（计算机应用技术专业论文）基于web的变压器振动噪声在线监测系统的开发与研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文 摘要 本文在分析变压器振动噪声对我国电网影响的基础上，对变压器振动和噪声在 线监测技术进行了研究，开发了一套基于w e b 的变压器振动噪声在线监测系统。系 统集成了c l i e n t s e r v e r 和b r o w s e r s e r v e r 两种模式，配合相应的硬件采集设备，实 现了对变压器运行过程中振动噪声等信号的远程采集、监测和处理。系统以s q l s e r v e r2 0 0 0 作为数据库平台，采用w i n d o w ss o c k e t 通信技术进行数据远程传输， 并利用a s p n e t 、a d o n e t 等技术实现了w e b 实时监测，为深入研究直流偏磁影 响下变压器的振动噪声等特性提供科学依据。目前，开发的系统已在实际变电站运 行使用，运行结果表明，本文设计和开发的监测系统整体性能达到了预期的设计要 求。 关键词：在线监测，变压器，振动噪声，n e t a b s t r a c t b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h ei n f l u e n c eo ft h ev i b r a t i o na n dn o i s eo ft h er u n n i n g t r a n s f o r m e ro nc h i n a sp o w e r 鲥d ，t h em o n i t o r i n gt e c h n o l o g yi ss t u d i e da n daw e b - b a s e d o n - l i n em o n i t o r i n gs y s t e mf o rt h ev i b r a t i o na n dn o i s eo ft h et r a n s f o r m e ri sd e v e l o p e d b a s e d o nt h ei n t e g r a t i o no fc l i e n t s e r v e ra n db r o w s e r s e r v e r , t h es y s t e mr e a l i z e sr e m o t ec o l l e c t i o n , m o n i t o r i n ga n dt r e a t m e n to ft h ev i b r a t i o na n dn o i s eo ft h er u n n i n gt r a n s f o r m e rw i mt h e a c q u i s i t i o ne q u i p m e n t w i t hs q ls e r v e r2 0 0 0a st h ed a t a b a s e ，t h es y s t e mu s e sw i n d o w s s o c k e tc o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s mt ot r a n s f e rd a t a , a s p n e ta n da d o n e tt e c h n o l o g yt o r e a l i z ew e b b a s e do n - l i n em o n i t o r i n g t h es y s t e mp r o v i d e sas c i e n t i f i cb a s i s f o ri n - d e p t h s t u d yo ft h ev i b r a t i o na n dn o i s eo ft h ed c b i a s e dt r a n s f o r m e r a tp r e s e n t ，t h ed e v e l o p e d s y s t e mh a sb e e np u ti n t ou s ei nr e a lp o w e r 鲥d ，a n dt h eo p e r a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h e o v e r a l lc a p a b i l i t yo ft h em o n i t o r i n gs y s t e m ，w h i c hi sd e s i g n e da n dd e v e l o p e di nt h i sp a p e r , h a sm e tt h ed u ed e s i g nd e m a n d s z h a n gj i n g - w e n ( c o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y ) d i r e c t e db yp r o f w a ny i n g k e yw o r d s ：o n - l i n em o n i t o r i n g ，t r a n s f o r m e r , v i b r a t i o na n dn o i s e ，n e t 呲25呲46 川9m 7川1y 华北电力大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i 第一章引言1 1 1 课题的背景及意义1 1 2 国内外研究现状l 1 2 1 国外研究现状1 1 2 2 国内研究现状2 1 3 论文的主要工作2 第二章基于w e b 的变压器监测系统概述4 2 1 系统需求4 2 2 系统体系结构4 2 3 系统软硬件结构5 2 3 1 硬件部分一5 2 3 2 软件部分6 2 4 小结7 第三章数据通信、数据库访问技术8 3 1w e b 数据通信原理8 3 1 1 网络通信协议一t c p i p 8 3 1 2 网络进程通信的标识问题1 0 3 2 远程数据传输方式l o 3 2 1 f t p 一1 0 3 ：2 2s o c k e t 11 3 2 3f t p 与s o c k e t 比较分析1 2 3 3w e b 数据库访问原理13 3 3 1w e b 数据库访问技术比较分析1 3 3 3 2w e b 数据库访问方式一a d o n e t 1 5 3 4 其它w e b 技术17 3 4 1w e bs e r v i c e 1 7 3 4 2x m l 18 3 5 爿、结18 第四章监测系统后台软件的设计19 4 1 监测系统体系结构1 9 4 1 1 系统总体结构1 9 4 1 2 数据流向2 0 4 2 功能总体设计2 l 4 2 1 远程数据传输2 1 4 2 2 后台监测软件2 2 4 3 数据引擎设计一2 4 4 3 1 传输过程2 4 n 华北电力大学硕士学位论文 4 3 2 传输命令控制2 5 4 4 数据库服务器设计2 6 4 4 1 数据库的选择2 6 4 4 2 数据库表结构设计2 7 4 4 3 数据库安全2 9 4 5w e b 服务器设计2 9 4 5 1 选用a s p n e t 建立动态页面3 0 4 5 2 页面实时刷新31 4 6 安全机制3 3 4 7 小结3 3 第五章系统关键模块的设计与实现3 4 5 1 远程数据传输的实现3 4 5 1 1 n e t 环境下s o c k e t 通信的实现3 4 5 1 2 通信程序服务器端的实现3 5 5 1 3 通信程序客户端的实现3 5 5 2 后台监测功能的实现3 6 5 2 1a d o n e t 访问数据库。3 6 5 2 2 动态波形显示的实现3 7 5 2 3 各功能模块的实现3 9 5 3 小结4 3 第六章结论与展望4 4 6 1 论文总结4 4 6 2 下一步工作展望4 4 参考文献4 6 附录4 9 附录1 数据传输模块服务器端实现代码5 0 附录2 数据传输模块客户端实现代码5 6 致 射 6 1 在学期间发表的学术论文和参加科研情况一6 2 m 华北电力大学硕士学位论文 1 1 课题的背景及意义 第一章引言 太阳活动引起的地磁场剧烈变化称为磁暴。磁暴会在电网输电线路、中性点接 地变压器和大地回路中产生地磁感应电流( g i c ) m 2 ，3 ，4 】，较大的g i c 流过变压器可导致 变压器直流偏磁。近年来，随着我国超高压直流输电系统的广泛运用，变压器出现 直流偏磁的现象日益突出。直流偏磁情况下，在变压器内部引起的振动、噪声及过 热等问题，对变压器的正常工作造成较大的影响，严重时可引起变压器的损坏，甚 至导致系统崩溃和瓦解，影响了电力设备的安全可靠运行【5 】。 随着信息技术的发展，计算机网络技术和通信技术已应用到电气设备运行管理 的各个方面。大容量高速数据存储技术的成熟，使基于w e b 的变压器实时在线状态 监测成为可能。 本文利用计算机技术、通信技术，相应的硬件采集设备，研制开发的基于w e b 的变压器振动噪声在线监测系统，可以有效地远程监测变压器运行时的振动噪声等 信号的水平，防止变压器因振动噪声信号产生的故障，从而避免突发事故的发生， 为保证变压器安全可靠运行提供了科学依据。 1 2 国内外研究现状 随着计算机网络应用范围的不断拓宽，使得传统的监控网络可以实现与i n t e r n e t 的无缝整合。基于w e b 的远程监控系统，具有简单、高效、跨平台实施等优点，已 经成为信息网络的一种最普遍的应用。近年来，在设备的远程故障监测领域中，基 于w e b 的实时监控技术成为研究的热点，作为国内外研究的前沿课题，得到了长足 的发展。 1 2 1 国外研究现状 在美国波音公司的设备预维护系统中，采用了w e b 网络技术进行数据分析，使 用以太网t c p i p 和w e b 浏览器进行远程探测和检修机器的故障。加拿大g r a n b y 公司 使用了w e b 网络浏览器技术，通过以太网t c p i p 进行机床故障诊断、维护及排除， 实现主要用户远程产品和生产过程的监测【6 】。另外，还有许多著名的国际组织 m i m o s a ( m a c h i n e r yi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n to p e ns y s t e ma l l i a n c e ) 、m f t p ( s o c i e t yf o r f a i l u r ep r e v e n t i o nt e c h n o l o g y ) 、c o m a d e m ( c o n d i t i o nm o n i t o r i n ga n de n g i n e e r i n g m a n a g e m e n t ) 等，也开展对远程监控与故障诊断技术的研究，并提出了一定的信息交 l 华北电力大学硕士学位论文 换和数据处理的标准。对于变压器振动噪声在线监测技术的研究，从上世纪 代开始，一些国家不断深入和扩大规模，引入相关学科领域的新技术，并研 些基于w e b 的监测产品，具有较完善的监测功能。 1 2 2 国内研究现状 国内对于远程监控技术也开展了积极的研究。贾智平教授等利用a c t i v e x 技术 将i n t e r n e t 技术与电力监控系统结合起来，从而形成了一种新的基于浏览器的电力 监控系统【7 】；国内的一些组态软件厂商也已经开始在监控软件中引入w 曲技术，如 北京亚控公司的组态王f o ri n t e r n e t 软件就是运行在w e b 服务器上的一种应用软件。 国内各高校对于基于w e b 的实时监控技术也开展了积极研究。其中，哈尔滨工 业大学、西安交通大学、上海交通大学华中科技大学、等研究成果较为先进。如西 安交通大学研制的“大型旋转机械计算机状态监测系统及故障诊断系统r m m d 一、 华中科技大学开发的“汽轮机工况监测和诊断系统k b t g m d ”、哈尔滨工业大学的 “微计算机化机组状态监视与故障诊断专家系统m m m d e s 等1 8 , 9 1 。 近些年来，我国才开始进行关于变压器振动噪声信号的测试和评估等课题的研 究。 2 0 0 8 年华北电力大学结合g i c 对我国电网影响的分析以及g i c 信号的在线监 测，开始了变压器振动噪声信号的在线监测研究工作。研究工作获得了国家自然科 学基金项目和国家“8 6 3 计划”项目的资助。在山西某供电公司变电站正在运行的变 压器上，安装了由工控机、采集卡、振动传感器、声音传感器等设备组成的变压器 振动噪声监测装置，用于监测变压器运行时的振动、噪声、电流等信号。但是进一 步的研究工作如对采集到的实时数据的处理、分析，传输到监控中心并实现远程实 时监测、各种图形化分析等一系列研究工作还刚刚开始，这也正是本论文研究工作 的重点。 1 3 论文的主要工作 通过查阅大量的技术资料，并研究了基于w e b 的实时监控系统国内外发展的最 新动态，本论文主要设计了一种基于w e b 的变压器振动噪声监测系统，为电力设备 的运行监测和故障预警等提供了科学依据。论文中阐述了系统的体系结构和功能模 块，并对其关键模块进行了设计与实现，为对直流偏磁影响下变压器的振动噪声等 数据进行评估分析，奠定了一定的基础。论文的主要研究工作如下： l 、查阅、学习了大量论文涉及的相关技术文献和资料( 尤其是电力系统的槽 关知识) ，详细分析了变压器振动噪声监测装置的工作机理、功能及其系统扩展的 需求，提出了变压器振动噪声监测系统的总体体系架构。 2 华北电力大学硕士学位论文 2 、 3 、 4 、 5 、 针对实时数据传输的需求，选择通信协议，设计了合理的通信方案。 完成了监测系统总体结构的设计。 完成了监测系统主要功能模块的详细设计和实现。 完成了系统的实施。 3 华北电力大学硕士学位论文 第二章基于w e b 的变压器监测系统概述 2 1 系统需求 基于w e b 的变压器振动噪声在线监测系统是根据项目的要求，利用计算机技 术、通信技术和网络技术，对变压器运行时的振动信号、噪声信号，以及变压器中 性点电流信号、三相电流信号等进行监测，实现监测数据的存储、远程传输和实时 波形显示，以及对大量历史数据的综合管理和分析。在监测装置的基础上，完成数 据传输和后台软件的总体设计和开发，实现对变压器振动噪声等信号的实时监测。 从而为对直流偏磁影响下变压器的振动噪声等数据的评估分析提供数据支持。 2 2 系统体系结构 监测系统由监控终端前置机、监控中心和客户端三个主要部分组成。其体系结 构如图：2 - 1 所示。 旦旦旦 客户端 - e b 终端w e b 蝴h b 终端 圈一e 三卜- 园 # - - 兹、 n 唑! ! ： 匿县i 监控中心 前置机 图2 1 监测系统体系结构图 量系统主要由工控机系统、振动传感器、声音传感器、电荷放大器等 并运行采集程序和数据传输程序服务器端。 是整个监测系统的核心，由数据引擎服务器、w e b 服务器和数据库服 责与前置机和客户端的交互。 w e b 服务器下载页面，在浏览器中显示实时监测波形，也可以进行 、报表分析等操作。 弩 华北电力大学硕士学位论文 2 3 系统软硬件结构 基于w c b 的变压器振动噪声在线监测系统由硬件和软件两个部分构成。其中 硬件部分主要是指前置机。前置机中通过代码设计实现对振动、噪声、电流等数据 的采集以及基于t c p i p 的通信。在线监测系统软硬件结构如图2 2 所示。 变压器振动噪声监测装置 ( 前置机) 振动噪声 通信程序 采集程序服务器端 采集的 jl 振动噪准备传输 声数据i 的数据 本地数据库 2 3 1 硬件部分 监测中心服务器 图2 - 2 系统软硬件结构图 在整个变压器在线监测系统中，监测装置是位于系统最前端的前置机，在功能 上等同于一台普通的工业用计算机。通过运行的采集程序和传输程序，完成采集分 析、存储显示以及数据传输等功能。 前置机的硬件结构原理如图2 3 所示【10 1 。 变压器振动信号b 振动垫巷度传l 1 电荷 矗l 沿增7 i 。e 鼍佚，c 一“”“”。l 感器 电压 i 。 一1 。l 放大 变压器噪声信号叫声音传感器r 一 器 数 通 据 采 工控机 ， 信 l 变压甓史乒电流l 一 r t ，p 下l 集 模 信号 l l ，rl 卜一 信号 卡 块 调理 变压器中性点电 伊扣此岱蛆板 流信号 一- i 崔不传感器r 一 图2 3 前置机硬件结构原理图 ， 华北电力大学硕士学位论文 声音传感器分布在变压器的周围，振动加速度传感器吸附在变压器器身的表 面，两种传感器分别采集变压器的噪声和振动信号，经过电荷电压放大器进行信号 放大之后送入数据采集卡当中。鉴于地磁感应电流( g i c ) 信号准直流电流的特点， 选用霍尔传感器进行变压器中性点电流信号的监测【1 0 1 。 测得的变压器振动噪声、电压电流信号经过信号调理板变换到数据采集卡的采 集范围以内，然后由数据采集卡完成采集、量化、编码之后将数据传送至前置机， 由前置机进行数据分析、处理【1 1 , 1 2 】。 2 3 2 软件部分 软件部分是指整个监测系统的软件设计。主要包括三大部分：数据采集程序、 远程数据传输程序和后台监测程序的设计。 l 、数据采集程序 采集程序运行在前置机上，监测运行中的变压器的振动、噪声、电流等信号， 对采集的信号进行量化、编码，并将生成的振动噪声等信号的实时曲线显示在装置 前端的l c d 显示屏上，供变电站运行人员参考。采集程序只供本地监测，把采集 到的振动噪声等数据保存到监测装置的硬盘的同时，需通过传输程序将实时数据传 输到监控中心服务器。采集程序的具体功能如下： ( 1 ) 数据采集 采集程序设计了1 4 路采集通道，采集频率为1 秒，可同时采集2 个变压器的 振动信号，噪声信号，高低压侧a 相、c 相电流信号，以及变压器中性点电流信号 竺 1 0 1 寸。 采集装置测量的是模拟量，需要将其通过采样、量化、编码等过程转化成数字 信号传送至前置机。 ( 2 ) 实时监测和显示 在装置的前面板包含l c d 液晶显示屏，实时显示初步分析得到的振动噪声等 信号的实时动态波形。 ( 3 ) 数据存储 对转化后的数字信号进行预处理后，保存在数据文件中，并以当前时间作为文 件名。 2 、远程数据传输程序 实时传输程序为c s 方式，负责将前置机中保存的实时数据文件传送到监控中 心服务器。传输程序分为客户端和服务器两个部分，服务器端安装在前置机上，客 户端安装在监控中心服务器上。 服务器端程序监测实时数据存储文件夹，将每秒产生的数据文件打包传送；客 华北电力大学硕士学位论文 户端将接收的数据写入原始数据缓冲区，在对数据进行分析处理后将其写入s q l s e r v e r2 0 0 0 数据库并更新文件管理信息，为以后大量历史数据的管理提供依据。( 远 程数据传输程序的详细设计请见第四章) 3 、后台监测程序 后台监测程序安装在监控中心服务器上，通过a s p n e t 技术显示w e b 页面， a d o n e t 技术与后台数据库连接。监控中心与客户端之间采用b s 方式进行数据 的发布，以提供良好的交互性。客户端从w e b 服务器下载页面，在浏览器中显示 实时监测波形，也可以进行查询历史波形、报表分析等操作。( 后台监测程序的详 细设计请见第四章) 2 4 小结 本章从变压器振动噪声在线监测的需求入手，简要介绍了在线监测系统整体的 体系结构和软硬件结构。系统的远程数据传输程序和后台监测程序的设计与实现将 在以下各章分别介绍。 7 华北电力大学硕士学位论文 第三章数据通信、数据库访问技术 在数据通信中，t c p i p 由于其开放性、不受任何厂商控制的特点，发挥着越来 越重要的作用，已经成为事实上的标准。n e t 开发平台是一组用于建立w e b 服务 应用程序和w i n d o w s 桌面应用程序的软件组件，a d o n e t 技术作为n e t 提供的数 据访问技术，为在w e b 页面中存取任何类型的数据提供了支持。本章针对变压器 远程监测系统的设计开发的需求，采用t c p i p 下的远程数据通信机制，选择 a d o n e t 作为数据访问方式并详细介绍该方式在n e t 平台中的数据访问原理，同 时依据w e b 数据通信原理，简述w e b 相关技术。 3 1w e b 数据通信原理 3 1 1 网络通信协议- t c p ip t c p i p ( t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c o l i n t e r n e tp r o t o c o l 传输控制协议网际协议) 是目前广泛采用的一组完整的网络协议，以它为基础组建的i n t e r n e t 己成为目前国 际上规模最大的计算机网络系统。采用其进行远程数据通讯，具有通讯可靠和速度 快的优点。在我国，t c p i p 也越来越受到广泛关注，并得以多层次推广。 在t c p i p 的模型中，传输层有两个并列的协议：t c p ( t r a n s m i s s i o nc o n t r o l p r o t o c o l ，传输控制协议) 和u d p ( u s e rd a t a g r a mp r o t o c o l ，用户数据报协议) 。t c p 和u d p 共存于一个网络中，t c p 是面向连接的，提供可靠的字节流服务，u d p 是 无连接的，提供高效率服务【1 3 】。 t c p 提供超时重发，丢弃重复数据，检验数据，流量控制等功能，保证数据能 从一端传到另一端。传输过程包括建立连接、发送数据、确认、断开连接，其具体 实现如下： 首先是建立连接，t c p 用三个报文段完成连接的建立。这个过程称为三次握手， 如图3 1 所示。 8 墅坠坠堡垒兰燮垡垒窒 图3 - 1t c p 连接过程图 如图3 2 所示，终止一个连接需要经过4 次握手： 图3 2 t c p 终止连接过程图 如图3 - 3 所示，数据发送必须经过接收方确认， 这是t c p 传输有一定保障的根本原因。 而且有超时重传等保障机制， 图3 3t c p 确认机制示意图 9 lfffffffffjjjliiijjliijijji 华北电力大学硕士学位论文 可见，t c p 完成一次数据传输，除了数据包本身外，还需要完成连接、终止连 接以及一个a c k 分组的传输。而u d p 数据传输通过一次请求应答就可以完成。 u d p 与t c p 提供不同的传输方式与不同的传输质量，t c p 以增加网络开销的方式 提供传输保障，通常用于一次传输要交换大量报文的情形，比如文件传输、远程登 录等。在本监测系统中，实时文件传输程序的设计主要利用了t c p 传输的高可靠性。 3 1 2 网络进程通信的标识问题 在网络通信中，通信的两个进程分别位于不同的机器上，其进程号分配随着操 作系统的不同会有很大的差异。为此，t c p i p 协议引入了端口的概念，以解决网络 共享服务与机器操作系统无关的进程标识问题。端口包括一些数据结构和i o 缓冲 区，每个进程对应着一个端口号。当进程通过系统调用与某端口建立关联后，进程 发给网络传输层的数据就通过该端口输出，网络传输层传给该端口的数据就被对应 的进程所接收。 在互联网中，由于两台机器可能位于不同的网络，因此还必须给出通信双方的 网络地址和主机地址；同时，为了区别多重协议，网络进程通信的标识问题还应有 网络协议的标记。综上所述，一个完整的网络进程通信由两个进程组成，用5 个参 数来描述它：( 协议，本地地址，本地端口，远程地址，远程端口) 。 3 2 远程数据传输方式 3 2 1f t p f t p 即f i l et r a n s f e rp r o t o c o l ( 文件传输协议) ，是t c p i p 的一种具体应用， 它工作在t c p 模型的第4 层即应用层，用于i n t e r n e t 上的控制文件的双向传输。采 用f t p 协议可使i n t e m e t 用户高效地从f t p 服务器下载大信息量的数据文件，将 远程主机上的文件拷贝到自己的计算机上，以达到资源共享和传递信息的目的。 与大多数i n t e r n e t 服务一样，f t p 也是一个客户机服务器系统。用户通过一个 支持f t p 协议的客户机程序，连接到在远程主机上的f t p 服务器程序。用户通过 客户机程序向服务器程序发出命令，服务器程序执行用户所发出的命令，并将执行 的结果返回到客户机。f t p 使用t c p 传输而不是u d p 。f t p 客户在和服务器建立 连接前要经过一个“三次握手”的过程，它的意义在于说明客户与服务器之间的连 接是可靠的，而且是面向连接，为数据传输提供可靠的保证。 f t p 支持两种模式l l l ，一种方式叫做s t m & t r d ( 也就是p o r t 方式，主动方式k 一种是p a s s i v e ( 也就是p a s v ，被动方式) 。s t a n d a r d 模式f t p 的客户端发送p o r t 命令到f t p 服务器。p a s s i v e 模式f t p 的客户端发送p a s v 命令到f t ps e r v e r 。f t p i e 华北电力大学硕士学位论文 有两个过程一个是控制连接，一个是数据传输。f t p 协议需要两个端口，一个端口 是作为控制连接端口，即2 1 端口，用于发送指令给服务器并等待服务器响应；另 一个端口是数据传输端口，端口号为2 0 ( 仅p o r t 模式) ，用于建立数据传输通道。 3 2 2s o c k e t s o c k e t 又称套接字，是进程之间通信的抽象连接点，作为网络编程的通用接口， 它提供了不同主机间进程双向通信的接口。 l 、s o c k e t 的工作原理 s o c k e t 是一种完整的机制，它能够在两个位于不同计算机的端点之间建立网络 连接，通信的一端对应一个s o c k e t 。每个s o c k e t 可以进行读写操作，读写操作时 分别要用至l j s o c k e t 中的输入流和输出流。建立连接后，客户程序可以向s o c k e t 里 写入请求，然后服务器会处理这个请求，并把处理结果通过s o c k e t 送回。 服务器应用程序一般监听一个特定端口以等待客户端的连接请求，当一个连接 请求到达时，客户和服务器建立一个通信连接。在连接过程中，客户被分配一个本 地端口号并且与一个s o c k e t 连接，客户通过写s o c k e t 来通知服务器，通过读s o c k e t 来获取信息。类似地，服务器也获取一个本地端口号，它需要一个新的端口号来监 听原始端口上的其它连接请求。服务器也给它的本地端口连接一个s o c k e t ，读写来 自客户的请求。图3 4 所示为t c p 协议下的s o c k e t 通信流程。 图3 4s o c k e t 通信原理图 作为网络应用编程界面，s o c k e t 隐藏了网络底层复杂的结构和协议，使编程人 一翟兰一 臣叵匦 华北电力大学硕士学位论文 员可以简单地对网络进行操作。s o c k e t 的通信有两种：面向连接方式( 即流式s o c k e t ) 和面向无连接方式( 即数据报s o c k e t ) 。面向连接方式对应的是t c p 协议，其传输 特点是通信可靠性高，按发送的顺序接受数据，数据被看作是字节流无长度限制。 面向无连接方式对应的是u d p 协议，这种方式支持双向的数据流，保留了记录边 界，但不保证可靠、有序、无重复。并且接收顺序混乱，报文长度有限。 s o c k e t 提供基于t c p i p 网络的应用编程接口。它采用客户机j r 务器的通信机 制，使客户机和服务器可以通过s o c k e t 实现网络之间的连接和数据交换。s o c k e t 提供了一系列系统调用，可实现t c p 、u d p 、i c m p ( i n t e m e tc o n t r o lm e s s a g ep r o t o c 0 1 ) 和i p 等多种t c p i p 之间的通信。 2 、w i n s o c k 编程 w i n d o w ss o c k e t 简称w i n s o c k ，它以u n i x 中流行的s o c k e t 接口为范例，定义 了一套w i n d o w s 操作系统平台下网络编程接口函数库。w i n s o c k 编程接口是t c p i p 网络中最为通用的a p i ，已成为w i n d o w s 网络编程事实上的标准。为了适用于 w i n d o w s 下的消息机制和异步的i o 选择操作，它包含了一组针对w i n d o w s 的扩展 库函数。这样，程序员可以充分地利用w i n d o w s 消息驱动机制进行编程。 从网络i o 角度讲，s o c k e t 有阻塞和非阻塞两种工作模式；从通讯的角度讲， s o c k e t 有同步和异步两种模式。当一个s o c k e t 套接字函数调用后，进入阻塞状态， 一直等到数据传送完或出错才返回，这样就实现了同步通讯。当一个s o c k e t 套接字 函数调用后，不阻塞等待数据，立即返回，这样就实现了异步通讯。所以从编程的 层次说，阻塞与同步属于一个范畴，非阻塞与异步属于同一范畴。 w i n s o c k 的a p i 函数也提供了两种处理方式：阻塞和非阻塞方式。在阻塞方 式下，收发数据的函数在被调用后一直要等到传送完毕或者出错才能返回。对于非 阻塞方式，函数被调用后立即返回。 综上所述，同步阻塞方式逻辑简单、清晰，但异步非阻塞方式可以带来更高的 效率。编程时，应尽量使用非阻塞方式。 3 2 3f t p 与s o c k e t 比较分析 f t p 是标准的文件传输协议，在传输大量文件方面有优势，其不足之处是没有 对传输文件进行必要的加密，而且断点之后数据丢失，不能保证传输的可靠性和实 时性。而s o c k e t 是t c p i p 协议提供给应用层的接口，是一种连接方式，它在i n t e m e t 的传输速度快、效率高；还可识别数据发送者的远程地址和远程端口，并能自动的 在数据发送者之间进行次序切换；可实现断点续传，安全性。实时性高。 在编程实现上，f t p 方式要求服务器端必须配置f t p 服务，还要有权限的配置， 实现起来较为繁琐，而且调试极不方便；但通过w i n s o c k 编程可避免这些问题，具 1 2 华北电力大学硕士学位论文 有更大的灵活性，并且不需要关心网络连接的细节。通过上述的综合分析，本系统 选用s o c k e t 通信机制传输实时监测数据。 3 3w e b 数据库访问原理 3 3 1w e b 数据库访问技术比较分析 数据库及其编程来源于不同的背景，每种数据库管理系统都有一套自己的编程 应用程序接e l ( a p i ) ，这为数据库编程带来很大局限性。结构化查询语言( s q l ， s t r u c t u r e dq u e r yl a n g u a g e ) 是标准化数据库编程接口的i s o 标准。由于各种数据库所 支撑的s q l 又有所差异，人们进行了很多努力以得到一个统一的数据库编程接e l ， 为此产生了数据库的客户访问技术，它通过提供不同的访问接口，简化了客户访问 数据库的过程。 当前数据库访问接口可分为专用和通用两种。专用数据库访问接口局限性较 大，没有统一的调用界面；而通用接口提供了统一接口，可以和不同类型、异构的 数据库系统进行通信，利用这种接口编写的客户代码，可以实现对多种不同类型的 数据库的复杂操作，因而得到广泛的应用 1 5 1 。 l 、c g i c g i ( c o m m o ng a t e w a yi n t e r f a c e ，通用网关接口) 是外部应用程序与w e b 服务器 交互的一个标准接口，是最早普遍使用的w e b 数据库访问技术，几乎所有的w e b 服务器都支持它。它是经过编译的、可执行的程序，常用的编程语言有v i s u a lb a s i c 、 c c + + 或p e r l 等。 调用c g i 程序不仅可以实现w e b 服务器和w e b 浏览器的交互，还可以充当 w e b 服务器与数据库服务器之间的网关，将通过w e b 发来的操作转化为对数据库 的操作。它打破了服务器软件的局限性，允许用户根据需要采用各种语言去实现无 法用h t t p 、h t m l 实现的功能，给w w w 提供了更为广阔的应用空间。c g i 的典 型操作流程是：分析c g i 数据；打开与d b m s 的连接；发送s q l 请求并得到结果； 将结果转化为h t m l ；关闭d b m s 连接；将h t m l 结果返回给w e b 服务器。 c g i 技术具有良好的跨平台性，几乎在任何操作系统( 如d o s 、w i n d o w s 、u n i x 、 o s 2 等1 上都能实现。但c g i 程序应用是作为一个独立的外部应用来运行，与w e b 服务器上的其他进程竞争处理器资源，这将导致运行速度减慢；而且，c g i 的可移 植性差，因此用c g i 开发支持w w w 的应用也是一个比较困难的过程；另外，c g i 的功能有限，且不具备事务处理功能。 2 、a p i 为了克服c g i 的缺陷，基于服务器扩展的a p i ( a p p l i c a t i o np r o g r a m m ei n t e r f a c e ) 1 3 华北电力大学硕士学位论文 结构应运而生。服务器a p i 是驻留在w e b 服务器上的本机代码，以动态链接库d l l 的形式提供，可以达到扩展w e b 服务器的功能。它提供一个i n t e r a c t 数据库连接器 ( i d c ) ，实现对数据库的查询和更新。 a p i 访问数据库的原理与c g i 大体相同，都是通过交互式页面取得用户的输入 信息，然后交由服务器后台处理。但二者在实现机制上存在着很大的区别：在服务 器a p i 下建立的程序均以动态链接库形式存在，而c g i 一般都是可执行程序。在服 务器a p i 的调用方式中，被用户请求激活的d l l 和w e b 服务器处于同一进程中， 在处理完某个用户请求后，和w e b 服务器一起继续驻留于内存中，等待处理其他 用户的h t t p 请求，而不是马上消失。基于服务器a p i 的所有进程均可获得服务器 上的任何资源，因此运行效率明显高于c g i 。 虽然开发程序的性能方面，用a p i 比用c g i 提高了许多，但a p i 也存在一些 明显的缺陷，比如各种a p i 之间兼容性很差、缺乏管理接口的统一标准，这使开发 a p i 应用程序仍旧十分困难。目前，m i c r o s o f t 和n e t s c a p e 公司提供的服务器a p l 分别为i s a p i 、n s a p i ，由于m i c r o s o f t 的w i n d o w s 操作系统在市场上占有主要份 华北电力大学硕士学位论文 属于高层a p i 。d a o 最适用于单系统应用程序或小范围本地分布应用，其最大的缺 点之一就是限定数据源位于本地机器上，不能实现与远程数据源的连接【l6 1 。 a d o 以o l e d b 为基础，通过o l e d b 提供的c o m 接口访问数据，是u d a 高层应用级接口，可在各种脚本语言或一些宏语言中直接使用。它适合于各种c s 应用系统和基于w e b 的应用，尤其在一些脚本语言中访问数据库操作是a d o 的主 要优势。 a d o 是d a o r d o 的后继产物，比d a o 更加简单、更加灵活。最初被设计用 来代替其他位于高层的数据访问方法，提供简单、高效、易用的数据访问手段。 5 、a d o n e t a d o n e t 是n e tf r a m e w o r k 下的数据库访问技术，作为a d o o l e d b 的延伸， 它和原来的a d o 对象有很大的不同，其执行效率比传统的a d o 传输快很多。 在n e t 中，数据访问是通过s y s t e m d a t a 命名空间下的类来进行的。它允许以数据 为中心的应用程序连接到不同的数据源，包括各种数据库、e x c e l 、x m l 等，以获 取、操纵和更新数据。 通过上述分析和比较可以概括出，o d b c 、j d b c 都是底层a p i ，属于系统级调 用，拥有性能和灵活性上的优势，但编程困难，难以使用。d a o 和a d o 是高层 a p i ，是应用级调用，它们虽然提供了数据库编程的对象模型使得编程简便、高效， 但性能和底层控制功能有所损失。而a d o n e t 属于应用程序级接口，可以实现对 关系数据库、x m l 和应用程序数据的访问，是目前性能较好的一种数据访问模式， 最适合于本系统的数据访问模式。因此，系统中采用a d o n e t 技术对数据库进行 访问。 3 3 2w e b 数据库访问方式一a d 0 n e t 1 、a d o n e t 概述 a d o n e t 是n e t 中访问数据的对象模型，是对a d o 的继承，并从w e b 的角 度对a d o 进行完善和改进。与a d o 以数据库为中心进行数据访向、数据处理相比， a d o n e t 更遵循通用的原则，是对数据库的一整套设计环境。a d o n e t 将x m l 和a d o 对象模型集成在一个树状的类的集合中，使得把数据转换成x m l 以及通过 网络传输的操作得到了简化和优化【1 7 】，比a d o 更适应于分布式及i n t e m e t 等大型 应用程序环境。 在编程思想上，a d o 的数据存取处理主要依赖于两层结构。n e t 中的 a d o n e t 模型，使用联机数据存取方式，或是脱机数