)軟件必不可少。該系統(tǒng)軟件應(yīng)用在智能化倉庫管理，對各種物流設(shè)備如輸送機、堆垛機、穿梭車、自動化手臂等物流設(shè)備之間的運行進行協(xié)調(diào)，可制作為B/S架構(gòu)也可以制作為C/S架構(gòu)，主要職責(zé)是對上層系統(tǒng)的指令進行分析，并通過接口對各種設(shè)備進行調(diào)度、監(jiān)控。

1 現(xiàn)有常見通信方式

倉儲控制系統(tǒng)軟件中，存在多種通信方式。其中最常見的是OPC（OLE for Process Control）協(xié)議通信和Socket協(xié)議通信。OPC協(xié)議是一種對工業(yè)控制設(shè)備和工業(yè)控制軟件間通信所制定的一套標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，使得二者間建立起一種統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范。軟件可以通過Socket（通常稱為套接字）協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸?？刂葡到y(tǒng)軟件在操作堆垛機等大型設(shè)備時，受設(shè)備運行速度等因素影響一般采用OPC協(xié)議通信，而穿梭車、載車提升機、物料提升機等設(shè)備，因其效率要求等因素一般采用Socket通信協(xié)議。這也從側(cè)面體現(xiàn)出Socket通信的一大特點——快。

2 Socket通信機制及問題

Socket在本質(zhì)上可以理解為，傳輸?shù)氖且环N特殊的文件，通過一些Socket函數(shù)對其進行的操作。Socket通信中，需要知道對方唯一確定的一個IP地址和一個端口號，才能開始建立通信。通信建立后，就可以通過雙方軟件，互相傳遞消息了。使用前，需要將兩端設(shè)備分別設(shè)置為服務(wù)器端（ClientSocket）和客戶端（ServerSocket）。服務(wù)器端設(shè)置好監(jiān)聽程序后，客戶端請求連接至服務(wù)器指定端口，服務(wù)器端收到客戶端連接請求后與客戶端建立Socket連接。通信結(jié)束后，服務(wù)器端和客戶端各自斷開自己的連接。為了應(yīng)對實際應(yīng)用中的不同使用環(huán)境，Socket協(xié)議又細(xì)分為：原始套接字（SOCK-RAW）、數(shù)據(jù)報套接字（SOCK-DGRAM）、流式套接字（SOCK-STREAM）。倉儲工程項目中，主要使用的是“數(shù)據(jù)報套接字”，這種Socket是一種不可靠的雙向數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。數(shù)據(jù)報套接字的機制是在發(fā)送端將數(shù)據(jù)打包后進行發(fā)送的，但接收端接收時，不一定是按照發(fā)送端發(fā)送的順序進行接收的，并且數(shù)據(jù)包不一定能完整的發(fā)送至接收端。

倉儲的工程項目中，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境十分復(fù)雜，一個智能化倉庫內(nèi)可能存在大量的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，特別是訂單繁多任務(wù)量龐大時，在網(wǎng)絡(luò)中會同時出現(xiàn)大量的數(shù)據(jù)包，這會對每一個數(shù)據(jù)包的發(fā)送成功的概率造成很大影響。如果在倉庫施工建設(shè)過程中未進行良好的設(shè)計，例如：網(wǎng)線的水晶頭使用了非屏蔽水晶頭，網(wǎng)線鋪設(shè)過程中多根線、多種線混在一起，這樣會更加降低數(shù)據(jù)包的發(fā)送成功率。

這些因素會導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸過程中，出現(xiàn)粘包、斷包、丟包的現(xiàn)象。粘包現(xiàn)象的出現(xiàn)，正是在發(fā)送端短時間內(nèi)發(fā)送了大量數(shù)據(jù)包，同時接收端無法及時一一將每個包分析或妥善存儲造成的。而斷包現(xiàn)象，是由于軟件在接收數(shù)據(jù)時，所開的緩沖區(qū)不夠大，以至于一個包還沒完全接收完，緩沖區(qū)就已經(jīng)滿了。丟包現(xiàn)象則在硬件環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境惡劣的情況下出現(xiàn)概率較多，這種惡劣環(huán)境會造成信號弱，或者硬件發(fā)送、接收錯誤，從而導(dǎo)致丟包。這些問題的存在，會對倉儲工業(yè)中控制系統(tǒng)軟件產(chǎn)生重要影響，尤其是要求快速、穩(wěn)定、高效的密集庫項目中，如果無法處理好控制系統(tǒng)軟件的通信問題，對控制系統(tǒng)軟件乃至智能庫運行效率將是很大的打擊。為了解決以上問題，倉儲控制系統(tǒng)軟件設(shè)計中，可以選擇性的采取但不限于如下幾個方法。

3 Socket通信中問題的解決

3.1 建立序號

設(shè)計數(shù)據(jù)包的內(nèi)容時，在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包之前增加序號，實現(xiàn)接收端處理報文的時候，良好的區(qū)分不同的數(shù)據(jù)包的效果。密集庫中，控制系統(tǒng)軟件可能需要短時間內(nèi)多次大量的發(fā)送數(shù)據(jù)。為了應(yīng)付這種情況，建立一個盡可能大的序號循環(huán)周期，將相同序號不同報文的概率降到最低。在與穿梭車等設(shè)備進行數(shù)據(jù)交互時，可能會遇到不同屬性（如：穿梭車狀態(tài)，執(zhí)行任務(wù)狀態(tài)等）的消息采取不同的報文的情況。這時，對不同屬性的數(shù)據(jù)包可以采用不同范圍的序號進行屬性定義，接收時通過不同的序號將不同屬性的報文進行快速區(qū)分，減少軟件的處理時間，提高處理速度，進而提高整體系統(tǒng)的運行效率。

3.2 建立包頭包尾

控制系統(tǒng)軟件和下位機約定數(shù)據(jù)包的時候，在數(shù)據(jù)包的頭尾約定好標(biāo)識符，可以采用將有用的數(shù)據(jù)包通過兩個相對應(yīng)的尖括號或其他特殊符號括起的方法。在分析的時候，就可以從兩個尖括號或約定好的特殊符號之中進行有用數(shù)據(jù)采集、分析。并且發(fā)送端發(fā)送時可以在包頭區(qū)域內(nèi)，放入對包長度或者大小的描述。接收端接收時依據(jù)該描述對接收到的數(shù)據(jù)包長度進行校驗，以確保分析處理的數(shù)據(jù)是接收端需要分析的數(shù)據(jù)。在遇到Socket斷包的現(xiàn)象時，若建立包頭包尾和描述信息，控制系統(tǒng)軟件就可以通過分析建立好的包頭包尾，將本次接收到的信息與下次接收到的信息進行合并處理，并進行分析。這種方法更加提高了系統(tǒng)對數(shù)據(jù)包的處理和分析能力，使得系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)接收方面更加穩(wěn)定。

3.3 增加應(yīng)答機制、定時重發(fā)機制

倉儲工業(yè)中，常用的通信協(xié)議還有OPC通信協(xié)議。這種通信，在將數(shù)據(jù)包發(fā)送給下位機并成功接收后，下位機會將約定好的標(biāo)志位清0?？刂栖浖到y(tǒng)才會進行下一步處理。Socket通信中，也可以采取類似的方法進行處理?？刂栖浖到y(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)成功送達(dá)下位機后，下位機回復(fù)一個帶有本條接收到消息特征值的ACK應(yīng)答信號。這個ACK信號可以設(shè)置為“ACK”加接收到的數(shù)據(jù)包的序號，也可以是完整的返回接收到的數(shù)據(jù)包，亦或者設(shè)置為帶有唯一確認(rèn)發(fā)送信息的數(shù)據(jù)包。對于設(shè)備動作指令消息等一些邏輯處理中的關(guān)鍵性信息，可以在應(yīng)答機制外增加一個定時重發(fā)機制，即在發(fā)送完數(shù)據(jù)包后將時間記錄，如果到達(dá)超時時間，則將本條數(shù)據(jù)包進行重發(fā)，直到到達(dá)預(yù)設(shè)好的重發(fā)閾值后，提示軟件使用者關(guān)注網(wǎng)絡(luò)健康狀況。而設(shè)備狀態(tài)、光電開關(guān)等信息，可以直接設(shè)置為定時發(fā)送，使得這些數(shù)據(jù)信息一直向上位機發(fā)送。

3.4 固定長度包建立循環(huán)接收處理機制

控制下位機的時候，若遇到穿梭車等設(shè)備，可能會對一個下位機的數(shù)據(jù)進行拆分，不同的數(shù)據(jù)包描述不同的信息內(nèi)容，也就導(dǎo)致控制系統(tǒng)軟件發(fā)送、接收多種數(shù)據(jù)包。針對這種情況，可以將數(shù)據(jù)包設(shè)計為等長度的。將長度最大的數(shù)據(jù)包的報文長度設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)值，其他不到該長度的數(shù)據(jù)包在數(shù)據(jù)末尾進行補0操作，直到報文長度達(dá)到這個標(biāo)準(zhǔn)值。這樣處理后，控制系統(tǒng)軟件和下位機之間通信的數(shù)據(jù)包的大小就是一致的。在處理數(shù)據(jù)包的時候，如果遇到粘包現(xiàn)象，且遇到整體數(shù)據(jù)包的字節(jié)數(shù)是約定好的字節(jié)數(shù)的整數(shù)倍，就可以將數(shù)據(jù)包按照約定好的長度進行分解，拆解后的每個數(shù)據(jù)包進行單獨處理，以保障處理后得到的每個數(shù)據(jù)包都是正確的。

3.5 設(shè)置較大的接收緩沖區(qū)并及時接收

設(shè)計Socket參數(shù)時，將Socket提供的接收緩沖區(qū)適當(dāng)增大，但不要增大過度，增加的過大也會給服務(wù)器的內(nèi)存造成壓力，且意義不大。設(shè)置好接收緩沖區(qū)后，控制系統(tǒng)還應(yīng)及時對緩沖區(qū)的內(nèi)容進行處理分析。如果接收到的信息處理時間較長，可以將數(shù)據(jù)包的內(nèi)容進行轉(zhuǎn)儲，即儲存到系統(tǒng)軟件內(nèi)部其他位置的緩沖區(qū)內(nèi)，減少網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膲毫?，系統(tǒng)軟件在處理時，也會更加穩(wěn)定。

3.6 增加心跳位

通常，倉儲項目中為了減少下位機的處理量，在設(shè)計Socket通信時，會將下位機設(shè)置為服務(wù)器端，控制系統(tǒng)軟件設(shè)置為客戶端。出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障時，由于采用的是這種架構(gòu)模式，控制軟件無法及時獲取到下位機已經(jīng)離線。為了應(yīng)對這種情況出現(xiàn)，對于載車提升機等可能在短時間內(nèi)通信量較少的設(shè)備，可以在設(shè)計通信報文時，增加心跳位。即每隔一段時間，控制系統(tǒng)軟件將數(shù)據(jù)包完整的下發(fā)給下位機，只改變其中一項的值，下位機則對該報文不做邏輯處理，直接丟棄。如遇網(wǎng)絡(luò)故障等情況，控制系統(tǒng)軟件就能夠在較短的時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)下位機的失聯(lián)，從而進行重連或告警處理。而不用等到下次發(fā)送報文時，才可知道下位機的通信鏈路已經(jīng)故障，損失軟件整體運行效率。

3.7 硬件改善

傳輸數(shù)據(jù)過程中，除了可以在軟件上進行處理，也可以在硬件上進行改造。在網(wǎng)線選材時，要在顧及經(jīng)濟效益的基礎(chǔ)上盡量選用有較高質(zhì)量級別的網(wǎng)線。在網(wǎng)線鋪設(shè)時，要參考相關(guān)鋪設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，盡可能的按照標(biāo)準(zhǔn)進行網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。與此同時，盡量減少交換機到終端的距離，若無法避免網(wǎng)線長距離傳輸，則需要在遠(yuǎn)距離傳輸部分盡可能選用光纖作為傳輸介質(zhì)，以增快鏈路傳輸速度，減少數(shù)據(jù)包在網(wǎng)線中的阻塞。

4 結(jié)語

除此之外，倉儲控制軟件中使用Socket通信協(xié)議與下位機通信過程中，依然可能遇到一些其他的問題，可以適當(dāng)?shù)脑黾尤斯ぬ幚斫涌?，使得系統(tǒng)更加穩(wěn)定。同時也需要及時生成系統(tǒng)工作日志，以求最快的將控制系統(tǒng)軟件中的問題及時解決。處理好倉儲控制軟件中可能發(fā)生的問題，可以提高軟件的運行效率，進而提高智能倉庫的整體運行效率。

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