一种基于网络的虚拟仪器实现方法

具体实施方式

1、实体仪器和虚拟仪器各自作为一个端点存在于网络中。

2、实体仪器拥有信号采集，数据存储，网络通信的功能。具体网络功能包括：

a)广播标识信息模块；

b)响应命令模块；

c)发送数据模块；

3、将虚拟仪器程序运行在网络中的各主机之上，具有的网络功能模块包括：

a)搜索网络中实体仪器模块；

b)发送命令模块；

c)接收数据模块。

基于网络的虚拟仪器实现方法方法包括以下步骤：

a)实体仪器首先初始化自己的网络设备，并在当前网络中表明自己加入网络；

b)虚拟仪器初始化自己的网络设备，并在当前网络中搜寻实体仪器设备；

c)虚拟仪器对实体仪器进行控制，虚拟仪器向实体仪器发送控制请求，实体仪器查看虚拟仪器是否在CONTROL_LIST中来决定是否响应控制命令，然后对自身的工作状态做相应的改变，主控虚拟仪器连续时间t内没有对实体仪器进行控制则失去对实体仪器的控制权；

d)虚拟仪器向实体仪器请求数据，实体仪器向虚拟仪器发送一个组播地址号，虚拟仪器以此地址号加入组播组，当有其它虚拟仪器向同一实体仪器请求数据时，也加入相同的组播组；

e)当网络中有大于等于1台虚拟仪器向实体仪器请求数据时，实体仪器就以组播的方式向网络中发送数据；

f)虚拟仪器接收到数据后，将数据进行显示和高级信号处理；

g)虚拟仪器定时以UDP方式向实体仪器发送消息STILL_HERE来表明自己未异常脱离网络。

实体仪器在当前网络中表明自己加入网络的方法是：实体仪器通过广播的方式向网络中广播自己的消息，网络中每一台主机都能收到消息，但只有虚拟仪器能够识别该消息，并将消息记录和保存；该消息内容包括实体仪器身份标识RI_ID，类型RI_TYPE，网络地址RI_ADDR和校验信息CHECK。

虚拟仪器在当前网络中搜寻实体仪器设备的方法是：虚拟仪器通过广播的方式在网络中广播自己的搜寻消息SEARCH_RI，网络中每一台主机都能收到消息，但只有实体仪器能够回复该消息；回复的消息内容包括实体仪器身份标识RI_ID，类型RI_TYPE，网络地址RI_ADDR和校验信息CHECK。

虚拟仪器对实体仪器的控制包括三个步骤：

a)发出控制请求；

b)发出控制命令；

c)释放控制；

虚拟仪器和实体仪器通过建立TCP连接来实现上述三个步骤；实体仪器拥有一个地址链表CONTROL_LIST，表明可以响应从这些地址发来的控制命令。CONTROL_LIST初始为空，当第一个虚拟仪器请求控制时，实体仪器将其添加进CONTROL_LIST。此时其它虚拟仪器的控制请求将会被拒绝。拥有对实体仪器控制权的虚拟仪器可以对CONTROL_LIST进行修改，添加或删除其它虚拟仪器，满足多个虚拟仪器对实体仪器的控制需求；

当出现下列情况之一时，CONTROL_LIST中排在第一位的主控虚拟仪器将失去控制权，排在CONTROL_LIST第二位的虚拟仪器将获得主控权：

a)主控虚拟仪器主动向实体仪器发送释放控制的消息；

b)主控虚拟仪器连续时间t内没有向实体仪器发送一条实际控制命令；

c)主控虚拟仪器异常退出网络；

虚拟仪器向实体仪器请求数据包括三个步骤：

a)虚拟仪器通过TCP方式向实体仪器发送请求组播号的消息JOIN_GROUP，实体仪

b)器响应请求返回组播地址号MC_ADDR，虚拟仪器加入该组播组；

c)实体仪器用组播方式向组播地址号MC_ADDR发送数据DATA；

d)当虚拟仪器不再需要数据时，向实体仪器发送退出组播组的消息QUIT_GROUP；

实体仪器拥有一个地址链表MEMBER_LIST，表明组内的各虚拟仪器，当MEMBER_LIST中的成员为0时，实体仪器停止向网络中发送数据。

实体仪器以组播方式向网络中发送数据，数据包括以下两个部分：

a)实体仪器当前的运行状态信息；

b)实体仪器采集缓存的数据；

以组播方式向网络中发送数据，实体仪器只要向网络中发送一次数据，知道组播号并且加入组播组的虚拟仪器就能够收到数据。

虚拟仪器的数据显示与高级信号处理，虚拟仪器利用主机强大的图形环境，在主机屏幕上建立图形化的软面板来替代常规的传统仪器面板，用户通过鼠标或者键盘操作软面板来进行仪器的操作和数据的通信。而且可以利用主机强大的数据处理能力，利用软件完成高级数据分析与处理。

虚拟仪器定时以UDP方式向实体仪器发送消息STILL_HERE来表明自己未异常脱离网络，当实体仪器超过一定时间还未收到虚拟仪器发来的STILL_HERE消息时，实体仪器就将该虚拟仪器从MEMBER_LIST中删除。

下面结合附图说明本发明在数字荧光示波器(DPO)中的具体实施方式。

如图1所示，在局域网络中存在多台实体仪器和虚拟仪器，各自以普通主机方式接入网络。本发明可以使得各虚拟仪器对各实体仪器进行共享与控制，方便虚拟仪器进行数据分析与处理。

如图2所示，实体仪器负责信号的采集，将采集到的数据缓存入大容量存储设备DDR2 SDRAM中，这些数据就是实体仪器要发送到网络中的数据。

当用户启动实体仪器的网络功能的时候，实体仪器通过广播模块向当前网络中的主机发送消息，通过这个方法来告诉当前网络中的虚拟仪器自身已经加入网络。运行在虚拟仪器上的识别程序，识别此广播消息，从中提取出实体仪器的标识(RI_ID)，实体仪器的类型(RI_TYPE)以及实体仪器的网络地址(RI_ADDR)，将所有信息进行异或操作，所得结果与校验位(CHECK)对比，如果相同说明消息是正确可信的。虚拟仪器将实体仪器信息存储下来，以便之后向实体仪器发送控制命令和请求数据。

当用户启动或刷新虚拟仪器的网络功能时，虚拟仪器通过搜寻模块在当前网络中搜寻实体仪器。虚拟仪器使用UDP方式向当前网络广播搜寻消息(SEARCH_RI)，运行在网络中的实体仪器响应该搜寻，从发过来的数据包中提取出源地址，向该源地址用UDP方式发送实体仪器的标识(RI_ID)，实体仪器的类型(RI_TYPE)以及实体仪器的网络地址(RI_ADDR)和校验消息(CHECK)，运行在虚拟仪器上的识别程序，提取上述信息并存储下来。

虚拟仪器在识别出网络中的实体仪器后，若想要控制实体仪器，虚拟仪器首先与实体仪器建立TCP连接，向实体仪器发送控制请求。如图4所示，其中VI_1是某一台虚拟仪器，如果此时实体仪器的CONTROL_LIST为空，那么此请求成功，CONTROL_LIST添加该虚拟仪器的地址，该虚拟仪器拥有对此实体仪器的主控权，该虚拟仪器根据需要可以向实体仪器中的CONTROL_LIST中添加其他虚拟仪器的地址，这样其它虚拟仪器就可以方便地控制实体仪器。当主控虚拟仪器退出控制状态时，实体仪器将CONTROL_LIST中的主控虚拟仪器标识删除，排在CONTROL_LIST中第二位的虚拟仪器成为主控。当虚拟仪器向实体仪器发送控制请求时，如果CONTROL_LIST非空且其中没有该虚拟仪器的地址信息时，请求失败。

当出现下列情况之一时，CONTROL_LIST中排在第一位的主控虚拟仪器将失去控制权，排在CONTROL_LIST第二位的虚拟仪器将获得主控权：

a)主控虚拟仪器主动向虚拟仪器发送释放控制的消息；

b)主控虚拟仪器连续时间t内没有向实体仪器发送一条实际控制命令；

c)主控虚拟仪器异常退出网络。

拥有控制权的虚拟仪器通过TCP方式向实体仪器发送控制命令。实体仪器响应命令，并向实体仪器主控模块发出调整工作方式的消息。

当虚拟仪器用户要请求指定实体仪器的数据时，虚拟仪器通过TCP方式向实体仪器发送加入消息JOIN_GROUP，实体仪器返回相应的组播地址号MC_ADDR，虚拟仪器加入MC_ADDR标识的组播组。实体仪器以组播的方式向MC_ADDR发送大量的数据。所有加入到MC_ADDR组播组的虚拟仪器都可以接收到数据，虚拟仪器再将数据进行显示与高级信号处理。同一虚拟仪器可以同时加入多个组播组，以此来接收多个实体仪器发来的数据。实体仪器拥有一个MEMBER_LIST链表，储存加入到当前组内的各虚拟仪器信息。当虚拟仪器不再需要实体仪器发送的数据时，向实体仪器发送QUIT_GROUP消息，实体仪器收到此消息，就将对应虚拟仪器信息从MEMBER_LIST中删除。当MEMBER_LIST中的成员个数为0时，实体仪器停止向网络中发送数据。

由于网络的不确定性，虚拟仪器可能不正常退出网络，从而没有机会向实体仪器发送QUIT_GROUP消息，MEMBER_LIST中就一直保留该虚拟仪器消息，实体仪器不知道虚拟仪器已经退出网络，仍然向网络发送大量数据，占用大量网络资源。鉴于此，实体仪器给MEMBER_LIST中的每个成员分配一个变量LIFE，初始化为nT(5＜n＜10)，虚拟仪器每隔时间T用UDP方式向实体仪器发送STILL_HERE消息来表示仍然存在网络中。每过时间T，若实体仪器收到STILL_HERE，对应虚拟仪器的LIFE变量就被赋值为nT，，否则LIFE变量就会减去T，当某虚拟仪器的LIFE变量变为0时，该虚拟仪器就从MEMBER_LIST中被删除。

以上具体实施方式仅用于说明本发明，而非用于限定本发明。