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第9章配电自动化的计算机系统 配电自动化的计算机网络计算机网络的基本组成配电自动化计算机网络的硬件选择配电自动化计算机网络的拓扑结构配电自动化计算机网络热点问题配电自动化的计算机网络系统软件计算机网络操作系统计算机网络工作站系统数据库系统配电自动化的计算机系统方案设计一般原则需求分析计算机网络平台设计 9 1配电自动化的计算机网络 作用 解决配电自动化各子系统之间及内部各功能模块之间资源的共享问题 组成 硬件系统 软件系统 包括 系统硬件 系统软件 数据库系统和应用软件 计算机网络的安全运行是配点自动化系统安全运行的基本保证之一 一 计算机网络的基本组成 计算机网络的硬件 1 服务器 Server 2 工作站 WorkStation 3 网络通信线路 NetworkCommunicationCircuit 4 网卡 NetCard 工作站 服务器等设备与网络通信线路间的连接部件 5 网关 GateWay 实现各子网络间的互连 6 集线器 HUB 网络扩充用 7 交换机 Switch 包括广域网 局域网交换机 8 路由器 ROUTER 1 服务器 Server 服务器是计算机网络的核心包括 数据库服务器 文件服务器 系统服务器等 根据系统规模 可几种服务器功能配置在一台或多台服务器上 从配电系统专业角度看 可分为 生产技术管理子系统服务器用电营业管理子系统服务器配电网调度自动化子系统服务器配电GIS服务器 2 工作站 WorkStation 用户访问配电自动化计算机网络的接口设备 一般采用微机或更高档的计算机构成 任务 用户业务处理目前已发展成为独立处理用户专业应用与网络分配任务的客户机 3 网络通信线路 NetworkCommunicationCircuit 有线粗同轴电缆细同轴电缆五类双绞线光纤无线无线扩频微波卫星配电自动化系统具有监控点多且分散 网络通信线路建设具有复杂性和投资大等问题 应根据地理特点和网络结构特点具体选择 4 网卡 NIC NetworkInterfaceCard 功能 负责将用户要传递的数据转换为网络上其它设备能够识别的格式 通过网络介质传输 根据网络类型分类 令牌环网卡 IBM公司于70年代发展的 4M 16M 100Mbps 目前少见 ATM网卡 异步传输模式 产生于70年代后期 适合音频和视频数据的传输 FDDI网卡 光纤分布式数据接口 100M 80年代中期发展起来一项局域网技术 以太网卡 使用CSMA CD 载波监听多路访问及冲突检测技术 技术 梅特卡夫于1976年在施乐公司提出 1979年成立3COM公司发展 1980年推出以太网标准 目前主流 主要技术参数为 带宽 10M 100 1000Mbps 总线方式 16位 32位 64位 以太网网卡的接口类型电缆 AUI接口 粗缆 BNC接口 细缆 和RJ 45接口 双绞线 光纤 ST SC LC FC无线 基本功能 并行到串行的数据转换 包的装配和拆装 网络存取控制 数据缓存 网络信号 5 网关 GateWay 网关 又称网间连接器 协议转换器 是一种充当转换重任的计算机系统或设备 在使用不同的通信协议 数据格式或语言 甚至体系结构完全不同的两种系统之间 网关是一个翻译器 TCP IP协议里的网关 实质上是一个网络通向其他网络的IP地址 只有设置好网关的IP地址 TCP IP协议才能实现不同网络之间的相互通信 由于配电自动化系统包括的功能繁多 加之建设投资巨大 使得配电自动化系统一般均采用分期实施的原则 而配电自动化系统中各子系统拥有相对的独立性 为了即保证各子网之间的独立性 又能达到资源共享的目的 就需要借助网关来完成 6 集线器 Hub 功能 是对接收到的信号进行再生整形放大 以扩大网络的传输距离 同时把所有节点集中在以它为中心的节点上 集线器是确保网络结构灵活 扩充性好且可靠性高的主要手段之一 集线器目前一般有10Mbit 10M 100Mbit 100Mbit和1000Mbit几种 7 交换机 Switch 使用交换机也可以把网络 分段 通过对照MAC地址表 交换机只允许必要的网络流量通过交换机 通过交换机的过滤和转发 可以有效的隔离广播风暴 减少误包和错包的出现 避免共享冲突 交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输 每一端口都可视为独立的网段 连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽 无须同其他设备竞争使用 7 交换机 分类和功能 从广义来看 交换机分为两种 广域网交换机和局域网交换机 广域网交换机主要应用于电信领域 提供通信用的基础平台 而局域网交换机则应用于局域网络 用于连接终端设备 如PC机及网络打印机等 从传输介质和传输速度上可分为以太网交换机 快速以太网交换机 千兆以太网交换机 FDDI交换机 ATM交换机和令牌环交换机等 从规模应用上又可分为企业级交换机 部门级交换机和工作组交换机等 交换机的主要功能包括物理编址 网络拓扑结构 错误校验 帧序列以及流控 目前交换机还具备了一些新的功能 如对VLAN 虚拟局域网 的支持 对链路汇聚的支持 甚至有的还具有防火墙的功能 7 交换机 交换机与集线器 二者在功能和执行机理上有很大差异 集线器的功能是一个多端口的转发器 无论从哪个端口传出来的信号都会再生整形放大后向所有的端口广播出去 并且所有的端口都会挤用同一个共享信带的带宽 造成数据量大时所有端口的带宽大幅减少 而交换机相当于多端口桥 它为用户提供的是独占的点对点的连接 数据包只发向目的端口而不会向所有端口发送 这样减少了信号在网络发生碰撞 而且交换机上的所有端口均有独享的信道带宽 基于HUB的配电自动化计算机网络硬件拓扑结构 二 计算机网络硬件选择 选择原则应以应用为本 尽量提高系统性价比 应以支持网络系统软件为原则 1 服务器的选择 按架构分类RISC架构服务器 使用RISC 精简指令集 主要采用UNIX和其它专用操作系统的服务器 主要用在金融 电信等大型企业的核心系统中 CISC架构服务器 采用CISC 复杂指令集 使用Windows操作系统的服务器 主要用在中小企业和非关键业务中 按网络规模分类工作组级服务器 用于联网在几十台计算机或者对处理速度和系统可靠性要求不高的小型网络 其硬件配置相对比较低 可靠性不是很高 部门级服务器 用于联网百台计算机 对处理速度和系统可靠性中等的中型网络 其硬件配置相对较高 其可靠性居于中等水平 企业级服务器 用于联网数百台以上计算机 对处理速度和数据安全要求最高的大型网络 硬件配置最高 系统可靠性要求最高 特点 服务器与微机在处理能力 稳定性 可靠性 安全性 可扩展性 可管理性等方面存在差异很大 选择原则 以应用确定服务器参数 2 交换机与集线器选择 配电自动化的计算机网络组网中 对与集线器的应用逐渐趋于减少或不采用 在已实现和正在规划实施的配电自动化系统中采用交换机方式组网已成大趋势 配电自功化系统的计算机组网中 对交换机的选择要根据其网组的原则和需要进行选择 主要是以下五个方面综合选择 1 注意合适的尺寸 2 交换机交换的速度满足需要 3 端口数要够将来升级用 4 管理控制功能要满足要求 5 选择高可靠性的品牌交换机 3 防火墙选择 许多配电自功化提供外部web功能以及和企业内部其他信息系统互联功能 必须对配电自动化的计算机网络在与其他信息系统实行互联时进行安全可靠的隔离措施 防火墙是实现这种安全可靠隔离措施重要手段 防火墙是一个建立在网与网边界上的过滤 封锁机制 用来防止不希望或未经授权的通信进出被保护的内部网络 通过边界控制强化内部网络的安全策略 防火墙在实现上由硬件和软件共同组成 实现其功能 目前实现防火墙有利用网络路由器 交换机等方式 也有利用网关机 并配置一定防火墙软件实现的 防火墙基本功能选择 LAN接口要丰富 支持协议要丰富 支持多种安全特性 能满足配电自动化计算机网络和企业具体要求 如加密控制标准 基于硬件的加密技术 是否支持FTP文件类型过滤 是否支持病毒扫描 阻止ActiveX Java Cookies JavaScript破坏等 3 防火墙选择 4 网络速率 网络速率应以网络应用性质为选择依据 而不能盲目追求高速率 网络传输速率越高 建设网络的投资就越大 三 计算机网络的拓扑结构 拓扑结构网络系统的硬件连接形式 结构规划主要考虑性能可靠性安全性计算机网络的基本拓扑结构有五种 星型总线型环型树型混合型 计算机网络的五种基本网络拓扑结构 一种典型的配电自动化计算机网络拓扑图 四 计算机网络的热点问题 1 采用FDDI建设主干网2 ISDN的应用3 帧中继在网络中的应用问题4 ATM应用问题5 Internet应用 1 采用FDDI建设主干网 FDDI FiberDistributedDataInterface 是美国国家标准局开发的光纤分布式数据接口 用于高速局域网的介质访问控制 它也是针对100Mbit s光纤定时令牌传送局域网的ISD标准 它采用光纤传输介质 令牌访问方式和反向旋转的双环拓扑结构 并能实现100Mbit s的数据传输速率 FDDI网络具有三大优点 高性能 高可靠件和具有互操作能力 因此 非常适合于构成配电自动化的计算机网络 以增加网络的可扩展性能 注 随着以太网技术发展到快速以太网 千兆以太网 万兆以太网 目前采用FDDI技术建设越来越少 主要原因在于设备的兼容性 2 ISDN的应用 ISDN是以综合数字电话网 IDN 为基础 发展演变而成的通信网 它能够提供点对点的数字连接 用来支持包括话音和非话音在内的多种电信业务 可以把各种电信业务 电话 电报 传真 数据图象等 综合在同一个网内处理并传输 并可在不同的业务终端之间实现互通 用户只要用一个电话端口即可实现电话 传真与图象的同时传送 用户可以经过一根电话线 一边在因特网 INTERNET 上漫游 一边打电话 或者一边发传真 还可以提供多媒体业务 因此被称 一线通 2 ISDN的应用 ISDN是解决配电自动化系统中各个业务局域网之间互联的有效手段 ISDN是解决远方分散安装的RTU通信信道的有效方法 ISDN是解决远方遥视的通信信道的有效方法 ISDN在配电自功化系统中的应用 主要体现在充分利用公共的ISDN网 有效解决配电自功化系统的通信信道建设费用高和通信信道维护量大的问题 并能支持数据的多样化传输 3 帧中继 帧中继 FrameRelay 是一种网络与数据终端设备 DTE 的接口标准 主要应用 局域网互联 特别是在局域网通过广域网进行互联时 使用帧中继更能体现它的低网络时延 低设备费用 高带宽利用率等优点 主要特点是 使用光纤作为传输介质 因此误码率极低 能实现近似无差错传输 减少了进行差错校验的开销 提高了网络的吞吐量 帧中继是一种宽带分组交换 帧中继不适合于传输诸如话音 电视等实时信息 它仅限于传输数据 4 ATM应用 ATM AsynchronousTransferMode 是一种协议 它可以将局域网功能 广域网功能 语音 视频和数据 集成为 个统一的协议设计 从而带来的统一性和可扩展性 最终可以简化网络的设计和管理 ATM的适用范围有多媒体和视频应用 骨干网 广域网和地理位置分散的网络 ATM在我国的主要应用对象是校园计算机网络和大型企业或银行的计算机网络 在配电自动化的计算机网络中心用ATM技术 主要是利用它高速的数据化输能力 可达622Mbit s 和网络间互连能力 以及多媒体和视频应用方面的优势 9 2计算机网络系统软件 一 网络操作系统二 网络工作站操作系统三 数据库系统应用数据库数据库管理系统四 软件系统体系结构 一 网络操作系统 NOS 计算机网络操作系统是应用软件 数据库管理系统与计算机网络硬件之间的接口 其目的是达到计算机网络上各种资源的协调 Windows类 版本有NT4 0Serve 2000Server 2003Server 2008Server NetWare类 版本有3 11 3 12和4 10 V4 11 V5 0等 UNIX类 UnixSUR4 0 HP UX11 0 SUN的Solaris8 0等 Linux类 中文版有REDHAT 红帽子 红旗Linux等 DMS中的NOS的选择原则 1 具有良好的网络安全和保密性 2 支持多服务器系统 3 安装 操作简洁 4 支持多任务 5 与其他厂家产品互连性及开放性好 6 网络扩展容易 一 网络操作系统 NOS 选择 二 工作站操作系统 计算机网络工作站 或称客户机Clients 是连接到网上的一台个人计算机 它是用户或客户运行自己的应用软件以及访问网络资源的接口计算机 因此 其操作系统所表现的功能及性能的优劣 是直接关系到用户应用系统开发与使用的好坏 计算机网络工作站上的操作系统是指目前个人计算机或工作站的操作系统 目前主要有Windows系列 Macintosh系列 Linux系列等 三 数据库系统 配电自动化的数据库系统 DataBaseSystem DBS 由用户应用数据库 ApplicationDataBase ADB 和数据库管理系统 DataBaseManagementSystem DBMS 组成 一 应用数据库 数据库 DB 定义为存储在一起的相关数据的集合 配电自动化的应用数据库 ADB 是定义为存储在 起的配电网系统的应用数据的集合 如设备数据库 电价数据库 电费数据库 用户数据库 计量数据库 配电网结构数据库 遏信数据库和电度数据库等 数据库设计原则 1 数据独立性 2 减少数据冗余 提高共享程度 3 用户与系统的接口要尽量简单 系统应具有很强的管理能力 能满足用户掌握容易和使用方便的要求 4 确保数据库系统的安全 可靠与完整 5 具有重新组织数据的能力 6 系统的可修改与可扩充性 7 数据应能充分描述数据间的内在联系 二 数据库管理系统 DBMS 应用数据库系统设计完成后 存储于计算机网络系统中 并允许用户对其进行访问 提供这一支持的系统就是数据库管理系统DBMS 应用成熟的DBMS数据模型是关系型数据库 RelauonalDatnBaseManagementSystem RDBMS 目前在电力自动化领域应用最多的数据库产品是Oracle Oracle9i Sybase ASE12 5 Micros