淺析網絡協議在機房電源末端解決方案中的應用

張皆喜

（北京突破電氣有限公司，北京100076）

保障信息安全可靠傳輸的機房重地—IDC機房的管理智能化成為衡量國家信息安全的重要方面，而電源末端管理又是IDC機房的一個必不可少的重要的組成部分。目前管理IDC機房的自動化設備的廠家層出不窮，每個廠家硬件設備之間的通信協議各不相同，這在工程中對設備的集成監控有很大的挑戰。TCP／IP協議及Modbus協議是通訊協議中發展比較完善，傳輸比較穩定，以及它的開放性、可擴充性和標準化使它成為目前通用工業標準。本文以智能PDU監控系統為基礎，闡述通信協議在電源末端解決方案中的具體應用。

1 通訊方式的比較

工業領域普遍采用兩種方式來實現人機交互，一種是目前較流行的以太網方式；一種是傳統的工業總線的方式。以下就兩種方式做分析比較。

1.1 總線方式

在工業控制領域中，隨著控制系統規模的不斷增大，被控對象、測控裝置等物理設備地域分散性也越來越明顯，集中控制系統已經不能滿足要求。集散控制系統和其后出現的現場總線控制系統就是順應這一趨勢發展起來的技術。但是，1999年現場總線技術標準IEC－61158出臺，8種現場總線都成為IEC的現場總線技術標準，其實質是沒有真正統一的通信標準。因此，世界各大工控廠商紛紛尋找其他途徑以求解決擴展性和兼容性的問題。考慮到工業網絡要求實時性、確定性通信場合，現場總線技術還將處于主導地位，因此必須面對一個多種網絡技術并存的現實環境。

在現場總線協議當中，為了提高傳輸效率，一般只定義七層協議中的物理層、數據鏈層和應用層。圖1表示了Modbus協議及其與OSI參考模型的對應關系。

1.2 以太網方式

Ether net作為一種成功的網絡技術，在辦公自動化和工業界獲得了廣泛地應用。因為Et her net具有成本低、穩定和可靠等諸多優點，已經成為最受歡迎的通信網絡之一。然而，由于Ether net的MAC層協議是CSMA／CD，具有排隊延遲不確定的缺陷，無法保證確定的排隊延遲，使之無法在工業控制中得到有效地使用。TCP／IP協議體系和OSI參考模型一樣，也是一種分層結構。它是由基于硬件層次上的四個概念性層次構成，即網絡接口層、互聯網層、傳輸層和應用層。圖2表示了TCP／IP協議體系及其與OSI參考模型的對應關系。

圖1 Modbus協議與OSI參考模型的對應關系圖

圖2 TCP／IP協議體系及其與OSI參考模型的對應關系

兩者的區別及融合見表1。

表1 以太網與現場總線比較

基于兩者的優勢，將其應用到機房電源末端管理系統中，以提供多種應用模式。

2 機房電源末端管理系統

該機房電源末端管理系統綜合了傳統的總線方式，又借鑒了目前較為流行的以太網方式，實現了一套較為成熟的監控管理系統。該系統采用了B／S結構方式和分層的結構框架，將整個系統分為兩大層，一層是滿足現場的快速、準確、實時性強的要求，稱作底層（或為從部分）；另一層是滿足不同廠家設備的相互兼容，及快速組網的要求。圖3說明該系統的設計架構。

圖3 電源末端管理系統的系統架構

2.1 系統底層部分

系統底層部分采用Modbus協議作為底層設備主從機間的通訊協議，其底層設備依據Modbus按主－從方式進行通訊，僅一個主設備作為上層的被查設備，其他從設備根據主設備查詢時提供的數據信息作為相應的反應。主設備可以單獨與每個從設備通信，也能以廣播方式與所有從設備通信在 MODBUS協議中，主機查詢和從機回復的消息結構如圖4所示。查詢消息中的功能代碼告知被選中的從設備要執行何種功能，數據段包含了從設備執行該功能需要的附加信息。錯誤檢測域為從設備提供了一種驗證消息內容是否正確的方法，在從設備的回應消息中，功能代碼是對查詢消息中功能代碼的回應，數據段包含從設備收集的數據如果有錯誤發生，功能代碼將指出是錯誤回應消息，同時數據段包含了描述此錯誤信息的代碼，錯誤檢測域用于主設備確認消息內容是否可用。

圖4 主機查詢和從機回復消息幀結構示意圖

2.2 系統上層部分

上層系統的設計主要是滿足不通系統間的兼容及更好的組網，實現更遠距離的監控，其實現是在從機硬件基礎上，增加了網絡通訊模塊，構成主機。這樣模塊化設計的優勢在于便于用戶升級和擴展，增強了其兼容性。其中采用的是TCP／IP協議族中支持的部分應用層協議，滿足不同需求。考慮到系統的B／S結構特點，采用了協議族中的Telnet協議及Http協議，以遠端訪問及Web形式訪問智能PDU。此外，便于機房不同設備可在一個平臺下運行、管理。該系統又支持SNMP協議，為用戶提供Mib庫，滿足用戶系統的兼容。

3 結束語

該系統打破以往傳統的單一系統設計，將系統劃分為兩部分，對于要求實時性較強的環境，更多選擇底層系統，完全可以構建一套本地監控系統，來達到實時準確的控制。對于控制性要求不是很嚴格的，或更多關注監測狀態的應用環境，或為實現系統的快速兼容，采用上層與底層結合的方式更為便捷。

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