（计算机应用技术专业论文）基于载波的远程自动抄表系统研究与实现.pdf

i b 塞窑亟塞堂亟堂焦监塞生塞揸要 中文摘要 摘要；本文介绍了加绒首都阿克拉市预付费购电管理系统( 以下简称购电系统) 中电力线载波通信( p l c p o w e rl i l l ec o m m 硼i c a l i o n ) 部分的研究及实现。目前， 电力线载波技术在国内外的应用已相当广泛，如路灯控制【3 l 【4 】，病房呼叫【9 ) 等。这 与载波技术容易实现，投资少，见效快，运营维护成本低的特点是分不开的。有 关使用电力线载波技术进行自动抄表的研究较多，但鲜有实际的大规模应用。主 要原因是载波网络系统有其自身的缺陷，比如实时性不好，抗干扰能力差【2 j ，数据 经常丢失等。这与口网络缺陷( 时延、抖动、丢包率) 有一定的相似性。结合国 内外载波技术最新研究成果，以及长期的实际应用经验，参考i p 网络中较为成熟 的和最新的网络管理技术，本文主要研究了载波技术在预付费购电系统中、网络 管理技术在载波系统中的实际应用。本文同时研究了载波设备的设计原理，以及 设备间的通讯方式。 关键词：电力线载波；网络管理；下一代网络运行支撑系统；预付费购电管理系 统 分类号：t p 3 1 5 j e 瘟窑煎太堂亟堂焦j 佥塞 旦s 型坠盟 a b s t r a c t a b s t r a c t h it h i sp a p c r ，ap l c b 勰c d 碳n o t c 卸加m 砒i cr e a d i n gm e t e rs y s 钯mi i l 也e p r 印a y m e n tv e n d i n gm a g c m e ms ”把mo fa c c r a t h ec a p i t a lo f g h 锄a ，w 淞 s e a r c h e d 锄d 咒a l i z e d a tp r e s 铋t ，p l ci s 璐e d 、v i d e l yi nt h ew o n d ，s u c h 硒s 吮e t l 锄pc 0 咖l ，s i c k 啪mc a l l i n g ，觚ds 0o n i th 鹊c i o s e 1 a t i 诵t l lt h ef b a n 鹏so f p l c ， s u c h 硒e a s ym a l i 2 a t i o i l l o wi n v e s t l e n t l l i g he m c i e r 虻y ，a n dl o wo p e f a t i o n & s 邺n c o 瓯e t c t h c s e a r c ho fm e t c r 埔a d i n g 懈i r i gp l ci sm o 始m 觚p r t i c a la p p l i c a t i o i l ， b ，c 淞ep l ch 勰ab a da n t i j 缸砌n ga b i i i t y ，a n d1 1 l e r ci sa1 0 to f j 跚o nm ep o w e rl 岫 n i ss i m i l 缸t o t h e j a i n o f i p n 咖，o 】r k ( t i m ed e l a y j j 懒，p a c k e t l o s sr a t e ) o n 恤b 蹴o f t h el a l c s tr e a r c h s u i t sa n d p f a c t i c a le x p 甜e n c eo fal o n g - t c 蛐印p l i c a l i o n ，t l l ea u t l l o r o ft h i sp a p c rm a i l l l yr e s e 卸c h 甜t h er l i z a t i o no fp l cr e a d i n gs y s t e mi np r c p a y m e m p o w 盯s y s 缸n 锄dm p w o r kn 1 脚【g e m e mt c c l l i l o l o g yi np l cr e a d i n gs y s t e m a tt 1 1 e s 锄et i m e 。p l ci i c v i c c s 锄dc o n u n l 】【l i c a t i o nm c t l l o d sb e 钾懒t h e m 、v e r er e s e 踟c h 以 k e y w o r d s ： p o w e r l i i l ec o 叫n u i l i c a t i ； n e t w o r km 锄a g e m e n t n g o s s ； p r 印a y m e n tv e n d i n gm a n a g e m e n ts y s t e m c l a s s n o ：t p 3 1 5 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、傻用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 引洳创 签字日期：列口年j 工月日 导师签名： 签字日期：训年f 明、，钼 彳， 1， 7 身 致谢 在此论文完成之际。禁不住心潮澎湃，感慨良多。 首先感谢导师刘峰教授在学习上的悉心教诲和生活上的关心帮助。两年多以 来，导师给了我很多关怀和教导，无论是论文的选题，还是论文的研究审阅，无 不凝聚着他大量的心血。导师在学术研究上的严谨求实的治学态度和对学生循循 善诱的指导是我今后学习和工作的楷模。在此，谨表示衷心的感谢和深深的敬意。 感谢北京交通大学网络管理中心的老师和同学们，在学习期间他们给了我很 大的帮助，使我在这里度过了一段美好的时光。 感谢论文评审委员会的老师们百忙之中斧正我的论文。 最后感谢我的亲人特别是我的父母对我长期以来的关心、理解和支持，这篇 论文同样凝结着他们的心血和期望。 韭哀銮道筮堂亟堂僮监塞蟹途 1 1 项目介绍 1 绪论 中国电器进出口总公司( c u e c ) 承包加纳电力公司( e l c c t r i c i t yc o m p a n yo f g h 锄a ，以下简称e c g ) 的购电系统项目。其中，购电系统的软件部分由北京交通 大学网络管理中心承担，硬件部分( 包括电能表、集中器和主站) 由北京纳思电 器有限公司承担。 北京交通大学网络管理研究中心于2 0 0 6 年4 月开始组织人员进行开发。截至 2 0 0 6 年8 月2 0 日，全部软件开发完成。从8 月2 0 日至9 月2 5 日，整个系统( 包 括所有软硬件) 在国内安装和调试。调试完毕后，整个系统运至加纳。 2 0 0 6 年1 0 月1 1 日，网络管理中心派出4 人到加纳组织现场实施。作者是其 中之一。经过一个月的安装和试运营，购电系统基本满足了e c g 的要求，取得了 预期的效果。 按照加纳方的要求，购电系统基于微软( m i c r o s o 丘) 公司最新的，n e t 平台，并 采用b s 结构。这便于系统的升级，以及维护。服务器操作系统采用w i n d o w ss e n 惯 2 0 0 3 ，数据库采用o c | c9 i ，客户端操作系统采用w i n d o w sx ps p 2 。 作者有幸参与了这一系统自始至终的开发，并承担了载波模块、串口通讯模 块、售电站( v e n d i n gs t a t i o n ，v s ) 模块、售电a c t i v c x 插件、单机售电模块等模 块的开发任务。 1 2 研究背景 由于国内能源有限，加纳对电力资源实施严格的控制。比如，他们采用阶梯 电价，消费的电量越多，平均每度电的价格越高。当前他们使用的购电管理系统 是由英国一家公司开发的。在这套系统中，用户每月最多仅能购一次电，当月购 电度数不能累积到下个月。因此用户必须准确地估计自己当月的可能用电量。这 在一定程度上给用户带来了不便。为了解决这个问题，同时加强对电力资源的控 制，以及提高管理水平，电力线载波购电系统提上了日程。 北哀銮煎太堂砸堂焦淦塞绪论 1 3 国内外研究现状 1 ) 国外现状 目前，发达国家电网运行状况已非常完善，电网管理水平较高，载波传输速 率也比较高，但国外尚未将载波技术大规模应用于远程断电、抄表等操作上，因 此，国外的载波扩频技术在集中抄表系统的使用水平尚不及我国。 2 ) 国内现状 目前我国有能力生产集中抄表系统的企业大约有1 0 家，此类产品的种类也十 分繁多，但8 0 的厂家都由于生产规模有限和技术落后导致产品质量有明显缺陷 或性能不够稳定，没有得到大范围推广。系统的通讯速率一般较低，低于2 4 0 0 b p s ， 这就无法满足一些较高级的功能，比如多费率数据，线损数据和频繁的实时抄表。 这些问题不解决，就无法实际应用和推广； 我们的低压电力线载波集中抄表系统是为现阶段电网具体情况量身定做的集 中抄表系统，与国内的集中抄表系统相比，该系统适用于现阶段电网管理水平较 低、载波传输速率较低的现状，具有利用载波技术实现远程断电、抄表及警告提 示等功能。 1 4 论文的研究内容 本文主要研究的是基于载波技术的预付费购电管理系统设计与实现，以及网 络管理技术在载波系统中的应用，同时研究了载波设备的设计原理和设备问的通 信方式。 1 5 论文的组织和章节安排 本文的以下章节如下安排： 第二章介绍了当前的网络管理技术和n g o s s 。 第三章介绍系统中应用的三种通信技术( 载波通信技术、串口通信技术和红 外通信技术) 和微软的n e t 平台。系统主要是基于载波技术，因而介绍的较为详 细。微软n e t 平台具有近年来刚刚兴起的许多新技术，采用这些新技术无疑增加 了系统的先进性和可扩展性。 第四章介绍系统的整体架构设计，并根据实际情况将整个操作流程进行了描 2 j e 瘟銮道厶堂亟堂位论塞绪监 述。 第五章至第八章，按照从底层到高层的顺序，详细介绍了系统的各个部分。 其中，第五章描述了电能表、集中器和主站的设计原理；第六章主要介绍电表( 含 p l c 模块) 、集中器、主站和管理中心站( m 如a g e i n e 眦c e m e rs 雠i ，m c s ) 之间 相互的通讯方式；第七章对m c s 部分进行了介绍，对其功能进行了划分，同时对 载波数据库进行了描述。 第八章介绍了网络管理技术在本系统中的应用。 第九章是结束语，对本系统以及作者的工作做了总结，涉及利弊两个方面。 j e 鏖交通厶堂亟坐位论塞匣络篮堡厘坠q 竖佥缓 2 网络管理及n g o s s 介绍 电力网与i p 网在数据传输时的q o s 问题( 时延、抖动、丢包率) 具有明显的 相似性，加之目前对i p 网管的研究较多，故而可以将m 网管的相关技术和思想应 用到载波管理系统中。本章将介绍相关的m 网络管理技术。以及近年来兴起的 n g o s s 技术。 2 1 网络管理概述 2 1 1 网络管理的现状 网络管理是指对网络的运行状态进行监测和控制，使其能够有效、可靠、安 全、经济地提供服务。网络管理对于网络高效运行的重要意义，使其演化为当今 信息网络研究的重要课题。网络管理的理论与应用研究体现在网络管理标准、实 现技术与网络管理产品三个方面。 在网络管理领域，国外一直处于领先地位。在国外，几乎每一所工科大学和 所有的研究组织都涉及到了网络管理技术的研究。在工业界，i b m ，h p ，s u n ， c i s c 0 等知名公司的产品早已经推向市场；而随着、视b 网络管理技术的兴起，从 事网络管理应用产品开发的中小公司更是数不胜数。各研究机构和商家于1 9 9 9 年 开始了对基于策略的网络管理的研究和开发。计算机和通信领域的主要国际组织 m t f 下属的工作组有很多与该领域相关，其专门成立的策略组的研究成果显著。 基于策略的管理是未来网络的关键构建之一，它提供真正明显的优势，它对时刻 变化的因特网业务量增加控制能力，使管理经营更便于伸缩，加速且简化设备配 置，帮助综合不同的管理系统。由于各厂家实现策略控制的技术细节各不相同， 造成不同厂家的设备无法协同运作，这在一定程度上阻碍了策略控制技术的推广。 但是，随着策略控制技术的日趋完善和技术细节的标准化，策略控制必将展现出 无限广阔的应用前景。 在国内，由于我国计算机网络系统与设备产业化发展的不平衡性，目前组建 企业信息网络很大一部分采用国外公司的网络管理系统。这些产品针对具体的网 络传输设备提供丰富的管理，但在网络信息资源与应用、服务管理方面还不完善， 而且由于价格和安全性因素，不适应于信息网络全面管理应用的普及。国内对网 络管理的研究处于追踪发展阶段，主要是在国外的网络管理平台上开发的专用的 4 j e 塞窑i 垦厶堂亟堂僮监塞鲤终筐堡厘基鱼q 竖佥缉 应用系统。现在虽然已经有部分自主研发的产品，华为、中兴等电信设备提供商， 他们都有自己的网络管理系统，能管理自己的电信设备、坤设备，华为、中兴等 都有支持策略的网管产品，但总的来说理论研究滞后于实际应用。 2 1 2 网络管理功能 在实际网络管理过程中，网络管理应具有的功能非常广泛，包括了很多方面。 在o s i 网络管理标准中定义了网络管理的5 大功能：配置管理、性能管理、故障 管理、安全管理和计费管理，这5 大功能是网络管理最基本的功能。事实上，网 络管理还应该包括其他一些功能，比如网络规划、网络操作人员的管理等。不过 除了基本的网络管理5 大功能，其他的网络管理功能实现都与具体的网络实际条 件有关，因此我们只需要关注o s i 网络管理标准中的5 大功能，其中： ( 1 ) 配置管理：自动发现网络拓扑结构，构造和维护网络系统的配置。监测网 络被管对象的状态，完成网络关键设备配置的语法检查，配置自动生成和自动配 置备份系统，对于配置的一致性进行严格的检验。 ( 2 ) 故障管理：过澎、归并网络事件，有效地发现、定位网络故障，给出排错 建议与排错工具，形成整套的故障发现、告警与处理机制。 ( 3 ) 性能管理：采集、分析网络对象的性能数据，监测网络对象的性能，对网 络线路质量进行分析。同时，统计网络运行状态信息，对网络的使用发展做出评 测、估计，为网络进一步规划与调整提供依据。 ( 4 ) 安全管理：结合使用用户认证、访问控制、数据传输、存储的保密与完整 性机制，以保障网络管理系统本身的安全。维护系统日志，使系统的使用和网络 对象的修改有据可查。控制对网络资源的访问。 ( 5 ) 计费管理：对网际互联设备按l p 地址的双向流量统计，产生多种信息统计 报告及流量对比，并提供网络计费工具，以便用户根据自定义的要求实施网络计 费。 下面我们将针对5 大功能中每个部分的功能进行具体的描述。 1 配置管理 ( 1 ) 配置信息的自动获取：在一个大型网络中，需要管理的设备是比较多的， 如果每个设备的配置信息都完全依靠管理人员的手工输入，工作量是相当大的， 而且还存在出错的可能性。对于不熟悉网络结构的人员来说，这项工作甚至无法 完成。因此，_ 个先进的网络管理系统应该具有配置信息自动获取功能。即使在 管理人员不是很熟悉网络结构和配置状况的情况下，也能通过有关的技术手段来 完成对网络的配置和管理。在网络设备的配置信息中，根据获取手段大致可以分 j t 塞窑亟盘生照堂焦论奎圆垡暨理厦m 鱼q 竖佥绥 为三类：一类是网络管理协议标准的m i b 中定义的配置信息( 包括s n m p 和c m i p 协议) ；二类是不在网络管理协议标准中有定义，但是对设备运行比较重要的配 置信息：三类就是用于管理的一些辅助信息。 ( 2 ) 自动配置、自动备份及相关技术；配置信息自动获取功能相当于从网络设 备中“读”信息，相应的，在网络管理应用中还有大量“写”信息的需求。同样 根据设置手段对网络配置信息进行分类：一类是可以通过网络管理协议标准中定 义的方法( 如s n m p 中的s e t 服务) 进行设置的配置信息；二类是可以通过自动登录 到设备进行配置的信息，三类就是需要修改的管理性配置信息。 ( 3 ) 配置一致性检查：在一个大型网络中，由于网络设备众多，而且由于管理 的原因，这些设备很可能不是由同一个管理人员进行配置的。实际上即使是同一 个管理员对设备进行的配置，也会由于各种原因导致配置一致性问题。因此，对 整个网络的配置情况进行一致性检查是必需的。在网络的配置中，对网络j f 常运 行影响最大的主要是路由器端口配置和路由信息配置，因此，要进行一致性检查 的也主要是这两类信息 ( 4 ) 用户操作记录功能：配置系统的安全性是整个网络管理系统安全的核心， 因此，必须对用户进行的每一配置操作进行记录。在配置管理中，需要对用户操 作进行记录，并保存下来。管理人员可以随时查看特定用户在特定时闯内进行的 特定配置操作。 2 性能管理 。 ( 1 ) 性能篮控：由用户定义被管对象及其属性。被管对象类型包括线路和路由 器；被管对象属性包括流量、延迟、丢包率、c p u 利用率、温度、内存余量。对 于每个被管对象，定时采集性能数据，自动生成性能报告。 ( 2 ) 阈值控制：可对每一个被管对象的每一条属性设置阈值，对于特定被管对 象的特定属性，可以针对不同的时间段和性能指标进行阈值设置，提供相应的阈 值管理和溢出告警枫制， ( 3 ) 性能分桥：对历史数据进行分析，统计和整理，计算性能指标，对性能状 况做出判断，为网络规划提供参考。 ( 4 ) 可视化的性能报告：对数据进行扫描和处理，生成性能趋势曲线，以直观 的图形反映性能分析的结果。 ( 5 ) 实时性能监控；提供了一系列实时数据采集：分析和可视化工具，用以对 流量，负载、丢包、温度、内存、延迟等网络设备和线路的性能指标进行实时检 测，可任意设置数据采集间隔。 ( 6 1 网络对象性能查询：可通过列表或按关键字检索被管网络对象及其属性的 性能记录。 6 j e 塞窑煎太堂亟堂位j 金塞匿终筐堡厦丝鱼q 望企纽 3 故障管理 ( 1 ) 故障监测：主动探测或被动接收网络上的各种事件信息，并识别出其中与 网络和系统故障相关的内容，对其中的关键部分保持跟踪，生成网络故障事件记 录。 ( 2 ) 故障报警：接收故障监测模块传来的报警信息，根据报警策略驱动不同的 报警程序，以报警窗口振铃( 通知一线网络管理人员) 或电子邮件( 通知决策管理人 员1 发出网络严重故障警报。 3 ) 故障信息管理：依靠对事件记录的分析，定义网络故障并生成故障卡片， 记录排除故障的步骤和与故障相关的值班员同志，构造排错行动记录，将事件故 障一日志构成逻辑上相互关联的整体，以反映故障产生、变化、消除的整个过程的 各个方面。 ( 4 ) 排错支持工具：向管理人员提供一系列的实时检测工具，对被管设备的状 况进行测试并记录下测试结果以供技术人员分析和排错；根据已有的排错经验和 管理员对故障状态的描述给出对排错行动的提示。 ( 5 ) 检索分析故障信息：浏览并且以关键字检索查询故障管理系统中所有的数 据库记录，定期收集故障记录数据，在此基础上给出被管网络系统、被管线路设 备的可靠性参数。 4 安全管理 安全管理的功能分为两部分，首先是网络管理本身的安全，其次是被管网络 对象的安全。 网络管理过程中，存储和传输的管理和控制信息对网络的运行和管理至关重 要，一旦泄密、被篡改和伪造，将给网络造成灾难性的破坏。网络管理本身的安 全由以下机制来保证： ( 1 ) 管理员身份认证，采用基于公开密钥的证书认证机制；为提高系统效率， 对于信任域内( 如局域网) 的用户，可以使用简单口令认证。 ( 2 ) 管理信息存储和传输的加密与完整性，w c b 浏览器和网络管理服务器之间 采用安全套接字层( s s l ) 传输协议，对管理信息加密传输并保证其完整性；内部存 储的机密信息，如登录口令等，也是经过加密的。 ( 3 ) 网络管理用户分组管理与访问控制，网络管理系统的用户( 即管理员) 按任务 的不同分成若干用户组，不同的用户组中有不同的权限范围，对用户的操作由访 问控制检查，保证用户不能越权使用网络管理系统。 ( 4 ) 系统日志分析，记录用户所有的操作，使系统的操作和对网络对象的修改 有据可查，同时也有助于故障的跟踪与恢复。 网络对象的安全管理有以下功能： 7 j e 塞銮煎太堂亟堂焦i 金塞匿络萱理厘丝鱼q 竖盒缉 ( 1 ) 网络资源的访问控制，通过管理路由器的访问控制链表，完成防火墙的管 理功能，即从网络层( i p ) 和传输层( t c p ) 控制对网络资源的访问，保护网络内部的 设备和应用服务，防止外来的攻击。 ( 2 ) 告警事件分析，接收网络对象所发出的告警事件，分析员安全相关的信息 ( 如路由器登录信息、阶i m p 认证失败信息) ，实时地向管理员告警，并提供历史安 全事件的检索与分析机制，及时地发现正在进行的攻击或可疑的攻击迹象。 ( 3 ) 主机系统的安全漏洞检测，实时的监测主机系统的重要服务( 如w w w ， d n s 等) 的状态，提供安全监测工具，以搜索系统可能存在的安全漏洞或安全隐患， 并给出弥补的措施。 总之，网络管理通过网关( 即边界路由器) 控制外来用户对网络资源的访问，以 防止外来的攻击；通过告警事件的分析处理，以发现正在进行的可能的攻击；通 过安全漏洞检查来发现存在的安全隐患，以防患于未然。 5 计费管理 ( 1 ) 计费数据采集：计费数据采集是整个计费系统的基础，但计费数据采集往 往受到采集设备硬件与软件的制约，而且也与进行计费的网络资源有关。 ( 2 ) 数据管理与数据维护：计费管理人工交互性很强，虽然有很多数据维护系 统自动完成，但仍然需要人为管理，包括交纳费用的输入，联网单位信息维护， 以及账单样式决定等。 ( 3 ) 计费政策制定：由于计费政策经常灵活变化，因此实现用户自由制定输入 计费政策尤其重要。这样需要一个制定计费政策的友好人机界面和完善的实现计 费政策的数据模型。 ( 4 ) 政策比较与决策支持：计费管理应该提供多套计费政策的数据比较，为政 策制订提供决策依据。 ( 5 ) 数据分析与费用计算：利用采集的网络资源使用数据，联网用户的详细信 息以及计费政策计算网络用户资源的使用情况，并计算出应交纳的费用。 ( 6 ) 数据查询：提供给每个网络用户关于自身使用网络资源情况的详细信息， 网络用户根据这些信息可以计算、核对自己的收费情况。 2 2 n g o s s 概述 下一代运营软件和系统( n o o s s ) 是“电信管理论坛( n 仃) ”提出的新一代 o s s 体系( 网络运营支撑系统) 。n g o s s 从系统( 即插即用规则) 、过程( 企业事 务过程模型) 、信息( 关联处理公用数据) 、产品四个方面保证o s s 体系具备标 j e 塞窑煎太堂亟堂鱼监塞题络筐堡厘盟鱼q 竖佥缉 准化、能够逐步演化、保证互连互操作( 开放) 、实现端到端的管理和高度自动 化的特点。n g o s s 提出一系列的文档，信息模型和代码，分析研究企业核心业务 流和信息技术，提出一套指导o s s 建设的系统框架和设计即插即用的o s s 组件方 法，帮助开发商迅速开发支撑系统，满足电信运营商对0 s s 系统建设的需要，从 而使o s s 系统设计、开发从满足个别运营商的个体需求到分析电信运营商的整体 需求的范围上来，进一步使o s s 系统的设计、开发进入到一个崭新时代。贴近运 营商需求，使系统开发变得更迅速、更灵活、成本更低是n g 0 s s 的目标。 当论及0 s s 的时候，标准显得很重要。o s s 的体系化和标准化，成了各个电 信业务提供商和网络运营商追求的方向。尽管目前的标准已经很多，但看起来总 会有一个新的标准成为囊括一切的并最终与o s s 整合的标准。 1 o s s 发展的三个历程 在最早的o s s 出现之时，o s s 的标准就已经存在了，这些标准是为管理电信 网元、提供网络互连或者构筑o s s 系统而设立的统一规范或协议。随着电信技术 的发展，电信管理体制的变革和电信市场的高速发展，o s s 的概念也在逐步扩大， 从最初的网元管理和运行维护转向网络的管理、网络互联、管理系统j 日j 的互联， 再发展到现在的o s s 与b s s ( 事务管理) 的融合统一。 综观o s s 标准的发展历程，可以分为三个主要的阶段： 0 s s 标准的早期：在上个世纪八十年代，为了对网元进行操作管理，确定了 基本的0 s s 标准规范，如t l l 等。 o s s 标准的发展：随着传统电信技术的发展，对多厂商、多设备环境的管理 日益突出，从八十年代末和九十年代初开始，各种团体开始对网络管理、网络互 联、管理系统互联进行研究，提出相应的标准。以国际电信联盟( i t u ) 、国际标 准化组织( i s o ) 、互联网工程工作组( i e t f ) 等组织的工作比较突出。这一时期 形成的规范以删和s n m p 为代表，分别面向电信网和计算机网的管理。 新一代的0 s s 标准：随着下一代网络的呼之欲出和电信网与计算机网的逐步 融合，市场竞争环境从以往资源的竞争转向服务的竞争，0 s s 也从面向网络和业 务的管理转向了面向服务的管理。目前许多与o s s 相关的组织非常活跃，如n 仃、 i t u 、i e t f 、e t s i 、o s s j 等。其中以t m f 的n g o s s ( n e wg e n e r a 畸o no p e m t i o n s y s t e m 柚d s o r w a 聆，新一代运营系统和软件) 尤为瞩目，得到了来自服务商、网 络运营商、设备制造商、软件提供商的热切拥护。i t u 、m t f 则对网络的管理、 操作和互联做了更多的工作，同时各o s s 相关组织日j 的合作和交流使o s s 标准更 为丰富。 2 n g o s s 的基本原则和结构 n g o s s 的目标是促进快速开发柔性的、低成本的0 s s b s s 解决方案，以满足 9 j e 塞至亟去堂亟堂焦j 金毫嗵络筻理厘丝鱼q 坠佥缉 i n t e m e t 经济时代的业务需求。 刑f 对于n g o s s 的标准规范的形成和发展有一整套的运作方法，下面从有 关n g o s s 的方法学、基本原则简单描述一下n g o s s 。 n g 0 s s 的方法学：从业务、系统、实现和运行等四个方面对n g o s s 知识体 系进行划分，形成相应的业务视图、系统视图、实现视图和运行视图。业务视图 描述电信运营的业务需求，用流程管理的观点看待电信运营，核心文件是e 1 0 m ( 增强的电信运营图) ；系统视图描述与技术无关的结构和模式，主要是系统结 构、共享信息和数据模型( 1 n a ，s i m ，s i d ) 。 n g o s s 的基本原则： l 、业务处理过程与软件实现的分离。以技术中立的方式即模式来表述事物的 区别是n g o s s 的特点，这通过： 所有的软件实体通过合约方式定义接口向其他实体提供服务，合约是一种描 述性的模式； 业务处理过程使用可执行的删沲语言描述； 对安全策略和系统管理策略等用外部描述表达。 2 、采用共享的信息环境，这是一种被称作共享数据模式的单一信息表示法， 具有数据成员和非数据成员，数据转换，信息转换以及运行时注册等概念； 3 、采用松散耦合、规模可调整的分布式体系，并强调有框架服务； 4 、“技术无关”与“技术明确”，所有的合约，不管是业务服务还是架构服 务，都在与技术实现无关的规范书中进行描述：同时还会有另外的一系列单独的 文件描述一个n g o s s 实现和部署过程中如何把与技术无关的体系架构映射成明 确的技术方案。 3 n g o s s 的进展 按照n 但的说法，n 佃正在进行的n g o s s 项目关键工作是： 定义信息和通信业的下一代业务处理框架和流程； + 实际实现和建立这些解决方案的d e m o ； + 建立一个文档、模式、代码和培训材料的资源库，支持t m 论坛成员开发 自己的n g o s s 组件； 开发一个工业兼容项目去验证解决方案和产品适应n g 0 s s 规范。 玎征由技术项目组负责整个n g o s s 的技术工作，包括n g o s s 技术项目组 ( n g o s sp r o g r a m ) 、催化剂项目组( c 渤1 y s tp m 伊锄) 、业界联系项目组( i i l d u s 时 l i a i n p r o g r a m ) 及其他项目组。 n g 0 s s 技术项目组负责n o o s s 的相关框架、流程和细节的编写工作。催化 剂项目组负责实现和建立n g o s s 的d e m o ，组织厂商验证n 0 0 s s 的实现。业界 l o j 基窑遭太堂亟堂僮论塞匾堡管理厘世鱼q 竖佥绥 联系组则负责同其他组织的关联，以采用最新的思想和技术，并推广n g 0 s s 的成 果。 现阶段的主要工作是针对完善的e t o m 实现端到端的n g o s s ，以及技术中性 的系统框架、组件、流程、产品和新的应用等。 4 对发展我国o s s 标准的建议 我国目前对o s s 标准的跟踪和制定工作在九十年代有较大的发展，主要集中 在i t u - t 的t m n 建议的本地化工作。目前，在o s s 标准方面开展工作的主要有 中国通信标准化协会，其主要集中在网元、网络管理、业务提供等方面的研究， 没有覆盖电信服务方面，尤其是b s s 。 。 由于电信市场的日趋激烈，o s s b s s 的建设得到国内电信运营商和软件提供 商的高度重视，成为电信行业的一个热点。 我国o s s b s s 标准规范还不尽如人意。随着o s s b s s 市场同益扩大，为了促 进我国o s s ，b s s 系统的建设，提高运营商的技术和服务水平，提高软件提供商和 集成商的能力，我们应该促进o s s b s s 标准在中国的发展。对于我国o s s b s s 标 准的发展，我们应该在以跟踪、消化为主的基础上，逐步制定相应的国内规范， 发展符合国际潮流和本国事情的o s s b s s 标准。 5 o s s 的发展和应用趋势 电信业正在经历巨大的变化和变革。过去建立的o s s 有关系统和应用已经不 能满足电信企业在新形势下的需要。这一状况就隐含了巨大的市场需求。不管愿 意不愿意，要在市场上站稳脚跟，电信业务提供商和网络运营商就必须对原有的 0 s s 进行改造和更新。正如某些报告提出的那样，2 0 0 3 年以后，世界范围内的o s s 市场将会有很迅速的发展。不仅如此，新一代o s s 的维护概念和以往的系统维护 概念也完全不同了。维护者面对的是一个随着电信运营发展和技术进步而不断演 化的系统。维护过程就是系统改进和演化的过程，也是不断的建设过程。这一点 和当今的电信网电信设备的维护和建设是十分相似的。这就意味着一个长期的运 营支持系统的维护和建设市场。 对于承担o s s 开发和部署的系统集成商和软件开发商来看，涉足o s s 市场也 面临巨大的风险和挑战。由于n g o s s 技术和实施的复杂性，需要开发商有相当的 技术实力和经济实力。我们估计，当前诸侯混战的局面在不久的将来就会结束， 代之以几个有实力的开发商和集成商对市场的瓜分。同时，从长远的观点来看， 国外的大开发商在国内的o s s 市场上也会有相当的竞争力。因此，今同的投入会 不会成为明日的收益，很大程度上取决与企业在各方面的实力，包括管理、技术、 财力和市场等诸方面。 j e 密窑煎丕堂亟堂焦论塞匾鳌萱堡厘堑q 坠盒缉 2 3 小结 载波系统实质上是一个管理系统，有许多网络管理的思想和技术值得借鉴。 事实上，载波系统用到了很多网络管理的知识。本章对网络管理进行了介绍，包 括网管的现状和它的五大管理功能。然后介绍了当今流行的运营支撵系统 n g o s s 。n g 0 s s 结合了许多新技术和理念，对未来的网络运营具有指导意义。载 波系统借鉴了它的一些思想，并应用于实践。 1 2 毡夏至道丕堂亟堂位逾塞 担苤道信拄鲞丛珏蕴垩台企绍 3 相关通信技术及开发平台介绍 购电系统中主要用到了3 种通信技术：电力线载波通信技术、串口通信技术 和红外通信技术。熟悉这些技术，有助于系统架构的设计。 电力线载波通信是指利用电力线路作为通信信道将信号调制到高频载波上 进行传输的一种通信方式。近年来，电力线载波通信由于其投资小、见效快和能 有效地利用电力线路资源等优点，一直在电力系统通信中使用，具有不可替代的 作用。 串行通信是计算机通信方式的一种。在本系统中使用串口读写红外售电卡。 红外通信用于售电卡以及p d a 手持抄表器和电能表的交互。 3 1 载波技术 3 1 ，1 发展现状 在以数字微波通信、卫星通信为主干线覆盖全国的电力通信网络已初步形成、 多种通信手段竞相发展的今天，电力线载波通信仍然是地区网、省网乃至网局网 的主要通信手段之一，仍是电力系统应用区域最广泛的通信方式，仍是电力通信 网重要的基本通信手段。电力线载波通信技术韵发展在历史上经历了从模拟到数 字的发展过程。目前，电力系统大都面临着由传统模拟通信向数字通信的过渡， 一般都更愿意在短期内以较小的投资来解决较大容量的数字传输问题。为此，寻 找一种新的、快速又经济的解决方案，特别是在偏远的变电站，利用原有的模拟 载波机进行数字化改进，不仅可以达到相同的效果，而且还可以节省资金。近年 来，国外采用扩频通信技术，已推出了传输数据速率为1 9 2 k b 珞和l o o o k b s 的电 力线扩频通信产品；在市电网上传送2 m b ，s 以上速率的产品；在市电网或1 0k v 电网上传输4 8 k b s 速率的数据传输设备。它具有可靠性高、抗干扰能力强、体积 小、误码率低、传输数据速率高等显著特点。它可广泛用于变电站自动化、配电 自动化、远程数据采集和控制、路灯管理、智能小区等方面。电力线载波在电力 通信网中占有重要的地位。数字通信技术的发展给电力线载波通信开辟了极为广 阔的前景。融合计算机技术和数字信号处理技术，采用数字式电力线载波系统对 电力线载波通信网络进行扩展和改进，无论在经济上还是在技术上都是最佳选择 方案。 j e 塞窑遒厶堂鲰坐僮监塞搁羞遵擅撞苤厘珏筮垩台佥绥 3 1 2 载波技术的优缺点 由于电力线载波使用电力线作为信号的传输媒介，可节省大量的通道建设投 资。随着城市住宅建设日益发展，居民数和独立电能表数目迅速膨胀，多种电价 制度开始推行，抄表计量日趋复杂，传统的人工抄表方式已难以适应新的变化。 在电表里安装一个电力线载波通信终端就能解决一系列问题，带来诸方便： ( 1 ) 无需抄表员，用户的用电情况可快速准确地反映到供电局的计算机中心； ( 2 ) 供电局和银行联系，用户无须到供电部门交电费，为用户节约了大量宝贵 时间； ( 3 ) 准确地对各类用户的不同用电负荷进行记录； ( 4 ) 系统自动运算各环节电量，及时发现不明的电量损失，杜绝盗窃用电。 2 2 0 v 3 8 0 线路并不是专门的通信线路，不可能对线路中的负载做出有效的限 制，这使得低压电力线载波信道呈现这样的传输特性：线路衰减严重，各种干扰 噪声强而且成分复杂。 载波信号在电力线路上的衰减主要是电力线上有大量的用电负载和电力设备 ( 如无功补偿电容) 造成的。实验表明，载波信号在电力线上的衰减既与用电负载有 关又与电力线路距离有关。 电力线路上的干扰源包括脉冲噪声和等幅振荡波干扰。脉冲噪声是具有瞬间、 高能和覆盖频率范围广的特点，因而对于载波信号传输的影响相当大，不仅会造 成信号的误码率商，使得接收装置无法对信号进行正确的接收。 由于我国电器上网的电磁兼容性没有欧美控制得严格，因此我国电力网的衰 减和干扰要比欧美严重得多，电力线的通信环境也更加恶劣。 载波通信的成功率主要取决于接收载波信号的信噪比和通信芯片的接收灵敏 度。由于电网谐波系数的规定和电表体积和成本的限制，载波发信功率不可能过 大，丽电网上的噪声却极其复杂，载波信号在接收端经常被大量的噪声淹没，所 以抄表的成功率主要取决于载波通信芯片的性能。目前的通讯芯片主要有两类： 一类是窄带通讯( 如f s k ) ，另一类是扩频通讯。因为窄带f s k 通讯方式价格低廉 并且较为容易实现，所以在以往的应用中比较流行，典型电路是s t 7 5 3 6 通信芯片， 该芯片在集成电路内采用了硬件数字滤波因而对通信频带外的干扰有较好的滤 波，但抗同频干扰( 与载波信号频率接近的干扰) 能力差。所以尽管目前不少厂家采 用s t 7 5 3 6 来进行载波抄表，但其抄收成功率达不到现场要求。 近年来，国内外一些厂家推出了基于扩频方式的载波芯片，包括美国i t l t e l i o n 公司的s s c p 3 0 0 和国内一些公司推出的电路。所谓扩频通信就是在发信端将信号 频谱扩展后再进行传输，在收集端运用相关手段将接收信号解扩后再解调的通信 1 4 手段。因为扩频载波信号的带宽通常较大( 几十至几百k h z ) ，所以其受干扰的频率 范围所占比例相对减小，换句话讲，就是各种噪声仅能影响到一小部分所要传输 的信号，而大多数的信号都能够完整、正确的到达目的地，所以对于各种类型的 干扰都具有较强的抵抗性。 从理论上而言，扩频通信具有很强的抗干扰能力，然而在电力线通信实践中 却发现这些扩频通信芯片的使用效果与s t 7 5 3 6 帽比较并无优势。产生这一现象的 根本原因有以下两点： ( 1 ) 部分扩频通信芯片是针对当地电网情况用于室内通信而设计，其目的是解 决室内的计算机联网，通信速率较快( 如s s c p 3 0 0 可达1 0 k b s ) 使得载波信号解扩 之后的规一化信噪比已经不如s t 7 5 3 6 ； ( 2 ) 扩频方式抗干扰的优势是针对与载波信号频带接近的干扰信号，当干扰信 号是通信频带外干扰信号时，主要依靠滤波电路来克服。 国内厂家推出的芯片采用窄带扩频方式，速度一般不超过6 0 0 b p s ，克服了上 述第一个缺点，但通信效果并不理想。由于成本的限制这些电路都是以芯片内集 成模拟比较器( 也称为1 位a d 转换器) 为基础对载波信号采样，然后再进行调解， 这就决定了它们的接收灵敏度与s t 7 5 3 6 相比无本质上的区别。只有在载波信号超 过接收灵敏度且与干扰信号与载波信号的频带相近时才能显示一定的优势，而且 由于这些芯片内部的数字滤波性能不如s t 7 5 3 6 ，其优势还大打折扣。 目前市场上的载波通信芯片的通信性能都不足以保证克服电力线路对载波信 号的衰减，所以抄表的成功率得不到保证。一些厂家用电能表中继接力通信的方 法来提高通信成功率，接力抄表效果取决于中继路径选取的准确程度，在无法得 知电表与采集器之间以及电表之间的相对距离条件下，中继路径的准确选择是困 难的，不管这些厂家如何号称是“自适应路径”还是“神经元中继”，都无法保 证抄表系统的实时抄收率。 这就是载波技术虽然是最适合电力系统的数据传输技术，却难以大规模推广 的根本原因。 3 1 3 载波技术研究现状 针对低压电力线载波通信技术的缺点，国内外学者进行了广泛深入的研究， 现总结如下。鉴于加纳国的电磁兼容性与我国相仿，成果选取以国内为主。 文【5 】提出基于均匀传输线理论的模型，从理想化模型导出的结论“提 高发射功率，降低发射频率”。 文【6 】对低压电力线网载波通讯信号的衰减特性作了深入研究，并给出了详 i e 夏至通厶堂亟堂位i 佥塞担羞适信挂苤厘珏蕉壬鱼盒缉 尽的实测数据。结论是“低压电力网通讯信号的衰减特性很难建立准确的数据模 型”，“它更适合于用统计的方法来计算分析”，“电力负载将极大地影响载波 信号的衰减”。 文【7 1 ，【8 】对低压电力网的干扰噪声作了深入探讨。指出于扰可以分成非人 为干扰和人为干扰，后者影响远大于前者。认为干扰又分成三类：周期性干扰一 一电视机行频和可控硅等引起；脉冲干扰电器的开关造成；白噪声电动 机噪声等。干扰的随机性和不可预测性是电网通讯的固有特性，而1 0 0k h z 4 0 0k h z 是最佳通讯频带。下图为实测的电力线上的干扰波形。 3 董 蕾2 l ：土t k 。矗。k 。l。j l l 。l 。 1 r w 下r 一 ! | r r 。p ： 。 f ， 图3 1 电力线上的干扰波形 f i g u 陀3 l i n t e r f c m n t i a l 、v e p l c 文吲中对低压电网输入阻抗特性进行了理论推导，得出“引起信道阻抗变 化的主要原因是负载阻抗”。文【9 更进一步，得出“在家庭网络中信道阻抗变化 的主要原因是p c 机等使用的开关电源”。 文【1 0 】，【1 1 】对低压电力线载波通讯中信号传输特性作了全面的论述，给出 了国内学者多次引用的输入阻抗频率关系图，参见图3 - 2 ，衰减频率变化 曲线，参见图3 3 。图3 - 2 的两条曲线是在同一低压电力线网的不同地点测得的。 从图3 2 不难发现，输入阻抗随着频率的变化而发生剧变，变化范围竟达1 0 0 0 倍。 图3 3 中为信号频率与信号衰减的关系。 1 0 0 嚣l o 主， o 1 蛳枷枷枷l 嘟 粕鼽拜z 佳：丙缱是在同十候匿电力线同的不问地点翻得的 图3 - 2 输入阻抗赖率芙系幽 f i g u m3 - 2i n p u ti m p e d 锄c e - f r e q u c n c yr c l a t i o nf i g m 1 6 o 1 0 2 0 加 的 o 胁l 1 s o 瑚2 蚰 鲠率膻h # ( b ) 麦验时1 i 田为夜晓 图3 3 衰减一频率变化曲线 f i g u 心3 3a 仳e n u a t i o n - f r e q u e n c yc h 柚g ec u r v e 综合国内外学者的研究成果：目前无法找到一个普遍适用，较为准确的数学 模型，用于描述低压电力线的信号衰减特性和干扰特性。即使有些学者提出了一 些模型，但是这些