淺析基于云計算的智能計量平臺研發(fā)的論文
1 系統(tǒng)需求
根據(jù)智能計量業(yè)務(wù)的需求，智能計量平臺將基于云計算技術(shù)，使系統(tǒng)需要和營銷管理系統(tǒng)、95598系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、智能小區(qū)系統(tǒng)以及省網(wǎng)營銷管理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的交互，以實現(xiàn)計量業(yè)務(wù)與營銷其他業(yè)務(wù)的雙向互助支撐。此外，系統(tǒng)還需要整合現(xiàn)有的居民集抄系統(tǒng)、負荷控制系統(tǒng)及配電變壓器監(jiān)測系統(tǒng)，構(gòu)建電力客戶與電網(wǎng)管理部門的智能化和多樣化互動服務(wù)平臺。系統(tǒng)的物理架構(gòu)。
可知，本系統(tǒng)的目的是將不同領(lǐng)域的單一監(jiān)測系統(tǒng)(如廠站電能量遙測系統(tǒng)、大客戶負荷管理系統(tǒng)、配電變壓器監(jiān)測計量系統(tǒng)、低壓集中抄表系統(tǒng)和智能小區(qū)系統(tǒng))進行整合，通過利用虛擬化平臺對上述系統(tǒng)涉及到的服務(wù)器、存儲設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的資源進行虛擬化，屏蔽了由于硬件資源的不同導(dǎo)致相互通信受阻問題，并以虛擬機為單位進行統(tǒng)一的資源管理，通過虛擬機將各類系統(tǒng)數(shù)據(jù)集中到主站或者通過統(tǒng)一的虛擬機將主站的指令發(fā)送到各監(jiān)測終端，然后在主站端進行計量業(yè)務(wù)的綜合應(yīng)用分析和用電信息輔助決策。
2 核心技術(shù)介紹
Hadoop是分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)，是由開源組織Apache開發(fā)。基于Hadoop[9]的應(yīng)用系統(tǒng)可以運行在廉價的硬件設(shè)施組成的集群上，通過Hadoop可以快速構(gòu)建一個具有高可靠性和良好擴展性的分布式系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由HDFS、MapReduce和HBase等組件組成，其中HDFS和MapReduce是Hadoop的兩個核心組件，HDFS是Hadoop實現(xiàn)的一個高度容錯的分布式文件系統(tǒng)，具有較強的可擴展性，同時HDFS也是Hadoop系統(tǒng)的基礎(chǔ)層，負責(zé)數(shù)據(jù)的存儲管理，并且能夠提供高吞吐量的數(shù)據(jù)訪問，適合處理大規(guī)模數(shù)據(jù)集的應(yīng)用程序。而MapReduce[10]是一種并行計算模型，它能夠有效合理地分割輸入數(shù)據(jù)，進而并行處理，適合對海量數(shù)據(jù)的處理。Hadoop實現(xiàn)的MapReduce計算框架提供一種簡單的編程模型，節(jié)省時間，可以快速實現(xiàn)分布式計算應(yīng)用;HBase是一個分布式的、面向列的非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，是云計算中的開源實現(xiàn)，支持高性能并發(fā)讀寫。
在本項目中， H a d o o p 集群局域網(wǎng)由1 臺NameNode服務(wù)器、1臺SecondaryNameNode服務(wù)器、1臺JobTracker服務(wù)器和多臺從服務(wù)器組成。NameNode服務(wù)器負責(zé)管理海量數(shù)據(jù)文件的分割、存儲以及監(jiān)控DataNode的運行情況。應(yīng)用程序需要讀取數(shù)據(jù)文件，首先訪問NameNode服務(wù)器，獲取數(shù)據(jù)文件在各DataNode上的分布，然后直接與DataNode通信。一旦發(fā)現(xiàn)某個DataNode宕機，NameNode將通知應(yīng)用程序訪問宕機節(jié)點各數(shù)據(jù)塊的副本，并在其他DataNode上增加宕機節(jié)點各數(shù)據(jù)塊的副本，以保證平臺的可靠運行。SecondaryNameNode服務(wù)器用來監(jiān)控HDFS狀態(tài)，與NameNode進行通信，以便定期保存HDFS元數(shù)據(jù)的快照，若NameNode發(fā)生問題，其作為備用NameNode使用。JobTracker服務(wù)器負責(zé)管理計算任務(wù)的分解和匯總，負責(zé)監(jiān)控各TaskTracker節(jié)點的運行情況，一旦某個任務(wù)失敗，JobTracker自動重新啟動這個任務(wù)。從服務(wù)器承擔(dān)了DataNode和TaskTracker兩種角色，分別負責(zé)數(shù)據(jù)塊的存儲和數(shù)據(jù)計算的map、reduce任務(wù)的運行。
3 平臺框架結(jié)構(gòu)
結(jié)合智能計量平臺自身的特點， 智能計量云平臺在設(shè)計上采用分布式、分層結(jié)構(gòu)，可以劃分為整個系統(tǒng)的實現(xiàn)由云設(shè)備、云平臺、基礎(chǔ)服務(wù)、高級應(yīng)用及表現(xiàn)層五層構(gòu)成，云設(shè)備層由主機設(shè)備、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及其他設(shè)備組成。在本系統(tǒng)軟件設(shè)計中，采用VMware虛擬化平臺管理技術(shù)，通過對上述設(shè)備進行操作系統(tǒng)虛擬化處理，實現(xiàn)了對硬件資源的虛擬化，并對上述虛擬化后的硬件采用虛擬機的管理方式，實現(xiàn)了資源抽象、資源監(jiān)控、資源部署以及安全的管理。通過虛擬化技術(shù)的實施，不但保證了資源的利用效率，還使系統(tǒng)管理人員可以不受形式各異的硬件資源及操作系統(tǒng)的影響，而將工作重心全部投入到系統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用上。
云平臺由數(shù)據(jù)存儲、計算服務(wù)、負載管理、數(shù)據(jù)隔離和備份管理等服務(wù)組成。該平臺以虛擬機為單位構(gòu)建了數(shù)據(jù)庫集群、應(yīng)用集群、網(wǎng)關(guān)集群、采集集群、Web集群和接口服務(wù)器集群等基礎(chǔ)平臺運行環(huán)境，采用分布式文件系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)分析等先進的云計算技術(shù)，實現(xiàn)了海量數(shù)據(jù)的大規(guī)模存儲，為后續(xù)的數(shù)據(jù)挖掘，高級數(shù)據(jù)應(yīng)用提供了高性能的分布式計算環(huán)境。服務(wù)層由系統(tǒng)模型管理、數(shù)據(jù)中心管理、數(shù)據(jù)訪問服務(wù)、消息服務(wù)、報表服務(wù)、通信管理、規(guī)約管理、系統(tǒng)維護及權(quán)限服務(wù)等組成，本層是業(yè)務(wù)系統(tǒng)的堅強基礎(chǔ)，高級應(yīng)用的每個模塊都要求這些服務(wù)的支撐。該層采用MapReduce作為處理海量數(shù)據(jù)的并行編程模型和計算框架。對于大規(guī)模的數(shù)據(jù)集合操作，采用任務(wù)分解與結(jié)果匯總的方法。此外，通過采用高級數(shù)據(jù)流語言Pig實現(xiàn)了簡化MapReduce任務(wù)的開發(fā)過程。在系統(tǒng)模型管理提供了整個系統(tǒng)內(nèi)在的基于IEC 61970/IEC 61968的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的'互操作;數(shù)據(jù)中心管理及數(shù)據(jù)訪問服務(wù)提供了基礎(chǔ)運行大數(shù)據(jù)的快速準確訪問機制;通信管理提供整個系統(tǒng)通信信道及通信方式的選擇機制;而規(guī)約管理提供了系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換的模型格式。
應(yīng)用層由能耗管理、運維管理、降損節(jié)能管理、設(shè)備狀態(tài)評估、信息發(fā)布及數(shù)據(jù)接口等組成。能耗管理主要涉及異常用電、虛擬費控管理、有序用電管理、動能管理、分布式新能源管理及智能家居管理等;運維管理主要涉及計量校驗數(shù)據(jù)移動接入、計量設(shè)備缺陷分析及移動處缺管理等;降損節(jié)能主要涉及到關(guān)系電網(wǎng)經(jīng)濟運行的損耗分析、電能質(zhì)量各指標分析以及增值服務(wù)等;設(shè)備狀態(tài)評估主要涉及到供電仿真分析、配電變壓器狀態(tài)評估及設(shè)備全生命周期管理等功能。表現(xiàn)層主要是整個系統(tǒng)的訪問界面， 電力客戶與供電部門可以通過計算機客戶端、手持終端、LED大屏、觸摸屏及多媒體電視等實現(xiàn)雙向互動、用電信息的及時披露、異常供電的早通知及處缺管理的更加便利化。本層在設(shè)計時主要使用Flex技術(shù)來保證系統(tǒng)的易用性，并使用Swiz技術(shù)框架來實現(xiàn)模型-視圖-控制器(Model-View-Controller，MVC)設(shè)計，并充分利用現(xiàn)有平臺中的系統(tǒng)管理功能。
4 平臺系統(tǒng)特點
與原計量平臺相比，新型智能計量自動化平臺具有下述優(yōu)點：
1)在主站平臺系統(tǒng)的設(shè)計上，底層系統(tǒng)采用云平臺架構(gòu)，整合主機設(shè)備、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及其他設(shè)備，在這些設(shè)備基礎(chǔ)上進行操作系統(tǒng)虛擬化處理，提供數(shù)據(jù)存儲、計算服務(wù)、負載管理、數(shù)據(jù)隔離及備份管理等服務(wù)，保障設(shè)備高效利用、上層服務(wù)及時響應(yīng)，保障高級應(yīng)用各模塊能夠負載均衡，且快速得到處理。
2)在系統(tǒng)內(nèi)核設(shè)計上，采用統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心建設(shè)模式，采用模塊化設(shè)計方式，即：統(tǒng)一設(shè)備建模、統(tǒng)一業(yè)務(wù)管理、統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)一分析計算、統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)平臺、統(tǒng)一告警及統(tǒng)一信息發(fā)布，避免重復(fù)建設(shè)，以便各種后續(xù)高級應(yīng)用模塊能夠靈活配置，達到即插即用的目的。
3)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計上，以計量自動化系統(tǒng)主站為基礎(chǔ)，與廠站電能量遙測系統(tǒng)、大客戶負荷管理系統(tǒng)、配變監(jiān)測計量系統(tǒng)、低壓集中抄表系統(tǒng)及智能小區(qū)系統(tǒng)統(tǒng)一組網(wǎng)，共享通信服務(wù)資源，共用相同的數(shù)據(jù)庫服務(wù)系統(tǒng)，建設(shè)一體化主站系統(tǒng)。一體化主站系統(tǒng)中市局、縣局、供電所、變電站、母線、主變壓器要求、線路、大客戶、臺區(qū)、專用變壓器、配電變壓器、表計、終端和計量點等對象各自唯一編碼，可滿足采集模型和分析模型的構(gòu)建。
4)在系統(tǒng)部署上，采用集中式部署方式。即：只在地市供電局部署主站，各縣級供電局不單獨建設(shè)主站，而以工作站的方式接入主站，所有的業(yè)務(wù)都必須在主站完成。
5)在接口設(shè)計上，系統(tǒng)不僅需要與表計終端進行通信交換運行信息，而且需要與諸如營銷管理系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)及95598系統(tǒng)等外部接口，以獲取諸如檔案資料、繳費情況、購售電以及客戶用電反饋信息等各種信息的支撐。
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