周秀萍，張濤，雒宏禮，王倩

(1.國網(wǎng)寧夏電力公司電力科學(xué)院，寧夏 銀川 750002，2.億江(北京)科技發(fā)展有限公司，北京 100176)

0 引言

輸電線路在線監(jiān)測作為我國智能電網(wǎng)工程中的重要環(huán)節(jié)，已經(jīng)被國家電網(wǎng)公司予以高度重視。輸電線路在線監(jiān)測的目的只是保障電力線路的安全運(yùn)行?，F(xiàn)階段，無線專網(wǎng)通信技術(shù)憑借著本身高可靠性、高帶寬、維護(hù)量少、開通速度快、成本低等顯著優(yōu)勢，成為輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)的主要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。輸電線路在線監(jiān)測目的是保障電力輸電線路的安全運(yùn)行，系統(tǒng)通過各種傳感器技術(shù)，通信技術(shù)，信息處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)輸電線路運(yùn)行狀態(tài)的感知、預(yù)警、分析、評估等方面［1］。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

輸電線路監(jiān)測系統(tǒng)采用在監(jiān)測桿塔節(jié)點(diǎn)上安裝高清視頻攝像頭，無線專網(wǎng)設(shè)備采用點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)拓?fù)浼捌浣M合方式將輸電線路監(jiān)測信息及數(shù)據(jù)回傳到各個變電站，變電站通過光纖網(wǎng)絡(luò)將信息回傳到總部的監(jiān)測系統(tǒng)中。在輸電線路監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行過程中，需要展示在線監(jiān)測系統(tǒng)中的無線專網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及設(shè)備運(yùn)行及連接情況，輸電線路無線專網(wǎng)管理系統(tǒng)是專門為輸電線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境設(shè)計和開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)管理軟件，它可以實(shí)現(xiàn)保障設(shè)備正常運(yùn)行，監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，查看設(shè)備拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，設(shè)計輸電線路無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)等功能［2］。

本文提出一種輸電線路無線專網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理的方案設(shè)計，具有資源管理、拓?fù)涔芾怼IS信息展示、性能管理、故障管理、安全管理等功能。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

本系統(tǒng)具備功能強(qiáng)大的網(wǎng)管系統(tǒng)，用戶可以通過各種基于Web，SNMP的管理方式，遠(yuǎn)程管理、監(jiān)視系統(tǒng)、采集告警信息或優(yōu)化鏈路性能，對輸電線路的網(wǎng)絡(luò)通路進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測控制［3］。

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

(1)在總控中心設(shè)置輸電線路無線專網(wǎng)網(wǎng)管軟件子系統(tǒng)(包括網(wǎng)管服務(wù)器、網(wǎng)管數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)管客戶機(jī))，完成對無線專網(wǎng)設(shè)備及路由拓?fù)湓O(shè)備的管理，由網(wǎng)管服務(wù)器以接口組件、數(shù)據(jù)庫和SNMPMIB庫等多種方式向上層網(wǎng)管系統(tǒng)提供接口。

(2)監(jiān)控中心，在國網(wǎng)監(jiān)控中心可設(shè)置監(jiān)控中心，對無線專網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，鏈路狀態(tài)，性能指標(biāo)等數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，并通過報警管理平臺處理告警信息。

(3)網(wǎng)管客戶端，通過光纖或者其他方式接入總控中心的網(wǎng)管服務(wù)器，可根據(jù)權(quán)限展示設(shè)備狀態(tài)及性能告警等信息。

(4)變電站接入終端，以光纖方式接入并連接到總控中心網(wǎng)管服務(wù)器。

(5)無線專網(wǎng)設(shè)備，對輸電線在線狀態(tài)及視頻系統(tǒng)通過本設(shè)備無線方式回傳到變電站匯聚節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)管軟件通過拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)并管理無線專網(wǎng)設(shè)備。

系統(tǒng)根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為中心服務(wù)器(CentralServer)、客戶端(ClientN)，采集端(ProbeN)、JMS服務(wù)器(JMS Server)、數(shù)據(jù)庫(DataBase)等部分組成，系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

如圖2所示，中心服務(wù)器(CentralServer)主要由資源(Resource)、拓?fù)?Topo)等模塊組成，并通過采集代理模塊(ProbeProxy)與采集端(ProbeN)通信，控制采集端對信息及數(shù)據(jù)的采集。通過數(shù)據(jù)接口(DataAccess)與數(shù)據(jù)庫(DataBase)通信，對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作。采集端(ProbeN)通過模塊化操作(Business－Module)，采用SNMP協(xié)議，對設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。中心服務(wù)器(CentralServer)通過客戶端(ClientN)的代理(ServerProxy)與客戶端進(jìn)行通信，并通過展示層(Scan、Topo GUI等)對信息進(jìn)行展示及操作。消息服務(wù)器(JMS Server)控制用于在兩個應(yīng)用程序之間，在系統(tǒng)中發(fā)送消息，進(jìn)行異步通信。

2 系統(tǒng)模塊

2.1 資源管理模塊

本模塊以無線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維為基礎(chǔ)，進(jìn)行基于無線網(wǎng)絡(luò)資源管理的應(yīng)用研究，通過系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行管理，主要資源類型有設(shè)備、鏈路、服務(wù)、應(yīng)用、業(yè)務(wù)等信息。用戶可以通過綜合資源服務(wù)系統(tǒng)查看已發(fā)現(xiàn)的所有資源的基本信息和實(shí)時信息，如資源名稱、管理IP、MAC地址、型號、系統(tǒng)描述、端口信息、無線設(shè)備基礎(chǔ)信息、無線設(shè)備Radio信息、無線設(shè)備Qos信息等，并可直接導(dǎo)出EXCEL格式。除此以外還可以手動添加新的資源設(shè)備、對已有資源信息進(jìn)行修改及刪除等操作。軟件主要功能如下:

(1)通過地理地圖信息展示輸電線路節(jié)點(diǎn)元素的位置關(guān)系，并可編輯其相關(guān)屬性;

(2)通過地理地圖信息展示輸電線路無線設(shè)備鏈接關(guān)系;

(3)展示無線資源名稱、管理IP、MAC地址、型號系統(tǒng)描述等資源基礎(chǔ)信息;

(4)動態(tài)展示無線資源各個端口類型、名稱、使用率、速率、流出/進(jìn)速率、丟包速率等端口信息;

(5)展示無線資源基礎(chǔ)管理信息、Radio信息、QoS信息等無線資源專有信息;

(6)輸電線節(jié)點(diǎn)桿塔信息的配置與統(tǒng)計。

2.2 拓?fù)涔芾砟K

輸電線路無線專網(wǎng)管理系統(tǒng)拓?fù)涔芾淼哪康氖菍⒕W(wǎng)管系統(tǒng)所管理的網(wǎng)元之間的邏輯關(guān)系、網(wǎng)元的運(yùn)行狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)資源使用情況等信息以圖形方式概括呈現(xiàn)，并提供進(jìn)一步訪問網(wǎng)元信息的應(yīng)用鏈接。

拓?fù)涔芾淼淖罨竟δ苁怯脩裟軌蚋鶕?jù)目前的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在拓?fù)鋱D中手工增加、刪除網(wǎng)元或網(wǎng)元之間的連接，能夠修改拓?fù)鋱D中呈現(xiàn)出的網(wǎng)元或網(wǎng)元間連接的屬性［4］。

網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D進(jìn)行，在性能、告警、配置等方面動態(tài)反映網(wǎng)絡(luò)的變化。

本模塊以無線通信網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維為基礎(chǔ)，進(jìn)行基于輸電線路無線通信拓?fù)涔芾淼膽?yīng)用研究，以組件技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)作為支撐，全面掌握整個網(wǎng)絡(luò)的真實(shí)拓?fù)?，直觀地反映設(shè)備的分布情況、負(fù)載狀況和設(shè)備屬性。軟件的主要功能如下:

(1)完成從配置SNMP參數(shù)到自動發(fā)現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的管理;

(2)完成從智能分析到自動構(gòu)建整個網(wǎng)絡(luò)的真實(shí)物理的拓?fù)涔芾?

(3)根據(jù)無線設(shè)備的特點(diǎn)，完成不同類型無線設(shè)備的拓?fù)浼壜?lián)關(guān)系;

(4)獲取子網(wǎng)信息并對子網(wǎng)資源進(jìn)行管理;

(5)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中IP地址信息的獲取，IP資源的分配管理;

(6)展示網(wǎng)元發(fā)現(xiàn)過程中的異常設(shè)備，及異常原因;

(7)實(shí)現(xiàn)拓?fù)浼壜?lián)關(guān)系的自動拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)，可定時發(fā)現(xiàn)新的無線網(wǎng)元設(shè)備，并在繪圖中展示新網(wǎng)元與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的拓?fù)潢P(guān)系。

拓?fù)涔芾砟K軟件流程圖如圖3所示。

圖3 拓?fù)涔芾碥浖鞒虉D

如圖4所示，頁面開啟拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)功能后，系統(tǒng)首先搜索規(guī)定范圍內(nèi)局域網(wǎng)內(nèi)所有的無線設(shè)備，找到所有葉子節(jié)點(diǎn)的無線設(shè)備并加入隊列，取出隊列中一個無線設(shè)備，判斷其是否有相關(guān)聯(lián)的父節(jié)點(diǎn)，如果有構(gòu)建鏈路，并加入到鏈路隊列。如果沒有繼續(xù)取出下一個無線設(shè)備進(jìn)行判斷，最終完成隊列中所有無線設(shè)備的判斷。系統(tǒng)將通過前臺展示界面展示所有無線設(shè)備的鏈路關(guān)系。

2.3 性能管理模塊

性能管理是網(wǎng)絡(luò)管理的一項重要功能，要求網(wǎng)管系統(tǒng)能夠定義網(wǎng)元性能測量任務(wù)，并以適當(dāng)?shù)姆绞讲杉?、存儲、呈現(xiàn)性能數(shù)據(jù)。通過對各類性能數(shù)據(jù)的收集、實(shí)時監(jiān)控、存儲分析，對如何提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)資源的分配和規(guī)劃提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和合理建議，達(dá)到對網(wǎng)元的性能進(jìn)行監(jiān)控、統(tǒng)計、分析和優(yōu)化的目的［5］。

在接口規(guī)范中，性能管理的實(shí)現(xiàn)主要是針對各種性能分析參數(shù)及控制參量進(jìn)行的，以產(chǎn)生相應(yīng)的性能數(shù)據(jù)報告，性能數(shù)據(jù)相關(guān)的內(nèi)容包括:當(dāng)前性能數(shù)據(jù)、歷史性能數(shù)據(jù)以及性能門限數(shù)據(jù)。該子模塊主要包括檢測任務(wù)管理和性能門限管理兩大部分。用戶通過設(shè)置采集周期、起止時間、采集對象等信息定制性能任務(wù)，定期收集網(wǎng)元類型、網(wǎng)元設(shè)備和性能指標(biāo)的組合，通過計算一段時間內(nèi)的算術(shù)平均、幾何平均、中值、標(biāo)準(zhǔn)差等評價網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo);門限設(shè)置對某一網(wǎng)元設(shè)備或網(wǎng)元類型的監(jiān)測指標(biāo)進(jìn)行門限設(shè)置，當(dāng)檢測結(jié)果超過預(yù)設(shè)門限后系統(tǒng)將產(chǎn)生性能越限告警。

本模塊以無線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維為基礎(chǔ)，進(jìn)行基于無線網(wǎng)絡(luò)性能管理的應(yīng)用研究，以組件技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)作為支撐，全面掌握網(wǎng)絡(luò)無線設(shè)備性能指標(biāo)實(shí)時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，提供網(wǎng)絡(luò)管理員對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析的依據(jù)。

性能管理軟件流程圖如圖4所示。

圖4 性能管理軟件流程圖

從圖5可以看出，系統(tǒng)通過采集端采集設(shè)備性能指標(biāo)數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶設(shè)定的性能數(shù)據(jù)門限進(jìn)行判斷，如果超過門限，產(chǎn)生告警，將采集數(shù)據(jù)及告警數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫;如果未超過門限設(shè)置，直接將數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫，用戶可通過查詢方式，查看設(shè)備性能指標(biāo)歷史數(shù)據(jù)及趨勢圖。

2.4 故障管理模塊

系統(tǒng)自檢及故障隔離:在系統(tǒng)啟動時，會接收到被監(jiān)控設(shè)備的注冊請求，在注冊完成后，如果發(fā)現(xiàn)有上次注冊過的設(shè)備這次沒有注冊，向管理人員報告。如果網(wǎng)管軟件不能和某支路的多個設(shè)備通信，通過分析，網(wǎng)管軟件應(yīng)能定位引發(fā)故障的準(zhǔn)確位置和設(shè)備。

告警收集:采用兩種告警收集模式相結(jié)合的方式:一種為傳統(tǒng)的輪詢檢測設(shè)備方式，一種為設(shè)備故障主動上報方式，以提高響應(yīng)速度。由前端設(shè)備根據(jù)策略進(jìn)行分布式輪詢和收集，大大提高了告警的實(shí)時性。野外和機(jī)房設(shè)備故障的最長響應(yīng)時間不超過10 s。

告警提示和定位:支持屏幕顯示、短消息、郵件、外接聲光電大屏幕等多種報警方式。對于活躍告警可在操作界面中迅速找到該故障設(shè)備的詳細(xì)信息和物理位置，并可在GIS中進(jìn)行精確定位，以便運(yùn)維人員及時做出反應(yīng)，縮短故障處理時間。系統(tǒng)同時會將告警信息詳細(xì)內(nèi)容記錄到數(shù)據(jù)庫，以便用后查詢。

本模塊主要是面向IT運(yùn)維服務(wù)，進(jìn)行基于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備告警服務(wù)的應(yīng)用研究，以組件技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)作為支撐，全面管理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備告警信息。軟件的主要功能如下:

(1)實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)中設(shè)備告警信息的管理;

(2)實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)生告警的事件的管理;

(3)實(shí)現(xiàn) trap信息管理;

(4)實(shí)現(xiàn)對告警通知的管理。

告警管理彈出設(shè)置軟件流程圖如圖5所示。

圖5 告警彈出設(shè)置軟件流程圖

圖6所示為告警彈出設(shè)置軟件流程圖。告警彈出設(shè)置共有上三個操作:添加規(guī)則、刪除規(guī)則、編輯規(guī)則。添加規(guī)則操作，首先選擇是否彈出告警窗體，選擇“是”，則進(jìn)入添加告警彈出規(guī)則界面，可添加彈出規(guī)則，完成后選擇應(yīng)用告警彈出規(guī)則，該操作結(jié)束。編輯規(guī)則操作，首先選擇已有規(guī)則，進(jìn)行編輯規(guī)則操作后，應(yīng)用告警彈出規(guī)則，該操作結(jié)束。刪除規(guī)則操作，首先選擇已有規(guī)則，操作刪除該規(guī)則，該操作結(jié)束。

2.5 安全管理模塊

安全管理是系統(tǒng)正常運(yùn)行的基本保障，其主要維護(hù)各級用戶對設(shè)備的監(jiān)視和管控能力。在本系統(tǒng)中，安全管理子系統(tǒng)具備如下特點(diǎn):

(1)多級管理域

支持按照行政管理級別組織的多層管理域來管理用戶和用戶組。實(shí)現(xiàn)按照行政管理層次組織的多級管理域增加、修改、查詢和刪除操作。

(2)統(tǒng)一管理用戶資料

不同應(yīng)用系統(tǒng)不再重復(fù)維護(hù)相同的用戶資料，保證用戶資料的唯一性和統(tǒng)一性，也是進(jìn)行統(tǒng)一管控的基本要求。

(3)基于角色的管理

基于角色的權(quán)限管理模型，權(quán)限按角色分配，方便授權(quán)管理。

實(shí)現(xiàn)用戶組信息的增加、修改、查詢和刪除操作，并對用戶組具有的權(quán)限，隸屬的管理域進(jìn)行管理。一個用戶組可以隸屬于多個管理域以實(shí)現(xiàn)靈活的用戶組管理。

實(shí)現(xiàn)用戶信息的增加、修改、查詢和刪除操作，并對用戶已有角色、隸屬用戶組、隸屬管理域等信息進(jìn)行管理。實(shí)現(xiàn)用戶角色信息的增加、修改、查詢和刪除操作，并對用戶已有角色進(jìn)行管理。

(4)統(tǒng)一認(rèn)證和并發(fā)認(rèn)證

在使用統(tǒng)一認(rèn)證鑒權(quán)功能的集成系統(tǒng)中，用戶統(tǒng)一進(jìn)行認(rèn)證。

支持多用戶同時連線認(rèn)證，不限制使用認(rèn)證服務(wù)的應(yīng)用系統(tǒng)及數(shù)目。

(5)具有高安全性和良好的兼容性

使用TCP/IP協(xié)議通信，跨平臺，跨語言實(shí)現(xiàn)通信。

系統(tǒng)采用多種數(shù)據(jù)加密手段，保證傳輸過程中的安全。

3 系統(tǒng)運(yùn)行情況

系統(tǒng)具體運(yùn)行情況，拓?fù)涔芾硪晥D通過用戶的可視化操作，可完成網(wǎng)元發(fā)現(xiàn)、網(wǎng)元數(shù)據(jù)管理、分組管理、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)等功能，全面實(shí)現(xiàn)輸電線路無線專網(wǎng)設(shè)備的靈活網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖顚庸芾?。資源管理視圖通過SNMP技術(shù)采集無線專網(wǎng)資源信息，并通過本系統(tǒng)對該資源信息的詳細(xì)描述及基本狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控;同時，軟件GIS地理信息的展示，實(shí)現(xiàn)了輸電線路地理信息元素的管理及靈活展示，使用戶更加直接確切的了解輸電線路無線專網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)。性能管理視圖通過多元的用戶設(shè)置機(jī)制，實(shí)現(xiàn)用戶對無線專網(wǎng)設(shè)備性能指標(biāo)采集的周期設(shè)置及門限設(shè)置，最終通過動態(tài)折線圖等方式實(shí)現(xiàn)性能指標(biāo)的實(shí)時狀態(tài)顯示及歷史性能監(jiān)控統(tǒng)計。故障管理視圖通過用戶對告警模塊的彈出、通知等設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了告警信息的靈活展示及精確定位。

本系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過程中可以對輸電線監(jiān)測系統(tǒng)中所有的無線專網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，更清晰、準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)輸電線路在線監(jiān)測，更好的支持輸電線路運(yùn)行狀態(tài)的感知、預(yù)警、分析、評估等工作。

4 結(jié)束語

本網(wǎng)絡(luò)管理軟件是針對輸電線路的無線專網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求及管理需求，專門設(shè)計與開發(fā)的一套集無線專網(wǎng)資源管理、拓?fù)湔故尽⑿阅芄芾?、故障管理、安全管理等功能于一身的綜合性網(wǎng)管平臺。隨著輸電線路無線專網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，對無線專網(wǎng)的有效管理也越來越重要。本系統(tǒng)將會在使用中不斷完善自身功能，為輸電線路監(jiān)測人員提供更加豐富、可靠、準(zhǔn)確的參考與支持［6］。

［1］ 張文亮，劉壯志，王明俊，等.智能電網(wǎng)的研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2009，53(13):1 －11.

［2］ 李龍.基于無線快速組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)研究［J］.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2013，31(3):125+127.

［3］ 戴鴻林，陶尊群.無線寬帶系統(tǒng)在通信網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用［J］.農(nóng)村電氣化，2013，35(5):37 －38.

［4］ 王帥.基于集中型WLAN無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾硐到y(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)［D］.西安:西安電子科技大學(xué)工程碩士論文，2011.1.

［5］ 王倩.無線通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備性能監(jiān)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)［D］.西安:西安電子科技大學(xué)工程碩士論文，2012.

［6］ 喻曦，酈蘇丹，陳琳，等.一種無線網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)方案設(shè)計［J］.計算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2012，16(23):21－23.