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变电站自动化系统中嵌入式Web服务器的设计

变电站自动化系统中嵌入式Web服务器的设计

点击数:7910 次   录入时间:03-04 11:55:02   整理:http://www.55dianzi.com   电工文摘
后,从数据字典中查找该标记对应的Get_Handler指针,用Get_Handler返回的该标记对应的数据点当前值置换

图3  系统主页

HTML文件流中的标记,全部解析过程完成后,嵌入式Web服务器将解析结果通过HTTP协议发送给客户端,经客户端的Web 浏览器解析后变为Web页面呈现在客户端面前。以上过程为实时数据查看的实现机制,参数设置和远程实时控制的实现机制基本类同,所不同的是,客户端发出的是“POST Method”请求,服务器在数据字典中查找的是“Set_Handler 指针”。

    以上分析表明,通过自定义数据点标记实现变电站自动化系统Web页面中实时数据点的动态显示和控制,动态数据的网页嵌入设计与动态数据的Web服务器处理程序得以分离,处于一种弱耦合关联状态,这样,网页界面的调整不会影响Web服务器的程序设计,Web服务器程序的修改也与网页界面设计无关,整个嵌入式Web服务器设计具有了灵活性和可扩展性。
3.2  数据点复用技术
    本系统中测控装置和保护装置最大配置为255个,每个装置中的遥测、遥信、电度等采集点又分别最多可达96路,若每个装置对应一个页面,装置中的每一个数据点对应该Web页面中的一个,势必导致系统中所有Web页面文件个数和每个Web页面文件大小趋于无穷。对于以有限资源约束为主要特征的嵌入式系统而言,这种Web页面设计方案不具可行性。
    解决方法之一是采用复用技术,提出“基于点”和“基于面”的双重复用技术。以综合测控装置的遥信点为例,系统中所有综合测控装置共用同一Web页面,该页面中的所有遥信点共用一个数据点标记
其中,为带参数的自定义标记,用于循环控制,数据点标记表示该装置中的遥信点个数。运行时当嵌入式Web服务器辩识至,该标记将被解析为二维数组变量MsYxVal[devNo][ptNo],其中:devNo为该遥信点所在DF3670类型装置的设备序号(可理解为页面号),devNo由URL中QueryString提交,限于HTTP协议的无状态记忆性,提交后的devNo由HTML文件中的Form Hidden Element记忆;ptNo为该遥信点在装置中的遥信点序号(可理解为点号),ptNo值表征循环标记REPEAT中当前的循环次数。此后,服务器将devNo和ptNo作为参数传给MsYxVal所在数据页面中的Get/Set_Handler函数进行处理,得到返回值置换标记。
    采用以上数据点双重复用技术后,系统总Web页面文件个数为16,最大Web页面文件大小为5KB。
3.3  嵌入式JavaApplet与JavaSCRJPT
    HTML页面技术只提供基于页面的浏览刷新机制,这一机制用于显示只需动态刷新数据点的页面时存在闪烁缺陷,解决的方法是采用Java技术[7]。Java以其平台无关性、可下载性、动态性而成为一种优秀的Internet编程语言,但将Java直接用于嵌入式系统存在以下问题:(1)Java虚拟机JVM脚本相对存储资源有限的嵌入式系统过于庞大;(2)由于HTTP协议的无状态性,Web Server为响应多个Java Applet周期性的刷新请求被迫反复的创建再删除TCP堆栈,当请求周期足够短时,根据Heisenberg原理,有限资源的嵌入式系统的CPU将很快达到其处理能力的极限。因此,从这一角度而言,嵌入式系统中允许使用的Applet个数是有限的,但这一限制这对于有大量数据点需实时动态刷新的变电站自动化系统而言是不现实的要求。

    为解决以上问题,本系统放弃了常规Java虚拟机机制而采用中间代理机制,如图5所示,所有下载到客户端的Applet(包括图形化Applet和数据Applet)与Web Server 的交互都需要通过中间代理Applet Broker,该Applet在Web页面上不可视,其功能有两个方面,一是将所有图形化Applet和数据Applet对嵌入式Web服务器的数据请求“整合”后送往Web服务器,另一方面则是将从嵌入式Web服务器接收到的响应分发给相应的图形化Applet和数据Applet。这样,若干Applet与嵌入式Web服务器的数据传输次数得以最小化,嵌入式Web服务器对于Applet的响应处理负载得以减轻,系统允许使用的Applet不再有个数限制。
    此外,Brower方的控制应用程序采用了JavaSript配合JavaApplet完成与服务器的交互过程。JavaSript用于控制管理Brower方各客户不同的操作信息,通过Querying String或 Form Hidden Element向Web Server提交,Server解析提交信息后置值,然后下载该Applet, Applet下载至客户端开始运行,首先从中读取相应信息完成初始化过程,进而开始与服务器的LoginàGetàLogout的循环交互。
3.4  访问级别设置与权限认证
    嵌入式设备上网后,安全性问题成为衡量系统性能的一项重要指标。本系统对此采用了访问权限认证机制,其中:设计阶段中的访问级别设置不仅提供传统的“基于页面”方式,而且,提供灵活的“基于对象”的方式,单个设备,数据采集点的DataMark均可成为“对象”,这样同一页面不同重要级别的数据点可被分别设置为不同的读、写操作访问级别,只有权限不低于设定要求访问级别的客户经Web 服务器认证后方可进行其权限范围内的监控操作;运行阶段中权限认证采用JavaSCRJPT-Digest方式,相对传统Browser-based的双向可逆Base64加密算法,JavaSCRJPT-Digest的MD5加密算法具有不可逆性,因此用户名和密码即使被网上非法用户截获也无法破解,此外,系统权限认证中使用的Cookie驻留客户端Browser内存中而非客户端的硬盘文件中,因此非法用户也无法在客户端从Cookie中获取合法用户名和访问密码。
3.5  Point-to-Point Protocol(PPP)与电子邮件告警(SMTP)
    PPP链路一般工作于Server Mode以提供远程访问接入服务,当发送电子邮件告警信息时,PPP链路切换至Client Mode。电子邮件告警信息的发送采用SMTP(Send Mail Transfer Protocol)协议,发送前应设置ISP(Internet Service Provider)为到达电子邮局的出口网关,例如ISP可选用163电信局,电子邮局可选用263邮局。

4  结语

    本文重点探讨了变电站自动化系统中嵌入式Web服务器的设计方法与实现中的一些关键问题,嵌入式Web服务器的其它一些功能(包括文件上传与下载、权限登陆与注销等)的实现类同传统Web服务器,限于篇幅,本文不再赘述。
    目前DF3600系统已顺利通过北京电科院质检中心的入网测试,表明利用嵌入式技术在嵌入式系统中开发变电站自动化系统中的嵌入式Web服务器是切实可行的。变电站自动化系统基于嵌入式Web服务器的远程监控维护方式将有效降低监控运行维护成本、提高监控运行维护效率,因而具有很大的应用前景和推广价值。

参 考 文 献

1 刘立芳(Liu Lifang). 远程设备实时监控管理系统的设计与实现(The design and implementation of an equipments’ real-time remote monitoring and controlling system). 计算机工程(Computer engineering), 2000 (4 ),Vol.26
2 汪源生(Wang Yuansheng). 基于Web的继电保护信息管理系统的开发与应用(Web-based management information system of relay protection). 电力系统自动化(Automation of electric power systems), 2001 (5 )

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