一类多线程综合通信管理器的设计和实现

陈容华 李方方

摘 要：文章提出了在计算机系统工程中广泛应用的集网络通信与RS232串口通信等综合信道通信管理器的功能需求，叙述了该通信管理器既可以作为通信服务器，又可以作为局域网前端通信控制器的具体工作模式，给出了该通信管理器的设计思路和具体实现方法，并描述了个部分的执行流程。

关键词：多线程；网络通信；串口通信；.Net；C#

随着互联网与物联网技术的应用，各种与之相应的新技术和新应用层出不穷。但归根到底，所有的应用都是基于对相关设备的运行和状态信息进行采集、存储及在网络上进行传输。在当前的实际工程项目中，需要有这样一类通信前置服务器，即可以与后台客户端进行通信，充当前端通信服务器，接收并处理来自这些客户端的各类请求。另一方面，这种通信服务器又需要作为客户端，与作为服务器端的现场设备进行相连，这类通信管理器广泛应用于工业现场的数据采集和信息传输系统中。目前工程上开发的这类通信管理器都与具体的项目直接关联，也就是与具体系统的数据传输规约直接关联，这一类系统应用较好的通信控制器往往不能方便地移植到其他系统，严重制约了其推广应用[1]。本文叙述设计和实现一种通用型的通信管理器的思路和方法，这种通信管理器将具体的数据通信规约与通信服务进行彻底分离，确保开发出的通信管理器更加具有通用性。涉及实现的通信服务器可接入不同类型的客户端，尽管这些客户端采用不同的通信技术，本通信服务器都能够为这些不同类型的客户端提供数据服务。

该通信管理器系统基于TCP/IP通信协议，使用较为成熟的开发平台Visual studio IDE。围绕提供了多种属性和操作函数的Microsoft WinSocket控件及串口空間来编写代码，同时考虑系统通信的实时性，运用了多线程技术。

1 功能需求

前置通信服务器功能要求如下：（1）接收来自经授权的客户端的连接请求，与客户端建立TCP连接。（2）接收来自客户端的数据报文，存储、显示并实时处理这些报文。（3）将这些报文通过各类接口（串口或Can总线等）转发给有关现场设备。（4）接收现场运行的有关设备的上传的各类报文信息，并将此报文信息进行存储处理，同时回传给客户端[2]。

2 设计与实现

2.1 RS232通信实现

通信管理器的RS232通信部分使用了C#提供的SerialPort控件来实现对串口通信过程进行控制。该控件的命名空间为System.IO.Ports。

实际编程实现时，除需要设置这些属性参数外，还需要调用SerialPort控件的常用函数。

SerialPort控件的常用事件为DataReceived，用该函数直接处理SerialPort 对象的数据接收事件。

系统启动后，将首先初始化串口，设置串口号（支持多个串口同时通信）、通信波特率、数据位、校验位、停止位。然后调用open函数打开串口。当串口SerialPort控件侦听到有数据时，触发DataReceived事件，启动数据接收函数，将缓冲区的数据字节都入到一个数组中，然后通过该其他通信方式转发到后台客户机中，并将这些通信报文存储在本地日志文件中。

2.2 Socket控件类

本系统的网络通信基于TCP/IP协议，一般此类协议实现的基本流程为：首先在服务器端新建一个通信套接字，服务器处于等待监听状态，但服务器端serverSocket并不定位具体的客户端socket，而是实时监控网络的状态。当客户端的某个连接套接字clientSocket向服务器发送连接请求（其目标是服务器的serverSocket）时，clientSocket必须知道serverSocket的地址和端口号，发出连接请求。当服务器socket监听到或者是收到客户端socket的连接请求时，服务器就立即响应客户端的请求（有时可根据安全需要，拒绝客户端的连接请求），建立一个新的Socket，把服务器Socket发送给客户端，一旦客户端确认连接，则连接建立。上述流程的实现都通过事件触发产生。

由于前置通信服务器既需要为后台客户端提供接入服务，同时需要请求连接现场的监控设备，因此，本系统同时具备服务器和客户机双重通信功能，无疑增加了系统的复杂性。因此，本系统设计主要思想为：利用C#控件为服务器端实现与后台客户机进行通信，而通过创建若干个Socket对象来与现场监控设备（作为服务端，处在侦听状态，IP地址与端口号已知）进行连接。

为此，在通信服务器上，设置一个定时器，如50 ms，定时监测现场设备是否上线，当现场设备上线后，由于这些设备IP地址是固定的，通信服务器将循环扫描每个设备的上线状态，并对未连接成功的远端发起连接，如果检测到连接成功状态，将这些套接字放入一个Socket队列中[3]。

程序执行中，当某一Socket有数据输入时，启动触发事件，在DataArrival函数中读入网络中远端的数据，放入某一队列，由其他进程进行处理。

2.3 Tcplistener类与多线程

通信服务器需要对后台管理机进行通信，此时，又要将它设置成服务模式，为此，需采用多线程技术。正好在C#中，针对网络通信，提供了一个专门的类Tcplistener，这个类是对Socket Tcp协议封装的接口，更便于用户的开发。利用Tcplistenner类的各类函数，编程要点描述如下。

（1）建立Tcp监听器TcpListener对象。

TcpListener serverListenner = new TcpListener （IPAddress.Any， IPAddr，Port）；

其中IPAddress.Any是固定参数，IPAddr为本服务器的IP地址，Port为端口号。

（2）调用serverListenner对象的Start函数启动侦听。此时，新建一个新的线程tNetClient，定义为客户端连接线程，并且启动该线程。具体代码如下。

listener.Start（）；

tNetClient = new Thread（AcceptClient）；

tNetClient.IsBackground = true；

tNetClient.Start（）；

（3）當有客户端连接进来，执行客户端连接线程，具体代码如下。

private void AcceptClient（）{

while （true）

{

TcpClient thisClient = listener.AcceptTcpClient（）；

winSocketClients.Add（thisClient）；

}

}

（4）通过Socket的Receive方法获取客户端发送的数据

byte [] resData = new byte[2048]；

int kLen = s.Receive（resData）；

（5）通过Socket的Send方法向客户端发送数据

byte[] sendData=System.Text.Encoding.Default.GetBytes（“text”）；

mySocket .Send（sendData）；

程序将定时扫描各个连接套接字，如有远程端点发过来的数据，则启动接受程序，读入数据，并存入缓存中，待其他线程处理。

3 结语

本文针对既需要为多个后台工作站提供通信服务，又要同时接入多个远程服务器的需求，设计出符合功能需求的综合通信管理器，系统设计运用了各类控件技术和多线程编程技术。并用C#编程语言，实现了最终的系统。经实际运行测试，系统稳定可靠。

[参考文献]

[1]詹姆斯·库罗斯.计算机网络：自顶向下方法[M].7版.北京：机械工业出版社，2018.

[2]尹圣雨.TCP/IP网络编程[M].北京：人民邮电出版社，2014.

[3]邢彦辰.数据通信与计算机网络[M].北京：人民邮电出版社，2011.

[4]Chenjx2014.RS-232通信程序设计[EB/OL].（2017-03-09）[2018-12-24].https：//blog.csdn.net/haitaolang/article/details/60956456.