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(1)網(wǎng)絡(luò)通信綜合監(jiān)控子系統(tǒng)
在綜合網(wǎng)管系統(tǒng)設(shè)計研究中,網(wǎng)絡(luò)通信綜合監(jiān)控子系統(tǒng)具體包括告警配置管理、告警管理以及性能信息管理。該系統(tǒng)的主要功能是采取協(xié)議轉(zhuǎn)換的方式來實現(xiàn)對系統(tǒng)智能設(shè)備的告警信息檢測,智能設(shè)備主要是指電源、傳輸/接入以及交換等設(shè)備;采取直采方式可以實現(xiàn)對系統(tǒng)中非智能設(shè)備的告警以及環(huán)境質(zhì)量檢測。將系統(tǒng)綜合監(jiān)控子系統(tǒng)中的監(jiān)控信息接入相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備中可以實現(xiàn)對系統(tǒng)的遠(yuǎn)程配置,而利用省級供電公司與地市供電公司的系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)則可以實現(xiàn)兩者之間的監(jiān)控信息共享,充分體現(xiàn)了監(jiān)控信息在整個地區(qū)的應(yīng)用價值。另外,綜合監(jiān)控子系統(tǒng)可以對監(jiān)控數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存、配置以及處理,并以語音、列表、圖形以及短信等多種形式將監(jiān)控信息呈現(xiàn)出來,實現(xiàn)了對監(jiān)控信息的有效查詢以及統(tǒng)計。
(2)通信資源管理子系統(tǒng)
該功能模塊主要包括拓?fù)涔芾?、資源數(shù)據(jù)管理、高級應(yīng)用及配置信息管理等,其中高級應(yīng)用則是指方式調(diào)度管理、資源統(tǒng)計分析、檢修預(yù)處理、故障智能判斷等等。利用通信資源管理子系統(tǒng)可以實現(xiàn)配置管理、資源管理以及拓?fù)涔芾淼?,同時還可通過資源管理子系統(tǒng)對資源使用趨勢、資源利用率、各類資源的相關(guān)性以及資源負(fù)荷預(yù)警進(jìn)行有效分析。另外還可以實現(xiàn)對系統(tǒng)設(shè)備裝置、運(yùn)行以及安全性等三項制度分析。就通信資源管理子系統(tǒng)而言,要實現(xiàn)上述多重功能,其重點在于通信資源建模與資源動靜態(tài)管理。首先,在通信資源建模過程中,應(yīng)遵循三方面原則,第一是通信資源模型的建立要具有全面性,應(yīng)該覆蓋整個省市電力通信網(wǎng)的多種資源類型;第二,電力通信資源模型中的資源命名要規(guī)范統(tǒng)一,在命名過程中應(yīng)參考相關(guān)規(guī)范,并全面考慮上下級綜合網(wǎng)管系統(tǒng)資源的共享性與互聯(lián)性,并結(jié)合綜合管網(wǎng)實際運(yùn)行情況在建模過程中遵循唯一性、統(tǒng)一性以及可擴(kuò)充性原則;第三,在通信資源模型設(shè)計過程中應(yīng)參考TMF608、TMF513、ITU-TG.744等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),保證資源管理建模的規(guī)范性與可行性。通常情況下良好的通信資源模型應(yīng)是清晰的資源層次分支樹,并符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備布局。
(3)結(jié)語
長期以來,配、用電通信網(wǎng)一直是電網(wǎng)運(yùn)營支撐系統(tǒng)的一個薄弱環(huán)節(jié),制約了城市電網(wǎng)自動化控制和管理水平的提高。主要有以下問題:(1)配用電通信網(wǎng)覆蓋率低?!笆濉逼陂g,電力通信網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)主要以不同電壓等級變電站和各網(wǎng)省市公司本部通信為主,配用電通信基本沒有獨(dú)立成網(wǎng),也沒有充分發(fā)揮電力通信專網(wǎng)統(tǒng)一技術(shù)平臺的優(yōu)勢。(2)缺乏相應(yīng)的技術(shù)策劃指導(dǎo)。雖然各地區(qū)公司都在各自研究探索適合自身應(yīng)用的既經(jīng)濟(jì)又有效的通信模式,但還沒有一種合適的通信技術(shù)能夠很好地解決目前配、用電通信難題,而且相關(guān)的技術(shù)政策指導(dǎo)也不明確。(3)配、用電通信管理職能不明確?,F(xiàn)有的調(diào)度通信管理職責(zé)設(shè)在調(diào)度部門,但配用電生產(chǎn)管理是營銷和生技部門,部門之間在規(guī)劃建設(shè)方面缺乏統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。電通信網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)管理人員嚴(yán)重不足。配、用電側(cè)通信網(wǎng)是點多面廣,維護(hù)量大,需要配備一定數(shù)量并具備一定專業(yè)知識的通信檢修人員才能滿足通信系統(tǒng)正常運(yùn)行。
2需求分析和預(yù)測
孝感供電公司配電網(wǎng)各數(shù)據(jù)采集點采用ONU將信息傳送到最近的有光纖資源的OLT站點,通過光纖以太網(wǎng)傳回主站。配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)涉及主城區(qū)及7個縣市公司77個變電站(包括規(guī)劃在建變電站)所對應(yīng)的10kV饋電線路上所有開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、柱開、箱變、配電室、柱上變等配網(wǎng)結(jié)點。對這些配網(wǎng)結(jié)點的一次設(shè)備進(jìn)行升級改造,增加DTU/FTU等監(jiān)測控制設(shè)備,在局端構(gòu)建主站系統(tǒng)等。配用電通信網(wǎng)主要承載業(yè)務(wù)可分為基礎(chǔ)業(yè)務(wù)和擴(kuò)展業(yè)務(wù)兩類。
2.1基礎(chǔ)業(yè)務(wù)
配電自動化配電及變電站監(jiān)控、饋線自動化對于通信速率要求不高,300bit/s可以滿足要求。電力負(fù)荷控制采用GPRS/CDMA等公網(wǎng)方式的可做到主動上報。負(fù)荷監(jiān)控對于通信速率要求較低。遠(yuǎn)程自動抄表遠(yuǎn)方抄表和計費(fèi)系統(tǒng)對通信速率的要求較低,一般采用集中器對幾百戶居民電能表數(shù)據(jù)匯集打包的方式進(jìn)行傳輸,每日96點,每15min傳一次,基礎(chǔ)字長按1kbit計算。
2.2擴(kuò)展業(yè)務(wù)
電動汽車充電站測控信息電動汽車充電站信息接入帶寬比照公變檢測、負(fù)荷監(jiān)控的帶寬需求。每日96點,每15min傳一次,每次傳輸數(shù)據(jù)包按1kbit計算。分布電源測控信息分布電源接入帶寬比照配電及變電站監(jiān)控通信速率要求,300bit/s才能滿足要求。智能用電小區(qū)智能用電小區(qū)業(yè)務(wù)可分為基本業(yè)務(wù)和增值業(yè)務(wù),智能用電小區(qū)建議按用戶正常瀏覽網(wǎng)頁帶寬需求估算,采用不小于1M通信速率的接入方式。業(yè)務(wù)匯聚點典型數(shù)據(jù)測算模型和需求業(yè)務(wù)帶寬預(yù)測詳見表2~3。依據(jù)上述分析,業(yè)務(wù)匯聚點配用電通信需求預(yù)測帶寬=基礎(chǔ)業(yè)務(wù)帶寬(2Mb/s)+擴(kuò)展業(yè)務(wù)帶寬(變量×單點帶寬)+預(yù)留帶寬。
3規(guī)劃目標(biāo)
2014年起孝感配網(wǎng)自動化通信將采用光纖通信和無線公網(wǎng)方式,作為配電自動化通信網(wǎng)絡(luò)的基本方案。(1)2015年完成供電B區(qū)配電自動化“三遙”、光纖覆蓋率為60%,用戶年平均停電時間不高于5h;供電C區(qū)配電自動化“二遙”、光纖覆蓋率為40%,用戶年平均停電時間不高于12h;供電D區(qū)配電自動化“二遙”、無線公網(wǎng)覆蓋率為20%,用戶年平均停電時間不高于20h。(2)2018年完成供電B區(qū)配電自動化“三遙”、光纖覆蓋率為100%,用戶年平均停電時間不高于3h;供電C區(qū)配電自動化“二遙”、光纖覆蓋率為100%,用戶年平均停電時間不高于9h;供電D區(qū)配電自動化“二遙”、無線公網(wǎng)覆蓋率為50%,用戶年平均停電時間不高于15h。
4技術(shù)政策
4.1總的技術(shù)政策
本次規(guī)劃采用ONU通過光纖就近接入110kV、35kV站(子站)OLT,在OLT上設(shè)置三層交換機(jī),匯聚所有信息成以太網(wǎng)信號接入四級通信網(wǎng)(SDH傳輸網(wǎng))。具體拓?fù)湟妶D1。
4.2變電站到配電變壓器的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)政策
(1)對于變電站向下延伸到配電變壓器的通信網(wǎng)絡(luò),應(yīng)因地制宜采用多種通信方式相結(jié)合的原則建設(shè)。采用無線公網(wǎng)通信方式,可選擇GPRS、CDMA、3G等方式覆蓋。對于配用電光纖覆蓋地區(qū),光纖專網(wǎng)技術(shù)體制宜選擇無源光網(wǎng)絡(luò)(EPON)技術(shù)。(2)配電主站與配電終端應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)化通信規(guī)約,優(yōu)先選用DL/T634.5-101/104。(3)在生產(chǎn)控制大區(qū)與管理信息大區(qū)之間應(yīng)部署正、反向電力系統(tǒng)專用網(wǎng)絡(luò)安全隔離裝置。(4)有線組網(wǎng)宜采用光纖通信介質(zhì),以有源光網(wǎng)絡(luò)或無源光網(wǎng)絡(luò)方式組成網(wǎng)絡(luò)。無源光網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先采用應(yīng)遵循以下原則:①當(dāng)需要承載可靠性要求較高的配電自動化業(yè)務(wù)時,宜采用雙PON口的ONU設(shè)備,EPON網(wǎng)絡(luò)采用光路全保護(hù)方式建設(shè)。②ODN網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計應(yīng)根據(jù)配電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、臺變分布情況、網(wǎng)絡(luò)安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和可維護(hù)性等多種因素綜合考慮。EPON系統(tǒng)的ODN結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)以總線和環(huán)形結(jié)構(gòu)為主。③根據(jù)配電網(wǎng)架結(jié)構(gòu),應(yīng)采用非均勻分光比的多級分光方式組建EPON手拉手網(wǎng)絡(luò),規(guī)劃基本以不大于7級設(shè)計,保證后期升級擴(kuò)容的需求。
5規(guī)劃重點
5.1第一階段(2015年)
配電網(wǎng)B類區(qū)域:孝感地區(qū)需新建光纜643.3km,接入設(shè)備993套。光纖通訊覆蓋柱上開關(guān)673臺,開閉所27個,環(huán)網(wǎng)柜284個。實現(xiàn)三遙(遙信、遙測、遙控)功能,覆蓋率占到96.3%。無線公網(wǎng)通信覆蓋柱上開關(guān)38臺,實現(xiàn)二遙(遙信、遙測)功能,覆蓋率占到3.7%。配電網(wǎng)C類區(qū)域:孝感地區(qū)需新建光纜909.1km,接入設(shè)備343套。光纖通訊覆蓋柱上開關(guān)320臺,實現(xiàn)三遙(遙信、遙測、遙控)功能,覆蓋率占70.5%。無線公網(wǎng)通信覆蓋柱上開關(guān)134臺,實現(xiàn)二遙(遙信、遙測)功能,覆蓋率占到29.5%。配電網(wǎng)D類區(qū)域:孝感地區(qū)新建接入設(shè)備4套。全部以無線公網(wǎng)方式實現(xiàn)二遙(遙信、遙測)功能。覆蓋柱上開關(guān)275臺,環(huán)網(wǎng)柜1臺。采集終端/智能電能表覆蓋:采用光纖或無線公網(wǎng)技術(shù)覆蓋53.8%智能電能表。
5.2第二階段(2018年)
交通運(yùn)輸業(yè)在新的歷史時期面臨著新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。必須以網(wǎng)絡(luò)通信資源開發(fā)利用為主線,加快電子政務(wù)建設(shè)的步伐。
(一)通過全國聯(lián)網(wǎng),建立道路數(shù)據(jù)中心。建立公路、運(yùn)輸業(yè)戶、運(yùn)輸車輛以及從業(yè)人員等大型基礎(chǔ)信息資源庫。推動各級交通管理部門的目錄體系建設(shè)。采用數(shù)據(jù)交換技術(shù),建立行業(yè)數(shù)據(jù)交換平臺,形成完善的數(shù)據(jù)交換指標(biāo)體系,推動道路運(yùn)輸服務(wù)系統(tǒng)的信息化建設(shè)。
(二)建立健全交通行業(yè)信息化標(biāo)準(zhǔn)體系。以電子政務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)元標(biāo)準(zhǔn)為核心,以推動標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用為導(dǎo)向,加強(qiáng)交通運(yùn)輸業(yè)信息化建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)化工作,完善交通行業(yè)信息化標(biāo)準(zhǔn)體系,確保交通運(yùn)輸信息化建設(shè)“有標(biāo)可依”。積極推動智能交通、現(xiàn)代物流、電子數(shù)據(jù)交換、交通通信與導(dǎo)航及電子地圖等信息化推廣應(yīng)用工作。
(三)加大對物流信息化發(fā)展的組織和引導(dǎo)力度。積極引導(dǎo)RFID技術(shù)、集裝箱多式聯(lián)運(yùn)等物流信息化研究成果的推廣應(yīng)用,開展公共服務(wù)模式的物流信息平臺建設(shè)。建立和完善公路貨運(yùn)樞紐信息系統(tǒng),推動農(nóng)村物流系統(tǒng)、應(yīng)急保障體系系統(tǒng)、大件運(yùn)輸和危險品運(yùn)輸系統(tǒng)等與人民群眾關(guān)系密切或“市場失靈”的物流信息平臺建設(shè)。
(四)建立完善的物流信息平臺。以互聯(lián)互通為目標(biāo),啟動高速公路信息通信資源整合工程。倡導(dǎo)物流企業(yè)間的聯(lián)合與協(xié)作,逐步形成若干具有較強(qiáng)的輻射功能和影響力的區(qū)域性物流信息平臺。
二、威脅交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)通信安全的因素分析
網(wǎng)絡(luò)故障基本上都是硬件連接和軟件設(shè)置問題,也可能是操作系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)本身的問題。網(wǎng)絡(luò)安全方面的問題有可能是因為電磁泄露、黑客非法入侵、線路干擾、傳播病毒、搭線竊聽、信息截獲等,造成信息的泄露、假冒、篡改和非法信息滲透、非法享用網(wǎng)絡(luò)信息資源等等。主要表現(xiàn)為計算機(jī)打開頁面連接瀏覽器無法與互聯(lián)網(wǎng)連接和局域網(wǎng)內(nèi)機(jī)器互訪信息共享受阻。來自網(wǎng)絡(luò)安全的威脅因素,根據(jù)其攻擊的目標(biāo)和范圍不同,對網(wǎng)絡(luò)的危害程度也不同。網(wǎng)絡(luò)安全可分為控制安全和信息安全兩個層次??刂瓢踩侵干矸菡撟C、授權(quán)和訪問限制。信息安全是要保證有關(guān)信息的完整性、真實性、保密性、可用性、可控制性和可追溯等特性。造成對網(wǎng)絡(luò)威脅的主要原因基本有三:人為的誤操作;人為的惡意攻擊;計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟硬件的安全漏洞和缺陷。因為開放性、交互性、分散性、脆弱性和連接方式的多樣性是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊的共有特征,計算機(jī)病毒和黑客入侵是威脅當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)安全的最主要因素。針對屢屢出現(xiàn)一些技術(shù)故障和網(wǎng)絡(luò)通訊安全方面的問題,探索和掌握一套行之有效的維護(hù)網(wǎng)絡(luò)常見故障的技術(shù)和方法是確保網(wǎng)絡(luò)管理安全運(yùn)行的關(guān)鍵。
三、交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)通信安全的保障內(nèi)容
(一)鏈接網(wǎng)絡(luò)的安全保障。其是指從技術(shù)上和管理上解決網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)用戶應(yīng)用方面對網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施漏洞、操作系統(tǒng)漏洞和通用基礎(chǔ)應(yīng)用程序漏洞的檢測與修復(fù);對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全性能的整體綜合測試;防火墻等網(wǎng)絡(luò)安全防病毒產(chǎn)品的部署,脆弱性掃描與安全優(yōu)化;模擬入侵及入侵檢測等。
(二)信息數(shù)據(jù)的安全保障。即是指從技術(shù)上和管理上解決信息數(shù)據(jù)方面和對載體與介質(zhì)的安全保護(hù)和對數(shù)據(jù)訪問的控制。
(三)通信應(yīng)用的安全保障。指對通信線路的安全性測試與優(yōu)化,設(shè)置通信加密軟件、身份鑒別機(jī)制和安全通道。測試業(yè)務(wù)軟件的程序安全性等系統(tǒng)自檢通信安全的保障措施,對業(yè)務(wù)交往的防抵賴,業(yè)務(wù)資源的訪問控制驗證,業(yè)務(wù)實體的身份鑒別檢測。測試各項網(wǎng)絡(luò)協(xié)議運(yùn)行漏洞等等。
(四)運(yùn)行安全的保障。指以網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)工程方法論為依據(jù),提供應(yīng)急處置機(jī)制和配套服務(wù)和系統(tǒng)升級補(bǔ)丁。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及產(chǎn)品的安全性檢測,跟蹤最新漏洞,災(zāi)難恢復(fù)機(jī)制與預(yù)防,系統(tǒng)改造管理,網(wǎng)絡(luò)安全專業(yè)技術(shù)咨詢服務(wù)等。
(五)管理安全的保障。包括人員管理及培訓(xùn),軟件、數(shù)據(jù)、文檔管理,應(yīng)用系統(tǒng)及操作管理,機(jī)房、設(shè)備及運(yùn)行管理等一系列安全管理的機(jī)制。
四、交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)通信的安全防范措施
隨著網(wǎng)絡(luò)通信安全技術(shù)的日益產(chǎn)業(yè)化和網(wǎng)絡(luò)通信安全的法律環(huán)境建設(shè)的日益完善,交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)通信的安全防范技術(shù)也在日臻完善。
(一)保持高度警惕,保持主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)上結(jié)點計算機(jī)的安全。遵循多人負(fù)責(zé)、任期有限、職責(zé)分離三原則。切實提高網(wǎng)絡(luò)通信安全的防范意識。
(二)控制訪問權(quán)限,安全共享資源。使每個用戶只能在自己的權(quán)限范圍內(nèi)使用網(wǎng)絡(luò)資源。做到開機(jī)必查毒,發(fā)現(xiàn)必殺毒,經(jīng)常對系統(tǒng)漏洞補(bǔ)丁升級更新。謹(jǐn)慎下載文檔,對于來歷不明的電子郵件及附件不輕易用Office軟件打開。
(三)選用合格單位的防火墻和防火墻的規(guī)則設(shè)置、更新。將交通運(yùn)輸局域內(nèi)網(wǎng)與因特網(wǎng)分隔開來。網(wǎng)絡(luò)使用者要設(shè)置并經(jīng)常變換口令。對所有進(jìn)入內(nèi)網(wǎng)的用戶身份進(jìn)行認(rèn)證和對信息權(quán)限的控制,阻止非授權(quán)用戶對信息的瀏覽、修改甚至破壞。對進(jìn)出內(nèi)網(wǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行鑒別,防止惡意或非法操作,嚴(yán)防有害信息的侵入。
(四)采用數(shù)據(jù)加密技術(shù)。以不易被人破解為目的,采用密碼或計算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。只有掌握密鑰才能破解還原。實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)保密的目的。
五、結(jié)語
1.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
本系統(tǒng)無線傳輸網(wǎng)絡(luò)采用Z-wave無線傳輸協(xié)議,相對于其他無線通信標(biāo)準(zhǔn)而言,Z-wave協(xié)議棧更為緊湊、簡單和靈活。Z-wave協(xié)議棧包括應(yīng)用層(APP)、傳輸層(TRANSTER)、媒體介入控制層(MAC)和射頻媒介(RF-MEDIA)。應(yīng)用層是一個快速存儲器(閃存),主要是便于廠家預(yù)置他們的應(yīng)用軟件,用于采集網(wǎng)絡(luò)泵的數(shù)據(jù),查看狀態(tài)。協(xié)議的主要功能:設(shè)備間無線數(shù)據(jù)鏈路的建立、維護(hù)和結(jié)束;確認(rèn)模式的幀傳送與接收;配置應(yīng)用休眠的節(jié)能模式。當(dāng)有節(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時,MAC層有一個沖突避免機(jī)制防止其他節(jié)點開始傳送。這樣的設(shè)計盡可能地降低了成本,易于實現(xiàn),數(shù)據(jù)傳輸可靠,短距離操作以及非常低的功耗。
1.2網(wǎng)絡(luò)泵系統(tǒng)組網(wǎng)
根據(jù)系統(tǒng)構(gòu)建的需要,網(wǎng)絡(luò)泵網(wǎng)絡(luò)設(shè)計為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(也稱“多跳”網(wǎng)絡(luò))。該結(jié)構(gòu)具有組網(wǎng)簡單、通信可靠性強(qiáng)的特點。只需要通過微電腦注藥泵集中管理系統(tǒng)軟件上的節(jié)點操作,把網(wǎng)絡(luò)泵添加進(jìn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),就會根據(jù)需要自動生成通信路徑。網(wǎng)絡(luò)泵網(wǎng)絡(luò)完全具有Z-wave網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點,采用了動態(tài)的路由協(xié)議,網(wǎng)絡(luò)泵網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中,任何一個網(wǎng)絡(luò)泵都可以作為路由器或接入點。如果最近的接入點受到信號阻斷的影響,那么還可以將數(shù)據(jù)路由到另一個網(wǎng)絡(luò)泵。數(shù)據(jù)以這種方式不斷地從一個網(wǎng)絡(luò)泵“跳”到另一個網(wǎng)絡(luò)泵,直到到達(dá)需要讀取數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)泵,非常適合醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)泵組網(wǎng)的需要。在本系統(tǒng)規(guī)劃中,病人攜帶注藥泵在距離Z-stick100m內(nèi)的位置,PC軟件都能讀取網(wǎng)絡(luò)泵的狀態(tài)數(shù)據(jù),實時了解泵的狀態(tài)。
2性能測試
2.1通信節(jié)點測試
可靠性測試一般有3種方法,即測試比特錯誤率(BER),幀錯誤率(FER)及通信錯誤率(CER)。網(wǎng)絡(luò)泵模塊中一般使用通信錯誤率(CER)來表示網(wǎng)絡(luò)泵節(jié)點通信間的可靠性。假定在一個網(wǎng)絡(luò)泵無線通信系統(tǒng)中,給藥者攜帶網(wǎng)絡(luò)泵離Z-stick30m,通過測試可以得到,網(wǎng)絡(luò)泵模塊的通信錯誤率(CER)小于10-6。
2.2組網(wǎng)測試
通過微電腦注藥泵集中管理系統(tǒng)軟件,可以方便地進(jìn)行組網(wǎng)測試,軟件界面。當(dāng)有某網(wǎng)絡(luò)泵要加入網(wǎng)絡(luò)時,點擊增加節(jié)點,這個網(wǎng)絡(luò)泵就會自動加入網(wǎng)絡(luò),主控制器將給它分配與這個網(wǎng)絡(luò)相同的HOME.ID,并同時擁有不同且依序的NODE.ID。
3網(wǎng)絡(luò)泵系統(tǒng)分析
本系統(tǒng)把Z-wave用于智能家居設(shè)計的方案,根據(jù)其特點和優(yōu)勢用于無線醫(yī)藥設(shè)備通信系統(tǒng)中,開發(fā)出網(wǎng)絡(luò)泵無線通信系統(tǒng)。本系統(tǒng)具有以下特色和創(chuàng)新:
(1)對醫(yī)院里比較分散的注藥泵采用了Z-wave的組網(wǎng)方式,組網(wǎng)簡單、快捷。
(2)由于協(xié)議的緊湊降低了整個系統(tǒng)的功耗。
(3)把智能家居中的Z-wave技術(shù)的應(yīng)用擴(kuò)展到了醫(yī)院的注藥泵的無線通信系統(tǒng),充分發(fā)揮了Z-wave的技術(shù)特點。
4結(jié)論
在建設(shè)心電網(wǎng)絡(luò)之前,心電圖機(jī)是采用熱敏紙記錄心電圖,門診、病房心電圖檢查依靠人工模式。隨著醫(yī)院患者越來越多,心電圖室患者等候時間很長;心電圖數(shù)據(jù)無法進(jìn)行數(shù)字化保存,更不能全院共享;心電圖檢查設(shè)備大部分是單機(jī)工作形式,心電圖資料大量流失的問題一直阻礙著心電圖室的發(fā)展。面對心電圖檢查不能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享、不能獲取患者申請信息,不能連接電子病歷(EMR),不能使用電子簽章、不能實現(xiàn)電子扣費(fèi)和網(wǎng)絡(luò)查詢等問題,心電電生理檢查的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)是勢在必行[3]。
1.1心電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)情況
心電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建設(shè),其本質(zhì)就是一套完善的心電檢查的整體解決方案,包括心電檢查開單、患者就診、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)讀取和展示等功能模塊,我院網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)心電檢查流程。首先從HIS獲取患者申請信息,連接進(jìn)入PACS、EMR,然后使用電子簽章、電子記費(fèi)、網(wǎng)絡(luò)查詢等共享患者信息,實現(xiàn)院內(nèi)所有臨床科室的床旁心電圖采集傳輸,建立心臟病患者資料庫,為心電圖檢查建立全新的集中式工作模式。在門急診建立診斷中心,安裝門診預(yù)約登記系統(tǒng)、電子叫號系統(tǒng)、醫(yī)生報告診斷系統(tǒng)、主任審核系統(tǒng)、夜間值班診斷系統(tǒng),心電圖機(jī)采集設(shè)備聯(lián)網(wǎng),統(tǒng)計檢索管理系統(tǒng)。心電圖檢查包括預(yù)約登記、電子叫號、記費(fèi)、檢查、報告、集中存儲、臨床共享、統(tǒng)計檢索等全流程的信息化管理平臺。病房配備手持移動式心電圖機(jī),建立床旁心電圖采集模式;同時通過WEB瀏覽系統(tǒng)或HIS醫(yī)生工作站進(jìn)行全院臨床信息共享。信息化建設(shè)方面,需要安裝心電圖數(shù)據(jù)服務(wù)器、存儲服務(wù)器,與HIS、EMR、門診一卡通等系統(tǒng)進(jìn)行集成對接[4]。
1.2建設(shè)效果
1.2.1簡化患者檢查和報告流程我院現(xiàn)有心電網(wǎng)絡(luò)自2010年開始建設(shè)至今,已經(jīng)順利突破了心電信息的網(wǎng)絡(luò)化、集成化、數(shù)據(jù)集中存儲等難點。現(xiàn)在,醫(yī)生只需要在醫(yī)生站開具相應(yīng)醫(yī)囑之后,患者即可憑借手腕上的腕帶至心電中心進(jìn)行心電檢測。檢測完畢后,檢測結(jié)果經(jīng)相關(guān)心電醫(yī)生分析后,分析與檢測結(jié)果一并上傳至心電網(wǎng)絡(luò),醫(yī)生只需在自己的醫(yī)生站即可查看檢測結(jié)果及心電醫(yī)生的檢測分析。通過系統(tǒng)建設(shè),在各個科室現(xiàn)有常用軟件上(如EMR系統(tǒng))添加心電信息管理平臺的相應(yīng)接口,使門診、病區(qū)等整體區(qū)域心電圖檢查流程化,專家在線診斷,提高診斷精確度與標(biāo)準(zhǔn)。檢查后的結(jié)果由專業(yè)的醫(yī)生集中處理,通過WEB方式將報告在全院醫(yī)生工作站上,實現(xiàn)心電圖信息圖像全院并共享。臨床醫(yī)生可以獲得專業(yè)的圖文診斷報告,可以看到心電圖原始數(shù)據(jù)以及保存的心電圖資料。臨床醫(yī)生可以在區(qū)域內(nèi)任意電腦上瀏覽電子心電圖報告,隨時打印,方便會診[5]。
1.2.2心電網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫建設(shè)心電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè),解決了心電圖數(shù)據(jù)集中存儲的問題。通過建立區(qū)域的心電圖數(shù)據(jù)庫,為將來患者再次就醫(yī)提供歷史資料,也為醫(yī)院各種心臟病統(tǒng)計學(xué)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。其優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下幾個方面:①積累臨床資料,資源共享,廣泛討論;②從個案的心電圖資料中發(fā)現(xiàn)共性的特征,總結(jié)經(jīng)驗,有助于這類疾病的早期診斷和正確合理治療;③隨時觀察、對比,改善預(yù)后,提高診療質(zhì)量;④為青年醫(yī)師、基層醫(yī)生提供臨床心電圖信息資料,指導(dǎo)臨床研究方向,促進(jìn)學(xué)科診療水平的提高。
2發(fā)展方向
2.1檢查部分對于心電檢查部分來說,其發(fā)展的趨勢是逐漸向臨床靠近,目標(biāo)是通過移動心電檢查設(shè)備的使用以及對科室醫(yī)生的培訓(xùn),讓患者在床邊就能及時完成心電圖的檢測,同時將檢查數(shù)據(jù)實時傳送到診斷中心,通過網(wǎng)絡(luò)將結(jié)果展現(xiàn)在醫(yī)生的電腦上。我院對無法移動或行動不便的患者,由科室專人負(fù)責(zé)使用手提式移動心電檢測設(shè)備對其進(jìn)行心電檢測。但檢測結(jié)果無法上傳至心電檢測中心。下一步建設(shè)的目標(biāo)就是選用帶有無線網(wǎng)絡(luò)連接功能的心電檢測一體化設(shè)備,通過現(xiàn)有的醫(yī)護(hù)無線網(wǎng)絡(luò),實時上傳檢測結(jié)果,避免后期數(shù)據(jù)與系統(tǒng)分離,也減輕醫(yī)生的工作強(qiáng)度,提高工作效率[6]。
2.2診斷部分建立統(tǒng)一的心電檢查診斷中心。當(dāng)各個檢查點完成檢查后,由系統(tǒng)自動將數(shù)據(jù)傳至心電診斷中心,采用國際通用的診斷用語庫編寫報告,提供豐富的報告診斷庫,避免過多的鍵盤輸入,快速的報告輸入,支持心電圖原始報告多次對比功能。建立報告網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),將臨床送達(dá)的心電圖進(jìn)行診斷報告網(wǎng)絡(luò),縮短醫(yī)生獲得診斷報告時間。診斷醫(yī)生可以將接收到的心電圖進(jìn)行自動報告錄入、給出標(biāo)準(zhǔn)報告,經(jīng)WEB系統(tǒng)給臨床醫(yī)生,臨床醫(yī)生可以在醫(yī)生工作站或護(hù)士工作站上獲得心電圖診斷報告。并支持心電圖、測量分析參數(shù)、心電圖特征描述、心電圖診斷等報告輸出[7]。
3存在的問題
心電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)給患者、醫(yī)生帶來便捷和高效的就醫(yī)過程,但同時也不可避免地存在一些無法回避的問題,如網(wǎng)絡(luò)傳輸不穩(wěn)定、臨床醫(yī)生技能不熟練等問題。所以,隨著心電網(wǎng)絡(luò)的逐步建立和完善,為了保證其日常的正常運(yùn)轉(zhuǎn),需要投入大量的維護(hù)工作,如:系統(tǒng)與硬件供應(yīng)商的售后服務(wù);信息中心的網(wǎng)絡(luò)保障和應(yīng)急方案;臨床科室正確使用設(shè)備,嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行操作,盡量減少和避免無效心電圖的產(chǎn)生;心電圖室在保證日常工作正常開展的同時,還需要對以上工作進(jìn)行協(xié)調(diào)、支持與幫助。
4總結(jié)
通過上述分析,我們可以得出無線局域網(wǎng)在應(yīng)用過程中具有諸多優(yōu)勢,其主要優(yōu)點如下:(1)具備較多的靈活性和移動性。在無線局域網(wǎng)中則可以在信號覆蓋的任意方位內(nèi)都可以接入網(wǎng)絡(luò),具有其強(qiáng)的靈活性。除此之外,無線局域網(wǎng)還具有另一個優(yōu)勢,那就是移動性。一般來說,用戶可以在連接到無線局域網(wǎng)的空間內(nèi)隨意的移動計算機(jī)設(shè)備,不會受到網(wǎng)絡(luò)的限制。(2)在無線網(wǎng)安裝過程中很便捷。由于網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)周期長,對于周圍環(huán)境的影響也非常大,常常需要破壞墻體和地面來進(jìn)行管道穿線工作。而無線網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)通常只需在安裝一個或多個接入點設(shè)備后,便可以在整個空間內(nèi)覆蓋上局域網(wǎng)絡(luò),這樣不僅可以免去對于環(huán)境的破壞性,還能夠減少網(wǎng)絡(luò)施工的工作量。(3)無線局域網(wǎng)便于網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和調(diào)整。對于辦公地點來說,一旦架設(shè)了有限網(wǎng)絡(luò),就很難對其進(jìn)行更改,而且重新布線施工是一個耗時、耗力、耗錢的過程。所以,相對來說,采用無線網(wǎng)絡(luò)就能夠盡量減少這種情況的發(fā)生,還能夠節(jié)省時間和人力,最為重要的是了節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本。(4)采用無線網(wǎng)絡(luò)易于擴(kuò)展。在無線局域網(wǎng)中具有多種配置方式,因此用戶可以根據(jù)具體需求來對其進(jìn)行靈活的選擇。無論是從只有幾個小用戶的小型局域網(wǎng)還是擁有上千用戶的大型網(wǎng)絡(luò),都可以采用這種網(wǎng)絡(luò)方式,這是有線局域網(wǎng)所不能比擬的。
2無線局域網(wǎng)的基本設(shè)備
2.1無線網(wǎng)卡
網(wǎng)卡又被稱為網(wǎng)絡(luò)適配器,它是將計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)電纜連接在一起的基礎(chǔ)設(shè)備,因此,只要采用無線信號,計算機(jī)之間就能夠進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)傳輸,其功能和普通的電腦網(wǎng)卡相同,區(qū)別只是在于不用進(jìn)行有線的連接。
2.2無線AP
無線AP指的是無線接人點,英文縮寫為AccessPoint,主要用于無線網(wǎng)絡(luò)的無線交換機(jī)中,它是無線網(wǎng)絡(luò)的核心。一般情況,無線AP主要用于家庭、大樓以及園區(qū)的內(nèi)部,如果移動計算機(jī)的用戶想要進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)中,就需要先進(jìn)入到有線網(wǎng)絡(luò)的接入點中,從而使得信號的覆蓋范圍遠(yuǎn)達(dá)幾十米,甚至到上百米。
2.3無線天線
無線天線是指在信號傳輸過程中,將傳輸線中的電磁能轉(zhuǎn)化為自由空間的電磁波,或者是將空間內(nèi)的電磁波向傳輸線中的電磁專用設(shè)備轉(zhuǎn)化。一般當(dāng)無線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間相距較遠(yuǎn)時,信號強(qiáng)度就會隨著距離的增加而不斷減弱,與此同時,信息的傳送速度也會降低,這樣就會導(dǎo)致無線網(wǎng)絡(luò)沒有辦法正常的運(yùn)行,這個時候就又要借助無線天線來增強(qiáng)所接受或是傳送的信號,保證無線網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)作。
2.4無線路由器
人們所熟知的無線路由器是指帶有無線覆蓋的路由器,一般在路由器的應(yīng)用下,可以實現(xiàn)用戶上網(wǎng)和無線的覆蓋。另外,無線路由器可以將其無線和有線連接的終端都分配到一個子網(wǎng)中,從而使得子網(wǎng)內(nèi)的各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備更加方便的就能進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。
3結(jié)束語
層次化保護(hù)控制系統(tǒng)從體系架構(gòu)上劃分為就地層、站域?qū)雍蛷V域?qū)?,如圖1所示。三層保護(hù)協(xié)調(diào)配合,構(gòu)成以就地層保護(hù)為基礎(chǔ),站域?qū)颖Wo(hù)與廣域?qū)颖Wo(hù)為補(bǔ)充的多維度層次化繼電保護(hù)系統(tǒng)。就地層保護(hù)是面向被保護(hù)對象分布配置的“貼身防護(hù)”,保護(hù)功能配置遵循現(xiàn)有的繼電保護(hù)相關(guān)規(guī)范,其接入信息僅來自被保護(hù)對象所在間隔,強(qiáng)調(diào)的是保護(hù)相關(guān)回路簡潔可靠和保護(hù)的速動性。站域保護(hù)控制系統(tǒng)配置單套保護(hù)的冗余保護(hù)、部分公用保護(hù)及相鄰變電站元件后備保護(hù)。它能夠充分利用全站信息,快速、可靠判別故障區(qū)域,加速后備保護(hù)動作,并可不經(jīng)就地級保護(hù)及測控裝置直接作用于斷路器智能終端。同時,根據(jù)電壓等級的不同及變電站承擔(dān)任務(wù)的不同,站域保護(hù)也配置一些控制功能,包括備用自投、小電流接地選線、低頻/低壓減負(fù)荷等。此外,站域保護(hù)還作為廣域保護(hù)服務(wù)子站為廣域保護(hù)提供站內(nèi)采樣值和開關(guān)量信息,并接收、轉(zhuǎn)發(fā)廣域保護(hù)主站發(fā)出的控制命令。廣域保護(hù)系統(tǒng)包括繼電保護(hù)和安全自動控制兩方面。廣域保護(hù)基于廣域信息實現(xiàn)廣域后備保護(hù);接收區(qū)域內(nèi)及同步相量測量單元(PMU)數(shù)據(jù),進(jìn)行安全穩(wěn)定評估分析;并依據(jù)穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行潮流分析、切負(fù)荷策略制定。
1.2各層次配合關(guān)系
如圖2所示,當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時,就地層保護(hù)作為第一時限保護(hù),保護(hù)的速動性好,相關(guān)聯(lián)回路少。就地保護(hù)整組動作時間一般為0~20ms。在就地保護(hù)工作的同時,站域保護(hù)與廣域保護(hù)同時進(jìn)入程序判別階段,如果故障能夠成功切除,則站域保護(hù)和廣域保護(hù)自動返回;若就地保護(hù)未動作,站域保護(hù)基于站域信息的判斷實現(xiàn)故障切除。在時間配合上,站域保護(hù)處理一般會增加一定延時。若站域保護(hù)仍未動作,則由廣域保護(hù)實現(xiàn)故障切除。廣域保護(hù)的跳閘延時較站域保護(hù)動作時間更長。根據(jù)國際大電網(wǎng)會議(CIGRE)的規(guī)定,廣域控制的時間限定在0.1~100s的范圍內(nèi)。在極端情況下,如變電站直流消失,站域就地全部失效時,由廣域保護(hù)通過跳其他變電站實現(xiàn)故障切除。
2層次化保護(hù)系統(tǒng)通信系統(tǒng)分析
2.1站域保護(hù)
站域保護(hù)裝置涉及變電站的多個間隔信息,如:各間隔的采樣值、GOOSE和對時信息等。因此對過程層通信系統(tǒng)有著較高的要求,包括網(wǎng)絡(luò)流量、網(wǎng)絡(luò)延遲。本文以某220kV典型配置為例進(jìn)行分析。(1)網(wǎng)絡(luò)流量分析根據(jù)文獻(xiàn)[9]所述的計算方法,對于采樣值流量,按照20個模擬量通道,以典型的每周波80點采樣、每幀1個ASDU進(jìn)行計算;再加上GOOSE流量最大約為1.2Mb/s,可以計算出每個間隔流量可達(dá)到8.33Mbps。220kV側(cè)按9個間隔、110kV側(cè)13個間隔、35kV側(cè)3個間隔,共25個計算,可得到總帶寬達(dá)到208.2Mbps。若帶寬占有率不超過40%,過程層交換機(jī)帶寬需達(dá)到520.5M。對于220kV電壓等級(含35kV等級),可以得到帶寬為99.96Mbps,對于110kV間隔,總帶寬為108.29Mbps,需要多百兆網(wǎng)口或采用千兆網(wǎng)絡(luò)。(2)網(wǎng)絡(luò)時延分析根據(jù)文獻(xiàn)[10]所述的計算方法,以圖3所示的交換機(jī)配置方案,間隔交換機(jī)采用百兆光口,主干交換機(jī)采用千兆光口,考慮最極端的情況,站域保護(hù)裝置連接的間隔數(shù)為25個來計算網(wǎng)絡(luò)時延。一個IEC61850-9-2SV采樣數(shù)據(jù)幀的最好和最壞情況下延時、抖動分別是27.992μs、71.24μs和43μs;一個GOOSE數(shù)據(jù)幀的最好和最壞情況延時、抖動分別是22.448μs、48.56μs和26μs。文獻(xiàn)[11]規(guī)定微波通道(光纖通道參照執(zhí)行)傳輸主保護(hù)信息時傳輸時延應(yīng)不大于5ms。對于保護(hù)裝置來講,這樣的延時和抖動在可接受的范圍內(nèi)。因此,從網(wǎng)絡(luò)流量分析和網(wǎng)絡(luò)時延分析兩方面確定:對于一個典型的220kV的變電站,站域保護(hù)按全站配置或按照電壓等級配置均可;但對于電壓等級較高或者間隔較多的變電站來說,可采用按電壓等級配置站域保護(hù)的方式,以保證充分的網(wǎng)絡(luò)帶寬。且在兩種情況下,百兆口都難以滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?,均?yīng)采用千兆口以滿足全站數(shù)據(jù)采集的需求。同時,由于就地保護(hù)已經(jīng)備有主后備功能完善的保護(hù),因此站域保護(hù)只需單配即可。
2.2廣域保護(hù)
廣域保護(hù)裝置涉及多個變電站的信息,如:參與廣域差動的各間隔的采樣值、GOOSE和對時信息等。因此對廣域通信系統(tǒng)有著更高的要求。按照本文的層次化保護(hù)系統(tǒng)方案,廣域保護(hù)通過站域保護(hù)間接接收采樣值信息,且站域保護(hù)將站內(nèi)數(shù)據(jù)打包以24點上送到廣域網(wǎng)絡(luò)。本文仍然從網(wǎng)絡(luò)流量與網(wǎng)絡(luò)延遲兩方面進(jìn)行分析。它們與廣域保護(hù)監(jiān)管范圍大小直接相關(guān)。本文以圖4所示的區(qū)域范圍為例進(jìn)行分析。(1)網(wǎng)絡(luò)流量分析廣域保護(hù)實現(xiàn)基于差動原理和方向比較原理的站與站之間的后備保護(hù)。因此,它只需要接入差動區(qū)域內(nèi)各個變電站與其他變電站相連間隔的信息形成廣域保護(hù)的信息來源。接入廣域網(wǎng)絡(luò)的間隔數(shù)量=220kV站A3個間隔+220kV站B6個間隔+110kV站A1個間隔+110kV站B2個間隔+110kV站C1個間隔+110kV站D2個間隔+110kV站E2個間隔+110kV站F1個間隔=18個。按上節(jié)描述的計算方法,每個間隔的采樣值流量S=223字節(jié)×8bit/字節(jié)×50周波/s×24幀/周波=2.14Mbps。GOOSE流量最大約為1.2Mb/s。每個間隔的總流量為3.34Mbps。按照18個間隔計算,廣域網(wǎng)絡(luò)的總流量可達(dá)到60.12Mbps。(2)網(wǎng)絡(luò)時延分析由于站域保護(hù)送出的數(shù)據(jù)已根據(jù)廣域時鐘系統(tǒng)的時間將采樣信息打上時間標(biāo)簽,然后通過廣域通信網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)至廣域保護(hù)系統(tǒng)。因此,在計算網(wǎng)絡(luò)時延時只需要計算從站域保護(hù)裝置—廣域保護(hù)裝置之間的網(wǎng)絡(luò)時延。此時,以平均傳輸100km,經(jīng)過一級交換機(jī)設(shè)備計算。同樣按照參考文獻(xiàn)[10]所述的計算方法,可得網(wǎng)絡(luò)延遲,計算結(jié)果滿足廣域保護(hù)對延時的技術(shù)要求。綜上所述,從網(wǎng)絡(luò)流量分析和網(wǎng)絡(luò)時延分析兩方面確定:按照每個間隔3.34Mbps流量分析,廣域保護(hù)宜采用千兆網(wǎng)絡(luò)。同時,由于廣域保護(hù)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)時延主要體現(xiàn)在各變電站信息的遠(yuǎn)距離傳輸上,在選擇廣域保護(hù)控制系統(tǒng)的配置地點時應(yīng)考慮全局物理距離最近的變電站或調(diào)控中心。
3網(wǎng)絡(luò)報文時延可測技術(shù)及應(yīng)用
站域保護(hù)、廣域保護(hù)需要采集多個間隔甚至整個變電站模擬量和相關(guān)開關(guān)量信息,宜采用網(wǎng)采網(wǎng)跳的實現(xiàn)方案。常見的同步解決方案是,跨間隔保護(hù)依賴于統(tǒng)一的外部時鐘來保證采樣數(shù)據(jù)的同步性,當(dāng)失去外部時鐘時,跨間隔保護(hù)將退出運(yùn)行甚至誤動,這也是網(wǎng)采方案被質(zhì)疑的重要原因。根據(jù)交換機(jī)的存儲轉(zhuǎn)發(fā)特性,報文進(jìn)入交換網(wǎng)絡(luò)由交換機(jī)根據(jù)資源情況進(jìn)行隨機(jī)交換,交換路徑隨時可能發(fā)生變化,物理資源的競爭增加了報文在交換網(wǎng)絡(luò)中時延的不確定性,難以滿足同步的要求。如果交換機(jī)可以測量傳輸延時并將此延時發(fā)送給保護(hù)裝置,保護(hù)裝置再基于該延時通過軟件重新采樣來實現(xiàn)各路模擬量的同步,就可以實現(xiàn)保護(hù)裝置不依賴于對時實現(xiàn)裝置同步的目標(biāo)。
3.1交換延時的計算方法
本文提出一種傳輸延時可測的技術(shù),可準(zhǔn)確獲得交換機(jī)的延時,并寫入SV報文,站域保護(hù)、廣域保護(hù)可進(jìn)行讀取并補(bǔ)償。以圖3所示的間隔1的數(shù)據(jù)到達(dá)站域保護(hù)為例說明該技術(shù)的具體實現(xiàn)方式,如圖5所示。交換機(jī)擁有硬件接收時間戳記錄模塊、硬件發(fā)送時間戳記錄模塊和駐留時間計算模塊,用于記錄報文接收和發(fā)送時的時間點和報文在當(dāng)前交換機(jī)的駐留時間。當(dāng)間隔1的報文第一比特進(jìn)入間隔交換機(jī)1的P1端口時,交換機(jī)的硬件接收時間戳記錄模塊記錄下此時的時間t1,然后硬件發(fā)送時間戳記錄模塊記錄下此比特離開間隔交換機(jī)1的P2端口時的時間t2,駐留時間計算模塊求得此時的駐留時間t1=t2-t1,并寫入該報文中;同理,可得到該報文在過程層主干交換機(jī)中的駐留時間t2=t4-t3,并將其與在間隔交換機(jī)1中的駐留時間t1疊加得到當(dāng)前報文總傳輸時延t=t1+t2。此時終端的保護(hù)裝置可解析報文,從而得到網(wǎng)絡(luò)總時延,并根據(jù)此時延計算出采樣報文的原始時刻,然后通過重采樣進(jìn)行同步。多級交換機(jī)級聯(lián)情況如上述步驟依次疊加報文在新交換機(jī)的駐留時間值并轉(zhuǎn)發(fā),直到報文到達(dá)保護(hù)或測控裝置。
3.2交換延時的標(biāo)記位置
智能變電站采樣值報文采用以太網(wǎng)幀格式承載,交換延時的標(biāo)記位置有兩種方案,如圖6所示。(1)采樣值報文的保留字段(方案1)根據(jù)最新的第二版IEC61850協(xié)議規(guī)定,在報文中,SV和GOOSE報文以太網(wǎng)幀格式有4個字節(jié)的保留字段,分別為Reserved1和Reserved2,其中保留位1(Reserved1)0字節(jié)的第8個比特已經(jīng)被定義,本方案使用了其余31個保留位之中的30個,因此可在不影響規(guī)范中定義的功能的基礎(chǔ)上,使用該保留字段存儲報文網(wǎng)絡(luò)傳輸時延數(shù)值。存儲方法是將t值轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)值,由最低位向最高位依次寫入傳輸時延數(shù)值,如圖7所示。該方案所存儲的延時數(shù)值位置相對固定,交換機(jī)無需對整幀報文解碼,資源開銷小,不影響交換機(jī)的性能指標(biāo),但未來可能會與IEC62351標(biāo)準(zhǔn)的使用產(chǎn)生沖突。(2)通道延時的品質(zhì)位(方案2)如圖6所示,在報文中SavPdu中有4個字節(jié)的通道延遲品質(zhì)位。本方案將延時值報文按照相同的方式寫入報文中。但由于采樣值不固定,導(dǎo)致延時數(shù)值的位置不固定,交換機(jī)需要對每個報文解碼,資源開銷大,但可通過改善交換機(jī)的性能來滿足對時精度10μs的要求。本文推薦方案2,它具有更好的靈活性,且不會與IEC62351標(biāo)準(zhǔn)的使用產(chǎn)生沖突。
1.1公安網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中軟件設(shè)計問題
由于公安網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全防護(hù)軟件的開發(fā)周期與早期的系統(tǒng)分析不適合當(dāng)前安全防護(hù)形勢的原因。其公安網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)與應(yīng)用軟件中存在很多的安全樓同,這些漏洞的存在將對網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行構(gòu)成很大的隱患。
1.2病毒的防護(hù)漏洞
公安網(wǎng)絡(luò)目前對網(wǎng)絡(luò)病毒的防護(hù)手段十分有限,沒有建立專用的計算及病毒防護(hù)中心、監(jiān)控中心,這同樣對公安網(wǎng)絡(luò)的安全造成巨大隱患,“尼姆達(dá)”與“2003蠕蟲王”等網(wǎng)絡(luò)病毒曾對公安網(wǎng)絡(luò)造成想打的危害,造成網(wǎng)絡(luò)擁堵、降低性能,嚴(yán)重擾亂了公安系統(tǒng)的正常工作秩序。
1.3信息安全的管理體制不完善
公安網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是與公共網(wǎng)絡(luò)物理隔離的系統(tǒng),但是還未在整體上建立完善的安全結(jié)構(gòu)體系,在管理上缺乏安全標(biāo)準(zhǔn)以及使用條例,甚至有些地方公安網(wǎng)絡(luò)中的計算機(jī)出現(xiàn)公安網(wǎng)絡(luò)與公共網(wǎng)絡(luò)同時使用的現(xiàn)象,這都對公安網(wǎng)絡(luò)的信息安全帶來不可忽視的安全威脅,使非法入侵者有著可乘之機(jī)。
2公安網(wǎng)絡(luò)的信息安全體系結(jié)構(gòu)設(shè)計
公安網(wǎng)絡(luò)的信息安全體系結(jié)構(gòu)設(shè)計,是一項非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程,該體系對安全的需求是多層次,多方面的。因此本文設(shè)計了比較完整的安全體系結(jié)構(gòu)模型,以保障整個系統(tǒng)的完備性以及安全性,為公安網(wǎng)絡(luò)的信息安全提供切實有效的安全服務(wù)保障。本文在借鑒了多種成熟的信息網(wǎng)絡(luò)安全體系結(jié)構(gòu),并且根據(jù)國家公安部提出的具體保障體系的指導(dǎo)思想,設(shè)計了適應(yīng)我國公安網(wǎng)絡(luò)的信息安全體系。該體系從安全服務(wù)、協(xié)議層次以及系統(tǒng)單元三個維度,綜合立體的對公安信息網(wǎng)絡(luò)的安全體系進(jìn)行了設(shè)計。這個三個層次均包含了安全管理模塊。
2.1協(xié)議層次維度
本文從網(wǎng)絡(luò)的七層協(xié)議模型來設(shè)計公安網(wǎng)絡(luò)的安全體系結(jié)構(gòu)中的協(xié)議層次。每一個協(xié)議層次都有專屬的安全機(jī)制。對于某一項安全服務(wù),安全實現(xiàn)機(jī)制隨著協(xié)議層次的不同而不同。例如,審計跟蹤的安全服務(wù)項目在網(wǎng)絡(luò)層,主要對審計記錄與登錄主機(jī)之間的流量進(jìn)行分析,對非法入侵進(jìn)行實時監(jiān)測。病毒防護(hù)層一般在應(yīng)用層實現(xiàn),一般用來對訪問事件進(jìn)行監(jiān)控,監(jiān)控內(nèi)容為用戶身份,訪問IP,訪問的應(yīng)用等等進(jìn)行日志統(tǒng)計。
2.2安全服務(wù)維度
公安網(wǎng)絡(luò)的信息安全體系中包括的安全服務(wù)有,身份識別認(rèn)證、訪問控制權(quán)限、數(shù)據(jù)完整性和保密性以及抗抵賴組成了安全服務(wù)模型。在安全服務(wù)模型中,每一個安全服務(wù)對應(yīng)著不同類別的應(yīng)用。這幾種安全服務(wù)模型不是獨(dú)立的是互相聯(lián)系著的。進(jìn)入公安網(wǎng)絡(luò)安全體系的主體登錄系統(tǒng)時,要進(jìn)行身份識別認(rèn)證,并且查找授權(quán)數(shù)據(jù)庫,以獲得主體訪問的權(quán)限,如果通過驗證與授權(quán),則對訪問信息進(jìn)行加密返回至主體,主體通過解析進(jìn)行信息獲取。并且,主體訪問的過程被審計跟蹤監(jiān)測模塊記錄,生成訪問日志,以便日后進(jìn)行查驗。
2.3系統(tǒng)單元維度
公安網(wǎng)絡(luò)的信息安全體系的實施階段,上述安全服務(wù)與協(xié)議等要集成在物理單元上,從系統(tǒng)單元的維度看,可分為以下幾個層次。首先,物理環(huán)境安全,該層次保護(hù)計算機(jī)信息系統(tǒng)的基本設(shè)施安全,能夠有能力應(yīng)對自然災(zāi)害以及人為物理誤操作對安全體系的基礎(chǔ)設(shè)施的干擾以及破壞。其次,網(wǎng)絡(luò)平臺的安全,主要保證網(wǎng)絡(luò)的安全可靠運(yùn)行,保障通過交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的信息的安全。最后是應(yīng)用系統(tǒng)的安全,該層次提供了訪問用戶的身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)的保密性以及完整性,權(quán)限訪問等。
3總結(jié)
隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,現(xiàn)代社會內(nèi)充斥著大量的信息,人與人之間的通信方式變得多種多樣,計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的建立成為了實現(xiàn)資源共享的平臺,給社會大眾提供了更多的強(qiáng)勁的通信手段,目前現(xiàn)有的最成功的廣義網(wǎng)絡(luò)就是Internet網(wǎng)絡(luò),從1993年開始,Internet網(wǎng)就已經(jīng)覆蓋了超過一萬多個的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò),為社會的發(fā)展提供了相當(dāng)大的動力。但是,由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與科學(xué)技術(shù)之間存在著較大的局限性,所以每一個計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都是基于特殊的需要而被建立的,在建立時使用了多種數(shù)據(jù)的交換和組合的方式,由此造成了計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的眾多網(wǎng)絡(luò)空間之間存在著較大的差異,以目前的技術(shù)是不可能完美的將眾多的網(wǎng)絡(luò)連接在一起的,只能加大不同網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)技術(shù),使得全球的網(wǎng)絡(luò)可以形成一個大型的全球信息交換網(wǎng),這便是計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)的由來。計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的互連技術(shù)使用的前提就是不改變?nèi)魏我粋€網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu),只是將網(wǎng)絡(luò)間的信息聯(lián)絡(luò)途徑擴(kuò)大,爭取做到不同網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)傳輸,同時不能延誤了原先網(wǎng)絡(luò)的正常使用,在構(gòu)建這一計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)的模型時,逐漸形成了一個網(wǎng)絡(luò)體系的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu),也是就是ISO的OSL/RM。
二、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)技術(shù)
由于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的分層體系結(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)在四個層面上被定義:
2.1物理層上的互連物理層上的連接只是停留在硬件方式上,也是計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)中最簡答的連接方式,這種物理層面上的連接使用的是信號之間的重發(fā)和轉(zhuǎn)發(fā),不但擴(kuò)大了網(wǎng)路的傳輸距離,還可以使用中繼器的設(shè)備互連。
2.2鏈路層上的互連在這個層次上的互連指的是連接器的互連,被稱為網(wǎng)橋,這是一種在邏輯鏈路層將數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和轉(zhuǎn)發(fā),這樣可以實現(xiàn)互連,這種方式的互連不但可以放大中繼器連接中的通信信號,還可以簡單的將尋址和路由選擇的功能有效的結(jié)合在一起,快速便捷的找尋到分組的源地址和目的地址,還可以確定到每一個準(zhǔn)確的子網(wǎng)中,不僅如此,還可以快速的找到解決計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的差錯控制問題,給計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸通道帶來一條無差錯的通信渠道。
2.3在網(wǎng)路層上的互連采用路由器設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)層將數(shù)據(jù)幀存儲轉(zhuǎn)發(fā),可以實現(xiàn)計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的互連,路由器具有流量的控制、差錯的控制,網(wǎng)路互連管理功能,使得計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以以最佳的方式為現(xiàn)代人們提高服務(wù)。
2.4高層互連在傳輸層以及傳輸層以上的連接器都被稱為網(wǎng)關(guān),在高層互聯(lián)網(wǎng)中的鏈接器中進(jìn)行連接器網(wǎng)關(guān)比較復(fù)雜,所要求的功能也就不盡相同,所以高層互連的復(fù)雜性完全取決于互連的網(wǎng)的幀、分組、報文以及協(xié)議的差別程度如何,通常對不同類型的網(wǎng)絡(luò)而言,他們的幀和分組以及報文的大小都是不相同的,在高層互連中,差錯校驗的算法、最大分組的生存周期以及無連接協(xié)議還是面向了連接的協(xié)圖1議以及計時值的不同。如圖1顯示。
三、網(wǎng)絡(luò)互連的關(guān)鍵技術(shù)
1、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)之協(xié)議規(guī)約的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)一化,這是互連網(wǎng)的前提。
2、尋址的標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一化。當(dāng)各類異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)具有不同的名字空間、不同尋址方法時,或者是同構(gòu)網(wǎng)絡(luò),在互連后尋址空間進(jìn)一步擴(kuò)大,因此只有借助于路由器,:靈活標(biāo)誰化的地址空間,才能迅速有效地尋到信J息的目的結(jié)點。X.121標(biāo)準(zhǔn)是關(guān)于公用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的制作國際間尋址的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn),它采用1位國別號,3位網(wǎng)絡(luò)號,還有為識別公用數(shù)據(jù)網(wǎng)中DTE(數(shù)據(jù)終端設(shè)備),共10位的編址方案。
3、依據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)互連環(huán)境,提供不同的互連技術(shù)方案,如前第一節(jié)所述的中繼器、網(wǎng)橋、路由器與信關(guān)。例如在Noven網(wǎng)絡(luò)里,其網(wǎng)橋可以同時連接四種不同類型的LAN網(wǎng)絡(luò)。
4、多種主機(jī)、多種協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)兼容——TCP/玲協(xié)議互連技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)互連的復(fù)雜性還涉及到結(jié)點的多種主機(jī)、多種類型的本機(jī)操作系統(tǒng),以及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下發(fā)展起來的多種協(xié)議。主機(jī)操作系統(tǒng)是本機(jī)操作的控制核心,而網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)則是網(wǎng)絡(luò)用戶進(jìn)行交互時的控制系統(tǒng),因此實現(xiàn)多種操作系統(tǒng)都能兼容地支持一個網(wǎng)絡(luò)的實質(zhì)就在于實現(xiàn)多種主機(jī)操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的接口,即一個網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)對某一類主機(jī)都應(yīng)具備一個相應(yīng)的運(yùn)行于此機(jī)的新版本。
5、應(yīng)用程序在互連網(wǎng)中的兼容性。應(yīng)用層是用戶與網(wǎng)絡(luò)的界面,在互連網(wǎng)中用戶進(jìn)程的交互才是網(wǎng)絡(luò)操作最終的目標(biāo)。然而,用戶的需求是千變?nèi)f化的,如果不用協(xié)議去約束應(yīng)用系統(tǒng),使之標(biāo)準(zhǔn)化,那么網(wǎng)絡(luò)上的用戶交互實際上仍是無法進(jìn)行的。目前在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層上已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用系統(tǒng)中,流傳較廣的有:信報處理系統(tǒng)—MHS、文件傳送訪問及管理協(xié)議—FTAM、還有數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)上的開發(fā)工具、高級語言編譯程序和網(wǎng)絡(luò)漢字系統(tǒng)等。網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用程序系統(tǒng)還有一個非常突出的特點,這就是應(yīng)用進(jìn)程的一對多關(guān)系。這種關(guān)系就要求網(wǎng)絡(luò)上的軟件必須是多用戶的可重入的軟件系統(tǒng),否則,它就不可能在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中正確地運(yùn)行。對數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)而言,就要求其記錄是可以加鎖的;而對網(wǎng)絡(luò)漢字來講,其漢字庫應(yīng)能夠為多用戶所共享,而不是單用戶DOS的漢字系統(tǒng),這些要求給網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層系統(tǒng)的開發(fā)帶來了一定的工作量,它是從單機(jī)上升到網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所必須解決的關(guān)鍵問題。
四、對于計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)中的使用的設(shè)備
4.1中繼器中繼器是計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)的硬件支持,是存在于物理層的協(xié)議,在中繼器的幫助下,計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)可以將簡單的二進(jìn)制碼在兩個網(wǎng)絡(luò)之間互相傳輸,在信號傳輸?shù)倪^程中,中繼器可以將正在傳遞的信號進(jìn)行放大的處理,但是不能去除掉網(wǎng)絡(luò)上的分組,因此單純的在計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)使用中繼器只會加速互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)個網(wǎng)絡(luò)之間性能的惡化,所以還要在互連技術(shù)內(nèi)加入橋接器。
4.2橋接器橋接器是作用在數(shù)據(jù)連接層的技術(shù)支持,實現(xiàn)的是計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)軟件與硬件之間功能實現(xiàn),當(dāng)信號在兩個通信網(wǎng)絡(luò)之間傳遞的時候,橋接器可以實現(xiàn)對信號的傳輸和過濾,還不回對信息作出修改,還可以使用橋接器做到增加幀緩存的功能,增強(qiáng)了橋接器之間的匹配速度,在一定程度上實現(xiàn)了流量的控制,滿足了現(xiàn)代社會下人們對于通信速度的需求。圖2
4.3路由器路由器在計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)上實現(xiàn)的是對于傳遞的信息的分組與轉(zhuǎn)發(fā),對于傳遞的信號,路由器可以在對信號進(jìn)行了初步的分組之后將信號一站一站的繼續(xù)傳遞下去,路由器在計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)分為動態(tài)與靜態(tài)兩種形式,隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,現(xiàn)代的通信網(wǎng)絡(luò)越來越趨向于動態(tài)方法。路由器互連技術(shù)的結(jié)構(gòu)如圖2顯示。
4.4網(wǎng)關(guān)在應(yīng)用層內(nèi),網(wǎng)關(guān)設(shè)計主要是為了完善軟件在計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)之間的作用,執(zhí)行了各個層次之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換的功能例如可以智能的選擇網(wǎng)址、路由器等,網(wǎng)關(guān)使用在不同網(wǎng)絡(luò)的互連之間是最為正確的,同時還對傳遞的信息進(jìn)行了加密技術(shù)的處理,這樣一來增加了人們對于通信網(wǎng)絡(luò)的信任和使用。
五、總結(jié)