基于電力通信網絡的管理信息系統的設計與實現

摘要：阿拉善地區為了提高電力供應水平，于2013年實施了14個電力基礎設施工程，總投資約11.7億元。其中，全年計劃竣工10個項目，開工4個項目，進一步優化了阿拉善的電力網絡布局，促進了區域經濟的快速發展。目前，這些工程已經完成了一半的進度，極大地解決了阿拉善的電力問題。然而，隨著阿拉善地區電力網絡規模的不斷擴大，電力系統的構成也變得越來越復雜。因此，建立一套完善的電網監控體系對于促進阿拉善地區的經濟社會發展具有緊迫性。為滿足這一需求，本文對內蒙古自治區電力公司的發展現狀進行了分析，并對阿拉善地區的實際需求進行了詳細研究。在調研與分析了該地區配電網實際情況后，本文對其整體結構和主要職能進行了深入討論。

關鍵詞：電力通信網絡；管理信息系統；故障信息；資源配置

電力通信網絡是確保電網穩定、高效和可靠的重要手段，也是實現電力系統安全可靠運行的關鍵。在電網中，電力通信扮演著關鍵角色。隨著電網規模的擴大，對電力通信網絡的要求也越來越高。因此，電力通信網的結構變得更加復雜，層級也變得更加豐富，電力通信網絡開始應用傳輸網、交換網、接入網等多種設備。

針對電力通信網的發展狀況，本文提出了一種新的電力通信網管理信息系統，擁有更好的功能和性能。該系統可以建立一個新的、與互聯網相隔離的電力通信網絡，并最大程度利用原有的布線系統。通過與互聯網的連接，使得電力通信網絡能更好地滿足需求。

一、系統需求分析

（一）系統的業務描述

本文所研究的電力通信網絡管理信息系統建設主要滿足以下業務需求：

①采集通信網絡日志：根據不同設備類型和網絡分布情況，可以選擇局域化記錄收集或網絡化記錄收集模式，以收集設備、應用和網絡的運行情況。

②管理審計記錄：針對電力通信網中各種設備和服務的不同報告形式和項目，進行管理審計記錄的需求。

③日志過濾與歸并：通過使用日志記錄集中審核系統，對原始日志進行篩選和合并，減輕日志在網絡上傳輸和數據中心儲存的負擔。

④基于局部式和基于網絡的電網日志審核：選擇不同的日志審核系統，根據實際需求采用基于局部式或基于網絡的電網日志審核系統。

⑤多維關聯分析：對不同電力通信資源的記錄進行分析，并通過事件關聯性分析，對多個設備上的事件進行關聯性分析，以完成事件流程的審核。

（二）核心功能需求分析

1.資源配置管理

在異常情況下，網絡管理系統可以進行網絡資源的調整和更改，以提供高質量的服務并合理管理用戶需求。配置管理是網絡管理系統的高級功能之一。

2.監控信息管理

監視模塊可以添加、修改和刪除監視目標，并支持遙控監視功能。用戶可以在控制中心設置和更改設備，并可以通過遙控指令對設備進行設置和更改。

3.系統基本信息管理

系統基本信息管理包括對系統的基礎信息進行維護和管理，同時還涉及對系統使用情況的管理。系統管理模塊允許對電力通信網絡中的客戶和相關數據進行管理和維護，包括添加、刪除、修改和更新用戶等操作。

二、系統的設計

（一）系統的體系構架設計

電力通信網絡管理信息系統采用了常見的三層結構，包括業務邏輯層、數據訪問層和數據庫層。在這個結構中，數據層的設計與實施過程中，需要對數據的添加、刪除、編輯、查詢等操作進行封裝，以實現對數據的統一管理和維護。通過封裝這些操作，可以方便未來的擴展和維護工作，并且便于數據存取層與商業邏輯層之間的交互轉換。電力通信網絡管理信息系統的體系架構如圖1所示。

（二）系統功能模塊設計

1.資源配置信息管理

在主干網網絡管理系統中，資源的配置是實現主干網網絡管理系統的另一個重要的高層管理職能。主干網的系統資源配置具有以下功能：①利用各種方法建立和調整制度，以實現資源的合理配置；②繪制和展示網絡拓撲圖表；③對網絡中的實體裝置進行增加或減少；④增加或移除網絡傳送鏈接；⑤完善并監視網絡迂回。

2.監控信息管理

該系統采用分散布置的傳感器、采集器和數據信道，在機房內可以實現對溫度、門禁、濕度、電源電壓、煙霧、電源電流、機房監控等各個方面進行全方位的監控。同時，該系統還具備多路遙測和遠程控制功能，能夠實現對礦機的遠程監測和控制。

3.系統基本信息管理

通過對上述要求的分析，系統的基礎資料管理系統可以被分為兩個部分： ①機構和系統：企業的組織架構是其最重要的基本信息。該系統通過代碼和樹狀結構來表示企業的組織架構。結構根據2-1級的單位進行劃分，包括“裝備運用部”和“裝備維護部”等部門。②用戶和權限：用戶和權限模塊負責用戶的登錄、注冊、信息管理，以及對用戶權限的控制。具體功能包括：用戶登錄和注冊、用戶信息管理、角色和權限管理、密碼管理等。

（三）系統數據庫設計

在電力通信網絡管理信息系統的數據庫設計中，第一步是概念結構的設計。概念結構的設計是根據用戶的存儲需求，對存儲的數據之間的關系進行分析，并設計出一種數據的關系模式，也就是數據庫的概念結構模型。

根據電力通信網絡管理信息系統各模塊之間的關系，在對電力通信網絡管理信息系統進行數據庫設計時，為了方便數據的跨表查詢，本數據庫還設計了相應的數據表，以用戶以及電力系統資源為例，來描述數據表的具體設計，如表1、表2所示。

三、系統的實現與測試

（一）系統設計和開發的環境

下面是電力通信網絡管理信息系統的開發環境：①技術平臺：開源的PHP技術；②開發語言：PHP；③中間件：Jmail組件；④數據庫：MySQL5.6；⑤服務器操作系統：RED HAT LINUX6.5。

（二）系統核心功能模塊實現

1.系統登錄界面實現

當用戶第一次與系統進行交互時，需要通過用戶名進行登錄，并驗證用戶的身份安全性。系統會設定一個特定的用戶名供用戶使用。在登錄系統之前，用戶需要輸入與該用戶名對應的密碼。系統會進行用戶名和密碼的驗證，確保用戶的身份安全性。只有通過驗證的用戶才能成功登錄系統，并開始使用系統的各項功能。

2.資源配置信息管理模塊實現

該函數涵蓋了設備管理、設備履歷、儀器儀表管理、布線表管理、備品備件管理、生產耗材管理、方式單執行管理、缺陷分析記錄和工作記錄管理等方面。

3.監控信息管理模塊實現

監測信息管理模塊是一個能夠實時監測各種資源利用率的功能，包括備品備件、信道資源、物理資源（如端口和機盤）、光纜等。該模塊會根據設定的預設閥值，實時監測資源利用率，一旦超出預設閥值，就會觸發警報。系統利用Jmail構件發送電子郵件、網絡系統提醒和文本消息給員工。這些警報會及時提醒員工，讓他們了解系統運行狀態是否超出了臨界點。這為員工提供了及時反饋，使他們能夠立即采取措施來優化和擴展系統。通過警報提醒，員工可以及時處理并調整資源，以確保系統的高效運行。

4.系統基本信息管理模塊實現

（1）機構與系統管理實現。在系統管理方面，主要包括企業組織機構設置、系統安全設定、系統基本數據設定、報表管理、設備功能位置設定、用戶日志管理、系統異常記錄以及系統提示信息等。在本系統中，以組織機構為基本資料，并按照等級劃分單位，形成了一個以單位為節點的樹狀結構。通過在系統中創建組織節點，并將單位與其關聯，系統實現了一個完整的組織機構。此外，系統還通過設定安全策略、權限控制和用戶角色管理，確保只有授權用戶可以訪問和操作系統的相關功能和數據。同時，通過設置系統基本數據，如單位信息和通用參數等，為系統的正常運行提供必要的數據參考。

（2）用戶管理實現。為了確保數據的安全性和機密性，該系統采用了分級管理和基本資料的全系統共享方式。在系統中，對于數據的讀取、查詢和修改等操作，必須經過適當的授權。只有被授予相應權限的操作者才能執行上述操作。當需要為某個特殊用戶設定特權時，可以將該用戶分配到相應的用戶組中。用戶組擁有特定的權限集合，當用戶被分配到用戶組中時，就會自動獲得該用戶組的所有特權。需要注意的是，系統不支持直接將特權賦予個別用戶，而是通過分配用戶組來管理特權。

（三）系統測試

1.測試方法選擇

系統測試是一項重要的任務，需要進行系統規劃和選擇合適的測試方法。其中，黑盒測試和白盒測試是常用的工程設計方法。

在軟件測試中，可以將其分為兩個部分：單元測試（模塊測試）和集成測試。單元測試是對被測試元件進行獨立測試的過程。它要求被測試元件具備特定的功能，并與其他元件有精確的接口。單元測試的目標是驗證被測試元件在獨立狀態下是否能夠按照設計的要求正常運行。集成測試是將被測試元件逐步與其他元件進行集成，以進行系統級別的測試。從“原子”模塊開始，逐漸將更高層次的模塊集成，以驗證系統的功能和性能。

在電力通信網管理信息系統的軟件測試中，可以按照上述方法進行測試。首先進行單元測試，逐個驗證每個模塊的功能和接口是否符合要求。然后進行集成測試，逐步將模塊進行集成，并驗證整個系統的功能和性能。

2.測試用例設計

測試用例是對系統進行測試的一種方法，用于說明測試任務和系統需求之間的關系。在電力通信網絡管理信息系統中，可以從功能性測試和性能測試兩個方面進行系統測試的推行。

（1）功能性測試。能性測試是驗證系統能否正確操作和輸出，符合需求規格說明書中定義的功能的測試。其中，一個測試用例可以是用戶登錄測試。在這個測試中，針對不同用戶，系統應設定相應的授權權限和提供相應的提示信息，當用戶輸入用戶名或密碼時。

（2）性能測試。性能測試用于評估系統在負載條件下的性能表現。在電力通信網絡管理信息系統中，可以使用流行的性能測試軟件 Load Runner 進行測試。Load Runner 可以實時檢測和應用系統的性能，通過模擬真實用戶的操作，找到和解決問題。Load Runner 能準確測量不同配置上的負載，并預測系統的運行情況，從而進行優化。

3.測試結果分析

在對電力通信網絡管理信息系統進行全面測試時，共設計了158個測試用例，其中3個是錯誤測試用例，意味著只有在實際測試過程中才能發現的問題。而其他155個測試用例基本符合系統的內在邏輯，沒有實際漏洞。測試結果顯示，電力通信網絡管理信息系統的吞吐量的平均值為1668495 kb/s，平均響應時間為0.249ms。這些指標能夠較好地反映系統的性能表現。

另外，通過增加并發用戶數量，可觀察到電力通信網絡管理信息系統的吞吐量和平均響應時間也會相應地增加，同時變化趨勢也相對穩定。因此，可以得出結論，論文中提出的控制策略在實際應用中非常有效。

四、結束語

本論文基于阿拉善地區當前的通信資源狀況，提取了對通信資源的管理要求，并基于這些要求開發了一套以電網為基礎的管理信息系統。以下是該論文的主要結果：①論述了選題的研究意義，并參考了國內外的研究現狀。這為論文的進一步研究提供了扎實的理論基礎和有效指導。②綜合介紹了研發所使用的相關方法，例如一般數據庫和SQL等軟件，這些方法的介紹有助于讀者對論文的研究方法有更全面的理解。③對系統的性能指標進行了全面、系統地研究。這表明作者對系統的性能有深入的了解，并在研究過程中對其進行了全面評估。④系統的具體架構主要包括登錄模塊、服務器和其他設備，以及相關的管理功能。這些模塊的設計有助于讀者對系統整體結構的把握。⑤對該系統的架構和實施進行了較為完整的說明，包括管理、數據收集和網絡管理系統的需求，并對各個方面做了較為詳盡的分析和設計。這為實際應用中的系統實施提供了指導和參考。

作者單位：宋弘亮 寧波市電力設計院有限公司

廖海林 國網紹興供電公司

江涵 寧波市電力設計院有限公司

張文博 國網浙江省電力有限公司寧波供電公司信息通信分公司（數據中心）

參考文獻

[1] 石劉強，石顧禹，楊明，等.協同調制識別算法在電力線通信網絡中的設計與實現[J].計算機工程， 2019， 45（8）：6.

[2] 肖祖才.基于NB-IoT的用電信息采集系統設計與研究[J].自動化儀表， 2023， 44（1）：5.

[3] 何凱彥，李維波，許智豪，等.基于雙CPU的雙以太網與雙RS-422交互通信技術[J].中國艦船研究， 2020， 15（3）：8.

[4] 張培玲，趙可可.基于單頻通信的低壓電力線通信系統設計與實現[J].中國電力， 2023， 56（3）：11.