输电线路无线专网管理系统的研究与实现

周秀萍，张涛，雒宏礼，王倩

(1.国网宁夏电力公司电力科学院，宁夏 银川 750002，2.亿江(北京)科技发展有限公司，北京 100176)

0 引言

输电线路在线监测作为我国智能电网工程中的重要环节，已经被国家电网公司予以高度重视。输电线路在线监测的目的只是保障电力线路的安全运行。现阶段，无线专网通信技术凭借着本身高可靠性、高带宽、维护量少、开通速度快、成本低等显著优势，成为输电线路在线监测系统的主要网络设备。输电线路在线监测目的是保障电力输电线路的安全运行，系统通过各种传感器技术，通信技术，信息处理技术实现输电线路运行状态的感知、预警、分析、评估等方面［1］。

图1 系统结构图

输电线路监测系统采用在监测杆塔节点上安装高清视频摄像头，无线专网设备采用点到点、点到多点拓扑及其组合方式将输电线路监测信息及数据回传到各个变电站，变电站通过光纤网络将信息回传到总部的监测系统中。在输电线路监测系统运行过程中，需要展示在线监测系统中的无线专网拓扑结构及设备运行及连接情况，输电线路无线专网管理系统是专门为输电线监测网络运行环境设计和开发的网络管理软件，它可以实现保障设备正常运行，监测设备运行状态，查看设备拓扑结构，设计输电线路无线监测节点等功能［2］。

本文提出一种输电线路无线专网的网络管理的方案设计，具有资源管理、拓扑管理、GIS信息展示、性能管理、故障管理、安全管理等功能。

1 系统结构设计

本系统具备功能强大的网管系统，用户可以通过各种基于Web，SNMP的管理方式，远程管理、监视系统、采集告警信息或优化链路性能，对输电线路的网络通路进行实时监测控制［3］。

系统网络结构如图1所示。

(1)在总控中心设置输电线路无线专网网管软件子系统(包括网管服务器、网管数据库和网管客户机)，完成对无线专网设备及路由拓扑设备的管理，由网管服务器以接口组件、数据库和SNMPMIB库等多种方式向上层网管系统提供接口。

(2)监控中心，在国网监控中心可设置监控中心，对无线专网设备的运行状态，链路状态，性能指标等数据进行监控，并通过报警管理平台处理告警信息。

(3)网管客户端，通过光纤或者其他方式接入总控中心的网管服务器，可根据权限展示设备状态及性能告警等信息。

(4)变电站接入终端，以光纤方式接入并连接到总控中心网管服务器。

(5)无线专网设备，对输电线在线状态及视频系统通过本设备无线方式回传到变电站汇聚节点，网管软件通过拓扑发现并管理无线专网设备。

系统根据拓扑结构分为中心服务器(CentralServer)、客户端(ClientN)，采集端(ProbeN)、JMS服务器(JMS Server)、数据库(DataBase)等部分组成，系统拓扑结构如图2所示。

图2 系统拓扑结构图

如图2所示，中心服务器(CentralServer)主要由资源(Resource)、拓扑(Topo)等模块组成，并通过采集代理模块(ProbeProxy)与采集端(ProbeN)通信，控制采集端对信息及数据的采集。通过数据接口(DataAccess)与数据库(DataBase)通信，对数据库进行操作。采集端(ProbeN)通过模块化操作(Business－Module)，采用SNMP协议，对设备数据进行采集。中心服务器(CentralServer)通过客户端(ClientN)的代理(ServerProxy)与客户端进行通信，并通过展示层(Scan、Topo GUI等)对信息进行展示及操作。消息服务器(JMS Server)控制用于在两个应用程序之间，在系统中发送消息，进行异步通信。

2 系统模块

2.1 资源管理模块

本模块以无线网络运维为基础，进行基于无线网络资源管理的应用研究，通过系统对网络资源进行管理，主要资源类型有设备、链路、服务、应用、业务等信息。用户可以通过综合资源服务系统查看已发现的所有资源的基本信息和实时信息，如资源名称、管理IP、MAC地址、型号、系统描述、端口信息、无线设备基础信息、无线设备Radio信息、无线设备Qos信息等，并可直接导出EXCEL格式。除此以外还可以手动添加新的资源设备、对已有资源信息进行修改及删除等操作。软件主要功能如下:

(1)通过地理地图信息展示输电线路节点元素的位置关系，并可编辑其相关属性;

(2)通过地理地图信息展示输电线路无线设备链接关系;

(3)展示无线资源名称、管理IP、MAC地址、型号系统描述等资源基础信息;

(4)动态展示无线资源各个端口类型、名称、使用率、速率、流出/进速率、丢包速率等端口信息;

(5)展示无线资源基础管理信息、Radio信息、QoS信息等无线资源专有信息;

(6)输电线节点杆塔信息的配置与统计。

2.2 拓扑管理模块

输电线路无线专网管理系统拓扑管理的目的是将网管系统所管理的网元之间的逻辑关系、网元的运行状态、网络资源使用情况等信息以图形方式概括呈现，并提供进一步访问网元信息的应用链接。

拓扑管理的最基本功能是用户能够根据目前的网络结构在拓扑图中手工增加、删除网元或网元之间的连接，能够修改拓扑图中呈现出的网元或网元间连接的属性［4］。

网络监视基于网络拓扑图进行，在性能、告警、配置等方面动态反映网络的变化。

本模块以无线通信网络、网络运维为基础，进行基于输电线路无线通信拓扑管理的应用研究，以组件技术、数据库技术作为支撑，全面掌握整个网络的真实拓扑，直观地反映设备的分布情况、负载状况和设备属性。软件的主要功能如下:

(1)完成从配置SNMP参数到自动发现整个网络内所有节点的管理;

(2)完成从智能分析到自动构建整个网络的真实物理的拓扑管理;

(3)根据无线设备的特点，完成不同类型无线设备的拓扑级联关系;

(4)获取子网信息并对子网资源进行管理;

(5)实现网络中IP地址信息的获取，IP资源的分配管理;

(6)展示网元发现过程中的异常设备，及异常原因;

(7)实现拓扑级联关系的自动拓扑发现，可定时发现新的无线网元设备，并在绘图中展示新网元与网络设备的拓扑关系。

拓扑管理模块软件流程图如图3所示。

图3 拓扑管理软件流程图

如图4所示，页面开启拓扑发现功能后，系统首先搜索规定范围内局域网内所有的无线设备，找到所有叶子节点的无线设备并加入队列，取出队列中一个无线设备，判断其是否有相关联的父节点，如果有构建链路，并加入到链路队列。如果没有继续取出下一个无线设备进行判断，最终完成队列中所有无线设备的判断。系统将通过前台展示界面展示所有无线设备的链路关系。

2.3 性能管理模块

性能管理是网络管理的一项重要功能，要求网管系统能够定义网元性能测量任务，并以适当的方式采集、存储、呈现性能数据。通过对各类性能数据的收集、实时监控、存储分析，对如何提高网络服务质量、网络资源的分配和规划提供基础数据和合理建议，达到对网元的性能进行监控、统计、分析和优化的目的［5］。

在接口规范中，性能管理的实现主要是针对各种性能分析参数及控制参量进行的，以产生相应的性能数据报告，性能数据相关的内容包括:当前性能数据、历史性能数据以及性能门限数据。该子模块主要包括检测任务管理和性能门限管理两大部分。用户通过设置采集周期、起止时间、采集对象等信息定制性能任务，定期收集网元类型、网元设备和性能指标的组合，通过计算一段时间内的算术平均、几何平均、中值、标准差等评价网络性能指标;门限设置对某一网元设备或网元类型的监测指标进行门限设置，当检测结果超过预设门限后系统将产生性能越限告警。

本模块以无线网络运维为基础，进行基于无线网络性能管理的应用研究，以组件技术、数据库技术作为支撑，全面掌握网络无线设备性能指标实时数据和历史数据，提供网络管理员对网络数据分析的依据。

性能管理软件流程图如图4所示。

图4 性能管理软件流程图

从图5可以看出，系统通过采集端采集设备性能指标数据，根据用户设定的性能数据门限进行判断，如果超过门限，产生告警，将采集数据及告警数据保存至数据库;如果未超过门限设置，直接将数据保存至数据库，用户可通过查询方式，查看设备性能指标历史数据及趋势图。

2.4 故障管理模块

系统自检及故障隔离:在系统启动时，会接收到被监控设备的注册请求，在注册完成后，如果发现有上次注册过的设备这次没有注册，向管理人员报告。如果网管软件不能和某支路的多个设备通信，通过分析，网管软件应能定位引发故障的准确位置和设备。

告警收集:采用两种告警收集模式相结合的方式:一种为传统的轮询检测设备方式，一种为设备故障主动上报方式，以提高响应速度。由前端设备根据策略进行分布式轮询和收集，大大提高了告警的实时性。野外和机房设备故障的最长响应时间不超过10 s。

告警提示和定位:支持屏幕显示、短消息、邮件、外接声光电大屏幕等多种报警方式。对于活跃告警可在操作界面中迅速找到该故障设备的详细信息和物理位置，并可在GIS中进行精确定位，以便运维人员及时做出反应，缩短故障处理时间。系统同时会将告警信息详细内容记录到数据库，以便用后查询。

本模块主要是面向IT运维服务，进行基于网络设备告警服务的应用研究，以组件技术、数据库技术作为支撑，全面管理网络设备告警信息。软件的主要功能如下:

(1)实现对系统中设备告警信息的管理;

(2)实现对产生告警的事件的管理;

(3)实现 trap信息管理;

(4)实现对告警通知的管理。

告警管理弹出设置软件流程图如图5所示。

图5 告警弹出设置软件流程图

图6所示为告警弹出设置软件流程图。告警弹出设置共有上三个操作:添加规则、删除规则、编辑规则。添加规则操作，首先选择是否弹出告警窗体，选择“是”，则进入添加告警弹出规则界面，可添加弹出规则，完成后选择应用告警弹出规则，该操作结束。编辑规则操作，首先选择已有规则，进行编辑规则操作后，应用告警弹出规则，该操作结束。删除规则操作，首先选择已有规则，操作删除该规则，该操作结束。

2.5 安全管理模块

安全管理是系统正常运行的基本保障，其主要维护各级用户对设备的监视和管控能力。在本系统中，安全管理子系统具备如下特点:

(1)多级管理域

支持按照行政管理级别组织的多层管理域来管理用户和用户组。实现按照行政管理层次组织的多级管理域增加、修改、查询和删除操作。

(2)统一管理用户资料

不同应用系统不再重复维护相同的用户资料，保证用户资料的唯一性和统一性，也是进行统一管控的基本要求。

(3)基于角色的管理

基于角色的权限管理模型，权限按角色分配，方便授权管理。

实现用户组信息的增加、修改、查询和删除操作，并对用户组具有的权限，隶属的管理域进行管理。一个用户组可以隶属于多个管理域以实现灵活的用户组管理。

实现用户信息的增加、修改、查询和删除操作，并对用户已有角色、隶属用户组、隶属管理域等信息进行管理。实现用户角色信息的增加、修改、查询和删除操作，并对用户已有角色进行管理。

(4)统一认证和并发认证

在使用统一认证鉴权功能的集成系统中，用户统一进行认证。

支持多用户同时连线认证，不限制使用认证服务的应用系统及数目。

(5)具有高安全性和良好的兼容性

使用TCP/IP协议通信，跨平台，跨语言实现通信。

系统采用多种数据加密手段，保证传输过程中的安全。

3 系统运行情况

系统具体运行情况，拓扑管理视图通过用户的可视化操作，可完成网元发现、网元数据管理、分组管理、网络拓扑发现等功能，全面实现输电线路无线专网设备的灵活网络拓扑深层管理。资源管理视图通过SNMP技术采集无线专网资源信息，并通过本系统对该资源信息的详细描述及基本状态的实时监控;同时，软件GIS地理信息的展示，实现了输电线路地理信息元素的管理及灵活展示，使用户更加直接确切的了解输电线路无线专网设备状态。性能管理视图通过多元的用户设置机制，实现用户对无线专网设备性能指标采集的周期设置及门限设置，最终通过动态折线图等方式实现性能指标的实时状态显示及历史性能监控统计。故障管理视图通过用户对告警模块的弹出、通知等设置，实现了告警信息的灵活展示及精确定位。

本系统在实际应用过程中可以对输电线监测系统中所有的无线专网设备进行实时监控，更清晰、准确的实现输电线路在线监测，更好的支持输电线路运行状态的感知、预警、分析、评估等工作。

4 结束语

本网络管理软件是针对输电线路的无线专网系统的实际网络应用需求及管理需求，专门设计与开发的一套集无线专网资源管理、拓扑展示、性能管理、故障管理、安全管理等功能于一身的综合性网管平台。随着输电线路无线专网规模不断扩大，对无线专网的有效管理也越来越重要。本系统将会在使用中不断完善自身功能，为输电线路监测人员提供更加丰富、可靠、准确的参考与支持［6］。

［1］ 张文亮，刘壮志，王明俊，等.智能电网的研究进展及发展趋势［J］.电网技术，2009，53(13):1 －11.

［2］ 李龙.基于无线快速组网的网络管理系统研究［J］.数字技术与应用，2013，31(3):125+127.

［3］ 戴鸿林，陶尊群.无线宽带系统在通信网建设中的应用［J］.农村电气化，2013，35(5):37 －38.

［4］ 王帅.基于集中型WLAN无线网络拓扑管理系统的设计与实现［D］.西安:西安电子科技大学工程硕士论文，2011.1.

［5］ 王倩.无线通信网络设备性能监控系统的研究与开发［D］.西安:西安电子科技大学工程硕士论文，2012.

［6］ 喻曦，郦苏丹，陈琳，等.一种无线网络管理系统方案设计［J］.计算机光盘软件与应用，2012，16(23):21－23.