公司电能量实时采集与监控系统的设计和应用

硕士学位论文*公司电能量实时采集与监控系统的设计 申请人： 学科领域：计算机技术指导教师： 2013年09月Design of XXX Power Company Electric Realtime Acquisition and Monitoring System Thesis Submitted toXian Jiaotong UniversityIn partial fulfillment of the requirementfor the degree ofMaster of EngineeringBy*Computer TechnologySupervisor: Prof. *September 2013摘要论文题目： *公司电能量实时采集与监控系统的设计和应用学科领域：计算机技术申 请 人： 指导教师： 摘 要*。本课题针对*网目前存在的诸多问题展开研究，主要研究工作包括（1）*。（2）*。（3）*。（4）*（5）*。本课题对*。关 键 词： 采集；监控；数据库；设计论文类型：应用研究17ABSTRACTTitle: *Professional Fields: Computer TechnologyApplicant: Supervisor: ABSTRACT*KEY WORDS: * communication; * networks; ASONTYPE OF THESIS: Applied Research目录目 录1 绪论11.1 研究背景与意义11.2 国内外发展现状21.2.1 国外发展现状和动态21.2.1 国内发展现状和动态31.2.3 公司电能量发展现状31.3 主要研究内容51.3 论文组织结构62 电能量实时采集与监控关键理论和技术分析72.1 体系结构72.1.1 C/S架构72.1.2 B/S架构72.2 开发技术92.2.1 J2EE技术92.2.2 S2SH技术102.2.3 数据库技术112.3数据采集122.4 实时数据库技术分析132.4.1 实时数据库理论132.4.2 特点及特征132.4.3 高级数据应用技术162.5 本章小结173 *公司电能量实时采集与监控系统需求分析183.1 系统现状与总体目标183.2 功能性需求分析193.3 业务流程分析313.3.1 系统总体业务流程分析313.3.2 报警处理管理业务流程分析323.3.3 后台采集数据计算业务流程分析353.4 系统用户分析383.5 非功能性需求分析383.6 数据分析393.7 本章小结414 *公司电能量实时采集与监控系统设计424.1 系统设计原则424.2 系统总体设计424.2.1 系统拓扑结构设计424.2.2 系统逻辑结构设计434.2.3 系统技术架构设计444.3 系统主站部署和设计464.4 系统接口设计474.4.1 公司系统间接口474.4.2 主站与电力营销管理系统接口484.4.3 主站与电力配电GIS系统接口484.5 系统安全防范设计494.6 系统功能504.6.1 前置机功能504.6.2 档案管理功能514.6.3 随时抄表功能524.6.4 报警功能544.7 系统高级应用功能554.7.1 经济运行分析554.7.2 电量统计分析564.7.3 线损分析574.7.4 加损反算分析594.7.5 其他分析604.9 本章小结615 结论与展望625.1 研究与总结625.2 进一步工作63声 明CONTENTSCONTENTS1 Introduction11.1Research Background11.2 Content and Objective21.3 Thesis Structure32 Analysis of ASON Technology42.1 The Concept of ASON42.2 Analysis of Automatic Discovery of UNI52.3 Analysis of Dynamic Bandwidth Transmission Technology72.3.1 Analysis of Virtual Concatenation Technology72.3.2 Analysis of LCAS Technology92.4 Analysis of Dynamic Routing Protocols102.4.1 Implementations of LMP102.4.2 Implementations of RSVP-TE112.4.3 Implementations of OSPS132.5 Network Survivability of ASON132.5.1 Technical Analysis on Protection and Restoration132.5.2 Application Analysis of Ring Network Protection and Recovery142.5.3 Application Analysis of Mesh Network Protection and Recovery152.6 Brief Summary163 Network Status and Analysis of *173.1 Level Analysis of*173.2 Risk Analysis of *193.2.1 Network Resources Risk Analysis193.2.2 Analysis of Network Structure and Routing Technology203.3 Business Requirements Analysis of *223.3.1 Requirements Analysis of Traditional Business233.32 Requirements Analysis of Transformation Business233.3.3 Requirements Analysis of Rental Business 243.4 Support Business Growth Forecast of *253.5 Brief Summary274 Optimization and Realization of*284.1 Fusion of Traditional Network and AOSN programme284.1.1 Traditional Network Optimization Strategy284.1.2 Integration of Legacy Networks and AOSN Implementations294.2 Network Optimization and Realization of*314.3 Technology Optimization and Realization of*324.4 Business Optimization and Realization of*354.4.1 Optimizations and Realization of Transformation Business354.4.2 Optimizations and Realization of Rental Business354.5 Business Classification for *364.5.1 Customer Business Ratings Achieved364.5.2 Customer Business Level Optimization384.6 Cross-Domain Particle of Small Business Solutions394.7 Optimized verification for*404.7.1 Transport Network Quality of Service Validation404.7.2 Provides Ability to Transfer Network for Multiple Business Validation444.8 Effect Evaluation of Optimization of*454.9 Brief Summary465 Conclusion and Prospect475.1 Conclusion Remarking475.2 Further Works47References49Acknowledgments51Declaration主要符号表主要术语表心跳：心跳是在无线通讯方式下为了维持通讯链路而按照一定周期发送地的数据包。在终端运行过程中终端需要定时地向主站发送心跳数据包用来维持通道，保持终端的在线状态。召测：召测是指主站读取终端上的参数或数据。它一般由主站下发命令给终端，终端收到请求后，再将相应信息发送到主站。此操作在本系统的档案管理、随时抄表模块中应用较多。下发：下发是指主站发送命令或参数给终端。它一般由主站以命令的形式发送给终端，终端再按照命令设置好相应参数，同时会将操作情况反馈给主站。此操作在本系统的档案管理和负荷控制模块中应用较多。主动上报：主动上报是指主站在没有下发命令请求数据的情况下，终端主动将数据发送到主站。报警信息一般采用这种方式传送到主站。参数模板：因本系统涉及的终端参数（计量点参数）相当多，如逐个进行设置将带来巨大的工作量，在程序设计时我们引入了模板的概念，将参数设置好后定义成模板，对于参数设置相同或类似的终端只需要调用相应的模板即可。索引及索引层次：因本系统中涉及的部门和设备数量很多，给管理和统计带来了不便，于是我们根据管理的需要将部门或设备按照一定的排列方式进行整理（如营业所索引、变电站索引等），对于索引中的每级节点我们称为索引层次或索引节点。 终端任务：在本系统中终端任务是指在终端上能按照一定地周期自动读取电能表上指定的数据项的指令集，它包括任务类型、采集基准时间、采集间隔时间、上传基准时间、上传间隔，数据项等。每个终端实际运行时都需要设置终端任务，且终端上设置的任务必须与主站数据库中保存的任务一致。终端复位：终端复位即指终端重启，因应用的扩展，引申出了与之类似的通讯参数复位、数据区复位、参数复位等概念，表示清除原有参数设置或历史数据（如通讯参数、数据区、其他参数），回到初始状态。在进行此操作时请慎重，尤其是通讯参数复位。计量点：在系统中对计量点进行了编号。计量点0是指0号计量点，在浙江、广东等省的规约中计量点0即指终端本身的交流采样，即将终端当做一块电表，它一般能提供如电流、电压、表码等数据，但因未获取计量认证，一般仅做为参考；计量点1、计量点2为用户计费用的电能表。分析对象：用来进行电量总加统计和电量平衡计算的一种逻辑概念，它是由一些相关的计量点通过一定的运算关系组成一个特定的集合，它主要用于电量统计和平衡分析。电流互感器变比：重要参数，电流互感器的变比，是计算表计电流测量值和电网实际值之间的比例系数，在计算功率、电量、需量和电流时需要，参数错将导致实际计算数据错，电量累计值错，电量不平衡等。描述格式为：AAAA/B，其中AAAA为一次测（实际）额定电流，B为二次侧（表计）额定电流，例如1000/5，实际比例为200倍。这里保存的总是当前正在使用的倍率。没有即为1/1电压互感器变比：重要参数，电压互感器的变比，是计算表计电压测量值和电网实际值之间的比例系数，在计算功率、电量、需量和电压时需要，参数错将导致实际计算数据错，电量累计值错，电量不平衡等。描述格式为：AAAAAA/BBB，其中AAAAAA为一次测（实际）额定电压，BBB为二次侧（表计）额定电压，例如220000/100，实际比例为2200倍。这里保存的总是当前正在使用的倍率。没有即为1/1采集进度：已采集到主站的数据所对应的时间的大值，系统会针对每一个设定的任务标记进度。使用本信息将确保数据不会被漏采，也不会重复采集。同时也可以根据此进度（或修改进度）来进行数据补抄。报警阀值：本系统中一些报警(如过负荷、失压等)的产生是根据一定的判别标准的，这个判别标准可能是一个时间区间也可能是一个数据值区间，这些区间的上下限值系统一般设置了默认值，但有时会需要我们根据管理的需要进行调整。5 结论与展望1 绪论1.1 研究背景与意义最近几年，我国的政治经济发生了重大的变化，人们的物质生活水平和精神生活水平得到了显著的提高，国家各行各业的需求也都在波动中发展。对于电力产业来说，作为国家发输变配电的重要产业，是国家经济发展的必要条件，是维护社会的稳定和保障人民的正常生活的支柱，得到了国家越来越高的重视。当前，在人们生活需求的逐渐提高和国家经济的稳步发展下，国家用电需求不断增加，人们对电力系统的稳定性、安全性等方面都提出了更高的要求，尤其是电费方面，2014年国内多个城市出现居民对电费收缴制度进行质疑的事件；主要的问题就在于目前的电力企业在电能量采集方面，还处于传统的手工抄表阶段，采集的数据也没有进行有效的、科学的分析，也就无法为电力服务提供有效的决策和数据支撑；但是需求的增加不会停止，国内外的用电网络越来月庞大，供电企业的负担也越来越重，也给管理部门和技术维护部门都带来挑战。如何在现有的条件下提高电力管理的规范化、标准化，提高管理工作效率，提升电力服务水平是当前电力系统研究的重要课题，国内外电力系统都对这个课题展开了研究，其中利用现代计算机技术、网络技术和通信等技术，构建智能电网系统成为当前发展的潮流。对于电能量采集来说，在全面对用户需求进行分析的基础上，充分考虑用电企业、居民、其他用电单位的利益和效益，采用现代的技术手段，进行电能量实时采集和监控系统，能够对电网中的电负荷进行实时控制和应用，提高采集的准确性，用电的安全性，系统的稳定性，从而提高用电企业服务水平，提升国际竞争力。同时，在国家十一五规划中也将发展智能化电能量实时采集管理系统列为电网发展的重要内容，将继续发展电网技术，实现智能化电网系统列为未来电力行业发展的趋势。*公司作为笔者所在省市的重要电力企业，一直非常重视智能化电网的建设，积极学习和响应国家电网公司颁发各项文件和发展规划建议，并开始尝试研发科学的、性能更加可靠的电能量实时采集和监控系统，实现对购售电环节的统一管理，实现公司营销经营损益的分析，有效的控制和降低购电成本，提高销售均价，增强盈利能力，降低应收电费余额，提高市场占有率，增加客户满意度，满足国家电网公司持续健康发展的需要。目前公司已经对系统的研发进行了充分的研究，并对系统进行了具体的分析和设计，部分功能已经投入使用。笔者在系统的研发中参与了前期筹备，调研分析和系统设计等过程，具有丰富的经验；通过本文系统的设计和应用研究阐述，试图为国内同类行业的发展提供经验和借鉴，促进我国电力企业的共同发展。1.2 国内外发展现状1.2.1 国外发展现状和动态计算机、通信等技术是在西方等发达国家的研究下逐渐发展的，依靠这些技术，国外的很多电力企业都开展了电能量的相关研究，包括电能量质量控制、质量检测、监测设备的研发、采集技术等；并随着微电子技术、数字技术的发展，在电能量采集和监控等方面得到了较快的发展。在电能量采集和监控的产品研究来看，国外研发的系统功能较为完善，支持多种信号的采集，数据的显示和报警，如美国的Agilent34970A采集设备支持各种交流、直流、各类电压、电阻、频率等的测量和采集，支持数字信号的定时和级数等；开发的系统多根据本国相关行业的发展需求综合设计，包括现场服务、交通等行业的关键业务开展流程，实现数据的汇聚，并集成了无线通信技术，提高数据的传输效率；研发的产品还多具有独立操作系统，智能化程度较高，如美国生产的霍尼韦尔6100采集设备使用WindowsCE系统。综合目前研究，国外已经从低速率数据采集发展到高速高分辨数据采集阶段，并逐步致力于系统的功能完善和智能化研究。此外，国外为了推动电能量实时采集和监控研究的发展，还建立了各种协会，主办了各种刊物、杂志，出版书籍。如1994年美国在电世界杂志中发表文章，由Chartwell公司对北美22个电力公司和31个产品供应商进行调研，结果指出：北美（主要指美国和加拿大）在1994年初就已经安装31万块具有自动抄表功能的电能表，安装了19.7万个自动抄表单元；“1998 Scott Report on AMR Deployments”资料披露，在1998年底，美国共有791项AMR应用项目，其中约有550万只电表实现了自动抄表。到2001年已经有9百万美元的营业额，截止到2003年1月，北美已经有4931万个单位使用自动抄表；1996年美国还建立了AMRA智能化自动抄表协会，定期召开会议，讨论新技术、新科技手段在抄表管理中的应用，探讨抄表技术的革新和抄表设备的制造等；目前，国外基于PLC、电力载波传递信息、RS-845接口传输等技术研发了适用于不同情况的产品，促进了电力行业的整体发展；欧洲发达国家中，以意大利为例，在2001年到2004年由电力企业主导了3000多万个电能量采集终端的升级，实现了智能抄表和计量，将电能量采集的自动化覆盖率提高到95%左右；法国2008年的发展规划中，实现了2700多万个普通电表的升级，实现了电表的自动追踪和远程管理，为用户提供多种电价咨询和个人用电管理服务；西班牙电力公司采用宽带载波技术提出了移相集中抄表改革方案，方案覆盖居民约十万户；国外其他国家的电力公司也进行了大量的研究和改革；韩国电力公司采用宽带通信技术、计算机技术，以电能量采集终端为家庭网关，通过用电显示终端作为家庭用电的操作平台，使居民能够直接参与个人用电的管理，并通过服务终端对地区用电进行智能化采集和分析，从整体上进行规划用电；印度国家电力公司也纷纷开展电力服务升级，大力推进智能采集终端的升级，构件远程采集和预付费系统，缓解国内电费冲突，提高管理水平。1.2.1 国内发展现状和动态和国外发达国家相比，我国的电力研究在时间和水平上都起步较晚。到上世纪七十年代，才开始研究电力系统的电量负荷控制技术；八十年代中期，开始采用电力线载波技术、无线通信技术研发国内的负载控制基础设备，并将国外的电量负载控制设备引入国内的大型城市，支持我国的经济发展；八十年代末期，我国已经基本上掌握了相关的控制技术，开始生产有自主产权的电力设备，1989年在国家计划用电会议上，确定了推动全国电能量采集和控制系统的应用方案；二十一世纪初叶的时候，我国已经在二百多个地市建立了电力控制系统，电能量数据采集和监控系统陆续在各省市电力公司开展，系统自动化水平和公司管理水平得到提升，行业逐渐向多元化方向发展。到目前为止，我国的电能量采集和监控研究已经形成了三种主流的运行和管理模式：第一种是分布式模式，省市电力企业没有统一的电力主站管理系统，主站系统分布在各县市区域的电力分公司，系统设备由不同的管理部门进行分布管理，软件系统独立运行，数据和资源共享较难；第二种是集中式模式，电力总公司将系统统一运行和管理，将电力调度、数据采集等集成到一个平台中；但是该模式下电能量采集系统与营销系统没有互通，系统扩展性较差；第三种是集中式和分布式交叉的模式，该模式下不同的执行部门负责不同的电力系统，分别实施电力系统的规划、运行和管理，但是各系统执行统一的数据接口标准，数据直接可以共享，这是我国电力系统发展的趋势和目前的主流模式。截止到2012年，我国拥有正在运行的电能量采集和监控系统500多个，其中省级电力系统超过10个，地市级系统350多个，区县级系统160多个；且运行和管理主要实施以地市级为中心的分布式管理，资源浪费严重，各行业的需求难以得到满足。对此，我国对运行和管理模式的探讨，以及相关技术的研究，部分电能量采集和监控系统已经在多个省市得到了引用，并将系统与其他业务系统相融合，实现了资源共享和系统的智能性，降低了维护成本；如福建电力公司将95598电话营销呼叫中心系统、电费充值系统与载波预付费系统相融合，实现了综合管理，简化了服务流程，促进了管理的规范性和标准化；天津电力公司研发了营销信息系统，并将电能量实时采集和监控系统作为子系统，建立统一的营销业务工作流程，实现了采集器、数据采集等的集中管理，并营销业务提供数据支撑；总之，随着国家电网公司对电力产业管理理念的不断提升和用户对电能量采集工作要求的不断提高，我国在该系统建设方面必将得到进一步的发展，为经济的其他产业提供更加稳定、优质的服务。1.2.3 公司电能量发展现状笔者所在电力公司隶属于省直接管理，目前正在使用的电能量计量系统由主站端和厂站端组成，主站系统采用开放的基于冗余双网的分布式网络结构，基本框架为C/S系统。主站端包括两台数据库服务器、两台通讯前置机、四台工作站，厂站端可接入电能量集中采集器或直接接入电表，支持多种规约。该系统能完成远方电量数据采集处理、电量统计和结算、网损统计计算分析和管理等功能。系统具有与其它计量系统通讯的能力及与SCADA/EMS、WMS等系统的互联能力。目前，该系统已实现对省内电网内26个发电公司上网关口，46个变电站下网关口的电量自动采集、处理、存储、统计与结算。现接入83台DT512远方电能量采集终端，共采集233个关口电量及9条跨省线路电量。系统采集了电网上、下网关口计量点和各地区供电局的供电电量。但220kV及以上线路以及变压器中、低压侧的电表未全部实现自动采集表计功能，330kV变损和220kV线损、变损和330kV、220kV网损的在线计算分析暂时无法实现。系统数据采集功能通过厂站系统DT512数据采集终端、多功能电能表采集各关口点、网损计量点电能表计的电量数据（包括正、反向有功无功表底值、负荷曲线、冻结值、表计状态信息，如 PT缺相、CT断线、相序错误、失电等事件、报警状态等），实现电量数据、电能质量数据的自动周期采集、数据补采以及参数下装等功能，系统支持随时采集（包括按设定周期采集），负荷曲线采集间隔可调，数据可保存，可备份。并具有集成其他数据源的功能。采集的电能量数据直接存储到历史数据库。主站系统可定时或即时采集电能量数据信息，其定时采集任务时间可从15分钟24小时根据用户要求设置，采集到电量数据直接存入历史数据库，采集工作站至少保存三个月的电量数据。系统电量采集通讯方式支持网络通讯方式（利用TCP/IP协议）、 电话拨号方式（电力、邮电程控交换网）通讯，拨号MODEM的通信速率能自动识别（30056000Bit/s）。3、专有通道（光纤、卫星、微波、载波）通讯方式。系统电量采集系统支持的规约包括：采集终端能支持不同类型电能表规约、DL/645等规约，主站能支持直接采集不同类型电能表和电能量采集终端的接入。系统主要支持IEC60870-5-102规约、支持基于TCP/IP网络采集方式。系统实现了与网调、其他省调、地调、电厂等外部系统通信。对将要接入的甘肃各地区电能量计量系统的通信采用TASE2、IEC608705104、DL476-92、IEC608705102等通信规约。负荷管理系统从1992年开始在供电公司建设，系统软件及硬件设备均由上海协同公司提供，由于当时电力资源开发相对落后，电力供求关系较为紧张，电力负荷监控技术作为计划用电的手段之一，起到了重要作用，通过电力负荷监控系统可以达到削峰填谷、限电不拉路的目的，提高了电网的安全、经济运行水平，促进了电力资源的优化配置。目前，仅有公司下属分供电公司的负荷管理系统仍在运行，具备负荷预测和监控功能，但由于建设期间未考虑电量结算，加之通信规约与标准较老，难以适应电力营销所要求的抄表算费需要，要实现与营销信息系统的拉入，必须进行全面改造和升级。1.3 主要研究内容本研究中的电能量采集与监控系统采用 “C/S”(客户/服务器)与“B/S” (浏览器/服务器)相结合的体系结构进行开发，通过这种体系结构可把客户机、服务器、操作系统、数据库管理系统、前端开发工具等系统软、硬件资源通过计算机网络有效的连接在一起，为应用系统建立一个综合的、分布处理的、灵活安全、操作方便的运行环境。本文的主要研究内容包括：深入分析*公司电能量实时采集与监控系统建设的现状，对当前存在的问题进行研究，结合国内外研究现状和发展动态，提出合理的系统建设，进行系统需求分析，包括软件界面需求、接口需求、功能需求和非功能性需求分析等；根据系统需求分析，结合国家电网公司关于电能量实时采集和监控的相关建设标准和要求，完成系统的架构设计、逻辑结构设计，设计详细的功能模块，描述各子系统，完成数据结构设计；并对系统涉及的关键技术和理论进行分析；重点分析采集和监控系统的接口方式和数据传输模式，结合系统在实际应用中的情况，对系统进行测试和分析。电能量采集与监控系统整体上由三个部分构成：第一部分是由安装在现场的表计与终端组成，通过终端实现对表计设备的数据采集，为系统提供最基础的数据。第二个部分是前置机部分，它为系统提供通讯通道、规约处理、数据计算等数据处理功能；它由多台前置机采集工作站组成，每台采集工作站负责将各地区的终端数据通过GPRS或TCP/IP方式的通讯通道采集回主站系统的数据库服务器。第三部分是前置机应用，系统分为档案管理、随时抄表、报警管理、数据浏览、系统管理、负荷控制、负荷管理、系统信息、统计管理、终端维护、日志维护、一次接线图、WEB查询等几大功能模块，通过对数据并经过一定分析、计算处理的高级系统应用。采集系统采用多任务并发方式，可同时对多个采集终端进行数据采集，提高了采集的效率；前台应用模块采用面向对象技术，使用模块化的设计，便于功能模块的扩展和升级。1.3 论文组织结构 论文共分为四章，主要包括以下内容：第一章 对本论文的研究背景和意义、研究内容和目的及业内的应用现状等内容进行概括论述。第二章 对自动交换光网络（ASON）主要技术*。第三章分析*现有*网络的现状及存在的问题，讨论分析*。第四章 提出针对*网的特点和需求而设计的网络优化方案，并对*网的优化方案的可行性和有效性进行论证。总结ASON技术在*网中应用的实际效果与相关的效益。2 电能量实时采集与监控关键理论和技术分析2.1 体系结构本研究中的电能量采集与监控系统采用 “C/S”(客户/服务器)与“B/S” (浏览器/服务器)相结合的体系结构进行开发；B/S体系结构和C/S体系结构是两种综合的基于网络的分布式体系结构设计，下面分别对其进行分析。2.1.1 C/S架构C/S架构即客户端/服务器架构，该结构在20世纪80年代伴随可视化工具的发展而得到广泛应用。通过该结构，系统可以将各种任务合理地分配到客户端和服务器端，分工协作，降低整体系统开销，提高系统性能。从逻辑上来看，该体系结构分为前端和后端两个逻辑分离的部分，前端是客户机，是系统执行业务逻辑以及与后端服务器进行通讯的接口；后端是服务器，除了提供与前端客户机进行通讯的接口外，还具体进行数据的管理操作、业务逻辑处理等。一般来说，客户机由用户通过系统前端界面向服务器发出各种请求，如打开网页，读取数据信息等；服务器对各种处理进行封装，对客户机的请求进行处理，并返回相应的结果，如果拒绝请求，则会返回拒绝界面。C/S体系结构的优点是：在二层C/S体系结构中客户端和数据库之间直接连接，在业务处理和请求处理方面响应速度快；客户端人性化设计，尤其是操作界面，相应的按钮等，能够按照客户的需求进行个性化设计，较灵活；三层和多层C/S体系结构中，将业务逻辑处理单独分到功能层中，提高了事务处理能力，尤其是数据处理量较大、业务流程较为复杂的系统，尤为适用；C/S体系结构的缺点是：在分布方面能力较差，客户端在提供友好、个性化的服务的同时，也带了安装的不变，尤其是对大型的、引用较为广泛的软件系统，需要对每个客户端单独安装，增加了系统的部署难度；在后期的维护和升级方面，如果系统的用户数量相当庞大且物理分布区域较为广泛，则需要进行单独的维护和升级，增加了维护成本，后续服务变得相当繁琐；在跨平台方面，C/S体系结构如果需要在别的平台上使用，则需要单独进行开发，提高了研发成本，灵活性较差。2.1.2 B/S架构为了解决C/S体系结构中的分布差、维护难、不支持跨平台的缺点，基于WEB技术和三层C/S体系结构特点，B/S体系结构得到广泛的应用。B/S体系结构即三层C/S体系结构风格的一种实现方式，即浏览器/服务器，对应的该体系结构包含表现层、逻辑层和数据层三层，具体结构如图2-1所示图2-1 B/S体系结构如图2-1所示，B/S体系结构的表现层即WEB浏览器，用户通过浏览器发送访问请求或者显示请求的返回结果，浏览器以URL为统一的定位格式，使用HTTP协议接收采用HTML语言编写页面。目前主流的浏览器是微软公司开发的Internet Explorer（即IE），还有360浏览器、谷歌浏览器等；业务逻辑层包括WEB和应用两部分，应用服务器层接收来自表现层的数据请求，并通过接口与数据层的数据库服务器进行数据传输，将来自数据服务器的结果通过WEB服务器传递到表现层。B/S体系结构的优点是：在分布方面，B/S体系结构比C/S体系结构灵活，不需要专门安装客户端，只要用户安装了浏览器，支持上网，即可登录系统，进行相应的访问请求等；在维护和升级方面，不需要在用户机上进行操作，只对服务器端进行相应的升级和维护，不受地域的限制，服务器端升级和维护后，只要用户刷新浏览器，即可访问新的系统；B/S体系结构的缺点是：在时间冗余方面，采用浏览器的方式进行访问操作，只能进行一次访问，当服务器返回请求结果后才能进行下一步，而不能同步执行各类操作。这样就造成了时间的冗余。以当前的网页游戏为例，在进行游戏的过程中，通过按钮提交人物角色信息后，需要等待系统返回确认结果，才能继续其他的游戏环节，如果遇到服务器错误或者网络错误，需要重新执行操作；在响应速度方面，服务器支持的用户登录数受网络和服务器硬件的限制，如果登录数过多，浏览器页面的动态更新速度和页面的相应速度都会变慢；在界面个性化方面，B/S体系结构对某些如报表工具等的功能难以实现，不能满足某些个性化的需求；B/S体系结构缺乏对动态页面的支持能力，无法实现分页显示，给数据库访问造成较大的压力，没有集成有效的数据库处理功能。在具体的使用中，两种模式使用都较多，本文高校教务管理系统中，由于用户较为庞大，系统管理和维护人员办公地点分布较广，可以采用查找有别的混合体系模型，在学校内部工作站和数据库服务器间采用客户端/服务器结构，学生访问采用浏览器/服务器结构。2.2 开发技术下面本文将对电能量实时采集与监控系统中涉及到的开发技术进行具体分析，开发平台方面，本文使用的是J2EE相关技术，具体分析技术的相关发展，技术构成和技术架构；分析J2EE的开源框架S2SH，即 Struts2+Spring+Hibernate；分析SQL数据库技术；分析智能网络监控技术。2.2.1 J2EE技术电能量实时采集与监控系统采用的是J2EE框架技术。各类信息管理系统开发中遇到了众多的问题和挑战，各行业的实际业务需要系统具有可移植、可装配、安全性、兼容性、支持WEB、易维护等特性，其中很多应用模块都需要开发人员来完成，造成软件开发周期时间长，可靠性差。为此较多的公司开发了通用的组件即中间件来减少工作量，提高工作效率。于此同时产生的问题是这些中间件规范不一，相互之间无法组装，软件开发遇到了瓶颈。为了解决这些问题Sun Microsystems公司联合多家公司参与制定了一个企业应用程序开发标准。近年来，Java技术已经发展成为适用于多个领域需求的Java2平台，目前Java2平台根据其应用领域的不同有三个版本。图2-2J2EE体系结构 J2EE不仅定义了一套标准化的组件，同时为这些组件设置了完整的服务。整个J2EE（如图2.4）由四部分组成，J2EE规范：定义J2EE的规范，研发人员按照规范设计系统27；J2EE实现： J2EE平台的软件开发包（J2EE SDK）及相关的工具和运行环境；J2EE兼容测试包：测试开发的应用是否符合J2EE的规范；J2EE蓝图：提供多层应用的文档说明和编程模型，降低了开发多层应用程序的复杂性。J2EE拥有Java固有的跨平台特性，优势如下：立足企业信息管理系统的基础上开发的新系统，可充分利用用户原有投资；允许企业开发人员把通用、繁琐的服务器端任务交给中间件供应商完成，而只完成商业逻辑，大大提供开发效率；支持异构环境，用J2EE开发的应用程序非常方便地部署在不同的平台上，有良好的可扩展性28。J2EE的组成部分如图2-3所示，主要包括：图2-3J2EE架构容器：即中间件；Web容器，为诸如JSP、Servlet等应用程序组件提供环境，使之相互之间通过容器中的环境变量接口进行交互；EJB容器：即Enterprise java bean 容器。体现了JAVA的特色，通过组件EJB，可获得系统级别的服务。例如邮件服务、事务管理等；上面两种容器在原理方面大体相同，前者主要处理基于HTTP的服务请求，而后者主要处理数据库及其他服务。二者相同之处都是通过外界的接口交互而减少应用程序的负载。J2EE的核心技术大约有13种，包括：JDBC，JNDI，EJBs，RMI，JSP，Javaservlets，XML，JMS，JavaIDL，JTS，JTA，JavaMail和JAF。 其中EJB是J2EE的基石，是JAVA服务器端组件开发的规范，其增强了系统的可靠性、可移植性。2.2.2 S2SH技术在科学技术高速发展的21世纪，管理系统软件的开发呈现多元性、兼容性、集成性、开放性等特点。为了实现各个层面的数字化、信息化和智能化，各行各业都开始充分利用现有的技术建设针对性的系统。为了统一系统开发标准，减少重复性工作，提高研发效率，缩短研发周期，目前软件开发领域涌现出诸多软件体系结构、开发技术和开发工具。如ASP.NET+ Visual studio+ IIS，Linux+ Apache+ Mysql + Perl /PHP/Python等诸多的体系建构，其中S2SH以其特有的优势，占据了主流市场。本文即采用该框架进行系统的研发，下面对框架进行具体的介绍。S2SH是J2EE开源框架，即 Struts2+Spring+Hibernate的体系架构以其在安全性、性能优化、响应速度、扩展性等方面的优势，吸揽了一大批IT工作者。图2-4 S2SH整体架构图从图2-4可以看出S2SH严格采用了J2EE的三层分布式体系结构，即Web呈现层、业务逻辑层和持久层。其中Web呈现层又包括视图层和核心控制层，主要由Struts2建构，实现对用户请求的拦截，并调用业务层的Action进行处理；业务逻辑层主要包括逻辑控制、逻辑和数据访问，由Struts2和Spring集成，通过Action调用相应的组件进行请求的处理，并通过数据访问对象调用持久层的组件进行数据操作；而持久层主要包括数据库和数据持久层，由Spring和Hibernate集成，形成对象到数据库的映射。当从系统的职责上进行划分的时候，S2SH架构可以分为四层：业务逻辑层、表现层、域模块层和数据持久层，其中Struts是系统整体基础架构；Hibernate为持久层提供支持；Spring为业务层提供支持。具体工作原理是：首先进行需求分析，设计对象模型，并将模型转化为Java对象；然后使用Hibernate实现DAO接口；最后通过Spring完成业务逻辑。2.2.3 数据库技术图2-5 Oracle体系结构概述物理存储结构:一个或多个数据文件（data file）,两个或更多的重做日志文件（redo log file）,一个或多个控制文件（control file）。逻辑存储结构:表空间、段、区间和数据库块，数据库方案对象（即表、视图、索引、簇、序列和存储过程），结构化查询语言SQL。数据处理 - DML:检索数据的命令 Select（ORACLE用到的功能），修改数据的命令 Update、Insert、Delete。数据定义 - DDL:创建或改变数据库的结构，CREATE、 ALTER、 DROP等命令。事务处理控制语言:COMMIT、ROLLBACK，SAVEPOINT等命令。 数据控制语言:GRANT、REVOKE等命令，SQL是与关系数据库交流的标准语言。数据定义语句 DDL:CREATE、DROP、REVOKE、GRANT。数据操作语句 DML:基本SELECT、INSERT、UPDATE、DELET语句。分组汇总语句GROUP BY。联接语句。集合语句(UNION、UNIONALL、INSERSECT、MINUS)。子查询(相关子查询和嵌套子查询)。OracleService：数据库实例服务，是Oracle的重要服务，所有对数据库的管理和应用操作都由它支持。因此，如果该服务没有启动，那么将无法访问数据库。OracleTNSListener：数据库监听服务，负责监听来自客户机对服务器的请求。若该服务没有启动，那么客户机将无法连接并访问服务器。该服务的配置文件是安装目录下的NETWORKADMINlistener.ora文件。如果该服务启动时出错，可以通过手工编辑该文件的内容重新配置监听，也可以使用图形化工具“Net Configuration Assistant”进行监听器的配置。OracleiSQL*Plus：数据库查询分析服务，负责接收并执行来自客户端的SQL 命令或PL/SQL程序。如果该服务没有启动，将无法使用基于Web的iSQL*Plus工具（如，http:/localhost:5560/isqlplus）。当然，该服务并不影响基于C/S结构的客户端程序SQL*Plus工具的使用。OracleDBConsole：数据库控制台服务，负责接收并处理来自客户机对数据库的各项管理工作。该服务将影响基于Web的OEM工具的使用，如果该服务没有启动则类似于“http:/localhost:5500/em”网页无法打开。 网络配置助手（Net Configuration Assistant，简称NETCA）是Oracle提供的一种专门管理与配置网络环境的图形化工具，主要对：监听程序，命名方法，本地NET服务，目录等。特别是当监听服务（OracleOraDb10g_home1TNSListener）失效时，经常使用该工具对监听程序重新配置或创建新监听程序。2.3数据采集电能量实时采集与监控系统中要实现的关键功能是电能量的数据采集，数据采集是进行电量负荷分析、远程抄表等一系列电力应用的重要基础。目前多数数据采集的对象主要是大众强专变用户、三相电企业用户和单向企业用户，以及居民用户，这样根据用户的不同和配变考核计量点的不同，数据采集内容可以分为以下五种：（1）负荷数据。是电力中有功视在功率的总值，需要对电能量每日用电的功率曲线，峰值及其时间，需量及其时间进行记录；（2）工况数据，即各电能量采集终端的运行情况、控制状态、计量装置的运行状况等数据信息；（3）电能量数据，各时间段电能量的累计值和曲线变化，电能量终端计量数据等；（4）事件记录数据，运行异常事件、操作时间、控制事件等发生的时间、处理人，具体的处理结果等；其他还需要采集用户相关设备提供的数据。数据采集的主要方式目前包括四种：（1）主站自动采集，电力公司系统主站根据超级管理员设置的定时任务，对数据采集终端进行自动定时数据采集，并进行自动记录，从而实现数据的批量自动采集；（2）采集终端自动上报，通过移动网络、电信网络或者联通网络，根据系统设置，采集终端可以根据分类需求，自动将数据信息发送到主站；（3）随机采集方式，系统主站能够通过任意选址或者指定选址终端进行数据的随机收集，包括终端的实时数据和历史数据；（4）事件响应方式，系统能够对用户端事件及终端记录的相应事件进行响应。部分严格系统，系统终端以报警事件方式通知主站系统。 2.4 实时数据库技术分析 2.4.1 实时数据库理论随着计算机应用技术的发展，实时系统处理的数据信息量越来越大，对数据处理的功能要求也越来越高。这些应用有着与关系型数据库应用不同的特征，主要表现在两个方面：一方面，要维护大量共享数据和控制知识；另一方面，其应用活动(任