（电路与系统专业论文）基于gprs的移动数据库同步机制在电力系统中的应用.pdf

浙江大学硕士学位论文 摘要 电力现场校验是对用电点现场的电能表进行检定以保证其正常运行而进行 的工作，集现场校验与内部管理于一体，是电力计量部门最重要的任务之一。随 着现代通信技术和信息管理技术的飞速发展，尤其是无线通信技术的发展，原有 的手工校验方式亟待变革，需要向自动化、规范化方向发展。 本文设计并实现了电力现场校验系统，以移动数据库同步机制作为现场校验 和内部管理连接体，g p r s 无线网络作为数据传输的载体，p d a 作为现场校验的 平台。并且对同步算法进行了研究与改进。 本文通过分析移动数据库的原理，针对移动环境下的缓存弱一致性，提出了 基于时间戳的缓存同步。将缓存的数据库操作语句通过g p r s 传输，然后依照时 间戳顺序对数据库依次进行更新，以保证两边数据库的弱一致性。考虑到多个 p d a 访问服务器请求同步，提出了基于缓存权数的优先级算法。并且对数据库 执行移动事务时冲突的检测和处理也进行了相应的研究。 本文对整个系统各模块的设计与实现都进行了详细的介绍，并对系统性能进 行了测试分析，系统性能良好。该系统利用了现代的信息管理技术，可以作为计 量信息管理系统的一个雏型。 关键字：p d a ，g p r s ，移动数据库，同步，时间戳，缓存权数 塑垩盔兰堑主兰垒笙奎 a bs t r a c t e l e c t r i c p o w e rf i e l d - c h e c k o u ti sat a s ko fc h e c k i n ge l e c 埘c p o w e 卜m e t e rr u n n i n g o nt h ep o w e rf i e l dt oa s s u r ei tw o 曲n gw e l l ，w h i c hi i l c l u d e sf i e l d - c h e c k i n ga i l d i r l t e m a lm a i l a g e m e n t i t so n eo ft h cm o s ti i n p o n a m tt a s k so fe 1 e c t r i c p o w e r m e a s 、l r e m e n td e p a r t r n e n t w i t h 也ed e v e l o p n l e r no ft h em o d e mc o m m i u l i c a t i o na 芏l d i f b r n l a t i o nm a l l a g e m e n tt e c l l i l o l o g y ，e s p e c i a l l y 砸m 也e 嘶r e l e s sc o m m m i c a t i o n t e c h n o l o g y ，0 1 dw a y so fe l e c 仃i c - p o w e r m e t e rf i e l d c h e c k o u tm u s tb ei n n o v a t e df o r m o r ea u t o m a t i ca n dn o r m a t i v e t m st h e s i s d e s i g n s 趾e l e c t r i c _ p o w e rf i e l d - c h e c k a u ts y s t e m i tc o 彻e c t s n e l d c h e c 虹n ga n di n t e m a lm a n a g e m e n tw i t hd a t as y n c h r 0 工l i z a t i o nt e c h n o l o g i e so f m o b i l ed a t a b a s e i tt r a n s f e r sd a t av i ag p r s nu s e sp d ai nf i e l d c h e c k i n g t h et h e s i s a l s os t u d i e sa n di m p r o v e st h es y n c h r o n o u sa 1 9 0 r i t m t h i st h e s i sa i l a l y s e st h ep r i n c i p l e so fm o b n ed a t a b a s ea n dp r o p o s e sac a c h e s y n c h r 。n o u sa l g o r i t h mb a s e do nt i m es t 锄p ，w h i c hm a i n t a i n sw e a kc o h e r e n c y1 1 1 1 d e r m o b i l ee n v i r o m e n t s t h ea l g o r i t h ms a v e sd a t a b a s em a i l i p u l a t i v el a l l “a g e ，仃，m s f e r s c a c h ev i ag p r s ，a 1 1 dc o m m i t st h ed a t a b 踮ea c c o r d i n gt ot i m es t a m p t oc o n s i d e r m u l t i p d a a c c e s s i n gs e n r e r f o r s y n c h r o n i z i n g ，也et h e s i sp r o p o s e s a p r i o r i t y a l g o r i t h mb a s e do nc a c h ew e i 曲t i n g a n di ts m d i e st h ec o n n i c td e t e c t i n ga 1 1 dd i s p o s a l o f m o b i l et r a n s a c t i o n d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft h es y s t e mi si n t r o d u c e di nd 州l ，a n dt h es y s t e m p e r f o 吼a n c eh a sb e e nt e s t e d ，a 1 1 dt l l er e s u h sh a v es h o w nt 1 1 a ti tp e r f b r i l l sv e r yw e l l t 1 1 i ss y s t e ma d o p t sm o d e mi n f o m a t i o nm a n a g e m e n tt e c h n o l o g 弘a n dt 1 1 e nc a nb ea r u d i m e n to f 血em e a s u r e m e n ti b n a t i o nm a l l a g e m e n ts y s t e m k 郫，o r d s ：p d a ，g p r s ，m o b i l ed a t a b a s e ，s y n c h r o n i z a t i o n ，t i m es t a m p ，c a c h e w e i g h t i n g i i 浙江大学硕士学位论文 1 1 课题背景 第一章绪论 现在的每个用电点，几乎都是用电表来统计其用电量的。电表是一种专门用 来测量电能累积值的表计，广泛地分布在电力系统发、供、用电的各个环节中， 为合理计收电费及经济核算提供了最有力的依据。 全中国已达好几亿个电表了。这些电表中，有的会走字不准影响用电的统计 管理，有的会因为使用年龄过高或其他故障而不能使用会造成用户的用电不便， 有的会出现过流容易造成用电事故或灾难等。因此要求对这些电表进行定期校验 和更新。校表工作对用电安全、电表管理和用电管理都是极其重要的。国家在交 流电能表现场校准技术规范中对电能表进行现场校准的项目、校准条件及其它 工作条件都制定了详细的要求。 以前的校表工作是有专业人士对电表的检测，有人为地做出结论，这不免会 有个人主观错误。后来有了标准表来校验电表，但是只能是人为地去测量，对标 准表里测的数据也只能是人为地去采集，所以这里还是会犯人为地错误的，比如 对某些数据的某个阿拉伯数字写错了、或是对某个小数点位置写错了等都会造成 校表工作的不准确性。随着科技的发展，可移动的手提笔记本电脑出现了，这样 就出现了可在笔记本上对校标工作进行操作的校表系统，自动采集标准表中的数 据，这就大大减少了校表工作中的人为因素，提高了校表工作的准确性。但是由 于笔记本虽然能够可移动，其在外面的校表工作中的使用时间不长。因为笔记本 的电池使用时间一般只能维持3 小时左右。而且其体积重量对在外面校表工作人 员来说也是个不小的负担。 此外，由于电力系统电能表现场校验工作一直沿用手工帐簿式校验方式， 所有需要校验的用户和电能表的信息用手工记录在记录本中，并且现场手工把校 验数据抄送回来也记录在本子上，这对于目后的统计查询工作带来了很大的工作 量，大大加重了工作人员的工作强度。革新现场校验工作的方式，充分利用现有 的各类新技术，实现现场工作的自动化、无纸化操作，统计工作的简单化、直观 化，把工作人员从复杂的统计报表中解脱出来成为亟待解决的问题。 浙江大学硕士学位论文 最后，因为电能表运行情况、准确程度对电能计量的影响至关重要，所以其 数据的准确度，以及人为因素的最小化也是现今电力计量部门应当重视的问题。 而校验流程的自动化恰是解决这一问题的唯一途径，必须在校验电表的过程中， 尽可能地减少人为因素，以达到计量的公平性。 1 2 课题意义 目前国内市场上还没有厂家提供电能表现场校验的系统解决方案，甚至关注 这方面的人都很少。电能表现场校验系统仍旧停留在手工纸质作业的时代，不但 校表人员工作量繁重，而且管理人员的工作也烦琐复杂，整个校验过程并没有形 成一种标准的数据流程，统计工作难以进行，不准确现象严重，这与现在的信息 时代极不相称。虽然电能表现场校验仪器正向智能化、自动化趋势发展，厂家开 发了很多种的现场校验仪，但就市场现状来看： 1 智能校验仪带数据存储及总线通讯技术，可以从计算机下载指令、上传校 验结果。但这类校验仪种类甚少，结构复杂，体积庞大，难以携带，不受校验人 员的欢迎，而且价格昂贵。 2 如果要从普通校验仪更新到智能校验仪，不仅需要很大的成本，而且将淘 汰大量的校验仪器，造成资金和资源的浪费。 3 校验仪器没有和管理软件很好的结合在一起，不便于系统管理。 一方面现场校验人员和计量管理人员要求自动化和无纸化的呼声很高，另一 方面市场上相应的产品迟迟未能出现。主要原因是电力计量行业的业务和管理流 程特殊，现场校表的数据同步复杂，以及电力部门的营销系统产品很多，很难做 到统一的接口，导致产品的兼容和推广比较困难，所以关于现场校验系统的产品 就不能如期而至。 本系统根据电能表现场校验的实际情况，研究出了一套解决方案，并进行了 完整的实现，弥补了市场的空白，解决了束缚计量工作的瓶颈问题，开拓了电能 表现场校验工作的新局面，把计量管理工作推向了一个新的高度。目前本系统已 经在杭州电力局计量所和湖州电力局计量所投入使用，得到了现场校表人员和管 理人员的普遍好评。并且杭州电力局计量所把其作为一项精品工程提供给许多省 市的电力计量所参观学习，受到了广泛关注。目前正着手在浙江省推广。另外， 浙江大学硕士学位论文 湖北省电力公司已经签下意向书，准备引入本系统。 1 3 国内外的研究现状 电力现场校验系统主要由一个主服务器和多个移动客户端组成，因此广义上 讲仍然是分布式数据库的系统构架，而狭义上则是移动数据库系统。移动数据库 系统可以看作是传统分布式数据库系统的扩展。 o s z u 和v a l d u r i e z 按照自治性、分布性和异构性，对分布式数据库进行了分 类。d u n h a m 等人对上述分类进行了扩展“1 ，提出了移动数据库系统的概念。一个 移动计算系统必然包含了固定网络部分和移动主机。其中固定网络部分可能构成 传统的分布式系统，因此他们在分布性坐标轴上增加了一个特殊点表示移动性。 移动数据库在一般意义上属于异构多数据库系统的范畴，但是也可以简单构建在 分布式数据库之上。目前，移动数据库系统相关的研究和实践一般都基于这个定 义来开展。 移动数据库系统中最关键的技术是同步技术，主流数据库厂商，m i c r o s o f t 、 o r a c l e 和s y b a s e 等各自推出了相应的移动数据库产品。国外的移动数据库产品己 经进入比较成熟的市场应用阶段，但是基本上所有的移动数据库产品对于弱连接 的无线网络支持还不太成熟。 m i c r o s o f t 公司推出了m i c r o s o f ts q l2 0 0 0w i n d o w sc ee d i t i o n 来配合s q l s e r v e r 使用，采取了r d a 和r e p l i c a t i o n ( 合并复制) 两种方式进行数据同步，但 是应用面比较狭窄。 o r a c l e 公司o r a c l el i t e 移动数据库产品，配合o r a c l em o b i l ea g e n t 消息中 间件。3 ，形成了“客户a g e n t 服务器”的三层结构。移动客户机与服务器之间 的通讯全部交给固定网络中的a g e n t 完成。 s y b a s e 采用数据复制技术来支持移动计算，推出了s y b a s eu l t r a l i t e 嵌入式 数据库产品，并提供了s q la n y w h e r es t u d i o 开发包。值得一提的是，s y b a s e 的 产品在移动数据库市场占有率超过5 0 。 但是，在实践中，移动事务主要还是通过事务局部化的方式来实现的，它并 没有解决移动事务的关键问题，针对移动事务的频繁断接性、移动性以及由移动 主机的资源局限性、非对称的无线网络带宽等移动计算环境的固有特性带来的问 浙江大学硕士学位论文 题所进行的研究还很缺乏，人们仍然提出了诸多事务模型来试图解决移动事务所 面临的困境。 1 4 论文的任务和结构 本文通过系统分析和研究电能表现场校验的业务流程和需求，结合通信技术 和信息管理技术，提出了现场校验的系统架构。通过对移动数据库的理解设计了 系统数据库结构，并针对g p r s 无线数据传输的特点制定了通讯协议。 在系统设计过程中，考虑到移动数据库的一些关键问题，提出以缓存的方式 来进行数据库的自动同步。经过对缓存同步和优先级算法的研究后，提出了一种 基于时间和缓存权数优先级的同步算法，而且在同步算法的基础上还论证了冲突 的检测和处理。最后对整个系统进行了实现。 在整个现场校验过程中，最理想的状态就是让工作人员只把身心投入到对电 表的校验过程中去，而不必关心校验得到的数据如何传输、如何保存、如何处理、 如何统计，因此数据库的自动同步功能就显得格外重要。在这个过程中，主要是 要保证数据的完整性和一致性，以及尽量避免冲突的发生。对此，提出了按照时 间戳来记录数据库操作缓存，这样能够让同步过程按照时序流畅进行。此外还综 合考虑了截止期和冲突避免，提出了基于缓存权数的优先级算法应用到同步中 去，使得整个同步算法更加完备。 通过此系统设计和同步算法，使整个电表计量工作的管理流程和校验流程得 到了彻底的分离。本文还根据了各地计量所的需求，对其余各个模块都进行了详 细的设计和实现，获得了计量所的好评，提高了工作效率，得到了许多的地方的 长期应用。 本论文的结构： 第二章介绍了g r p s 的基本概念，p d a 上操作系统w i n c e 的基本概念，以及 数据库中的相关理论。 第三章的主要内容是系统同步模块的设计。主要讨论了移动数据库的缓存弱 一致性，提出了基于时间的缓存同步；针对截止期和冲突避免，提出了基于缓存 权数的优先级算法；最后提出了同步算法，并论证了冲突的检测和处理，分析了 算法的可行性。 4 i i | 江大学硕士学位论文 第四章介绍了电力现场校验系统的总体框架，设计了数据库结构和通讯协 议，并具体描述了系统主要功能模块的实现。 第五章介绍了数据库同步算法的测试和系统数据采集、数据传输以及整体性 能的测试。 第六章对本文研究内容进行了总结与展望。 浙江大学硕士学位论文 第二章无线网络与p d a 应用模式基本概念 2 1t c p 舟p 协议概述 1 t c p i p 网络模型 t c p i p 协议族是当今最流行的组网协议标准，t c p i p 协议组之所以流行， 部分原因是因为它可以用在各种各样的信道和底层协议( 例如t 1 和x 2 5 、以太 网以及r s 一2 3 2 串行接口) 之上“1 。确切来说，t c p i p 协议是一组包括t c p 协议 和i p 协议，u d p 协议、i c m p 协议和其他一些协议的协议组。 圈2 t c p ，i p 协议层次图 t c p i p 协议并不完全符合o s i 的七层参考模型。o s i 模型是传统的开放式系 浙江大学硕士学位论文 统互连参考模型，是一种通信协议的7 层抽象的参考模型，其中每一层执行某一 特定任务。该模型的目的是使各种硬件在相同的层次上相互通信。这7 层是：物 理层、数据链路层、网路层、传输层、会话层、表示层和应用层。而t c p i p 通 讯协议采用了5 层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自 己的需求“3 。在图2 1 中显示了t c p i p 仂议的层次结构。 ( 1 )数据链路层，有时也可称做网络接口层，通常包括操作系统中的 设备驱动程序和计算机中对应的网络接口卡。它们一起处理与电 缆( 或其他任何传输媒介) 的物理接口细节。 ( 2 ) 网络层，也称做互联层，处理数据包在网络中的活动，例如数据 包在网络中的路由。在t c p i p 协议族中，网络层协议包括i p 协 议( 网际协议) ，i c m p 协议( i n t e r n e t 互联网控制报文协议) ，以 及i g m p 协议( i n t e r n e t 组管理协议) 等。 ( 3 )传输层主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。在 t c p i p 协议族中，包括两种不同的传输协议：t c p ( 传输控制协 议) 和u d p ( 用户数据报协议) 。t c p 协议为两台主机提供高可靠 性的数据通信。它所做的工作包括把应用程序交给它的数据分成 合适的小块交给下面的网络层，确认接收到的分组，设置发送最 后确认分组的超时时钟等。由于运输层提供了高可靠性的端到端 的通信，因此应用层可以忽略所有这些细节。u d p 协议则为应用 层提供种非常简单的服务。它只是尽最大努力把称作数据报的 分组从一台主机发送到另一台主机，但并不保证该数据报能到达 另一端。任何必需的可靠性必须由应用层来提供。 ( 4 ) 应用层负责处理特定的应用程序细节。 2 s o c k e t 编程 利用s o c k e t 进行通信，有两种方式：第一种流方式( s t r e a f f ls o c k e t ) ，亦 称面向连接方式，另一种数据报方式( d a t ag r a ms o c k e t ) ，又称无连接力式。 在流方式下，两个进行通信的应用程序之间先要建立一种虚拟的连接关系，每一 次完整的数据传输都要经过建立连接、使用连接和终止连接三个过程，其数据收 发顺序一致，且内容相同，流方式采用t c p 协议。在数据报方式下，每个数据分 浙江大学硕士学位论文 组都携带完整的目的地址，各分组在系统中独立传输，数据报方式采用u d p 协 议。s o c k e t 基本结构如图2 2 所示。下面分别解释下图的几个函数。 ( 1 ) ( 2 ) 服务器端 图2 2s o c k e t 基本结构图 s o c k e t ( i n td o m a i n ，i n tt y p e ，i n tp r o t o c 0 1 ) 此函数为通信创建一个端口，正常调用将返回一个文件描述符，错误调用 将返回一1 。d o m a i n 参数有两种选择：a f - u n i x 与a f _ i n e t ，其中a f _ i n e t 为 i n t e r n e t 通信协议。t y p e 参数也有两种选择：s o c k s t r e a m 用于t c p ， s o c k g r a m 用于u d p 。p r o t o c o l 参数通常为o 。 b i n d ( i n ts ，c o n s ts t r u c ts o c k a d d r 水a d d r e s s ，s i z eta d d r e s sl e n ) 此函数目的就是把s o c k e t 返回的套接口端口与网络上的物理位置相关联。 b i n d 正常调用返回0 ，出错返回一1 。此函数有三个参数：其中s 为s o e k e t 调用返回的文件描述符，$ a d d r e s s 设置了与网络上的物理位置相关的信 息，它的类型是s t r u c ts o c k a d d r ，但在i n t e r n e t 上它是s t r u c t s o c k a d d rjn 。 浙江大学硕士学位论文 ( 3 )1 i s t e n ( i n ts ，i n tb a c k l o g ) 此函数使s o c k e t 端口能够接受从客户机来的连接请求，正常调用返回o ， 出错返回一l 。s 参数为s o c k e t 产生的文件描述符，b a c k l o g 为所能接受客 户机的最大数目。s o c k e t ，b i n d ，l i s t e n 三个函数的综合调用最终在服 务器上产生一个能接受客户机请求的监听文件描述符s 。 ( 4 )a c c e p t ( i n ts ，s t r u c ts o c k a d d r 半a d d r e s s ， i n t 木a d d r e s s l e n ) 此函数在有客户机发出连接请求时，初始化这个连接。正常调用返回与客 户机通信的通信文件描述符，出错返回一1 。参数s 为s o c k e t 调用返回的文 件描述符。a d d r e s s 将用来存储客户机的信息，此信息由a c c e p t 填入，当 与客户机连接时，客户机的地址与端口将填到此处。a d d r e s s j e n 是客户 机地址长度的字节数，也由a c c e p t 填入。 ( 5 )c o n n e c t ( i n ts ， s t r u c ts o c k a d d r 水a d d r e s s ， s i z e t ，a d d r e s s l e n ) 客户机调用s o c k e t 建立传输端口后，调用c o n n e c t 来建立与远程服务器相 连的连接线路。 ( 6 )s e n d ( s o c k e t h a n d l e ， b u f f e r p o i n t e r ，b u f f e r l e n g t h ，f l a g ) r e c v ( s o c k e t h a n d l e ，b u f f e r p o i n t e r ，b u f f e r l e n g t h ，f l a g ) 这两个函数分别负责接收和发送数据，r e c v 从s o c k e r h a n d l e ( s o c k e t 旬柄 可由s o c k e t ( ) 函数返回值得到) 接收数据放入b u f f e r p o i n t e r 中，其长度 为b u f f e r l e n g t h ，f l a g 一般取为o 。s e n d 则将b u f f e r p o i n t e r 中数据发 送给s o c k e th a n d le 。 2 2g p r s 网络概述 2 2 1g p r s 介绍 g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 通用无线分组业务，是在g s m 网 络的基础上发展起来的承载业务，目的是为g s m 用户提供分组形式的数据业务。 g p r s 的规范由g s mp h a s e 2 ，l 规定，采用与g s m 相同的无线调制标准，同样的频 带，同样的突发结构，同样的跳频规则以及同样的t d m a 帧结构，可以在原有的 g s m 网络上进行升级。g p r s 网络提供高速的分组数据业务，提供端到端的、广域 浙江大学顽士学位论文 的无线i p 连接，实现了用户数据与无线网络资源的最佳结合及i p 协议的透明传 送，特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的 大数据量传输。g p r s 具有以下优势： 资源利用率高_ g p r s 引入了分组交换传输模式，使得原有采用电路交换 模式的g s m 数据传输方式发生了根本性变化。电路交换模式中，用户无论是否传 送数据在整个连接期都独自占有无线信道。而对于分组交换模式，用户只有在发 送或接收数据期间才占用资源，意味着多个用户可高效率地共享同一无线信道， 提高了资源利用率。g p r s 用户的计费以通信的数据量为主要依据，g p r s 用户的 连接时间可能长达数小时，却只需支付相对低廉的连接费用。 传输速率高一一g p r s 可提供高达1 1 5 k b i t s 的传输速率( 最高值为 1 7 1 2 k b i t s ) 。g p r s 用户能和i s d n 用户一样快速地上网，同时也使一些对传 输速率敏感的移动多媒体应用成为可能。 接入时间短分组交换接入时间缩短为少于1 秒，能提供快速即时的连 接，可大幅度提高事务效率，可使i n t e r n e t 应用操作更加便捷流畅。 支持i p 协议和x 2 5 协议g p r s 支持因特网上应用最广泛的i p 协议和 x 2 j 协议。而且由于g s m 网络覆盖面广，使得g p r s 能提供i n t e r n e t 和其它分 组网络的全球性无线接入。 2 2 2g p r s 系统构成 进6 g p r s 网络基于现有的g s m 网络来实现，同时引入了一些新的核心模块和改 2 3 4 g p r s 网关支持节点g g s n ( g a t e w a yg p r ss u p p o r tn 0 d e ) 和g p r s 服务支持节点s g s n ( s e r v in gg a t e w a ys u p p o r tn o d e ) 。 点对多点服务中心( p o i n t t o m u l t i d o i n ts e r v i c ec e n t e r ， p t m s c ) 。 边界网关( b o a r d e rg a t e w a y ，b g ) 改进基站子系统b s s ：在基站控制系统上增加硬件单元 p c u ( p a c k e tc o n t r 。lu n i t ) ，在基站发射系统上增加软件单元 c c u ( c h a n n e lc o d e cu n i t ) 。 浙江大学硕士学位论文 5 其它设备：本地位置寄存器h l r 、访问位置寄存器v l r 、移动交换 中心 f s c 、s m s g m s c 和s m s i w m s c 等g s m 系统原有无线管理设 备被升级以支持相应的与g p r s 有关的功能。 新引入的网络单元分别归为无线部分和数据部分两类，p c u 属于无线管理部 分，s g s n 属于无线管理和数据管理公用部分，g g s n 属于数据管理部分。系统构 成如图2 3 。 图2 3 g p r s 网终结构图 g p r s 连接由g p r s 规范0 3 6 0 所规定。m s 和g p r s 数据网络的连接包括g p r s 用户附着分离过程、p d p 上下文激活去活等过程。前者是m s 和g p r s 网络之间 的通讯连接，也是后者的前提，主要涉及g p r s 网络中的无线单元部分。后者则 涉及数据单元和无线单元的的配合，是实施数据业务的前提。 图24 g p r s 附着过程 1 1 浙江大学硕士学位论文 图2 4 是g p r s 附着过程图。m s 用户进行数据连接时，首先需要进行用户附 着，即进行m s 用户的位置和身份登记，然后通过p d p 激活请求信息申请网络接 入，系统根据接入申请信息中的a p n 信息进行处理，如通过d h c p 服务器进行用 户地址分配，通过r a d i u s 认证服务器进行用户身份认证，最终使合法用户得到 i p 地址。这时用户成为独立i p 数据用户，可以进行数据连接，进行数据收发。 g p r s 网络通过g i 参考点按入外部数据网络，一般采用基于i p 协议和基于 p p p 协议的连接方式。基于i p 协议连接时，g g s n 需要支持i p 协议，并作为路由 器实现网络之间的连接。基于p p p 协议连接时，g g s n 除了需要支持i p 协议外， 还需要支持p p p 协议和其它基于n c p 的应用协议，g g s n 终结到m m s 的p p p 连接 或将p p p 帧传送到p d n ，p p p 帧可通过l 2 t p 隧道进行封装。使用p p p 的虚拟拨号 信令连接过程如图2 5 示。 创硅p d p 上下文请求 创建p d p 上下立响应 r a d m s h c p 或者l 2 t p 协商 i n 廿a r 】e 仉 s p 圈25 m s 与g g s n 之间p p p 连接的信令过程 t e 发送a t 命令到m t ，请求参数设定。m t 发送激活p d p 上下文信息到s g s n ， s g s n 转发激活请求信息到相应的g g s n 。对予成功的p d p 激活，t e 将在l l c 链路 建立后启动p p p 协议过程，然后执行端到端的l c p 、鉴权和i p c p ( i p 情况下) 协 商。或者在m s 和g g s n 之间协商。 2 2 3g p r s 网络在电力系统应用的可行性 结合g p r s 无线网络的特点可知：利用g p r s 网络实现数据传输和远程监控， 其网络组建、平台搭设、方案实施都比较方便；并且无需专门布线，投入设备比 较少，通信费用合理、低廉，投入资金将不会很大，并且后期升级、维护成本低。 2 浙江大学硕士学位论文 “风险小、见效快、网络覆盖好、实施方便快捷”正是选用g p r s 网络来实现数 据传输的最大优势所在。 方案传输距离传输速度 实时性差错率数据量覆盖范围工程量线路投资维护量通信费用 电力载波 近 由 实时高大 由 小无大低 i r s 4 8 5 总线近高实时 无大小大大中低 ，短信息 远 不确定非实时 无小大小无无 大 有线电视网旺高实时无大 出 大租用 小大 g p r s匹高实时无大 大小无无低 圈2 6g p r s 与其它方式的比较 根据图2 6 ，g p r s 网络是一种高速、高效的通用分组无线通信系统”3 ，允许 移动用户经分组方式发送和接收数据，特别适用于间断的、突发的、频繁的和少 量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。结合电力系统中数据传输的应用 特点可知，间断性的、突发的、少量的数据传输，正符合这个技术应用特点的特 征，所以，g p r s 网络在电力系统中做数据传输链路的应用是非常适合的。 2 3p d a 应用背景介绍 p d a 是p e r s o n a ld i g i t a la s s i s t a n t 的缩写，意思是“个人数字助理”。这种 手持设备集中了计算、电话、传真、采集和网络等多种功能”。p d a 可用来管理 个人信息( 如通讯录，计划等) ，更重要的是可以上网浏览，收发e m a 订，可以发 传真，甚至还可以当作手机来用。尤为重要的是，这些功能都可以通过无线方式 来实现。当然并不是任何p d a 都具各以上所有功能，即使具备，也可能由于缺乏 相应的服务而不能实现。但可以预见，p d a 发展的趋势和潮流就是计算、通信、 网络、存储、娱乐、电子商务等多功能的融合。 p d a 的发源可以追溯到a p p l e 公司于1 9 9 3 年推出的n e w t o nm e s s a g ep a d 。之后 不久，就有产商推出类似产品。目前，p d a 的价格还偏高，但专家们相信，它将 最终走进“寻常百姓家”，成为真正的“个人数字助理”。以上所说的是广义的p d a 。 目前，对p d a 还有种狭义的理解。狭义的p d a 可以称作电子记事本，其功能较为 浙江大学硕士学位论文 单一，主要是管理个人信息( 如通讯录、记事本和备忘录) 、日程安排、便笺、 计算器、录音和辞典等功能。而且这些功能都是固化的，不能根据用户的要求增 加新的功能。广义的p d a 主要指掌上电脑，当然也包括其他具有类似功能的小型 数字化设备。而且掌上电脑一词也有不同解释。狭义的掌上电脑不带键盘，采用 手写输入、语音输入或软键盘输入。而广义的掌上电脑则既包括无键盘的，也包 括有键盘的。不过，目前在中国市场，几乎所有的掌上电脑都不带键盘，而用手 写输入或语音输入。p d a 所使用操作系统主要有p a l mo s ，w i n d o w sc 醑口e p o c 。p d a 时代所关注的p d a 及掌上电脑都是广义的。 适合p d a 的嵌入式操作系统特性主要特性如下。： 1 内存空间需求小且整体效率高 这是一般嵌入式系统的核心基本要求，p d a 上面的只读内存( r o m ) 有 限， 因此通常完整的操作系统都会在几百kb y t e 以内，加上附加的 基本的应用程序大小( 如输入法、记事本、时钟、同步软件等) 大概在 1 mb y t e 左右，不过再加入中文字体就另当别论了。 2 良好的省电功能 和手机一样，p d a 上面的电池容量通常不高，能待机越久者越有优势。 因此，只要硬件有支持省电功能，操作系统就可以且应该提供这项服 务。 3 与p c 沟通的功能 p d a 能与外界沟通信息附加值才会高，例如传送通讯录、e m a i1 ，或下 载电子书等。为了达到这个目的，大部分会通过u s b 端口或是红外线 来传输。 4 开放应用程序编写环境与动态载入应用程序 动态载入应用程序就是通过与p c 的同步传输，将应用程序下载到p d a 上。 下面介绍的w i n d o w sc e 显然就具备这些特性。 4 浙江大学硕士学位论文 2 4w i n c e 操作系统介绍 2 3 1w i n d o w sc e 操作系统及其a p l w i n d o w sc e 3 0 提供对a c t i v e x 控件、m s m q 、组件对象模型( c o m ) 接口、活动 模板库( a t l ) 、和微软基础类( m f c ) 库的支持“”。不论是使用串行口、u s b 口、红 外接口还是网络线路，a c t i v e s y n c 都能为桌面系统和嵌入式设备之间提供方便简 单的连接。 w i n d o w sc e 3 o 内建有对安全性和多媒体的支持，包括d i r e c t xa p i 以及包括 t c p i p 、t a p i 和s n m p 在内的通信协议。其他一系列完整的应用程序，比如p o c k e t i n t e r n e te x d l o r e r 、p o c k e tw o r d 、p o c k e te x c e l 和p o c k e to u t l o o k ，可以使你 扩展并优化当前的系统，同时也可以扩展你自己的应用程序的功能。w i n d o w sc e 支持的处理器系列有：m i p s 3 9 0 0 4 x x x 5 2 x x ( m i p s 3 2 ) 、s h 3 ，s h 4 ，4 8 6 ，p e n t i u m ， p p c ，a r m ，s t r o n g a r m 等。 w i n d o w sc e 还支持多种外围硬件设备和网络系统，包括键盘、鼠标、触摸屏、 串行端口、以太网连接、音频设备、调制解调器、通用串行总线( u s b ) 设各、并 行端口、打印机设备和存储设备( 例如p c m c i a 卡) 。 w i n d o w sc e 使嵌入式系统的设计者得以充分利用m i c r o s o f t 的3 2 位基于 w i n d o w s 的开发工具的全部的函数。w i n 3 2 应用编程接口的目的是提供了一个常用 的界面的设置，可是虚拟或不同的平台由于不同的特性及硬件的约束，其应用编 程接口也不同。其中为紧凑的嵌入式应用软件和小型设备而设计的w i n d o w sc e ， 它的w i n 3 2 a p i 最受限制。w i n d o w sc e 的w i n 3 2a p i 比其他的3 2 位的w i n d o w s 操作系 统的w i n 3 2a p i 要小，它只包括大约相当于w i n d o w sn t 的半数的”i 。尽管如此， w i n d o w sc e 的a p i 也是足够完善的，能够处理实际的大量的高级的嵌入式应用程 序。 但是w i n d o w sc e 的w i n 3 2a p i 也有其他系统所没有的特性。例如：通知a p i ， 它能够在操作系统的层次，而不是在运行的应用程序的层次上处理通知事件( 如 时钟) 。还有触屏的a p i 和对w i n d o w sc e 的数据库的内置的支持也是其他的操作系 统所没有的。触屏的a p i 用于触觉敏感显示器的屏幕校正并且使得用户交互的管 理容易实现，而数据库的a p i 提供了一般用途的、快速简捷的、访问紧凑的数据 浙江大学硕士学位论文 库工具。 2 3 2w i n d o w sc e 的详细特点 m i c r o s o f tw i n d o w sc e 是从整体上为有限资源的平台设计的多线程、多任务、 完整优先权的操作系统“。它的模块化设计允许它对于从掌上电脑到专用的工业 控制器的用户电子设备进行定制。操作系统的基本内核需要至少2 0 0 k 的r o m 。 p o c k e tp c 缩写为p p c ，中文名称为掌上电脑，与之属于同一类别的还有手 持式电脑( h p c ) 和个人数字助理( p d a ) ，许多程序员开始转向为这些数据终端 和移动设备开发应用软件。 1 中断处理 嵌入式软件开发者可能最关心w i n d o w sc e 消息的处理规则如何影响外部系 统接口时序。w i n d o w sc e 通过细心设计和准确的衡量以保证其中断时序以及其它 相关特位与嵌入式的系统设计是适用的。 嵌入式应用程序经常有时间临界的设备接口需要，需要发现并且在一最小的 规定时间之内对设备和系统事件做出反应。为了支持这样应用程序，w i n d o w sc e 包括高度优化中断传送，优先级和服务系统。w i n d o w sc e 为确定的线索时序，利 用基于优先级的时间片段算法。在w i n d o w sc e 内核中，中断处理分成两个明显的 部分：中断服务程序( i s r ) 以及中断服务线索( i s t ) 。这个系统的目的是使i s r 尽可能小和快。 2 w i n d o w sc e 的存储结构 像其它的3 2 位w i n d o w s 平台一样，w i n d o w sc e 操作系统也有虚拟内存的特性。 内存总在某一时间被分配给应用程序一页，为了进一步的增加应用程序软件的性 能，w i n d o w sc e 采用按需求将内存分页。页的大小由系统设计者决定( 并在操作 系统为目标硬件平台创建时被指定) 。例如在手持电脑( p d a ) ，内存页大小是典型 的1 k b 或者4 k b 。 在初始化期间( 导入) ，w i n d o w sc e 创造一个独立的被所有程序共享的4 g b 虚 拟地址空间。当程序引用一个虚拟的地址时，它被内核记录在物理内存上。 w i n d o w sc e 通过改变每页的保护来保护程序内存，而不是分配给每一程序不同地 址空间。不同于其它的3 2 位w i n d o w s 操作系统，w i n d o w sc e 操作系统的代码在只 浙江大学硕士学位论文 读内存中，并且在那个只读内存中原地执行。 3 同步和异步的设备的处理 同步的接口是那些在软件需要从设备得到动作的要求，然后等候结果。在同 步的设备接口中，最常用的是r e a d f 订e 以及w r i t e f i l e 函数。当在同步i o 中使用 的时候，不论你与磁盘上的文件或其它类型的设备接口时，都是公用的并且是兼 容的。 异步的接口是那些设备要求应用程序为之服务的接口，例如键盘。适当和适 时的处理异步事件，对于许多嵌入式应用程序是至关紧要的。幸运的是，为 w i n d 叫sc e 编写的设备驱动程序能支持同时的多线索访问驱动器。这大大地简化 异步输入设备的处理。 2 5 数据库技术介绍 2 5 1 数据库技术发展概述 数据库是计算机科学技术中发展最快，应用最广泛的重要分支之一，它己成 为计算机信息系统和计算机应用系统的重要技术基础和支柱。数据库技术与网络 通信技术、面向对象程序设计技术、并行计算技术、人工智能技术等相互渗透， 相互结合，成为当前数据库技术发展的主要特征“。 图2 7 从数据模型、新技术内容、应用领域三个方面，通过一个三维空间