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1、第 19卷第 3期计算技术与自动化Vol.19No.32000 年 9 月COMPUTINGTECHNOLOGYANDAU TOMATIONSept2000文章编号:10036199(2000)03009105收稿日期:20000625作者简介:刘宏(1963),男,副教授,研究方向:人工智能、分布式计算。分布式网络监控系统分析刘宏(湖南师范大学计算机系,长沙410081)摘要:本文系统分析了分布式网络监控系统(DNSS)。包括系统定义与功能、系统结构与组成、系统设计与技术。关键词:分布式网络;监控系统;监控对象中图分类号:TP393文献标识码:A1系统定义与功能随着通讯与网络技术的飞速发展及
2、行业(电信、电力、交通、金融等)管理业务需求,利用计算机网络与控制系统相联构成分布式网络监控系统势在必然。所谓分布式网络监控系统(DNSS):是在客观分布环境下,借助计算机网络技术,对其监控范围内的监控对象进行监控管理的信息系统。从上述概念中看出,分布式网络监控系统包含了如下三个方面的要素:2.1监控范围定义中的“监控范围”是由“网络”来体现的,是指任何一种类型的交互式信息运载的计算机互连系统。因此包括了利用通讯线将几台计算机的简单连接、局域网、广域网、国际互连网等。这说明系统应能适应各种不同范围的监控。2.2监控对象定义中的“监控对象”是指所需监控的各类物理设备及其所处环境与系统自身运行状态
3、。物理设备如电源设备、空调设备、油机设备、高低压配电设备、UPS 等;物理设备所处环境是指火警、盗警、温度、湿度、红外线探测、浸水、图象等;系统自身运行状态是指系统的通讯故障、采集故障等系统故障。这说明系统应能适应各种不同内容的监控。2.3监控管理定义中的“监控”是指对监控对象实现“三遥”,即遥测、遥信、遥控。是系统功能之一。另一功能是系统的管理功能,即对监控对象所采集的数据信息进行分析、统计,为维护人员排除故障提供准确的依据,在一定程度上实现故障的预测与预防。DNSS 的实质是把许多孤立自控机通过计算机网络互联起来,把单机(单板机、单片机、单微机)分散式独立监控方式变为多机(网络结点)分布式
4、关联监控方式,对生产过程形成统一的监控整体,其应用是非常广泛的,如动力设备与环境监控系统、城市交通控制系统、电网自控管92计算技术与自动化2000 年 9 月理系统等。2系统结构与组成分布式网络监控系统的体系结构如图 1 所示。图 1分布式网络监控系统结构从图中看出:系统呈现出多级层次结构,适应我国目前的行业多级汇总管理模式。2.1监控中心(Supervision Center)它是系统的神经中枢,负责监控与管理整个系统的生产过程。一方面所辖监控范围内的任何监控对象所发生的告警信息与系统本身的故障信息应能及时地反映到监控中心,同时它也能随时实现对监控对象的运行轨迹的跟踪与调整;另一方面它必须对
5、所收集的大量数据进行统计分析和管理,为决策提供科学依据。利用人工智能技术实现系统的告警预测与诊断,利用数据仓库技术分析大量历史数据得出有用信息是它今后的主要研究方向。监控中心一般由数据库服务器、通讯服务器、Web 服务器、多媒体监控平台、管理平台及网络设备所组成,用快速局域网互连。图 2数据流程图数据库服务器除了用于存储系统自身配置数据、实时监控数据、历史数据、管理系统等信息以外,还通过大型数据库自身提供的触发器、存贮过程、视图等措施来发挥高性能的后台数据处理,提高监控平台的数据处理能力与实时响应速度;通讯服务器是系统数据交换的通讯枢钮,除了对数据具有转发、广播功能以外,还具有一定的数据管理与
6、判断功能,记录系统的通讯状态,对告警信息、定点数据、骤变数据都要存入数据服务器;Web 服务第 19 卷第 3 期刘宏:分布式网络监控系统分析93器使得远程用户可利用 Internet 通过浏览器访问本系统;监控平台主要是对系统进行实时监控,对告警信息进行处理;管理平台是对数据进行统计分析得出有用信息,为决策人员提供科学依据。其数据流程图如图 2 所示。2.2监控站(Supervision Station)监控站的结构与功能同监控中心基本上是一样的,其区别在于监控中心提供的是全局应用,而监控站提供的是局部应用,且具有场地自治能力,包括数据的过滤与预处理。两者之间的联系是通过各自的通讯服务器进行
7、数据传递。正是有了监控站这一级,使系统具有很好的可扩展性,为扩展系统的处理能力提供了较好的途径。2.3监控单元(Supervision Unit)监控单元是直接对监控模块实施监控管理的基本单元,首先它必须能快速响应上级监控中心与监控站下达的监控命令,若是查看数据请求命令,则从监控模块所采集的监控对象的数据缓冲区提取相应的数据组包发回,若是控制命令,则必须转换为对相应监控模块的控制命令发送给它,实施对监控对象的实时控制,并将控制结果返回。除此之外,最重要的是必须对监控模块不断采集的新数据,对监控对象的告警情况、骤变情况、定点情况等进行信息分析,并实时主动地送至上级监控站与监控中心。图 3监控单元
8、拓扑结构图监控单元由前置采集机、网络通讯设备、多口智能通讯卡、监控模块等组成,其拓扑结构如图 3 所示。前置采集机一般采用工控机,具有较强的抗干扰能力,能长时间保持运行稳定。利用多口智能通讯卡可提供多条 RS485 总线,每一条总线上可挂多个监控模块,来实现数据采集的并发,以加快数据采集的速度。监控模块通过地址码来识别前置采集机下达的采集命令,并将采集的数据整理打包送回前置采集机,前置采集机将根据监控模块配置信息对数据包进行分解与分析判断,确定监控元的告警情况、骤变情况、定点采集等。2.4监控模块(Supervision Model)监控模块采用典型的单片机技术构成,直接对监控元实时采集与控制
9、,要求有较高的实时性与稳定性。在它不断地进行对监控元实时采集的过程,能快速识别并响应前置采集机下发的采集与控制命令,最好的办法是采用中断方式,例如可采用串行口的校验方式的切换产生监控模块中断信号,监控模块在处理中断程序中识别命令中的地址码,若与监控模块地址相符,则按通讯约定格式将监控元数据组包送回或执行控制动作。由于监控模块所监控的对象(如交流屏、供电池)不同,就存在着不同类型的监控模块,所监控的内容与数量也不同,采集命令、采集数据返回包也不同。94计算技术与自动化2000 年 9 月2.5监控元(Supervision Element)监控元是监控模块所监控的元素。分为三类:模拟元、状态元、
10、控制元。模拟元是具有数值性质的元素,如电压、电流、温度、湿度等,它的采集值是模数值,必须转换成物理值,所以模拟元的信息特征一般包括有:初始值、比例系数、单位、上限与下限、告警级别等。状态元是具有有限状态集的元素,如闸刀的断开/连通、火警的有/无、门禁的关/闭等,它的采集是用数值反映的,为了反映它的真实状态,状态元信息特征一般要有:告警状态、状态图标、状态提示、告警级别等。控制元是具有遥调与遥控性质的元素,如空调设定温度、开/关机等,这都是通过控制命令来实现,在控制命令中,包括有:命令类型值(设定值或状态值)等信息。3系统设计与技术3.1监控层次按监控地域可划分为多个监控区,监控区划分为多个监控
11、局,监控局又分为多个监控组,监控组可包含多个监控对象,监控对象拥有多个监控元。正是这种层次划分,很自然地采用“监控监控局监控组监控对象监控元”的逻辑结构,在这种结构中,任何监控元都固定不变地置于第五层上,监控“监控元”的数据仅具有纵向能力,但是如果用户要求将某监控区的同类监控对象组成专业监控平台、某区的同类监控元集中监控等,这都将无法实现,这说明该结构不具有横向处理能力,不具备对数据处理的灵活性与对用户要求的适应性。实际上,我们把监控系统看成是由多个“层次”组成的,一个“层次”是由多个“组”与多个“监控元”组成,而“组”可以是一个监控区或监控局或监控组或监控对象。监控系统呈现出一个树型结构。这
12、种结构具有纵横双向处理能力、系统伸缩性强、灵活而简单。把“监控元”分为“主监控元”与“次监控元”,“主监控元”是用户需要特别关注的监控元,一般采用形象图示进行显示,除“主监控元”以外的是次监控元,一般采用列表文字显示。3.2通讯机制在系统中,主要存在着两类数据的通讯:一类是监控平台实时监控到层次结构中某一层次的监控元时,监控平台必须按监控单元(SU)对监控元进行分类组包,周期地发送给通讯服务器,由通讯服务器转发给各个监控单元,监控单元接收到这种实时数据显示请求包时,继而对实时采集数据进行提取,并按来包次序组成实时数据显示请求返回包发回给通讯服务器,再由通讯服务器转发给监控平台,由监控平台进行实
13、时刷新显示;另一个类是监控元周期地对监控元的实时采集数据进行分析、整理,若发现监控元的告警信息、骤变信息、定点信息等,则主动将这些信息组包,发送给通讯服务器,通讯服务器将它们分类,除了必须存入数据库供管理平台使用以外,其中的告警信息还要转发给监控平台。同时通讯服务器还必须监控系统的通讯情况与时钟校准功能,同样也要存入数据库与发送给监控平台。3.3采集机制监控系统的实时性取决于采集系统的采集周期,采用什么机制去缩短采集周期是关键技术问题,由于监控单元大多采用多串口 RS485 总线结构,因此采用多线程技术,每一个线程服务于一个串口,在线程内仅仅负责按 RS485 总线所挂监控模块依次发送采集命令
14、,将监控模块返回的原始数据包存入公用缓冲区,供分析模块调用。分析模块需要两个表:模块原始数据第 19 卷第 3 期刘宏:分布式网络监空系统分析95分解信息表与模块通道数据说明信息表,模块原始数据分解信息表反映的是对模块返回的原始数据包如何进行分解,以取得该模块所监控的通道采集值,分解信息一般包括:通道号、通道类型、取数位置、取数长度等。模块通道数据说明信息表反映的是对模块的通道采集值如何进行转换,以取得其实际物理值,说明信息一般包括:通道号、通道类型、初始值、换算比例、最大/最小值、变化率、单位、告警级别等。分析模块根据这些信息能判断监控对象是否有告警情况、骤变情况、定点情况发生,并送至监控站
15、与监控中心的通讯服务器。参考文献:1 Frank J.Derfler,Jr 编著.计算机互连大全 M.电子工业出版社,1992.2 俞盘祥编著.ORACLE 数据库系统基础 M.清华大学出版社,1986.3 周明天,汪文勇编著.T CP/IP网络原理与技术M.清华大学出版社,1995.4 倪鹏云编著.计算工机网络系统结构分析M.国防工业出版社,1996.(上接第 63页)用户来说,他所要做的仅仅是给出发生某种操作的消息(如:通过鼠标的点击),而至于这种操作具体去调用什么,怎样调用,用户可以完全不予关心。因此,封装不仅屏蔽了复杂度,提高了代码的质量,同时使得维护变得容易,也使得企业逻辑与用户界面
16、实现了分离。3.4PowerBuilder 中的多态性多态性允许每个对象以适合自身的方式去响应共同的消息,它增强了操作的透明性,可理解性和可维护性。在 PowerBuilder 中,几个不同种类的对象具有相同名字的方法,则每个对象为该方法提供不同的实现过程。一个典型的例子就是 Print 方法,在窗口和数据窗口中都有这个方法,而显然,两者的实现不是同的。PowerBuilder 是一个用来进行客户机/服务器开发的完全的可视化开发环境,它充分利用了面向对象技术的基本思想和方法,为 C/S 应用程序的开发提供了强有力的支撑环境。参考文献:1 王燕.面向对象的理论与 C+实践 M .清华大学出版社,
17、1997,348.2Bill Hatfield著,史森等译.PowerBuilder5 应用程序开发指南M.清华大学出版社,1997,408470.3 李奇,常方.PowerBuilder开发技术与应用H.清华大学出版社,1997。108.(上接第 83页)的分布式共享,这些部分已有别文论述 3,4,限于篇幅,在此不再一一说明。4结语上述方法在大型钢铁企业 CIMS 设计与实施中得到了验证,项目自国家验收到现在已近两年,从运行效果来看,效率是相当高的而且维护起来也很方便。参考文献:1 尹朝万等.CIMS环境下开放分布处理系统研究与实现J.计算机集成制造系统,1997,6(3).2 华宏鸣等.关于在我国企业中实施 CIMS 的研究J.计算机集成制造系统,1997,6(3).3 郑瑾,张祖平.大型关系数据库系统的完整性控制及具体实现 J.中国有色金属学报,1997,9(3).4 郑瑾,张祖平.ORDBM 与 RDBMS 完整性控制技术的比较 J.计算技术与自动化,1999,9(3).