（通信与信息系统专业论文）数字监控网络网管技术研究.pdf

西北工业走学硕士学泣论更 摘要 随着网络规模的不断扩大，网络提供服务的日益多样性，分布式网络管理技 术正日益成为通信界网络管理的一个热点技术。为了提高网络资源的利用率和效 益的发挥。本文提出了一种面向异构网的网络管理体系，它主要包含了目前网络 管理领域内最近的研究热点：分稚式中间件和面对分布式对象技术，并在此体系 中有机的集成了c o r b a 与w e b s e r v i c e s 组件。它是目前网络管理领域内最新的 发展趋势，特别对数字监控网络的管理具有重要的现实意义和良好的应用前景。 本文的研究是围绕y s s 系列电力监控系统的项目背景逐层深入展开的。本 文引入了一种新的多级网络管理系统( m l n m s ) ，主要研究成果如下： 1 为了实现网域网际间的监控管理，m l n m s 设计为三层结构。第一层为 网元层州c l ) 一一暨y s s 2 0 数字电力监控系统，在y s z 2 0 0 2 中将其封装为一 c o r b a 对象，也就是数据采集模块( s c a d a ) ；第二层则由电力、能源等数字 监控系统的专业子网构成；最高的网际层使用基于x m l 技术和s o a p 的w e b s e r v i c e s 来实现各个监控平台和数字网络的在i n t e m e t 上的信息传递。 2 各网元元素采用c o r b a 的i d l 进行定义，并将其抽象为不同的c o r b a 对象，在监控子网中使用各种服务( 持久数据服务，刚管服务：报表服务等) 完 成各个c o r b a 对象在某一子网中的信息交互与协同工作。同时使用 c o r b a 九v e bs e r v i c e s 复合代理，完成子网层与网际层的适配，网络管理员使用 ( 瘦) 终端通过i n t e r n e t 网络可以在远程监控各种电力系统。 3 由于m l n m s 的网际层设计使用了w e b 技术，它是一个开放式的体系结 构，在将网络管理信息拓展到i n t e m e t 土相互传递的同时也增加了监控网络所面 临的的安全风险，为了构建一个可靠的网络管理系统，我们针对所设计的 m l n m s 提出了一个基于分级组合策略的安全模型，它的主要实现技术为：基于 c o r b a 的安全服务、可信赖的c a 认证、采用面向x m l 的内容d e s 封装策略。 提出在结合c o r b a w e b x m l 的基础上将现有的主流加密技术分层融合到我们 所设计的多级网络中，从而实现数字监控网络系统的安全管理。 本文最后对所做的工作和成果进行了总结，并指出在多级数字监控网络管理 模型的基础上进一步的研究的方向。 关键字：多级网，数字监控网络管理，中间件，电力监控系统，分布式软件设计 c o r b w e bs e r v i c e s ，安全模型 西北工业大学硕士学1 i 论文 a b s t r a c t a st h ee x p a n s i o no fn e t w o r ks c a l ea n dt h es e r v i c ep r o v i d e db yi tb e c o m e sm o r e c o m p l e x d i s t r i b u t e dn e t w o r km a n a g e m e n tt e c h n i q u ei si n c r e a s i n g l yu s e di nt h e n e t w o r km a n a g e m e n to fc o m m u n i c a t i o n sa r e a i no r d e rt or e d u c et h ec o s to f h e t e r o g e n e o u sn e t w o r k sm a n a g e m e n ta n du s ec u r r e n tb a s i cf o u n d a t i o n t h i sp a p e r s h o w san e wm o d e lo f t h ea r c h i t e c t u r eo f m u l t i l a y e rn e t w o r k sm a n a g e m e n t ，d e s i g n e d f o rw o r k i n gi nh e t e r o g e n e o u sn e t w o r k s t h em o d e lp r o p o s e san e wt e c h n o l o g i c c h o i c et ot h o s ee x i s t i n gi nt h es c o p eo fd i s t r i b u t e dm i d d l e - w a r ea n do b j e c t o r i e n t e d t e c h n o l o g y i ti sm a i n l yi m p l e m e n t e dw i t hc o r b a a n dw e bs e r v i c e sc o m p o n e n t s ， w h i c hh a sr e a l i s t i c s i g n i f i c a n c e a n de x t e n s i v e p r a c t i c a lf o r e g r o u n d i n d i g i t a l - m o n i t o r - n e t w o r km a n a g e m e n t t h i sp a p e rf u l l ys t u d i e st h ed i f f e r e n ta s p e c t so fn e t w o r km a n a g e m e n tt e c h n i q u e b a s e d o nt h er e s e a r c ho fy s sd i g i t a l m o n i t o rs y s t e m s w ei n t r o d u c ean e w a s p e c t ， m u l t i l a y e r sn e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m ( m l n m s ) ，a n di t sm a i na c h i e v e m e n t s a r ea sf o l l o w s ： i m l n m si n c l u d e st h r e en e wn e t w o r km a n a g e m e n tl a y e r sf o rc o n t r o l l i n ga n d m o n i t o r i n gt h ed i f f e r e n tn e t w o r ke l e m e n t si nh e t e r o g e n e o u sn e t w o r k s t h ef i r s tl a y e r ， w h i c hi sc a l l e dn e tc e l ll a y e rf n c l ) c o m p o s e so fa l ll o c a l ed e v i c e so rs c a d a w h i c hi su s e df o rd a t ac o l l e c t i o n t h es e c o n dl a y e ri st h es p e c i a lf i e l dc h i l d n e t w o r k s i np o w e r ，e n e r g y ，a u t om a n u f a c t u r e ，e t c t h eh i g h e s tl a y e ri nm l n m sr e f e rt oa r e c e n tp o p u l a rt e r m - w e bs e r v i c e w e bs e r v i c e si n t e r l i n k ss o f t w a r ep l a t f o r m s a n dc o m m u n i c a t i o n s y s t e m s b a s e do ne x t e n s i b l e m a r k u pl a n g u a g e ( x m l ) t e c h n o l c 。g ya n ds i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c o l ( s o a p ) w eu s et h ew o r k i n g m e c h a n i s mo fw e bs e r v i c e si nc o r b ae n v i r o n m e n t i nw h i c hw e bs e r v i c e sa c t sa s t h em i d d l e w a r e aw i d es e l e c t i o no fa v a i l a b l ew e b t e c h n o l o g ya n dn e t w o r k p r o t o c o l sm a k e si te x t r e m e l ye a s yt oo p e r a t em l n m s a n dt od e v e l o pt o o l sf o r 2 n e tc e l l so f s p e c i a lc h i l d n e t w o r k sa r ee n v e l o p e du s i n gc o r b a i d li n t e r f a c e t oi n v o k et h ec o r b a b a s e ds e r v i c e sd i r e c t l y ，u s i n gt h ei n t e r n e ti n t e r - o r bp r o t o c o l ( i i o p ) t h ec o m m u n i c a t i o n sb e t w e e ns p e c i a lc h i l d n e t w o r k sa sd i s t r i b u t e do b j e c t sa r e u n d e rc o r b ae n v i r o n m e n t ，f o l l o w i n gt h em i d d l el a y e ro fa p p l y i n gc o r b a w e b s e r v i c e sc o m p o u n da g e n tt h a tu s e ri n t e r f a c ec o m p o n e n t sp r o v i d es e r v i c et oe a c ho t h e r an e t w o r km a n a g e ru s e saw e bb r o w s e rt oa c c e s sa na g e n t t h ea g e n ti saw e bs e r v e r t h a tc a r r i e st h em a n a g e r sc o m m a n d sf r o mt h eg u i ( n e t w o r kt e r m i n a l ) n e t w o r k m a n a g e m e n ta p p l i c a t i o n ( s u c ha sg u i ) o nt h ed e s i g n f o ra c c e s s i n gd i s t r i b n t e d n e t w o r k s b a s e do r lt h i sm e t h o dt b eh e t e r o g e n e o u sn e t w o r k sc a nb em o n i t o r e da n d 西北- , 3 k 大学硕士学位论文 n e t w o r k s b a s e do nt h i sm e t h o dt h eh e t e r o g e n e o u sn e t w o r k sc a r lb em o n i t o r e da n d m a n a g e d 3 a sm l n m si sb a s e do nw 曲t e c h n o l o g y i th a sa l lo p e na r c h i t e c t u r e o no n e h a n d ，t h i sm a k e si n t e r a c t i o n 、v i t l lo t h e ra p p l i c a t i o n se a s y ；o nt h eo t h e rh a n d ，t h e r ea r e v i r t u a l l ym a n ya t t a c k st h a t c a nc o m p r o m t s et h et r a n s m i s s i o no fam e s s a g ef o r i m p o r t i n go ft h et 1 1 硼l a y e r ( t h em a i n l yr e a s o n ) t h en e e df o ras e c u r en e t w o r k m a n a g e m e n ts y s t e m ，w h i c hi s r e l i a b l ea n dh i g h l ym o b i l e ，l e dt ot h en e ws e c u r i t y m o d e lp r o c e s sw i t hc o m b i n e de n v e l o pm e t h o dd e s i g no fm l n m s d e s i g n e df o r w o r k i n gi nm u k i l a y e rn e t w o r k se n v i r o n m e n t i ti sm a i n l yi m p l e m e n t e dw i t hs e c u r i t y s e r v i c eb a s e do nc o r b a ，c ai d e n t i f i c a t i o na n dc o n t e n td i r e c t s h o we d i t i n gs e r v i c e s ( d e s ) e n c r y p t e df o rx m l w h i c hi saw e bs e r v i c e sc o m p o n e n t m l n m ss e c u r i t y m o d e lp r o p o s e san e wv i e wt oc o m b i n et h o s ee x i s t i n ge n c r y p f i o nt e c h n i q u e si nt h e s c o p eo fm u l t i l a y e rn e t w o r k sc h a r a c t e r i s t i ca n dc o r b a x m lt e c h n o l o g y i nt h i s s c h e m e ，n e t w o r km a n a g e r sc a r ls e c u r e l ym o n i t o ra n dc o n t r o lt h en e t w o r ke l e m e n t s f r o ma n ys t a t i o no nt h em l n m s i nt h ee n d ，w e s u m m a r i z et h ep r i m a r yc o n t e n ti nt h i sp a p e ra n ds t a t es o m ef u r t h e r w o r ki nt h ef u t u r e k e y w o r d s ：m u l t i l a y e r sn e t w o r k ；d i g i t a l - - m o n i t o r - n e t w o r km a n a g e m e n t ； m i d d l e w a r e ；p o w e rm o n i t o rs y s t e m ；d e s i g no fd i s t r i b u t e ds o l , r a r e ；c o r b a w e b s e r v i c e ；s e c u r i t ym o d e l 1 1 1 西北工业大学硕士学位论文 1 1 论文背景和意义 第一章绪论 当前，各种互联信息网络已成为部分人生活中不可或缺的一部分，影响到他 们生活的方方面面。没有互联网的生活会有很多不便之处。网络管理技术是信息 网络正常、经济和安全运行的重要保证，任何类型的通信网络都需要有效的管理 才能高效稳定地运行。 网管系统通过网元层接口进行数据采集，由于设备由不同的厂商提供，所以 存在着不同的网络接口( 网元层接口) ，网管系统必须对不同的接口采取不同的数 据采集方法：现有的各种专业网有传输网、交换网、电话网、i p 网等，他们之 间保持独立性的同时又相互联系，关系体现在两个方面：承载关系和互通关系， 如s d h 网络为i p 网提供承载服务，g s m 网络和p s t n 网存在互通关系，由于各个 专业网的网管系统的管理范围只限于本专业网，无法了解到其他专业网与之相关 的信息数据，导致各个网管系统之间信息不能互通，无法进行全网资源的调度和 支配，降低了网管系统的管理效率，导致资源利用率降低l l ，2 ，8 】。由于以上原因， 国际标准化组织( o s i ) 提出了基于远程监控的管理框架的现代网络管理体系结 构的核心。这一管理框架的目标是打破不同业务和不同厂商设备之间的界限，建 立统一的综合网络管理系统，变现场的物理操作为远程的逻辑操作。目前典型的 网络管理体系结构是o s i c m i p ( 通用管理信息协议) 和i e t f s n m p ( 简单网络管理 协议) 管理体系结构。 随着工业的不断发展以及国家基础设施建设的逐步完善，数字监控网络管理 系统作为一套为工业、能源等各种系统控制中心提供数据采集、监视、控制和优 化，以及为市场提供交易计划安全分析服务的计算机软硬件系统在监控领域内起 着极为重要的作用。但是，随着监控系统的发展，早期的基于专用机和专用操作 系统或集中式的管理系统已经不能适应需要，开放分布式的监控网络应运而生。 随着监控网络的规模越来越大，网络结构变得越来越复杂，加上网络的异构性， 使得网络管理变得非常重要。然而，目前广泛使用的网管系统是基m a n a g e r a g e n t 方式的集中式网络管理。集中式网管对开放的、异构的、大规模的监控网络很不 适用。在这种情况下，我们提出了通过一种有效的多级架构 9 j o 的分布式异构网 络管理体系，得到一个灵活的、安全的、可配置的、可扩展的网络环境的思想和 实现方法。 西北工业大学硕士学位论文 在上述情况之下，我们要设计和实现基于中间件1 1 和w e b 技术 4 , 15 1 的具有分 布式多层次体系结构的数字网络监控管理系统( 它是基于y s s 系统所设计的) 。 1 2 国内外发展现状 交换与通信网国家实验室主任、国家网络管理标准研究组主席孟洛明谈到 【l2 ：“我国现阶段网络管理水平和世界先进国家相比还有较大差距，特别是在利 用网络管理系统产生效益方面和国外差距更大。在网络管理发展的三个阶段( 网 络可运行阶段、网络可管理阶段和网络增效益阶段) 中，世界先进国家基本上己 到达网络增效益阶段，而我国总体上还处于网络可运行阶段。导致这种情况的原 因很多，主要原因之一是标准的问题，世界先进国家的网络管理系统建设中采用 的成熟标准系统已经产生了显著的经济效益，他们的经验非常值得我们借鉴。” 近年来，随着网络技术、数据库( 如c g i ) 技术、面向对象技术、i n t e r n e t 技术、w 曲s e r v i c e s 技术以及软件标准化技术的飞速发展，基于新一代互联网技 术、分布式对象技术、通信中间件和数据库中间件技术的网络管理系统平台建设 的基础条件已经成熟。 此外，由于信息网络的迅速发展和不同专业网间联系的加强，需要建立统一 的网络管理体系。由o m g ( o b j e c t m a n a g e m e n tg r o u p ) 审l j 定的c o r b a 【7 3 1 ( c o m m o n o b j e c tr e q u e s t b r o k e ra r c h i t e c t u r e ) 规范，经过多年的发展，成为分布式处理技术 的工业标准，它的o r b 、h o p 和i d l 等机制为异构网管系统的互操作奠定了良 好的基础。c o r b a 提供了在异构分布环境下不同机器上不同应用的互操作能力 和将多个对象系统无缝互连的能力，更适用于开放环境下业务的快速构造及资源 和业务的有效管理。但c o r b a 在网络管理标准中的应用还需要进一步完善。 1 3 作者的研究内容及主要工作 课题拟在y s s 远程分布式电力监控系统的基础上实现新的数字监控网络系 统的网络管理。本文在分析和总结现有的网络管理系统和科研项目的基础上，将 c o r b a 、w e bs e r v i c e s 与面向分布式对象等技术应用于分布式网络，结合了 y s s 2 0 现场总线系统的升级版y s z 2 0 0 2 电力监控系统，阐明了数字监控网络管 理的体系结构及安全模型等部分的关键技术，给出了该多级网络管理系统中子网 层( 应用c o r b a 技术) 与网际层( 应用w e bs e r v i c e s 技术) 的网络管理功能 的设计思想及其部分实现。 西北工业大学硕士学位论丈 1 3 1 研究内容 多缴网络管理体系的研究与设计； 了网层网络管理关键问题与部分实现； 网际层网络管理关键技术与方案； 基于多层网络的组合安全模型的研究与设计 远程监控网络的无人职守方案： 该体系新技术问题的讨论 1 3 2 主要工作 在参与的多个项目中，本人先后负责了数字监控网络各部分些模块的设计 与实现。主要内容包括以下五部分： y s s 2 0 系统的管理元素的抽象化、数字化与图表化设计； y s z 2 0 0 2 系统报表服务、报表与图表显示终端的数据交换； y s z 2 0 0 2 报表与图表数据整理及显示方式的设计与实现； y s z 2 0 0 2 在分布式网络数据传输中的实现方法分析与测试； y s s 3 0 利用w e bs e r v i c e 传输数据的通信方案设计； y s s 3 0 的g s m 网关的无线集成自动化信息管理的预研； 另外，在工作期问作者在指导老师的悉心指导下，先后查阅了大量的有关论 文资料和c + + b u i d e r 编程等各方面的书籍，从中受益非浅，为工作的完成奠定 了良好的基础。 1 4 论文的组织安排与结构 全文共分七章。 第一章：绪论 本章介绍了关于数字监控网络网管技术的国内外研究现状以及本文的选题 ，景和意义。 笫二章：数字监控y s s 2 0 系统 本章首先介绍了数字监控网络( 暨y s s 2 0 系统) 架构及存在的问题。 第三章：面向异构网的多级网络管理体系模型 针对第二章中的问题，本章首先捉m 了种以面向埘象、中间件技术为核心 的多级网络管理体系，将c o r b a 、w e bs e r v i c e s 与而对对象等技术应用 二分佑式 监掩网络，并介绍了该体系 1 3 概念和壁本结构，以已有的y s s 2 0 系统作为浚网 络体系的第一级，然后讨论了该体系中各个层次的基本设计思路，包括一然重要 西北工业大学硕士学位论文 模块的设计。最后针对体系结构的技术特点和安全性等问题做了进一步分析。 第四章：子网层网络管理 本章重点讨沦了多级网络中第二级。提出基f 分们式对象模型的数字监控系 统，其核心思想是在子网的分布式环境中，将各种网络管理元素抽象运行在网络 上的服务对象。首先给出该数字监控系统的整体结构模型，包括几种主要的数据 服务、模块定义等，然后讨论了各部分的设计原理、功能与技术路线。最后以一 个分布式数掘报表为例，详细介绍各个模块通过服务的信息交互及其功能实现过 程。 第五章：网际层网络管理 本章重点讨论了多级网络中第j 蔓级。首先介绍了传统分布式应用系统的组件 技术及其局限性；然后讨论了w e bs e r v i c e 技术所具有的中问件上“中间件”的 特性，阐述了如何无缝结合w e b 服务和c o r b a 技术以实现在广域网范畴土二的 数字监控功能模型。 第六章：逐级封装安全模型 本章针对多级网络管理体系所面临的安全风险进行了分析。重点讨沦了 i n t e r n e t 域中的安全问题。首先介绍了当前流行的安全加密方法，分析和比较了 各种方法的优缺点：然后给出了一种基于封装组合的数字监控网络安全模型，使 用逐级封装，组合复用的安全策略；最后论述了其在多级网络管理体系应用的关 键技术，讨论了该模型的安全性。 第七章：结束语 本章对作者的研究工作与研究成聚进行了总结( 并指出了进一步的研究方 向) 。 西北工业大学硕士学位论文 第二章数字监控y s s 2 0 系统 随着计算机技术和i n t e m e t 的发展，网络的业务和应用的越来越丰富，对计 算机网络的管理与维护也就变得至关重要。网络管理【5 , 1 3 就是指临督、组织和控 制网络通信服务以及信息处理所必需的各种活动的总称。其目标是确保计算机网 络的持续f 常运行，并在计算机网络运行出现异常时能及时响应和排除故障。它 是计算机网络的关键技术之一，尤其在大型计算机网络中更是如此。 2 1y s s 2 0 数字监控系统概述 随着电力自动化技术的不断发展，电气监控系统在电力系统中发挥着越来越 重要的作用。 电气监控系统能就地或向远方提供必要的运行信息，i _ ：j 亡其是丌关和保护行为 的信息，使值班人员和系统调度人员把握安全控制、事故处理的主动性，同时可 以提高电网的运行管理水平，减少变电、配电损失，提高供电质量。随着电力工 业装备技术的发展和运行管理水平的提高，国内不少变电站或厂矿配电室配景了 电力监控系统，但这些监控系统一般为集中柜式，可靠性较差，维护检修不方便， 人机界面不友好，数据处理能力差。因此，有必要刀：发新型的电气监控管理系统， 更好地完善变电站综合自动化和电网调度自动化的功能。 在这种背景下，我们在原有的单片机系统的基础上重新丌发的远距离集中 监控保护低压电路系统组念软件y s s 2 0 0 0 电气监控组态软件系统，保留了 原有系统的必要功能，同时为了和国际标准接口，满足工业测控系统中通信网 络对实时性和可靠性的要求，改造了原系统的网络模型，应用p r o f t b u s 现场 总线系统，保证了系统的工业可靠性和实时性。y s s 2 0 0 0 电气监控组态软件系 统利用现场控制器将各种智能化仪表在作、现场组合成现场自动化设备，然后 利用现场总线技术将现场控制器连网，实现过程控制的优化管理。使企业以最 小的代价、最短的时间获得最先进的技术，最大限度地提高经济效益。 y s s 2 0 0 0 监控管理系统适用于1 0 k v ( 3 5 k v ) 及以下城乡变电站、箱式变、 发电厂用电、楼宇自动化、工矿企业配电房等的变电、受电、馈电、监控和各 种终端配用电等的远方控制与管理。系统集监视、测量、保护、控制和通信多 种功能于一体，是种丌放式、网络化、单元化、可扩展性好的监控管理系统。 y s s 2 0 0 0 电力监控软件系统( 简称为：y s s 2 0 ) ，是一套从电力监控系统的 丌发到现场使用的成套软件系统。该系统的目标是为电力部门提供便利的，快 捷的，安全的从死发到现场应用的r 乜力设备监控系统。主要功能包括：现场数 据的采集和显示，对现场设备的控制，对现场没备参数的凋黎，系统使用用尸， 西北工业犬学硕士学位论文 的管理设备的卜f 载( 网络信息) ，用电管理设备状态的显示，现场i 殳备 报警提示，数据的历史记录，设备数据的转存，电网质量分析，系统运行f 1 志记录，选择性配合分析，设备的特性曲线的动态显示，负荷分析， 设备 故障的珍断和分析，自动控制，设备之问的关联约束， 双机备份等。 2 2 y s s 2 0 系统的基本结构 y s s 2 0 电力监控系统是由一级丌发版，二级开发版和运行版三部分组成( 如 图2 1 所示) 。一级开发版和二级丌发版主要用于开发的部分，运行版是真正投入 现场运行并实现监控功能的部分。 图2 1y s s 2 0 电力系统组成示意图 y s s 2 0 系统由b o r l a n d 系列软件丌发，系统包括用于组态的开发版和用于低 压电气监控的运行版。开发版又由高级用户版( 设备版) 和普通用户版( 工程版) 组成。 对丌发版的组态，首先应当建立图形库、图标库和单位库，为高级丌发版设 备的组态做服务准备。图形一般是用来反映设备的实体外观，当然也可以用它来 美化设备的界面，图形库的建立首先需要个图形编辑工具，用来编辑图形库所 需的图形，y s s 2 0 本身不带图形编辑工具，可以使用w i n d o w s 的图形编辑工具， 也可以使用其它图形编辑二【：具，其文件格式为+ b m p 、+ j p g 和+ j p e g ；图标是用 求反映设备的不同状态，图标编辑工具y s s 2 0 系统自带；单位是指物理量的单 位。图形、图标库的建立是把编辑好的图肜、图标导入到库中。 西北工业大学硕士学位论文 高级用，版用于将设备组态入库，主要供现场总线设备，e 产商和熟悉总线产 品的高级开发人员使用。入库的设备可供普通用户在普通用户版组念时使用。入 库的设备信息包括设备图形、设备图标、设备报文结构、设备变量信息、设备使 用的“四遥”界面、报警界面、特性曲线库等。此外高级用户版还提供了一种易 学易用的编程环境- - c 2 0 0 0 丌发环境高级用户可以通过系统提供的编程接口给 各设备编写相应的动作程序。 一 普通用户版用于现场应用中的规模定制，包括系统总线参数的设定、所使用 设备的选择、监控界面的制作、报警没置、自动控制设置等。普通用户只需从高 级用户版生成的设备库中选取设备、界面组成的工程界面，完成： 程组态。用户 通过普通用户版组态生成的运行版系统可以做为范例工程保存在普通用户版中， 当下次组念工程时，用户可用范例工程作为原型，根据需要稍作修改即可。当然， 用户也可以重新组态工程。 运行版完成系统的遥控、遥测、遥调、遥迅，进行报警控制和系统分析诊断。 能够通过图表全面反映系统配置、电气原理、通信网络及通信设备和系统的柜面 布置等情况，以及现场各子站的运行状况。可以通过模拟屏全面反映系统中各单 元的电流、电压、频率、有功功率、无功功率、功率因素等，并通过柱图、实耐 曲线等直观察看比较，具有比较完善的系统测量功能。同时运行版还提供各种报 表功能，可由用户根据实际需要对报表进行设计。 y s s 2 0 系统采用全中文界面，可视化视窗操作方式，具有以下优点： 组网方案灵活。用户可根据需要定制出各种网络稚局，中压、低压配电 系统统一监控管理。 行业性强。电力行业标准的设备库、图形图标库，专为配用电领域的控 制与监测设计。 可靠性高。分散式保护和测量，集中监控管理，各智能单元具有独立保 护和控制功能。系统采用随台上位机，通过以太网相连，实现双机互各。 实时性强。采用多线程技术有效保证了监控环境的实时需要。整个系 统还可采用g p s 时钟，保证数据采集的精确性。 应用灵活。可提供标准应用和高级应用，系统留有编程接口，用户可根 据需要，编写程序，生成自己的高级应用。 2 3y s s 2 0 系统的功能模块框架 系统各部分模块相互之间的关系如图2 ，2 所示，见下页。 从该图可以看出，+ 缴丌发版主要完成网元设备的绢念最终建i ) ：二级丌发 版所需的设备数据库。_ 二级丌发版完成工程的组态，它的数据来源于级丌发版， 西北工业大学硕士学位论文 最终完成运行版所需的所有数据。 西北工业大学硕士学位论文 2 4y s s 2 0 系统运行版的监控功能 y s s 2 0 系统采用面向对象技术，提供了一个基于i e 风格的可视化组态环境， 软件行业针对性强，提供各种电力总线产品的设备库，电气图标、图形标准库以 及各种标准的监控管理组态界面，用户只需简单的培训就能熟练应用组念软件进 行：r 程的标准设计。同时系统留有用户编程接口，系统具有很强的可扩展性，增 加了系统的适用性能。y s s 2 0 工程运行系统是用户在y s s 2 0 工程组态系统中能 组态好的：l ：程运行平台，即就是利用y s s 2 0 工程运行系统软件针对一特定工程 进行监控管理。它主要包含以下功能： 1 用户管理 用户权限设置，用户功能设置，用户操作统计等； 2 设备上下载( 网络信息) 用于设备的检修； 3 用电管理 阶段统计，电费计价，分时段计价，人工修正，有功电度，无工电度。 4 设备状态信息表( 信号屏) 提供系统运行状态实时监控信息显示，不断刷新，以颜色区分显示； 5 报表的显示 三类报表格式确定：f 1 报表，月报表，年报表。报表中显示的变量由用户自 行确定。 6 报警提示 显示报警信息以“! ”提示 7 历史记录 提供故障、报警信息历史记录，并提供各种方式盼记录查询，包括按子站号、 时问段和敝障报警的类型： 8 实时数据库和历史数据库 实时数据库显示设备的实时数据，历史数据库显示设备的历史数据，历史数 据分为分钟数据和小时数掘； 9 数据库的转存 系统运行一段时阳j 后进行数据转存。 1 0 运行r 志 系统操作情况的记录 1 1 电网质量分析 【2 选择性配合分析 1 3 设备的特性曲线显示 西北工业大学硕士学位论文 】4 负荷分折 用表格或图形显示，分时问，分设备 l i 故障分析 1 6 自动控制 1 7 交班 1 8 双机备份 2 5y s s 系列数字监控软件 要设计实现一个功能足够强大、简便实用的软件系统，是一项艰巨、复杂的 工作，为了便于y s s 系统功能的扩展和技术升级，需要系统考虑、多方配合。 系统的设计必须考虑现在和将来的实际应用，要为用户提供高级的软硬 件调试开发环境。在系统设计的初期就考虑软件的开放性与升级的可能 性，可使系统在硬件变化之后，能尽可能快的获得软件支持，迅速进入 实际应用。 系统软硬件的设计应该遵循所应用领域的玎放接l 标准。这样可使系统 的软硬件模块能与符合相关接口标准的其他产品联用，增强系统的竞争 力。 y s s 2 0 数字监控系统较之早期的y s s i 0 工控组态软件做了许多方面的完善 工作，包括： 系统对于多种现场总线韵支持， 系统的初始化启动较慢的问题， 如f f 、c a n 总线等： 双机热备功能的进一步完善。 由于y s s 2 0 是基于现场总线技术的，适用于集中式、集散式的控制系统， 近年计算机技术、通讯技术、控制技术的飞速发展促使监控系统向数字化、分却 式、开放可互操作和面向丌放式互连网络的现场总线控制系统( f c s ) 发展。与 此同时，作为位于控制系统上层的软件系统也被要求具有更好的丌放性、互操作 性和可扩展性；一个现阶段或将来的好的数字监控系统需要具有以f 功能5 , 1 7 ： 监控信息同e r p 或企、m i s 集成； 可以从一个地点看到多个信息的信息集成； 有能力存储和处理海量数掘，包括实时和历史数据； 监控系统与各种异构平台上的不同应用系统的集成； 监控系统具备跨地域的i 叫络化管理能力及相应的运行机制。 对于这些需求，传统的c s 模型将不再适合，需要我们采用新的技术方案。 庄下一章中我们结合上述情况，在y s s 20 系统的基础上提出并没计一科t 全新的 数字监控网络管理架构模型。 西北工业大学硕士学位论文 第三章多级数字监控网络管理体系模型 面向对象技术和多层体系结构的紧密结合引发了数据系统的变革：应用程序 的结构已经从传统的c s 两层结构转变为分布式应用n 层结构t 2 8 1 。为了适应 现代网络管理系统的发展要求，方便用户的监控管理和维护，针对各行业子网互 不兼容特性及现存的一些问题为数字监控网络提供一套强大的网管服务功能。我 们要建立一种基于分布式服务的多级数字监控网络管理系统。 3 1 多级网络管理体系结构m i ，s 3 1 1 多级网络管理的需求 随着网络规模的扩大，网络变的越来越复杂，网络在运行和管理方面所付出 的代价，大大超过了网络设备本身的成本。在使用新的开发环境、调试设备、信 息交换和传输硬件的投入很大，而培训业务管理等人员的花费更巨大，所以新技 术的应用往往受限于成本，随着中国加入w t o 及通信市场的开放，运营商间的 市场竞争日益激烈，如何继续利用各专业子网已有的网络基础设施，已成为众多 网络运营商和专业网管人员所关心的问题。 在本系统中我们综合了各个网络管理标准，形成了具有独特特色的网络管理 体系结构( 其特点详见本章第三小节) 。 3 1 3 多级网管模型的设计思路 从管理功能和管理区域的角度划分，我们将整个网络管理系统分为网元管理 层、子网管理层和网络管理层。网元管理层对单个网元、子网管理层对多个单个 网元、网络管理层对子网间的关联系统分别实现配置管理、故障管理、性能管理、 安全管理的功能。目前国内运营商的网络管理系统大部分仍然处于网元级的管理 和子网级管理【s - 1 2 。 多级网管体系设计中，在处理网络应用的偶发复杂性和固有复杂性时，一些 最成功的技术和工具主要集中在“面向对象”中间件中l b 一5 1 ，它有助于管理网 络中的复杂性( c o m p l e x i t y ) 和异种性( h e t e r o g e n e i t y ) 。我们通过c o r b a 中间 件来规定分布式对象的定义、封装( 接口) 和语言映射。将其作为同一区域网内 不同功能子网网元间的通信协议组件，实现对象间的通讯和互操作；再将w e b s e r v i c e s 作为上层中间件，将区域子网抽象为分布式对象，利用其已有的h t t p 等协议组件，实现i n t e m e t 域上信息传输和资源管理。 西北工业大学硕士学位论文 3 1 4 多级数字监控网络管理体系 图3 a 多级网络管理体系简要模型 在上图3 1 框架中，网元层继续使用基于c m i p s n m p 私有协议等接口：而 网络层则采用c o r b a 接口：网际层则采用w e bs e r v i c e s 接口( 面向i n t e m e t ) 。 各专业网网管系统和数字监控网管系统的接口采用c o r b a 接口，业务层管理层 和数字监控网管系统的接口采用c o r b a 接口。 3 2 主要模块的技术路线 实现w e bs e r v i c e s 、c o r b a 和c m i p s n m p 各种私有协议的跨域管理是建设 多级网络管理系统必须首先解决的问题，在此模型中将w e bs e r v i c e s 作为建立在 c o r b a 中间件之上的中间件，c o r b a 作为其实现平台。 3 2 1c o r b a 网关模型 c o r b a 网关内的各个子网在总体结构上采用基于服务的分布式对象模型， 用i d l 定义网关接口并封装网元层被管理元素，将本地各专业子网的企业级服 务器抽象为多个分布式对象，可根据需要内置o p c 、m o d b u ss e r v e r 等，然后利 用c o r b a 平台屏蔽掉底层的硬件和操作系统的差异，完成分布式对象间的互连 及通信。为了更好的与目前典型的网络管理体系结构o s i c m i p ( 通用管理信息协 议) 和i e t f s n m p ( 简单网络管理协议) 实现无缝链接，在c o r b a 网关模型中嵌 入了由x o p e n 和n e t w o r km a n a g e m e n tf o r u m 制定的国际网络管理标准 西北工业尢掌硕士学位论丈 x o j i d m i 川1 ，它可以把s n m p 或c m i p 管理信息库的m i b 慨范映射成o m g 的 i d l 规范。 3 2 2w e bs e r v i c e s 网关模型 w e bs e r v i c e 主要是向客户端( o nw w w 浏览器) 提供备种服务以及一个外网 用户与内部系统交互的接口，其中包括身份验证和数据的传输，从而合法用户能 够通过i n t e r n e t 浏览器窗口查看、操作子系统。w e bs e r v i c e 的s o a p 办议支持 h t t p 消息绑定，这就为w e bs e r v i c e 部件通过i n t e r n e t 交互奠定了防议基础，并具 有穿透防火墙的良好特性。w e bs e r v i c e 利用s o a p 协议组件传递信息其用x m l 标准封装的数据给客户端的浏览器，客户端用