分布式系统设计原则范文
时间：2024-04-02 18:05:29
导语：如何才能写好一篇分布式系统设计原则，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公文云整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
【关键词】分布式系统 测试技术 应用
信息时代背景下，分布式系统逐渐成为网络信息系统的重要组成部分，在优化模块性能等方面发挥着积极地促进作用，面对网络发展新形势，分布式系统缺陷日渐突出，且受到该系统范围逐渐扩大的影响，在很大程度上增加了测试难度，不利于网络系统进一步发展。因此，加强对分布式系统测试技术及应用的研究具有重要意义。
一、分布式系统概念及特点
分布式系统主要是指将网络计算机作为基础，将组件分布其中，通过信息传递，对通信及动作进行有效协调和控制，以此来完成任务和目标的系统。分布式系统有效地部署了网络化计算机系统，例如：Internet、intranet等。
分布式系统特点主要体现在以下几个方面：首先，异构性。网络作为分布式系统生存及运行的基础，由于受到网络类型、硬件、操作系统等方面多样化的影响，使得该系统具有异构性特点；其次，开放与并行性。分布式系统开放性特点主要是受到资源共享服务的影响，另外，在整个系统运行过程中，由于用户处于不同状态及客户端，同时访问同一资源，在没有进行协调及控制情况下，势必会造成不一致检索等问题，使得其自身具有较强的并发性；最后，故障独立性。由于计算机、网络都存在独立性，且在长期运行过程中，不可避免的会出现各类故障。除上述特点之外，该系统还具有安全性、透明性等特点。
二、分布式系统测试技术分析及应用
（一）模块间通信链路接管技术分析
分布式系统中包含了多个模块，为了实现各个模块之间的交流及通信，需要搭建链路，通常情况下，主要通过流方式及数据报两种方式实现通信链路连接，由于系统运行时，一个模块可能会与多个模块建立通信，为了满足通信需求，需要对其进行针对性处理，建立上、下游模块，并通过启动上游模块主动监听―向下游模块发送请求―获取授权，转发数据报，从而完成通信链路连接目标，为分布式集群模拟及异常注入奠定坚实的基础。
（二）集群模拟技术分析
该项技术主要是针对通用测试而言的，基于对实际情况的考虑，本文采用一种数据录制―回放形式，实现集群模拟目标。在具体应用过程中，主要通过两个步骤构建模型：第一步，数据录制，需要获取上游模块发送的请求数据以及后端接收请求数据，并对数据进行有效处理，将响应数据反送给上游模块，由此，在进行数据录制时，需要明确方向，避免信息获取混乱。
第二步，数据回放，主要是将录制相应数据作为基础，建立词典，通过模拟后端分布式系统，进而满足上游模块，为用户提供服务。通过两方面共同配合，促使请求包与相应报耦合，实现集群模拟目标。
（三）通信异常注入技术分析
通常情况下，在针对系统进行测试过程中，会将网络通信异常测试逻辑接入到上述两项技术当中，利用这种交互方法了解和掌握网络异常，提高检测准确性，以此来实现检测目标。在实际应用中，主要采取两种途径：一种是分散式，另一种是集中式。两种途径都存在优势及缺点，在选择时，要结合实际情况，坚持合理性原则，选择最佳方案，提高测试准确定，进而实现检测目标。
（四）高性能获取数据源技术分析
数据源获取在分布式系统测试过程中，占据十分重要的位置，测试离不开数据支持，由此，高性能数据源重要性不言而喻，在具体应用过程中，将高性能网络库Libevent对读写事件进行注册和执行，并将多线程技术进行处理，促使获取与转发数据实现同步，实现数据源高性能获取目标，以此来为分析和研究提供数据支持。
通过对各项技术在实际应用中的表现可知，集群模拟在实际测试过程中，能够将集群环境等因素模拟的更加真实、形象，保证了集群模拟真实性，且将拓扑结构作为基础的集群，其上下游环境与实际相一致，不仅如此，数据量也能够保持一致性。另外，环境作为测试的重中之重，也是耗时最多的过程，本文创新数据录制―回放模型，能够将真实环境模拟出来，不仅有效节省了人力、物力，还能够显著提高测试有效性。除此之外，高性能获取数据源技术，能够为测试提供更加准确的数据信息，为后续工作顺利进行奠定坚实的基础。在分布式系统应用范围日渐拓展情况下，加强对系统进行测试成为调整和优化系统的有效途径，随着技术不断发展，测试技术也将逐渐朝着智能化等方向发展。
三、结论
根据上文所述，分布式系统测试作为一项综合性、复杂性工作，其测试技术选择合理与否直接影响测试结果。因此，在实际测试过程中，工作人员要坚持合理原则，结合实际情况，选择合适测试方法，获取相应数据信息，促使测试工作顺利进行，调整和优化系统，提高系统整体性能，进而促使系统最大程度上发挥积极作用。
参考文献：
[1]郭银章，徐玉斌，曾建潮.分布异构网络环境下数据访问设计[J].太原重型机械学院学报，2010.
篇2
关键词：互斥算法；令牌；临界区
一、引言
在单机操作系统中，临界区、互斥以及其他有关同步问题，通常是用信号量和P*V操作、管程来解决。而在分布式系统当中，各个进程被认为是运行在不同的处理机上，为了防止出现以下情况：多个进程同时处于临界区；临界区外的进程阻塞其他的进程；有些进程在临界区外无休止的等待等等，多处理机系统的互斥不能简单地用单机的方法来实现，而是要用更为方便和高效的手段来实现多处理机系统的互斥。
解决进程互斥问题有软件的方法和硬件的方法，本文重点介绍软件方法，硬件方法从略。
二、经典互斥算法的探讨
（一）集中式算法
算法：选择一个进程作为协调器，用于协调临界区得进入。
特点：协调器在同一时间只允许一个进程进入临界区，故能保证互斥；因为请求消息是顺序排队得，不会出现“饿死”现象；单一的协调器是瓶颈。
（二）分布式算法
算法：想进入临界区的进程首先建立一个消息，该消息包括待进入的临界区名、进程名和时间戳。一个进程收到消息后，会有如下操作：不在临界区内且不想进入的话回复一个消息；在临界区内的话不回消息，将请求放入队列；不在临界区，也想进入的话就比较时间戳，时间戳小的进入。
特点：算法复杂，易出现“饿死”现象，系统不健壮；但它从理论上表明了算法的可行性，必将发展出实际可行的算法。
1、Lamport算法。特点：Lamport算法统一定序所有对临界段的请求，按先来先服务的原则让请求临界资源的进程进入其临界段；进程Pi发送的请求消息形如request（Ti，i），其中Ti=Ci是进程Pi发送此消息时对应的逻辑时钟值，i代表消息内容；每个进程保持一个请求队列，队列中的请求消息根据?准关系定序，队列初始为空。
2、Ricart and Agrawala算法。特点：算法实现了进程互斥，其控制是全分布的。因为进入临界区是根据时间戳的顺序来安排的（即先来先服务方式），所以根本不可能有进程“饥饿”现象发生。死锁也不可能发生，因为不存在环路等待。问题：其一，当有一个进程请求进入临界段时，所有其他进程都被牵连到。这就是说，每个进程都要知道其他进程的名字，当有新进程出现时，必须把新进程名字通知其他各进程，同时新进程要获知全部其他进程名。其二，如果某一进程故障，那么该算法因无法收到全部应答消息而崩溃。其三，没能进入临界区的进程只能频繁地暂停，因而只适用于小的进程集。
（三）令牌环算法
算法思想：整个系统只有一块令牌，只有令牌持有者才具有进入临界区的资格。当进程i从进程i-1接到令牌时，它检查是否想进入临界区，如果是，则进入，待其推出后，将令牌传递给进程i+1；如果不想进入，则直接把令牌向下传递。
问题：一是令牌丢失，事实上，检测令牌丢失是很困难的。二是进程故障，较容易恢复。
三、算法的改进（基于令牌的解决方案）
将令牌的概念引入到分布式的Ricart和Agrawala算法中，通过令牌即动态的单一点控制，使用对称的不同定义，这个算法要求的消息数在0到2（n－1）之间。在这个算法中，进程Pi收到来自Pj的回答消息后可以进入临界区（假设它得到所有其他进程的回答消息）任意次而无需再请求Pj的许可。因为当进程Pi收到Pj的回答消息时，隐含在该消息中的授权保持有效直到Pi收到来自Pj的请求消息。
算法思想：进入临界区的进程保留令牌。初始时，令牌被赋予任意一个进程。希望使用临界区的进程Pj不知道哪个进程拥有令牌，所以它通过向所有其他进程广播一个带时戳的消息来请求令牌。如果当前拥有令牌的进程Pi不再需要使用临界区，它就按照i＋1，i＋2，……n，1，2，……i－1的顺序搜索其他进程，找出第一个j，满足Pj最后一次请求令牌的时戳大于在令牌中记录的Pj最后一次拥有令牌的时戳，也就是说，Pj有一个未决的请求。于是，Pi把令牌传递给Pj。注意，优先级不是严格基于每个请求的时戳的，但是，由于令牌是沿着一个方向环绕传递的，所以不会有饥饿现象发生。算法：
P（i）：＝?鄢[请求资源消费释放资源处理-请求-消息其他]
分布式－互斥（distributed-mutual-exclusion）：＝||P （i：1...n）
以下变量用于每个Pi中：
clock：0，1，...，（初始化为0）
token_present：Boolean（除了一个进程，对所有其他进程均为F）
token_held：Boolean（F）
token：array（1...n）of clock（初始化为0）
request：array（1...n）of clock（初始化为0）
每个Pi中的函数定义如下：
其他：=所有其他不请求进入临界区的动作
消费：=进入临界区后消费资源
请求资源：=
[token_present＝T
[send（request_signal，clock，i）toall；
receive（access_signal，token）；
token_present：=T；
token_held：=T
]
]
释放资源：=
[token（i）：＝clock；
token_held：=F；
min j in the order[i＋1，…，n， 1，2，…，i＋2，i－1]
∧（request（j）>token（j））
[token_present：=F；
send（access_signal，token）to Pj
]
]
处理-请求-消息：：=
[receive（request_signal，k，j）
[ request（j）：=max（request （j），k）；
token_present ∧token_held 释放资源
]
]
四、以上各种算法的性能分析
Lamport的算法需要3（n－1）个消息和两个时间单位的延迟来保证n个进程的互斥，消息量很大，且发送的应答信号的目的并不是出于可靠性。
Ricart和Agrawala算法在消息量上有了一定的改进，需要2（n-1）个消息来保证。
改进后的算法即基于令牌的Ricart和Agrawala算法：当请求进程没有持有令牌时，以上算法需要n个消息（n－1个用于广播请求，1个用于传送令牌）；当请求进程持有令牌时，以上算法需要0个消息。
五、结论
集中式算法比较健壮，不会出现“饿死”现象，但是单一的协调器是系统瓶颈。
分布式算法虽然没有前一算法健壮，但是从理论角度论证了分布式算法的可行性。
基于令牌的算法比非基于令牌的算法的时间复杂性和消息复杂性小。不会发生饥饿现象，不需要关心当前谁在临界区中，是通过竞争的方式进入临界区。这在基于令牌的Ricart和Agrawala算法中得以验证。
综上所述，基于令牌的算法在排除了令牌丢失和进程故障等问题之后，在今后的分布式系统中，能有更好的应用。
参考文献：
1、徐甲同.高级操作系统[M].西安电子科技大学出版社,1998.
2、Nancy A Lynch著;舒继武等译.分布式算法[M].机械工业出版社,2004.
3、刘丹,刘心松等.基于读写特征的分布式互斥算法[J].电子学报,2004(2).
4、Jie Wu.分布式系统设计(Distribute System Design)[M].机械工业出版社,2001.
篇3
关键词：综合监控系统（ISCS） 环境与设备监控系统（BAS） 火灾报警系统（FAS）
1 综合监控系统概念
曾经国内地铁各系统之间大多是独立管理，分立设置，不仅难以实现系统资源共享，而且存在维护管理困难等问题。而地铁综合监控系统的出现解决了这一难题。
综合监控系统是以计算机网络技术、信息技术和电气自动化技术为基础的计算机集成系统，集成了多个城轨自动化专业子系统，对城轨各专业进行统一监控，实现信息资源共享，建立一个面向运营指挥和维修管理的统一的综合信息平台。其中综合监控系统（ISCS）系统中集成系统包括：电力监控系统（PSCADA）；环境与设备监控系统（BAS）；火灾自动报警系统（FAS）。互联系统包括：闭路电视监视系统（CCTV）；广播系统（PA）；屏蔽门/安全门系统（PSD）；信号系统（SIG）；自动售检票系统（AFC）；门禁系统（ACS）；乘客信息系统（PIS）；时钟系统（CLK）。
2 综合监控系统设计原则
2.1 综合监控系统（ISCS）的设计原则 ①ISCS系统通过先进的计算机系统及互联网络技术，实现对各自动化系统资源信息进行共享互通。②ISCS系统应采用分层分布式三级控制、两级管理的体系结构和运行方式。③当出现异常情况时，ISCS系统应能迅速转变应急模式，如自动由正常运行方式转为灾害运行方式，从而方便了对防灾、救援和事故处理的方式及缩短时间。④ISCS系统对总系统实施群组控制和模式控制，对子系统实施联锁功能和点对点控制。⑤为了适应高架车站与地下车站的运行环境，ISCS系统设计必须满足可靠性与安全性。
2.2 火灾报警系统（FAS）的设计原则 ①国家提倡“预防为主，防消结合”的消防工作方针，作为FAS系统设计必须严格实施执行。②全线车站、控制中心和车辆段、地下区间隧道、主变电所以及停车场均为监控管理范围。③指挥救灾能力对于换乘车站主体及相邻的区间隧道而言按照同一时间发生一次火灾考虑，对于全线而言按照同一时间发生一次火灾考虑。④如何与各级消防部门进行接口，实现与各级消防部门的互连互通是中央级FAS系统必须考虑的问题。⑤为了满足火灾自动报警行业管理要求和规范，作为综合监控系统的子系统的FAS系统，必须拥有相关设备和功能的集成模式。⑥在各个车站控制室内，除了火灾报警系统自动控制外，还必须设置紧急启动按钮从而可以手动控制消防专用设备，如消防泵、排烟风机等。
2.3 环境与设备监控（BAS）子系统设计原则 ①为了对本线各个车站内的所有机电设备（如：给排水、自动扶梯、直梯、照明、屏蔽门、通风、空调等）进行全面的监视和管理，BAS系统应该分为控制中心和车站两级管理模式，从而实现中心、车站、就地三级控制的方式，这样不仅能满足环境调控的要求，而且可以节约能源，绿色环保。②BAS系统分为中央级-车站级-现场级-受控设备级的组成模式，采用现场分散控制和中心集中管理的分布式系统结构。③某些机电设备如地下车站环控系统的风机、风阀等，因为其有防排烟的功能，所以要纳入BAS系统进行监控和管理。如果发生火灾，由火灾报警系统下达预定的灾害运行指令模式，BAS系统及时接收并优先对指令进行就地执行。④对于高架车站而言，节约投资，方便运营管理是BAS 系统的设计必须考虑的一点。
3 综合监控系统的功能
3.1 控制中心功能 监控全线各个车站的电力、火灾报警、广播电话、闭路电视、通风、制冷、照明、自动扶梯等机电设备的运行状态，并能实时提供事故报警，从而方便及时处理现场事故。要与中央时钟接口，接收主时钟信息，统一整个城轨系统全线时钟。与中央列车自动监控系统接口，接收列车在隧道滞留的位置信息。接收各个车站典型测试点的湿度、温度、二氧化碳浓度等环境参数。检测全线用水量。定期输出各类实时数据报告。
3.2 车站控制室功能 协调全站机电设备的运行情况，偶尔需要进行人工调整。定时记录该站各个典型测试点的参数，如集水池的高低水位及危险水位等，并发出报警信号。向OCC控制中心及时传送各类机电设备信息，并执行所有的指令。监控本车站的火灾报警、闭路电视、广播、通风、电力、及电话、给排水、直梯、照明、自动扶梯等机电设备的运行状态，并能实时提供事故报警，从而方便及时处理现场事故。
3.3 就地级（现场级）功能 实时执行车站控制室的所有的控制指令。
及时向车站控制室传送所控机电设备的工作状态及运行情况。
具有独立工作和运行能力。
可就地进行调试与控制。
4 结束语
作为国际主流技术的综合监控系统，已经是国内城市轨道交通自动化系统技术发展的必然趋势。国内城市在建设城市轨道交通时，应该对城轨进行综合分析评价，结合自己城市的投资规模和实际情况，采用最合适的综合监控系统（ISCS）结构和模式。
参考文献：
[1]林广利，尹贻林.综合交通枢纽综合监控系统集成设计研究[J].西安电子科技大学学报（社会科学版），2011（01）.
[2]郭永泉.城市轨道交通综合监控系统集成信号ATS的研究[J].现代城市轨道交通，2008（06）.
篇4
随着智能化开关、光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测、变电站运行操作培训仿真、液晶显示、远程监控等技术日趋成熟，以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用，“三化”改造和无人值班变电站的进一步发展，要求变电站综合自动化系统运行高效、实时、可靠，从而提高电网安全稳定运行水平。
一、综合自动化技术应用
1.1 设计原则和特点
综合自动化系统设计过程中始终贯穿着充分保证可靠性这一原则，采用分散分层分布式模块化结构，各保护、测量、控制、通信等各个模块之间既相互独立又互相联系。
1.2系统结构
1.2.1 微机监控系统采用分散分层分布式系统。
变电站运行管理为无人值班值守方式。微机监控系统采用分散分层分布式系统。
1.2.2 各装置优化组合
主变保护及测控装置、110kV线路保护装置采用分别组屏方式，布置在二次设备室。35kV馈线、10kV馈线、电容器组站用变等设备采用微机型保护测控一体化装置组屏安装在二次设备室。其它智能设备可通过通信口接入监控系统。
1.2.3微机监控系统
微机监控系统分为站级控制层和间隔级控制层，网络按双网配置。间隔级控制层设备配置双以太网接口。将采集和处理后的数据信号，经双绞线传输到站级控制层，各间隔级单元相互独立，不相互影响。站级网络采用基于TCP/IP协议的自适应10/100M双以太网结构（A、B网）。应用层协议使用DL/T 667-1999标准。
1.2.4系统通讯能力
综合自动化系统具备为双串口、双网络通讯能力，系统配备相关通讯接口及通讯设备。监控系统与调度SCADA系统能同时实现以串口方式及网络方式同时进行通讯，选用的通讯规约为DL/T 634-5-101-2002、DL/T 634-5-104-2002和新部颁CDT。远动通道具备2路数字串口通讯、2路数字模拟通讯、2路网络通讯。通道具有防雷、过压保护装置。
调制解调器满足CCITT标准的要求，传送电平0～20db可调，接受电平-40～0db，低于-40db发告警信号，通道误码率小于10-5时，调制解调器能正常工作。其调制方式为FSK。同步方式为同步或异步可设置，与调度通信方式为异步方式。
1.3硬件的配置
1.3.1监控主机
计算机监控系统应该用标准的、网络的、分布功能和系统化的开放式的硬件结构。所有设备部件均应采取紧锁措施，抗振性能好，并且更换拆卸方便，I/O测控装置的部件在输入、输出回路上都必须具有电气隔离措施。一个元件故障不引起误动作，一个单元故障不影响其它单元。监控系统站控层与间隔层的通信介质应为屏蔽双绞线或光纤，以保证通信可靠性。
1.3.2 操作员工作、继保工程师工作站
操作员工作站是站控层数据收集、处理、存贮及发送的中心以及所内计算机监控系统的主要人机界面，用于图形及报表显示、事件记录及报警状态显示和查询，设备状态和参数的查询，操作指导，操作控制命令的解释和下达等
工程师工作站主要由计算机系统管理员进行系统维护使用，可完成数据库的定义、修改，系统参数的定义、修改，报表的制作、修改，以及网络维护、系统诊断等工作，与操作员工作站互为热备机，正常时作为操作员工作站运行。
1.3.3 系统配置一台微机五防工作站
应具有防止误拉、合断路器；防止带负荷拉、合隔离开关；防止带电挂接地线；防止带地线送电；防止误入带电间隔的功能（五防）。
通过计算机监控系统的逻辑闭锁软件实现全站的防误操作闭锁功能，同时在受控设备的操作回路中串接本间隔的闭锁回路。计算机监控系统设置防误工作站。远方操作时通过防误工作站实现全站的防误操作闭锁功能，就地操作时则由电脑钥匙和锁具来实现，在受控设备的操作回路中串接本间隔的闭锁回路。
1.4 电源
系统站级控制层交流电源由在线式UPS供电。其他交流电源由站用变交流系统提供。二次设备室的设备由变电站直流系统220V电源供电。直流电源应采用专用进口直流小开关，并具有合适的断流能力和指示器。
二、系统功能介绍
2.1微机监控系统的功能
2.1.1 数据库的建立与维护
2.1.1.1 计算机监控系统应建立如下数据库
（1） 实时数据库：装入计算机监控系统采集的实时数据，其数值应根据运行工况的实时变化而不断更新，记录着被监控设备的当前状态。实时数据库的刷新周期及数据精度应满足工程要求。
（2） 历史数据库：对于需要长期保存的重要数据将存放在历史数据库中。历史数据应能在线存储2年，所有历史数据应能转存至光盘作长期存档。
2.1.3 控制操作和同期检测
2.1.3.1 控制方式
控制方式为四级控制：即就地控制、间隔层控制、站控层控制、远方遥控。操作命令的优先级为：就地控制间隔层控制站控层控制远方遥控。
2.1.3.2 同期检测
计算机监控系统应具有同期检测功能，同期电压输入分别来自断路器两侧PT的单相电压。当两侧均无压或一侧无压时，允许合闸；当两侧有压，必须满足同期条件时，才允许合闸。同期判断在间隔层测控单元上进行，同步成功与失败均有信息输出，同步测量时间应满足规程规范要求。
2.1.4 电压―无功自动调节
根据变电站的运行方式和运行工况，按照上级调度部门确定的电压曲线和无功补偿原则，自动投切无功补偿设备及调节变压器分接头。设“自动/手动”选择开关，选择操作方式。调节控制的正常或异常操作均应有操作报告。
2.1.5 报警处理
设备状态异常、故障、测量值越限及传输通道故障等，计算机监控系统应输出报警信息。并相应的推出事故画面。报警分事故报警和预告报警两类。报警显示具有模拟光字牌分类告警画面和确认功能。
2.1.6 运行管理功能
计算机监控系统根据运行要求，可实现如下各种管理功能：
（1） 运行操作指导：对典型的设备异常/事故提出指导性的处理意见，编制设备运行技术统计表，并推出相应的操作指导画面；（2） 事故分析检索：对突发事件所产生的大量报警信号进行分类检索和相关分析，对典型事故宜直接推出事故指导画面；（3） 在线设备分析：对主要设备的运行记录和历史记录数据进行分析，提出设备安全运行报告和检修计划；（4） 操作票：根据运行要求开列操作票；（注：也可由独立设置的微机防误装置开列操作票）；（5） 模拟操作：提供电气一次系统及二次系统有关布置、接线、运行、维护及电气操作前的实际预演，通过相应的操作画面对运行人员进行操作培训。（6） 变电站其它日常管理，如操作票、工作票管理，运行记录及交接班记录管理，设备运行状态、缺陷、维修记录管理、规章制度等。 （7） 管理功能应满足用户要求，适用、方便、资源共享。各种文档能存储、检索、编辑、显示、打印。（8） 应具备操作人员、监护人员的二级密码和自行修改使用者自己密码的管理功能。
三、结语
篇5
【关键词】变电站自动化 远程维护 技术方案实现
中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）35-092-01
随着网络技术和自动化技术的迅猛发展， 变电站自动化正在从有人值班向无人值班、无人值守过渡， 远程的监控和维护已经成为趋势。目前变电站的维护任务并没有独立出来， 而是简单地分配到各个职能班组。由于各个专业分属不同的部门管理， 使得工作安排和协调程序繁琐， 甚至贻误了故障处理的时间， 以致威胁到电网的安全运行。因此， 有必要考虑采用先进的网络技术和自动化技术对变电站的远程维护工作进行合理的分配和解决。
一、变电站远程维护系统功能分析
（1）维护系统与变电站自动化系统。变电站自动化系统的常规组成包括： 保护设备及其他IED加当地监控系统加远动系统。由于变电站远程维护系统（ remo te maintenance sy stem， 缩写为RMS） 和远动系统共用同一远动传输网络， 因此以认为远程维护系统是远动系统的功能扩展， 前者的存在丰富了远动信息的内容。
变电站管理模式的发展趋势可归纳为： 有人值班无人值班， 就地操作远方监控， 就地维护远程维护。当运行人员不在现场时， 所有故障的处理全部要依靠维护系统提供的分析结果， 而维护系统的设备故障预警功能也可防患于未然， 以降低系统的维护成本和事故影响。因此， 可认为变电站远程维护系统是变电站自动化系统的一个辅助子系统， 其存在增强了变电站自动化系统的健壮性和可维护性。
（2）RMS 维护对象。综合考虑维护系统各类用户的不同需求， 变电站远程维护系统的维护对象定位于： 变电站内的各类主机、所有IED、二次设备、一次设备、站内电源系统、变电站侧的远动系统及主站侧的远动系统。
（3）RMS 用户。为充分利用远程维护系统， 使其为变电站的正常运行服务， 可以把远程维护系统的用户分成三类： 远程维护工程师、远程运行调度员和远方设备制造商。其中远程维护工程师负责维护工作的总决策和调度； 远程运行调度员负责监控变电站的运行情况， 如有异常， 则通知维护工程师解决； 设备制造商则在维护工程师不能解决问题的情况下， 得到授权后通过远程维护系统获得相关的设备维护信息， 进行远程设备的维护工作。这三类用户之间通过远程维护系统建立联系， 在其协助下共同完成变电站的维护工作。他们分布于网络的不同地方， 距离遥远， 这种系统用户的分布性决定了远程维护系统的分布式构架， 只有采用分布式对象技术才能使得网络上的每位用户都能够高效、安全地使用本系统。
（4）RMS 功能分析。按照系统是否已发生故障， 远程维护功能可分为正常维护和故障维护。正常维护是指在系统运行正常的情况下应能及时消除被维护对象存在的隐患和缺陷， 避免事故的发生， 即远程维护系统的预警功能； 故障维护是指在控制中心监控界面上出现异常的情况下， 能迅速进行故障定位， 找出故障原因并及时采取相应措施， 迅速进行故障隔离， 将设备故障对整个变电站自动化系统造成的影响降到最低限度。出于以上考虑， 为支持远程维护请求， 可以把RMS 的功能总结如下。
①设备实时监测： 远程维护模块根据预先定义的规则实时检查对应设备的运行， 一旦发现有故障， 立即隔离故障模块， 启用备用模块。②远程控制： 支持授权用户（远程运行站）对设备的远程控制， 例如远方启动、远方停运和远方整定等功能。③远程测试： 对远程维护主站的用户而言， 应有进行远程测试的权限， 即对远程设备进行离线仿真测试和在线测试。④远方程序下载： 提供程序下载， 使用户能够根据下载的程序更方便地进行设备的测试工作。⑤自动故障记录： 所有设备的停电和故障记录都应被写入存储器， 以便设备恢复运行时重新为远方提供基本的维护数据。⑥SOE 记录： 设备的动作事件顺序记录。⑦参数修改记录： 远程维护模块内包含一个实时更新的设备参数修改记录， 并在预先指定的时间间隔送至远程维护站。⑧分析设备运行性能： 远程维护模块应定时记录和分析设备需要被监测的参数， 给出设备的运行性能和设备完好情况的技术指标。⑨事故预警： 远程维护模块应能根据当前的运行数据和以前的事故记录进行事故预报， 以方便检修人员把此类设备放入检修计划内。另外， 维护系统还将进一步分析如果设备故障将对电网安全运行造成的影响， 为运行人员提供电网运行状况的预报。⑩安全检查： 对有维护请求的远程用户进行身份验证。防止有不安全的数据入侵系统。
另外， 在系统的性能上， 要保证远程维护数据的实时性、维护策略的正确性和维护信息的完整性； 保证远程维护系统的测试数据、分析方法和测试手段对网络上所有拥有相应权限的用户共享。
（5）系统实现原则：一是远程维护策略制定和实施的正确性。维护策略的制定需要考虑多方面因素。对于远程维护站而言， 维护策略的制定即指设备维修计划和运行异常时故障的定位。由于系统的维护范围广泛， 监控界面上显示运行异常状况并不能为维护工程师的决策提供充足的信息， 各种假象增加了决策的难度。另外， 系统的分布性和网络的不稳定也会对远程维护策略制定和实施的正确性造成影响。二是变电站通信网络的异构性。在复杂的网络环境下， 如何保证运行于异构网络上的分布式对象间的通信， 以提高维护系统的开放性及适用范围则是设计人员必须要考虑的一个方面。三是已有系统与远程维护系统的协调性。对于已有变电站， 在尽可能降低成本、保证系统性能的前提下， 如何充分利用已有的资源为变电站远程维护系统服务是一个难点。四是网络流量的控制。远动信道有多种类型， 如光纤、微波、电话线等， 考虑到国家电力数据网的建成和完善， 并且各类占用网络带宽资源的应用已经开始在各地电力系统普及， 在有限的网络资源上， 能够就地实现的功能一定不依赖于网络。五是系统的安全性。安全性对电力系统至关重要， 各种安全技术层出不穷， 但是黑客技术也在不断同步翻新， 如何建立一个相对安全的系统， 对整个电网的安全运行都有着不可忽视的重要意义。
以上实现原则同时也是变电站远程维护系统的设计重点和难点， 设计的每一步都应在综合考虑上述因素的条件下进行。
二、RMS 维护策略与实现方案
考虑到变电站远程维护系统的分布式特点， 如何利用现有的先进技术实现RMS 对二次设备和站控层主机的维护是首先应该解决的问题。
实时监测Agent负责读取设备运行参数， 根据相应的规则检查其运行情况， 对于符合事故或预警定义的状态， 立刻向决策Agent 发送报警信息， 同时在预先指定的时间间隔把一些定时采集的数据送至决策Agent。决策Agent 是高层决策层， 主要负责对从实时监测Agent 传来的设备数据和报警信息做出相应处理。控制Agent 是设备执行层， 主要负责设备的远程控制和远程测试工作。
变电站远程维护系统的维护对象和用户的分布性决定了分布式对象技术是系统设计的最佳选择。分布式对象技术是计算机软件业流行的一种设计思想， 系统功能的分布性和各子系统之间的松耦合性这两大特点使得整个系统在稳定性大大增强的同时， 也达到了高效利用资源的目的， 系统始终能够保持在最佳工作状态。
（1）网络结构。变电站远程维护系统采用全分布式构架， 主站系统和子站系统通过基于IP 的国家电力数据网络连接。远程维护站、远程运行站和制造商维护站一起构成主站系统， 是直接与用户接触的部分， 具有友好的人机界面； 位于站内的各个维护Agent 则一起构成子站系统， 这是与被维护对象密切相关的部分， 所有的维护功能都通过子站系统作用到被维护对象上。
（2）远程维护控制器的实现。远程维护控制器是系统的重要集成器件，通过网络接口， 它可以同时连接于站内局域网和下层轻量级网上， 是远程用户与各个IED 信息交互的总。控制器一旦监测到有旧类型的设备连接在端口上， 立刻开辟与端口对应的存储空间以存放各类维护数据， 同时生成对应的Agent 对象以响应远方的维护请求， 在被维护设备和远程用户之间建立透明连接。
（3）维护Agent 间的协调配合。系统各Agent间的通信分为二类： 各用户Agent 之间通信、用户A gent和设备维护Agent之间通信。维护命令从远程维护站下达到各个被维护对象（包括运行站）， 读取各个设备的自检信息和维护工作记录， 如发现事故原因即采取相应行动。如果有必要， 远程维护站可通知制造商维护站通过浏览器连接到站内的Web服务器定位相应设备进行维护， 维护完毕后由远程维护站读取相应维护记录。
（4）开放性的保证。Web 浏览器不仅是超媒体信息的浏览工具， 而且正在逐步成为人们进行事务处理的通用终端。客户端不需要额外的软件配置就可以共享远方的数据和方法。对于远程维护系统而言， 这种做法尤其方便了设备制造商， 只要远程维护站向其发出维护请求并给予相应权限， 那么不管在什么地方， 只要设备制造商能连上Internet并且有一个Web浏览器工具， 就可以完成相关设备的维护工作。
（5）安全性的保证。由于分布式系统比单台计算机系统更容易遭受攻击， 因此远程维护系统的安全保证显得尤为重要。其安全性集中体现在三个方面： 一是制造商维护站的接入安全；二是网络病毒入侵的防范； 三是网络黑客攻击的防范。
系统对病毒和黑客的防护措施除了在站内主机安装防病毒软件和在网络出口处安装防火墙外， 还可以利用每台主机内部的维护Agent模块完成此功能。虽然IED大部分是单片机设备， 基本不存在被病毒感染的危险， 但是考虑到部分IED 由高位CPU构成， 并且从长远角度来看， IED有直接接入IP网络的趋势。因此， 系统应在所有设备的维护Agent模块中添加安全监测功能， 由于维护Agent 具有一定的智能性和很强的自学习能力， 故能够随着周围环境的变化适当调整自身的维护策略， 保证系统具有较高的安全性。
三、结语
本文对变电站远程维护系统的维护范围、使用对象和功能进行了详细分析， 并指出了系统设计的技术重点和原则。提出了包括设备的远程维护策略以及维护控制器的设计。虽然变电站远程维护方面的研究还是起步阶段， 但是网络技术和自动化技术的发展给该领域的研究提供了无限广阔的空间。另外， 考虑到变电站遥视系统的普及， 变电站远程维护系统也可以将遥视作为一种辅助维护手段， 使远程维护站可以更加全面地分析整个变电站的维护状况。因此，远程维护将使得变电站的维护工作变得更加简单而高效。
参考文献：
[1]金新颜.地区电网RT U 远程维护系统的探讨.浙江电力
[2]汪 芸.CORBA 技术及其应用.南京： 东南大学出版社
篇6
关键词:分布式文件系统;全球地理信息系统;即插即用技术;资源动态调度
中图分类号:TP391文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2010)02-057-03
Research of Quick Insertion and Usage Method Based on Distributed File System
TIAN Xiaobo,XU Xin
(Electronic Science and Engineering Institute,National University of Defence and Technology,Changsha,410073,China)
Abstract:By the theory of global partition,every partition slice can contact with its geographical information data storage after the globe is partitioned.In the occasion of practical usage,dynamic data movements of different partition slice are usually needed,the devices which store information get in and out of system frequently.Distibuted file system is now the main resolvement for massive data storage,but hardly applied in global GIS.Based on distributed file system brings forward corresponding key techniques and methods including network quick insertion and usage,network searching techniques and global multi_dimentional data module designing,for the fulfillment of agile getting in and getting out with the storage devive.This paper supplies positive idea and method for management of global GIS.
Keywords:distibuted file system;global geographical information system;quick insertion and usage;dynamic resource movement
0 引 言
地理信息系统(GIS)是一个用于管理、分析和显示,并在不同系统和地点的用户间传递地理信息数据的系统。随着科技的不断进步,数字化地球日益成为关注的焦点,对地理信息系统已经产生了更高的要求,全球化即是一个重要的发展趋势。全球地理信息系统的概念是由Gold提出的[1],他认为全球GIS与传统GIS的主要区别包括基于全球网格支持对海量数据处理,以及直接基于球体或椭球体的表面操作。地理信息系统向全球化、多维化、支持多分辨率及多尺度数据、支持PB级规模数据存储调度的方向发展将是未来GIS的趋势。
全球GIS的发展为地理信息数据的存储调度带来了新的机遇与挑战。要实现全球GIS,需要构建一个高可靠性、高可用性、高稳定性、超大规模吞吐率的地理信息数据系统作为应用平台。传统的文件系统将海量的数据积累在少数的计算中心,导致网络超负荷工作,大量终端的处理能力闲置[2]。然而,分布式文件系统通过网络访问每个节点的存储空间,使得分布在各个节点的存储资源形成虚拟的存储设备,具备成本低廉,容错性强,安全性高等特点,其应用体现出巨大的优势,非常适合构建全球GIS应用平台。
地球经过相关剖分理论进行剖分,构建分布式文件系统后,全球地理信息数据将按照剖分区域分别存储在对应的网络存储节点上。为了满足分布式文件系统高度的可扩展性和灵活性,广义的存储节点可以是计算机终端设备,也可以是移动电子硬盘、光盘、USB闪存等移动存储介质。分布式文件系统面临的最大挑战之一是频繁的节点失效,每时每刻任何网络节点都可能因产生故障而退出系统;随着数据量的不断增长,系统将不断扩充其存储容量,增加相应的存储节点;当用户需要查询某一地理区域的数据时,都会将对应的存储节点纳入整个文件系统中进行数据调度。以上应用都需要对存储节点做频繁变动。这里突破传统意义上设备层次的概念,提出基于分布式文件系统的即插即用技术,即存储节点不需要经过文件系统进行复杂的识别、配置。在尽可能短的时间段内完成纳入及退出整个文件系统的过程,在物理层次、协议层次、应用层次实现接入后,即可以立即投入使用。
1 架构体系
随着计算机技术的进步,各种相关理论、产品、技术不断应运而生,移动存储介质呈现出空前的多样化,连入网络的设备也不再局限于个人电脑和工作站等传统意义上的计算机,还包括许多个人通信设备和移动存储设备,例如3G手机、数码相机、电视机机顶盒等智能设备[3]。这些设备都可以成为分布式文件系统的存储节点。基于分布式文件系统的即插即用技术对上述设备的具体支持体现在以下几个方面:
1.1 物理层次
负责物理连接上的配置与使能。当存储地理信息数据的硬件实体接入分布式文件系统后,系统不需要预先获悉硬件实体的位置,以及安装驱动程序,只需通过判断硬件实体的描述信息,即可决定是否接纳该设备成为自身的存储节点,具体流程见图1所示。
图1 即插即用物理层次的流程图
1.2 协议层次
在物理层次的基础上,负责实现存储节点与分布式文件系统的交互工作。具体包括:
1.2.1 加入和退出协议
研究将存储相应地理信息数据的硬件实体接入分布式文件系统后的认证,以及用户对存储所需地理信息数据的硬件实体利用完毕后,系统确认硬件可以安全移除的机制。
在加入时,硬件实体自身的描述信息,以备系统识别。系统根据描述信息决定是否接纳该硬件实体形成系统节点,并更新系统节点列表。在退出时,硬件实体发出退出申请,系统根据当前网络的应用状态决定是否允许该节点脱离系统。
1.2.2 数据传输协议
负责设计三维地理信息系统数据模型及数据传输模型,在设计的过程中考虑如下几个问题[4]。
(1) 通用化原则。
从应用角度分析,三维地理空间信息涉及多个业务部门,应用背景存在较大差异,具有数据分散,类型多样,多源异构等特点。设计数据模型时,应当考虑通用性,以便实现数据的共享与交换。
(2) 面向对象原则。
在三维地理信息系统的数据模型中各个层次都要面向对象,具体实现时不仅要采用面向对象的程序设计方法,而且面向问题域分析所采用的概念模型也要面向对象。此外提供给用户使用和二次开发也应是描述空间实体对象的一些类的集合[5]。
(3) 兼容性原则。
对数据的处理常需要导入或导出分布式文件系统内的数据,所以设计数据传输模型时,必须考虑与其他应用软件的兼容性。
1.2.3 数据校验协议
基于三维地理信息系统数据模型,负责对节点之间传输的数据进行检验,研究应对传输过程中数据错误的解决方案,为系统的高可靠性提供支撑。
1.2.4 节点校验协议
负责通过驱动系统定期监测所属节点的工作状态及性能,使得用于扩充系统容量的节点加入系统;强制损坏或工作失常的节点退出系统,实现节点按需在线、分时段在线。保证对用户查询数据的快速响应,同时保证系统的高稳定性及扩展性。
1.3 应用层次
在存储实体经过认证加入分布式文件系统的基础上,按照业务逻辑,结合资源性能参数及用户指令动态分配和调度各个存储节点的功能及数据,形成任务流程并执行完成任务。
应用层次是基于物理及协议层次的,旨在建立面向任务的资源调度模型,设计面向任务的数据资源动态调度协议,协调系统数据资源调度效率与代价,实现数据的高效率调度分发。
2 关键技术
2.1 网络环境即插即用技术
网络环境即插即用技术是实现基于分布式文件系统即插即用的基础,该技术基于网络工作环境,面向应用层次需求,总体目标是将网络转变成一个灵活、易于管理的工具[6],使分布式文件系统的各个节点所装载的数据及服务可以动态地加入或移出系统。
该技术的核心思想是在分布式文件系统的基础上开发一组新的协议,实现系统与节点之间的自由交互,其中的关键部分如下:
(1) 发现协议。
发现协议用于自动识别系统环境节点的增减变化,通过分析节点的描述信息,对其进行身份验证。通过验证发现,协议驱动系统总线将节点纳入分布式文件系统所属的网络环境,并更新系统的节点信息列表。
(2) 查找协议。
基于对象类型的查找协议是分布式文件系统节点之间互相发现和交互的基础[7],该协议为系统中的可用节点及服务提供集中注册。每个节点在加入系统之前,首先利用查找协议查找系统,再按照加入协议的规范进入系统,正式成为系统的一部分。
(3) 租约协议。
租约协议实现用户对系统节点的合理占用。对请求使用某节点资源的用户进行需求等级筛选,保证最需要者优先;当租约到期时,系统收回节点资源,用户通过更新租约不断延长对节点资源的占用。
2.2 网络资源搜索技术
多任务、多层次、面向实际需求的地理空间数据应用是基于分布式文件系统的全球GIS的最终目的,在庞大的网络环境中快速、准确地定位用户所需的数据资源是解决网络资源搜索技术的关键[8]。
在比较分析各分布式文件系统资源搜索模型优缺点的基础上,本文认为采用建立在分布式哈希表(DHT)技术基础上的分布式结构化搜索模型能够加速查询的速度,提高安全性,并且占用的网络带宽较少,因此是该技术的发展趋势。
如图2所示,应用层次的事件感知、网络存储等通过分布式哈希表调用哈希函数产生资源名称。当前,DHT技术正受到研究者们的密切关注,是P2P资源搜索模型研究的焦点。采用DHT技术的典型搜索模型有CAN模型和Tapenstry模型、麻省理工学院的Chord模型、以及MicroSoft的Pastry模型。
图2 哈希表概念图
2.3 全球多维GIS数据模型的设计
数据模型用于抽象表达现实世界的数据与信息,全球范围的空间信息包含尺度、波段、时间、类型等多个维度,涵盖了时间、空间、频谱等多种分辨率。全球多维GIS数据模型是用于描述上述全球范围的地理空间信息,并能够实现高效存储,快速访问和易于扩展等特性的数据结构。
目前,现有的时空数据模型仍然以二维平面GIS为基础,无法做到真正的时空一体化[1]。主要表现在时间与空间分离,时空内涵单一,无法反映地理现象的变化等。基于全球GIS的多维数据模型设计应建立在概念层、逻辑层、物理层的基础上。三个层次的相互关系如图3所示。
图3 全球GIS多维数据模型设计层次的关系图
图3表明,从显示世界的实体过渡到可在计算机中处理的数据模型需要经过一系列的设计流程。此外,对全球GIS多维数据模型的设计还必须考虑与应用软件环境以及其他GIS应用软件相互兼容的问题。目前国内外的一些研究机构已经开发出了一些3D造型软件,或在原来的2DGIS中增加了三维功能,但是海量三维模型的建立、管理用户软件界面设计方面还有待进一步研究[9]。
2.4 面向任务的数据资源动态调度技术
在现实应用中,需要考虑以下问题:当用户产生使用某地理空间数据的申请时,所对应分布式文件系统的节点可能处于非工作状态,而激活该节点并将其纳入系统可能耗费较大的时间损耗[10];但系统所有的节点同时处于工作状态也会造成不必要的资源浪费,付出昂贵的代价。
本文对解决上述问题提出初步构想,认为可以采用面向任务的数据资源调度技术。具体讲,设计基于任务的数据调度模型,采用主动、被动两种调度协议。
通过主动调度协议,用户可以发送若干类数据请求。系统对用户的身份进行验证后,检测对应节点是否处于工作状态,对于尚未启动的节点,则以最快速度进行启动,并纳入系统,待数据传输过程结束后,系统收回用户对节点的占有权;通过被动协议,用户不发送数据请求。由系统通过热点分析对用户可能关注的地理空间所对应的存储节点进行筛选,激励其处于在线工作状态,并不断更新热点区域列表,实现按需在线。
3 结 语
随着地理信息系统理论和技术的不断发展,构建全球地理信息系统将是必然趋势。针对分布式文件系统中频繁的存储介质移入移出以及对热点区域持续关注等的现实需求,本文以研究分布式文件系统节点即插即用技术,面向应用需求,为用户提供快速、准确的地理信息数据处理与应用能力为目标,分析了关键技术并提出解决方案。
参考文献
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篇7
【关键词】电信集团；网络运维管理；信息系统；设计方案
基于电信集团的长期发展建设目标，其运维管理需要与公司的发展水平相适应，因此，需要对从事的业务进行更加精细化、信息化的管理。信息系统作为运维管理中的核心内容，起着非常重大的作用，文章主要针对电信集团网络运维管理信息系统设计的相关内容进行探讨，并根据实际情况即随着信息技术的发展以往的主机管理信息系统向网络的分布式系统进行转变，试论述其方案设计的方向。
1电信集团网络运维管理信息系统的概述
电信集团属于一个大型的企业，其管理的事务多而繁复，管理信息系统的应用能够极大程度上帮助企业管理，而随着网络技术的进步，现在多基于网络的分布式系统发展即分布式管理信息系统。当前各企业的的管理信息系统正处于提高水平阶段，电信集团也不例外。据调查，网络运维管理中出现的问题过半的比率是由于操作不当引起的，另一部分则是由于系统的不完善。电信集团作为网络运营商，需要保证IP所承载的安全和稳定，现目前通信企业主要采用的是SSH管理模式、VNC管理模式等，主要对网络的核心内容进行维护。
2电信集团网络运维管理信息系统中出现的问题
当前电信集团的网络运维管理信息系统正处于提高水平阶段，因此，系统的不完善会导致诸多问题的出现，极大的制约了网络运维管理信息系统发挥其作用。主要存在问题有以下四个方面：
2.1系统运维管理维护难
电信集团网络系统中所涉及的内容繁复，包含了大量的网络设备、主机终端等，而这些东西又分别支持着集团的各种业务进行活动，进行管理的人员也不尽相同。管理状态的分散化决定了系统运维管理的维护困难，不利于统一化和整体化。
2.2账号共享的安全性
虽然网络运维管理信息系统中各程序都有唯一的账号密码体系，但是在集团内部，为了方便操作，通常会制定统一的账号密码进行账号共享，对安全性造成极大的威胁。2.3账号流程管理不善电信集团的业务量非常大，用户可通过多种账号登录方式进行访问，但是用户和业务间基本属于短连接方式，有可能造成多重交叉，使账号流程的管理十分混乱。而访问的方式又过于简便和多样，如果在使用某种访问方式时系统不能对其进行甄别，很容易造成漏洞。
2.4缺乏审计
每个业务间的运行和管理应该是相互独立的，因此，审计也应该相互独立。但是在实际情况中，审计内容欠缺，发生问题时只能追寻到具体发生时间，而具体账户破坏很难追查。此外，不同操作系统所记录的日志内容详细程度不同，容易发生操作失误。
3电信集团网络运维管理信息系统功能需求分析
电信集团网络运维管理信息系统的设计，主要基于其所应具备达到功能需求而制定。因此，针对设计方向，对功能需求进行以下三方面分析：
3.1基本管理功能
大型的网络运维管理信息系统需要建立一套基本的管理功能使其最后反馈于更高层次的运维管理中。基本管理功能包括：网络基础信息管理维护、网络运行信息查询与统计、二维地图信息的网络定位等。这些功能可以对一些配置信息或物理网络进行统一的规划管理，如网络节点位置。此外，还可以对信息进行数据管理和处理，如网络分布的空间区域信息。当具备这些基本功能配置时，系统运维管理维护的困难可以很容易被解决，同时还可以发散其他功能作用。
3.2服务端业务管理
网络运行业务中的资源管理大致可以分为三类：①资源需求管理，电信集团属于大型企业，运维管理需要从全局出发，对网络运行资源的需求和运行进行统一的管理。如在计划申报环节时，工程部门提供相关文件并得到责任工程师审核签字后，记录信息系统中。②资源巡查管理，其功能是针对网络及管线状态进行巡查。建立巡检计划后，如若出现问题，要进行事件报告、事件定位和查询、派发巡检任务、增设事件巡查这一整个环节的相关处理程序。③逻辑资源管理，主要包括SDH系统、传输系统、业务平台等一系列的运行资源。在逻辑资源管理中，干线光纤是极为重要的通信资源，并与之前的二维地图功能进行整合，有利于进行网络运维管理。
3.3移动端业务管理
这类管理信息系统指场外操作人员持终端或分站点计算机进行相应的资源状态等信息的发送，而用户也会通过这些终端提供分点数据并最终进行网络运行数据整合。这类系统有许多实际操作功能，如对常使用的GIS功能进行延伸，可进行地图放大、缩小等服务。此外，移动终端功能还支持用户进行信息管线设施资料等内容的查询，或与服务端里面的资源巡查管理功能相结合，实现巡线任务记录。
4电信集团网络运维管理信息系统的设计
通过对信息系统的功能需求分析，针对所涉及的部分进行具体的系统设计，同时为电信集团网络运维管理信息系统中出现的问题进行改善补充。设计方案要重点突出对电信集团的贡献作用和与之相适应的功能结构，避免出现设计矛盾。
4.1电信集团网络运维管理信息系统结构设计
电信集团的网络运维管理信息系统的设计，最重要点是要符合其安全性能要求。同时设计原则要满足操作灵活、可靠安全、审计严格等特点，用户对网络系统中的相关操作和控制能够更加规范化，记录内容真实具体，降低问题出现的频率。结构设计主要包括系统数据库整体结构、服务端子系统、移动端子系统三个方面。数据库整体结构采用浏览器结构且支持移动终端访问，通过“用户界面———访问接口层———二维空间图层———网络基础信息、网络资源数据———巡线事务信息”这一整个流程图进行管理。服务端子系统，包括之前功能分析里面的资源需求管理，即对每种工程资源进行时间设置管理，制定最晚完成时间，同时将所要进行的任务层层分解，了解每个子节点对应的资源状况；资源巡检管理，根据计划编制填写与计划相关的人员、时间等内容，同时利用GIS地图进行道路巡线路径制定，并保存提交到数据库；逻辑资源管理，需要实现对逻辑对象的创建、配置更新等功能，且每个功能需要有一一对应的参数化配置，此外，还要对更新的配置增设重载功能接口等处理和计算方法。
4.2电信集团网络运维管理信息系统模块设计
系统模块设计主要是指对之前存在的问题进行改善性方案设计。①统一认证和鉴别用户身份。对网络运维管理中各信息系统的维护困难状况，审计操作为管理人员创建独立的登录账号，并先登录在管理信息系统内，再登录到目标服务器中，确保身份识别。针对不同的业务系统处理，通过session保存登录信息。②用户访问权限控制。系统运维管理人员可以通过用户账户、操作命令等对其访问权限进行控制，具有包括访问范围、登录时间、授权机制。此外，进行远程访问时，要进行同步监控防止出现违规操作的行为。③历史操作记录查询。支持界面查询功能，如发生网络安全事故，电信集团可根据历史记录进行查询，并最终确认网络地址、时间、用户名等相关信息。信息的查询同时要以表格输出的形式进行书面报告，方便运维管理人员的后续管理。
5结束语
文章从电信集团网络运维管理信息系统的相关内容进行分析论述，最后通过结构设计和模块设计两个方面提出了设计方案，最终建立一套完善的网络安全运维管理信息系统。有利于电信集团实现集中的运维管理，降低问题发生的频率，最终实现电信集团的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]殷学强.电信集团网络运维管理信息系统的设计与实现[J].中国高新技术企业，2013（14）：48~50.
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[4]胡杰.综合管理信息系统的设计与实现[D].东南大学，2015.
篇8
关键词 任务驱动 中职教育 实训
中图分类号：G420 文献标识码：A
Talking about the Application of "Task-driven" Method in
Computer Training Teaching
LIU Yuan
(Xingning Vocational and Technical School, Xingning, Guangdong 514500)
Abstract Vocational education is actually training education, how to embody the core philosophy of education of skill development in vocational education, vocational training is an important subject of teaching. In this paper, "task driven" teaching in computer training teaching staff in the application of a number of useful attempts and explorations, received a certain effect, and are summarized and refined.
Key words task-driven; vocational education; training
计算机实训中实施“任务驱动”教学法,是指将本专业所要学习、掌握的知识与技能细化在各个精心设计的任务之中，学生通过对教师所设计的任务进行分析、思考；在教师以任务方式引导下，学生边学边练（做），并以独立或协作的形式完成各个学习任务，从而真正达到对所学知识与技能的吸收效果。事实上，计算机实训中实施“任务驱动”教学法的核心是要让学生学会学习，以达到学生真正掌握知识与技能之目的。
1 诱发学生参与“任务驱动”的激情
“任务驱动”在教学本质上应是通过“任务”来诱发、加强和维持学生的学习动机；但如何构建任务驱动的情境或平台来诱发学生呢？笔者认为在实训中，教师通过创设精巧的“现实任务”能充分调动学生的学习热情和求知欲望，把学生必须学习、掌握的知识与技能巧妙地、有机地渗透在一个个任务当中，使学生在融洽与和谐的情境过程中完成“现实任务”，以达到理解学科知识、掌握技能的目的。
例如，在《SQL SERVER 2000》课程实训中，一般要求学生能根据一个实际需求完成一个数据库系统的设计与实现。它强调从需求分析、数据搜集、数据整理、系统设计到系统实现全过程的参与。对初学者来说，应该根据实训情况，科学合理的将它可以分成若干个小的模块或任务，直到每个小的模块或任务可实现具体的操作或执行为止；具体做什么系统由学生自主确定，当然系统的可用性必须参照现实中的操作性，功能不能过于简单；系统基本的功能如：增加数据、修改数据、数据查询等功能是必须实现的；如：设计“成绩管理系统”，教师可以引导学生通过联系实际不断地提出问题：成绩管理需要管理学生信息，包括学生信息管理模块：学生基本信息管理、课程信息管理、成绩信息管理模块、成绩统计打印等。同时把班上的学生分成若干组（6-8组），每组（5-8人）比较合适，并设组长。这样、通过一步步诱发学生参与任务的热情，学生学习的动机便得到不断的维持与加强。
2 “任务驱动”的设计应满足学生与课程的内在需求
在“任务驱动” 的实训中,所设计的任务能否满足学生与课程的内在需求是整个实训过程中的核心，所以任务的设计要具备两个特征：
（1）承接性。设计任务时应进行周密性考量，尽量把学过的专业知识、技能且与本次任务相关的和即将要学的知识组成一个有机的整体，这样学生在任务的实施过程中既能体会温故而知新的快乐，又能收获学习新知识的成就；同时在设计任务时还需要考虑到留给学生一定的扩展空间,这样才会有利于培养学生的探索意识。
（2）实用性。任务必须能够通过实训来完成,应尽量避免设置一些抽象、空洞或完全理论化的任务；若想任务具有吸引力,任务必须具体化、实用化；驱动任务实用性对学生来说是最直观的感受,有了直观的感受，学生才会积极主动的去参与,如果学生对你设计的任务感到空洞,那该任务的设计从某一程度来说也是失败的,所以设计的任务必须让学生有直观感受，具有跃跃欲试的吸引力。
例如，由于讲授《网站设计及应用》课程之前，学生们已经学习过《WINDOWS 网络应用服务管理》和《SQL Server 2000 数据库技术及应用》；所以在《网站设计及应用”》的综合实训中，基于驱动任务设计必须满足上述两个基本特征，我让学生们组建一个含在线评论、 图片浏览等功能的QQ个人主页简易网站，版式及其它具体内容不限，但能够在实训室内以域名形式访问自己的网站，且网站的更新能够通过实训室内网络进行完成。这样的任务设计能巧妙地使学生把以前学过的“使用IIS搭建Web网站”、“使用IIS搭建FTP服务器”、“配置DNS服务器及DNS客户机”、“数据库后台技术”等主要知识技能与动态网页设计技术中所要求掌握的“ Web 与SQL Server 的连接方法”、“网页脚本中如何嵌入SQL 命令”、“如何在网页中动态生成表格”、“网页内容如何分行显示及翻页”等结合应用起来，形成一个具备承接性与实用性的驱动任务，既给学生们带来一份直观的感受，又满足了计算机专业课程教学的内在要求。
3 引导学生剖析“任务驱动”，提出并解决自己的问题
在实训中，我们必须有意识地培养学生剖析任务、分解任务、解决任务的习惯。一个成功有效的“任务驱动”从知识点的角度上来分析，除了趣味性、直观及实用性外，往往可以分解成细小的任务，但这些细小的任务又组合成“任务驱动”的整体，彼此独立而又不缺乏联系。所以，当学生面对任务时，首先引导学生剖析“任务驱动”包含有哪些专业知识与技能，从知识与技能的应用方面出发，分类归纳出哪些任务是对已学习知识与技能的应用并认真权衡自己的认知水平及应用能力，哪些任务对自己来说是全新的或不能及时解决的，通过剖析任务，形成自己的“问题任务”，带着问题去寻求解决任务的方式方法。
例如,在进行有关《电子商务技术》的实训中，要求学生组建网上交易仿真平台。引导学生先浏览淘宝网或电信电话费在线充值的网站，再让学生分析出本次任务包含：动态网站的组建、SQL在网页中嵌套、网上交易。而网上交易对学生而言是本次“任务驱动”新知识的应用即电子货币、数字证书、EDI 等的应用；学生必须把刚学的Windows Server 2003 中的数字证书的一些知识点应用于自己的任务中。又如在《Visual Basic 6.0程序设计》的实训中，以“德育管理系统”为例，针对学生违纪事件的录入、查询与编辑等功能，涉及表、视图、查询、调用存储过程以及窗体等对象的认识、理解与操作；在编辑学生记录窗口中有学生的照片，学生就会涉及到VB中的图像控件不能与SQLServer2000表中的Image字段直接绑定，但可以将图像控件的Picture属性设置为某个磁盘文件的知识内容等。因此，在实训中开展“任务驱动”教学，必须引导学生剖析任务、分解任务、解决任务，找到各个任务的突破点、结合点，使学生的思路始终围绕任务运转起来，从而达到在任务驱动下，有目的，有效率的实训。
4 “任务驱动”要敢于打破传统课堂实训的限制
由于计算机学科中的很多知识与技能，在理论上显得抽象，只有通过实训来验证，加深对其的理解与体会。所以，“任务驱动”的开展就显得尤其必要，但是有些任务的开展在传统的课堂实训环境中却很难有层次地实施。例如，针对《无线网络的组建》中有关“无线路由器的应用”，在传统课堂实训环境中，学生对信号的稳定、加密，信道的选择、信号的有效距离、无线分布式系统（WDS）间信任与通讯等难得有亲身的体会。为了学生深刻体会无线路由器在网络扩展中的应用，设计了“有线网络1―无线路由模块―有线网络2”的实训任务；实训地点设在离有线网络1的直线距离达一千多米的休闲草地上，并搬来10多部电脑，3-5人为一组；实训大楼第5楼且面向休闲草地的外墙上安装了B-LINK路由器1，用来把有线网络1以无线信号的方式发送出去，在休闲草地上以无线路由器2为中心搭建有线网络2；通过这样的“任务驱动”，学生不仅对无线信号的稳定、加密、信道的选择、信号的有效距离、无线分布式系统等有所顿悟，更重要的是对无线分布式系统间信任模式的三种选择（懒人模式、桥接模式、中继模式）区别、路由器WAN口的设置、哪个路由器中DHCP的开启与否有了切身的感受；摆脱了传统课堂实训开展“任务驱动”的限制，带给学生赏心悦耳的实训感受，把 “任务驱动” 教学法在实训中的优势表现得淋漓尽致。
5 采用学习效果评价体系来权衡实训中的“任务驱动”
在计算机实训中开展“任务驱动”教学法，当学生完成了实训的阶段任务后，它的效果如何，不妨采用学习效果评价体系来作出权衡。可围绕学生反思问题的解决过程即学生自我评价、学生间相互评价、教师点评三个方面进行点评，同时教师的点评以表扬鼓励为主，同时挑选出几个有代表性的完成的任务，对他们的任务成果进行展示、分析、归纳。一般可采取以下几个步骤进行：
首先，让学生介绍自己在整个“任务驱动”过程中的实施情况，对自己的任务进行评述，有哪些优缺点或提出完善的措施。
其次，学生间对彼此所完成的任务进行质疑，交流任务完成过程的心得体会，同时学生间可推荐他们公认的榜样，与教师的推荐榜样作出纵横对比。
最后，教师根据“任务驱动”过程中学生的完成情况、出现的典型问题等作出点评，引导学生作出归纳与总结，同时注明任务中需要完善的内容及方向。
6 总结
中职教育实际上就是实训教育，计算机实训教学中实施的“任务驱动”教学法，能充分体现学生以任务驱动为动力、教师为引导、学生主动参与的学习过程。因此，教师必须进行角色转换，在计算机实训教学中积极推广“任务驱动”教学法，为社会培养出具有实际动手能力的一线技能人才。
参考文献
[1] 梁红.计算机“任务驱动”教学法的运用原则[J].广西教育,2007.7.
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【关键词】 NET 办公自动化 B/S SQL
OA系统是将现代化办公和计算机网络功能结合起来的一种新型的办公方式。本办公自动化系统是基于网络条件下，为了实现办公无纸化和自动化设计和开发的，系统功能贴近单位办公实际需求，在操作上简单规范容易上手，数据统一用一个数据库存放，实现了数据的共享。系统在内网实现资源共享，统一数据库管理，用户可以自由的通过局域网方便的访问办公自动化系统，而不必在安装任何客户端软件，提高了系统的安全性、可维护性和可扩展性。系统设计的主要思想是数据服务器集中存储用户的信息和各个应用模块的信息，然后通过统一身份认证服务实现对用户的集中管理、集中认证和统一授权。
从构架结构上来讲，采用基于三层架构设计思想，遵循统一数据出口和统一数据入口的原则提供共享机制。通过对上层应用服务的请求，调度下层业务逻辑及其相关业务系统的资源，完成以事件为驱动的工作流和数据流的运行。系统从逻辑上可划分为表示层、业务逻辑层、数据访问层。当系统应用改变时，只需更新服务器上相应的应用组件，用户就可以使用新的业务处理逻辑，避免了用户端应用程序版本控制和更新的困难。
系统依附网络使用，让办公管理更为方便快捷，切实解决公司信息及其传递的数字化，改变办公方式、减轻员工劳动强度、减少办公成本。系统是基于J2EE架构的B/S分布式系统。系统主要由个人办公、综合办公、人力资源、系统管理几个模块构成。本系统的功能模块图如（图1）所示。
办公自动化系统主要实现用户办公规范化、自动化。首先，用户利用注册并按照角色分配好权限的账号登录本系统，系统按照检测到的用户身份登录相关界面，用户获得对应界面模块的操作权操作本系统，用户端不需要安装任何客户端。
（1）系统功能的划分：下面，将详细介绍系统中各个功能模块的主要功能。
1）个人办公模块：个人办公模块包括个人资料、内部邮件。个人资料模块主要包括用户个人信息的设置与修改包括密码、联系方式等；内部邮件的发送、接收、保存、删除。个人办公模块即保障了用户帐号的安全也方便用户之间工作联系和工作任务的完成。2）综合办公模块：该模块主要包括对公文和公告的管理。公文办理主要分为待办公文、已办公文、档案查阅。主要为了完成公文的拟制、审批、查询等功能；公告管理主要是公告的与管理，实现公司通知、信息的快速传达。综合办公模块方便了各部门协调工作和信息的传达，提高了办事效率。3）人力资源模块：该模块主要包括请假和组织机构两部分。公出（请假）单模块主要包括填写公出（请假）单、待审核公出（请假）单、查询公出（请假）单；组织机构可以查看全校各部门人员、职务、分工。4）系统管理模块：该模块包括用户管理和角色管理两部分。用户管理主要用于用户的添加、修改、删除以及权限的分配；角色管理用于权限的分组，用户权限的获得主要是来自角色组权限。权限的不同决定了可操作模块的区别。
（2）数据库设计。
数据库设计是指根据用户的需求，在某一具体的数据库管理系统上，设计数据库的结构和建立数据库的过程。本系统使用SQL数据库管理系统，采用关系数据库模式。关系型数据库的规范论是数据库设计的理论基础，其目的是研究关系模式中各个属性之间的依赖关系及其对关系模式的影响。
本系统数据库设计使用的是ERA方法，ERA方法基本思想是：在将一个组织的有关数据组成为数据库管理以接受的模式之前，先设计一个与数据存储结构、存取方式无关的概念性数据模型，然后将其转换成数据库管理系统上的数据模式。该方法包括三个组成部分，即表示现实客观事物的实体、实体之间的关系、实体或者联系之间的属性。
本章首先介绍了系统的总体设计，给出了系统总体设计产生的功能模块图。然后，根据总体功能模块图，介绍了系统功能的划分。合理地划分好功能模块后，又详细介绍了各个功能模块和子模块的设计。数据库设计是应用中最重要的一部分。首先介绍了数据库设计的一些基本知识和经验，然后据此设计得到了本系统的E-R图，并对此进行了详细描述。
参考文献：
[1]李天平.NET深入体验与实战精要[M].北京：电子工业出版社，2009.
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1变电站自动化系统的基本结构及特点
1.1 集中式系统结构 集中式一般采用功能较强的计算机并扩展其I/O接口，集中采集变电站的模拟量和数量等信息，集中进行计算和处理，分别完成微机监控、微机保护和自动控制等功能。由前置机完成数据输入输出、保护、控制及监测等功能，后台机完成数据处理、显示、打印及远方通讯等功能。此类结构对监控主机的性能要求较高，且系统处理能力有限，开发手段少，系统在开放性、扩展性和可维护性等方面较差，抗干扰能力不强，该结构在早期自动化系统中应用较多，目前国内许多的厂家尚属于这种结构方式。
1.2 分布式系统结构 按变电站被监控对象或系统功能分布的多台计算机单功能设备，将它们连接到能共享资源的网络上实现分布式处理。其结构的最大特点是采用主、从CPU协同工作方式，各功能模块如智能电子设备（Intelligent Electronic Device，IED）之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，将变电站自动化系统的功能分散给多台计算机来完成。各功能模块（通常是多个CPU）之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，选用具有优先级的网络系统较好地解决了数据传输的瓶颈问题，提高了系统的实时性。 其结构方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块正常运行。该模式在安装上可以形成集中组屏或分层组屏两种系统组态结构，较多地使用于中、低压变电站。分布式变电站综合自动化系统自问世以来，显示出强大的生命力。但目前，还存在在抗电磁干扰、信息传输途径及可靠性保证上的问题等。
1.3 分散（层）分布式结构 分散（层）分布式结构采用“面向对象”设计。所谓面向对象，就是面向电气一次回路设备或电气间隔设备，间隔层中数据、采集、控制单元（I/O单元）和保护单元就地分散安装在开关柜上或其他一次设备附近，相互间通过通信网络相连，与监控主机通信。目前，此种系统结构在自动化系统中较为流行，主要原因是：①现在的IED设备大多是按面向对象设计的，如专门的线路保护单元、主变保护单元、小电流接地选线单元等，虽然有将所有保护功能综合为一体的趋势，但具体在保护安装接线中仍是面向对象的；②利用了现场总线的技术优势，省去了大量二次接线，控制设备之间仅通过双绞线或光纤连接，设计规范，设备布置整齐，调整扩建也很简单，成本低，运行维护方便；③系统装置及网络鲁棒性强，不依赖于通信网和主机，主机或1台IED设备损坏并不影响其它设备的正常工作，运行可靠性有保证。系统结构的特点是功能分散，管理集中。
分散（层）分布有两层含义：其一，对于中低压电压等级，无论是I/O单元还是保护单元皆可安装在相应间隔的开关盘柜上，形成地理上的分散分布，如文献[2]所示的系统；其二，对于110kV及以上的电压等级，即使无法把间隔单元装在相应的开关柜上，也应集中组屏，在屏柜上明确区分相应间隔对应的单元，在物理结构上相对独立，以方便各间隔单元相应的操作和维护。
2变电站综合自动化系统应能实现的功能
2.1 微机保护：是对站内所有的电气设备进行保护，包括线路保护，变压器保护，母线保护，电容器保护及备自投，低频减载等安全自动装置。各类保护实现故障记录、存储多套定值、适合当地修改定值等功能。
2.2 数据采集 ①状态量采集：状态量包括：断路器状态，隔离开关状态，变压器分接头信号及变电站一次设备告警信号等。目前这些信号大部分采用光电隔离方式输入系统，也可通过通信方式获得。保护动作信号则采用串行口（RS-232或RS485）或计算机局域网通过通信方式获得。②模拟量采集：常规变电站采集的典型模拟量包括：各段母线电压，线路电压，电流和功率值。馈线电流，电压和功率值，频率，相位等。此外还有变压器油温，变电站室温等非电量的采集。模拟量采集精度应能满足SCADA系统的需要。③脉冲量：脉冲量主要是脉冲电度表的输出脉冲，也采用光电隔离方式与系统连接，内部用计数器统计脉冲个数，实现电能测量。
2.3 事件记录和故障录波测距 事件记录应包含保护动作序列记录，开关跳合记录。其SOE分辨率一般在1～10ms之间，以满足不同电压等级对SOE的要求。变电站故障录波可根据需要采用两种方式实现，一是集中式配置专用故障录波器，并能与监控系统通信。另一种是分散型，即由微机保护装置兼作记录及测距计算，再将数字化的波型及测距结果送监控系统由监控系统存储和分析。
2.4 控制和操作闭锁 操作人员可通过CRT屏幕对断路器，隔离开关，变压器分接头，电容器组投切进行远方操作。为了防止系统故障时无法操作被控设备，在系统设计时应保留人工直接跳合闸手段。操作闭锁应具有以下内容：①电脑五防及闭锁系统②根据实时状态信息，自动实现断路器，刀闸的操作闭锁功能。③操作出口应具有同时操作闭锁功能。④操作出口应具有跳合闭锁功能。
2.5 同期检测和同期合闸 该功能可以分为手动和自动两种方式实现。可选择独立的同期设备实现，也可以由微机保护软件模块实现。
2.6 电压和无功的就地控制 无功和电压控制一般采用调整变压器分接头，投切电容器组，电抗器组，同步调相机等方式实现。操作方式可手动可自动，人工操作可就地控制或远方控制。
无功控制可由专门的无功控制设备实现，也可由监控系统根据保护装置测量的电压，无功和变压器抽头信号通过专用软件实现。
2.7 数据处理和记录历史数据的形成和存储是数据处理的主要内容，它包括上一级调度中心，变电管理和保护专业要求的数据，主要有：①断路器动作次数②断路器切除故障时截断容量和跳闸操作次数的累计数③输电线路的有功、无功，变压器的有功、无功、母线电压定时记录的最大，最小值及其时间。④独立负荷有功、无功，每天的峰谷值及其时间⑤控制操作及修改整定值的记录，根据需要，该功能可在变电站当地全部实现，也可在远动操作中心或调度中心实现。
2.8 系统的自诊断功能：系统内各插件应具有自诊断功能，自诊断信息也象被采集的数据一样周期性地送往后台机和远方调度中心或操作控制中心。
2.9 与远方控制中心的通信 本功能在常规远动‘四遥’的基础上增加了远方修改整定保护定值、故障录波与测距信号的远传等，其信息量远大于传统的远动系统。根据现场的要求，系统应具有通信通道的备用及切换功能，保证通信的可靠性，同时应具备同多个调度中心不同方式的通信接口，且各通信口及MODEM应相互独立。保护和故障录波信息可采用独立的通信与调度中心连接，通信规约应适应调度中心的要求，符合国标及IEC标准。
2.10 防火、保安系统。从设计原则而言，无人值班变电站应具有防火、保安措施。
3 变电站综合自动化系统的现状及发展
变电站综合自动化在一些新建变电站的运行中表明其技术先进、结构简单、功能齐全、安全可靠，经过十多年的发展已经达到一定的水平，在我国城乡电网改造与建设中不仅中低压变电站采用了自动化技术实现无人值班，而且在220kV及以上的超高压变电站建设中也大量采用自动化新技术，从而大大提高了电网建设的现代化水平，增强了输配电和电网调度的可能性，降低了变电站建设的总造价。
