基于编译技术的水文监测数据通信规约解析方法研究

发布时间：2020-09-08 15:56

　　水利信息化的基础是水文现代化建设,信息传输是水利信息化的重要基础工作之一。通信规约对水文监测系统安全且可靠地运行起着极其重要的作用,但由于水文监测行业中规约种类繁多,造成不同厂家的监测系统难以兼容,数据采集终端不能互换,给系统建设及运行管理带来不便。另一方面,大多数水文监测系统都采用硬编码的方式进行规约解析,一旦协议发生变化,就必须对软件进行重新编码编译,可扩展性差。基于此,研究设计一种与数据帧格式无关的数据帧解析和处理方法具有极其重要的现实意义和实用价值。本文通过对目前出现的主要规约解析方法进行分析,指出了其不足。在此基础上,使用面向对象技术,研究分析行业中主流的水文监测类通信规约,并总结解析与生成协议帧所需的动作。借鉴编译技术,以程序与数据分离为原则,研究设计了一种通用的规约解析与生成算法,该算法通过将规约进行形式化描述,实现用稳定的程序处理不稳定的协议帧。通过内存数据库技术解决规约解析过程中大量数据交互造成的实时性问题。在技术实现上,上位机和下位机都可以结合该规约解析方法中的设计思想进行代码实现,而不必局限于实现的开发平台和开发语言。本文主要研究主站与水文数据采集终端设备之间通讯时,对数据帧进行生成与解析的通用方法。所设计的方法具有通用性强、易扩展维护的优点。算法及设计思路既可以用于主站软件的程序编写中,也可用于数据采集终端的通信相关程序。本文采取Microsoft Visual Studio 2010和Berkeley DB为开发工具,对水文监测数据通信规约解析方法进行实现。将实现的通信模块通过集成测试,结果显示该方法很好的解决了目前水文监测数据通信规约解析中的通用性和兼容性问题,表明该方法具有一定的理论和现实意义。
【学位单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：P332;TP314
【部分图文】：

流程框图,流程框图,单词,符号串

其中表格管理和出错处理贯穿整个过程[31-32]。内部工作流程如图2.3所示：图2.3编译流程框图词法分析阶段：编译过程的第一阶段。该阶段主要完成的任务是从左到右将每一个字符依次读入源程序，即对构成源程序的字符流进行扫描，同时对字符流进行分解，从而识别出每一个单词符号或称为符号串。语法分析阶段：在完成单词符号识别与划分的基础上，按照此编程语言的语法规则，分析匹配每个单词符号串所属各类语法单位。通过语法分析，在语法层面上分析确定整

流程框图,流程框图,数据帧,单元分析

以期可以用稳定的程序处理不稳定的数据帧，不管是规约中的数据帧发生改变或是增加，只需对协议的形式化描述文件进行修改，不再对底层程序重新编译。借鉴编译器的工作原理规约数据帧解析工作流程如图2.4所示：图2.4上行帧解析流程框图数据帧单元分析：对获取的数据帧，首先进行数据帧单元分析，根据协议形式化描述文件，通过匹配比对，确定数据帧所属协议类型。在此基础上，依次分析出哪些为帧头，哪些为结束符，哪些为功能码等各个数据帧单元。此时若发现错误的数据帧单元，则进行错误处理。该阶段与编译器中的词法分析阶段相对应，完成数据帧的扫描与分析。数据帧合法性分析：每种规约中都对数据的校验方式都有明确说明，可通过在规约

功能结构图,数据通信规约,水文监测,解析方法

现一种通用的规约解析方法，将规约中的数据帧格式描述从解析程序中提取出来，用不变的程序处理变化的数据帧并非天方夜谭。在实时性、完整性、稳定性上也是有保证的。2.3功能模块划分在水文监测数据通信规约解析方法理论研究的基础上，结合需求分析，对基于编译技术的规约解析方法实现的整体结构和功能模块的设计与划分进行了研究。该方法实现中包括的数据串口通讯、上行数据帧解析、下行数据帧构建等功能。再进一步细分，上行帧解析功能包括数据编码转换、数据库操作、数据匹配、数据帧校验等功能；下行帧组成功能包括编码转换、校验码计算、帧长度计算等功能。其中规约解析是依据本文的研究理论进行实现的。从规约解析方法实现的结构设计特征上来讲，该结构设计具有良好的扩展性、适用性和维护性，且功能模块结构清晰，能够为通用的水文类数据通讯规约解析提供良好的架构支持。因此，结合设计方案的总体设计要求，该设计方案主要分为以下五个模块，具体的功能结构图如图2.7所示。

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