引言

    各網(wǎng)省電力調(diào)度中心經(jīng)過多年的信息化建設(shè)，已基本建成了調(diào)度數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控(SCADA) 系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)( EMS) 、電能量采集與計費( TMR) 系統(tǒng)、廣域測量系統(tǒng)、水調(diào)自動化系統(tǒng)、調(diào)度管理信息系統(tǒng)、電力營銷系統(tǒng)、電力市場系統(tǒng)、設(shè)備停役和檢修系統(tǒng)等信息系統(tǒng)。這些信息系統(tǒng)由于硬件平臺、開發(fā)語言、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)等都不盡相同，再加上電力調(diào)度網(wǎng)絡(luò)需安全分區(qū)和橫向隔離，因而造成各系統(tǒng)間交互性差，電力調(diào)度中心的孤島問題日益突出，正嚴重阻礙調(diào)度中心乃至電力公司內(nèi)部信息流的有效傳輸。解決孤島問題的通用手段是采用整合技術(shù)。為解決這個問題， 國際電工委員會( IEC) 提出了用于促進電力系統(tǒng)應(yīng)用之間的數(shù)據(jù)交換和互操作的公共信息模型(CIM) ;此外，公用集成總線(UIB) 的規(guī)范也被提出。這些規(guī)范雖然為電力系統(tǒng)應(yīng)用的整合帶來一定便利，但沒有從根本上解決問題，不能從各個層次上對企業(yè)的資源進行整合。

    本文以電力調(diào)度中心不同應(yīng)用系統(tǒng)的整合為背景，首先對孤島的不同層次進行了分類，然后就不同層次孤島(硬件層、數(shù)據(jù)層、軟件模塊層、業(yè)務(wù)流程層、應(yīng)用訪問層) 的整合提出了具體的整合方案，并闡述了涉及的技術(shù)。

1 孤島與整合

    1. 1 資源孤島的定義和類別

    孤島又稱資源孤島，是指在一個企業(yè)的各個部門之間或各應(yīng)用系統(tǒng)之間由于種種原因造成的部門之間或系統(tǒng)之間完全孤立，各種資源(如人員、數(shù)據(jù)、信息、文檔、硬件、工具等) 無法或無法順暢地在部門之間或系統(tǒng)之間流動。這種現(xiàn)象稱之為孤島，對于各應(yīng)用系統(tǒng)間的孤立現(xiàn)象又可分為硬件層面上的孤島和軟件層面上的孤島。

    硬件層面上的孤島是指各應(yīng)用系統(tǒng)的硬件資源相互孤立，不能被其他應(yīng)用系統(tǒng)訪問或順暢地訪問。

    軟件層面上的孤島按照軟件資源對象的不同分為數(shù)據(jù)孤島、軟件模塊孤島、業(yè)務(wù)流程孤島和應(yīng)用訪問孤島4 種。數(shù)據(jù)孤島是指在信息環(huán)境中，由于各應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)模式、設(shè)計水平、標準應(yīng)用等方面千差萬別，使得在數(shù)據(jù)利用上各系統(tǒng)間互相封閉和獨立，數(shù)據(jù)信息不能互為共享和利用，造成數(shù)據(jù)重復(fù)輸入、數(shù)據(jù)冗余和數(shù)據(jù)的不一致。軟件模塊孤島是指各軟件設(shè)計過程中，軟件模塊僅為本應(yīng)用所設(shè)計，不能為其他軟件所重用，或者即使能重用也需要花費很大力氣來對其進行代碼級的改造。業(yè)務(wù)流程孤島是指企業(yè)內(nèi)的各種業(yè)務(wù)流程、管理流程僅存在于各自的應(yīng)用系統(tǒng)中，這些流程之間無法相互銜接以形成完整、自動的業(yè)務(wù)流程。應(yīng)用訪問孤島是指對每個應(yīng)用系統(tǒng)的訪問均需要登錄到各自的系統(tǒng)，不能實現(xiàn)基于訪問統(tǒng)一控制的單點登錄、全文搜索以及內(nèi)容集成。

    1. 2 整合的定義

    所謂整合，就是通過各種手段和工具將已有的資源(包括硬件、數(shù)據(jù)、信息、流程、應(yīng)用) 集成起來，并按一定的邏輯關(guān)系進行組織再利用，從而實現(xiàn)價值增加的過程。整合按整合對象的層次可分為硬件整合、數(shù)據(jù)整合、軟件模塊整合、業(yè)務(wù)流程整合和應(yīng)用訪問整合。

    1. 3  整合方案概述

    通過虛擬化技術(shù)實現(xiàn)對調(diào)度中心機房內(nèi)硬件進行整合，可提高服務(wù)器的利用率和業(yè)務(wù)系統(tǒng)的可用性，為系統(tǒng)管理和部署帶來方便;數(shù)據(jù)整合方案是建立符合調(diào)度網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)特點的數(shù)據(jù)中心;軟件模塊整合根據(jù)其粒度的大小又可以分為函數(shù)或方法的遠程過程調(diào)用(RPC) 整合、分布式對象調(diào)用整合、構(gòu)件整合和應(yīng)用框架整合;業(yè)務(wù)流程整合是指跨越多個應(yīng)用的業(yè)務(wù)流程通過工作流技術(shù)對其進行銜接;應(yīng)用訪問整合主要指各應(yīng)用系統(tǒng)訪問界面上的整合，是向用戶提供單點登錄功能的整合。孤島的分層整合示意圖見圖1 。

圖1 孤島分層整合示意圖

2 硬件整合方案

    傳統(tǒng)方式下，每增加一個業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，都需要購買一臺或一組服務(wù)器來進行支撐。長此以往，調(diào)度中心機房中的服務(wù)器越來越多，機房空間越來越緊張，系統(tǒng)管理、維護的工作量也變得越來越大。這是因為傳統(tǒng)應(yīng)用把服務(wù)器當(dāng)一個整體來使用，因而造成服務(wù)器資源利用率低。所謂服務(wù)器虛擬化，就是采用分區(qū)技術(shù)在一個物理服務(wù)器上同時運行多個相互隔離的虛擬機，并將操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序打包成一個方便遷移的文件，使之能在這些虛擬機上進行遷移，以實現(xiàn)最大化利用服務(wù)器資源的目的。服務(wù)器虛擬化剝離虛擬機和硬件的相互依賴性，為虛擬機的自由移動提供了良好的平臺，使業(yè)務(wù)系統(tǒng)整體的可用性、可靠性得到提高。此外，共享一臺物理主機的多臺虛擬主機可分屬多個虛擬網(wǎng)絡(luò)，因此，利用該技術(shù)可在一臺辦公主機上虛擬化2臺分屬不同虛擬網(wǎng)絡(luò)的虛擬機以解決目前電力系統(tǒng)中采用信息內(nèi)外網(wǎng)物理隔離來解決的信息安全問題，同時達到節(jié)省硬件投資的目的。

    2. 1 虛擬化技術(shù)的可行性和性能影響分析

    調(diào)度中心的業(yè)務(wù)系統(tǒng)可分為實時和非實時2類。對于實時系統(tǒng)(如EMS) 來說，其CPU 負載一般較低且波動不大;對于非實時系統(tǒng)，絕大多數(shù)系統(tǒng)的峰值維持時間也相對較短。其次，對于不同的應(yīng)用，其繁忙時段也不盡相同。因此，利用虛擬化技術(shù)在物理機之間進行動態(tài)遷移，可實現(xiàn)服務(wù)器負載的削峰填谷。在純軟件虛擬化的解決方案中，虛擬化軟件的位置是傳統(tǒng)意義上操作系統(tǒng)所處的位置，操作系統(tǒng)的位置是傳統(tǒng)意義上應(yīng)用程序所處的位置。這一額外的通信層需要進行二進制轉(zhuǎn)換，以模擬所需的硬件環(huán)境。這種轉(zhuǎn)換必然會引起性能損失。幸運的是，CPU 的制造廠商也已加入到了虛擬化大潮中來，其支持虛擬技術(shù)的CPU 帶有特別優(yōu)化過的指令集來控制虛擬過程，通過這些指令集，使軟件虛擬化的性能在很大程度上得到了提高，對系統(tǒng)整體性能的影響在可忽略范圍內(nèi)。

    2. 2 調(diào)度中心的服務(wù)器現(xiàn)狀

    目前，華東電力調(diào)度中心的業(yè)務(wù)系統(tǒng)有EMS、廣域監(jiān)測分析保護控制(WAMAP) 系統(tǒng)、電力市場系統(tǒng)、計劃編制系統(tǒng)、TMR 系統(tǒng)、水調(diào)自動化系統(tǒng)、電氣設(shè)備檢修系統(tǒng)、運行管理系統(tǒng)(OMS) 等系統(tǒng)，所涉及的服務(wù)器型號和數(shù)量如下: HP Alp ha ServerES45 ，ES40 ， ES25 等10 多臺(安裝Tru64 操作系統(tǒng)) ;SUN V880 ，V480 等近10 臺(安裝Solaris 操作系統(tǒng)) ; HP 小型機( HP UNIX) ， IBM 小型機(AIX) ， DL560 ， DL380 ， DL360 等數(shù)十臺( 安裝Linux 或Windows 操作系統(tǒng)) 。

    2. 3 虛擬化軟件的選擇

    服務(wù)器的虛擬化軟件中比較流行的虛擬化產(chǎn)品有全虛擬化的VMware、半虛擬化的Xen 、操作系統(tǒng)虛擬化的OpenVZ、Solaris Zone 和Virt uozzo forWindows 等。由于VMware 公司的VMwareInf rast ruct ure 提供全方位(包括服務(wù)器、存儲器和網(wǎng)絡(luò)) 的虛擬化，其VMotion 技術(shù)支持虛擬機的在線遷移，虛擬機的管理和部署都比較方便，因此，可采用VMware Inf rast ruct ure 3 中的ESX Server 虛擬化軟件來搭建華東調(diào)度中心的虛擬化平臺。ESXServer 直接安裝在服務(wù)器裸機上，在硬件與操作系統(tǒng)之間插入了一個虛擬化層，由這個虛擬化層將一臺物理服務(wù)器劃分為多臺可移植的虛擬機。每臺虛擬機都有自己的虛擬化的一套硬件(CPU 、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)、存儲器) ，操作系統(tǒng)可在其上運行。

    2. 4 調(diào)度中心虛擬化的實施步驟

    虛擬化部署示意圖如圖2 所示。

圖2 虛擬化部署示意圖

    結(jié)合圖2 給出調(diào)度中心虛擬化的實施步驟:

    1) 在N 臺X86 服務(wù)器裸機上安裝虛擬化軟件VMware ESX Server ;然后配置虛擬服務(wù)器，主要包括CPU 數(shù)量、內(nèi)存大小和虛擬網(wǎng)絡(luò)類型等。

    2) 利用VMware 的遷移助手工具或系統(tǒng)克隆方式對各應(yīng)用需要的硬件和操作系統(tǒng)環(huán)境進行部署。

    3) 按照應(yīng)用對服務(wù)器的要求對應(yīng)用系統(tǒng)分類為性能敏感型和空間敏感型2 類，根據(jù)所屬類別配置虛擬機的自動遷移規(guī)則。

    4) 在虛擬化的主控臺上將新的服務(wù)器按照其業(yè)務(wù)特性加入到相應(yīng)的資源池中。

    5) 在虛擬化管理的主控臺上將業(yè)務(wù)系統(tǒng)根據(jù)服務(wù)器負載情況進行自動或手動遷移。

3 數(shù)據(jù)整合方案

    調(diào)度中心目前已積累了許多有關(guān)調(diào)度運行和管理的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)異構(gòu)、分散地處于不同的生產(chǎn)運行系統(tǒng)和管理系統(tǒng)中。由于這些數(shù)據(jù)的分散性、異構(gòu)性和不統(tǒng)一性，再加上調(diào)度網(wǎng)絡(luò)分區(qū)、橫向隔離的要求，使得很難直接獲取這些系統(tǒng)的數(shù)據(jù)并基于這些數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)隱藏在這些數(shù)據(jù)背后的信息或知識。為了發(fā)現(xiàn)這種信息或知識，首先需要對這些數(shù)據(jù)進行整合，建立部門級的數(shù)據(jù)倉庫，對這些分散的數(shù)據(jù)進行抽取、轉(zhuǎn)換、加載和清洗，然后基于該數(shù)據(jù)倉庫進行相關(guān)主題的數(shù)據(jù)挖掘以獲取所需要的知識。

    電力調(diào)度的分級管理模式使得對調(diào)度系統(tǒng)來說，特別適合建設(shè)國調(diào)、網(wǎng)調(diào)、省調(diào)、地調(diào)不同層次的多級數(shù)據(jù)倉庫，從而形成以數(shù)據(jù)中心縱向互聯(lián)為基礎(chǔ)的全公司的調(diào)度生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息共享體系。電力調(diào)度數(shù)據(jù)中心(數(shù)據(jù)倉庫) 的系統(tǒng)框架見圖3 。

圖3  電力調(diào)度數(shù)據(jù)中心( 數(shù)據(jù)倉庫) 的系統(tǒng)框架

4 軟件模塊整合方案

    軟件模塊的整合根據(jù)其粒度的大小可以分為函數(shù)或方法的RPC 整合、分布式對象調(diào)用整合、構(gòu)件整合和應(yīng)用框架整合。對于函數(shù)或方法的RPC 整合技術(shù)有RPC 協(xié)議;分布式對象調(diào)用整合技術(shù)有分布式組件對象模型(DCOM) 和遠程方法調(diào)用(RMI)技術(shù)。

    現(xiàn)在正在使用的各種軟件是公司的一種資產(chǎn)，目前這種資產(chǎn)的復(fù)用率比較低，實際上，新建系統(tǒng)的很多軟件模塊的開發(fā)都屬于重復(fù)勞動，并且跟不上需求的變化。為了解決這個矛盾，需要建立一個電力構(gòu)件庫，實現(xiàn)對電力調(diào)度中心內(nèi)部的可復(fù)用軟件資產(chǎn)(構(gòu)件、架構(gòu)、領(lǐng)域模型等) 的管理、使用和分析。這樣，一方面可以提高軟件外包和開發(fā)的規(guī)范化、自動化、系統(tǒng)化水平;另一方面可以促進電力調(diào)度中心內(nèi)部的軟件集成和復(fù)用，避免重復(fù)開發(fā)，促進可復(fù)用的軟件資產(chǎn)的積累，提高軟件的質(zhì)量和開發(fā)效率。并且，在電力調(diào)度領(lǐng)域軟件資產(chǎn)庫中形成的構(gòu)件在全國電力行業(yè)范圍內(nèi)都具有重大的推廣價值。

    對于調(diào)度中心來說，軟件模塊層次上的整合方案是創(chuàng)建構(gòu)件庫，對構(gòu)件化開發(fā)過程形成的領(lǐng)域模型、領(lǐng)域架構(gòu)、軟件構(gòu)件等一系列的軟件資產(chǎn)進行統(tǒng)一入庫、檢索、下載和量化管理、存儲和重用。對于現(xiàn)有系統(tǒng)，實行一定程度上的構(gòu)件化改造，進行通用構(gòu)件提取;對于待建系統(tǒng)，引入構(gòu)件化和應(yīng)用框架的開發(fā)技術(shù)，以方便今后軟件的重構(gòu)。

5 業(yè)務(wù)流程整合方案

    業(yè)務(wù)流程的整合是將原有的分散于企業(yè)內(nèi)部或外部的“業(yè)務(wù)流程斷點”進行鏈接，進而完成全程業(yè)務(wù)活動的自動化的過程。流程整合是信息整合的高級階段，它利用工作流、消息、協(xié)同等技術(shù)，實現(xiàn)跨系統(tǒng)的流程整合，使不同的管理部門能夠在一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實現(xiàn)對同一事務(wù)的協(xié)同處理。為了便于流程重組和軟件復(fù)用，需要的不是大系統(tǒng)，而是可以方便組裝、方便展示的小的應(yīng)用模塊，這些模塊可以在需要時方便地進行組裝，這樣也可以及時應(yīng)對需求而進行變更。Web 服務(wù)正好符合這一點。

    Web 服務(wù)的最大優(yōu)點是平臺獨立性和語言獨立性�；�于Web 服務(wù)技術(shù)的整合方案具有很好的擴展性和柔性，可以方便地實現(xiàn)各種應(yīng)用系統(tǒng)的集成。電力調(diào)度中心的信息系統(tǒng)均有自己的業(yè)務(wù)流程(可能是程序?qū)懰赖模�也可能是包含工作流組件而使流程可配置的，如Ⅲ區(qū)OMS) 。這些業(yè)務(wù)流程在本系統(tǒng)中可以正常流轉(zhuǎn)，但與其他系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程的交互(如與公司生產(chǎn)系統(tǒng)中的基建啟動流程的交互) 則存在一些問題，目前這個問題只能靠手工或文件輪詢來處理，但這種手工處理方式有處理不及時、無法跟蹤流程進度、流轉(zhuǎn)效率不高和缺乏流程分析功能等缺點，因此，需要進行業(yè)務(wù)流程的整合和優(yōu)化。

    目前調(diào)度中心需要做的工作是將應(yīng)用軟件按照需要將業(yè)務(wù)應(yīng)用拆開成粒度(即規(guī)模) 大小可以伸縮、又可以重新組裝的服務(wù)。這些服務(wù)是可重用的業(yè)務(wù)流程單元或組件，這樣，業(yè)務(wù)流程管理(BPM)和業(yè)務(wù)流程重組(BPR) 將成為易事。因為服務(wù)可以直接被應(yīng)用調(diào)用和組合，從而降低了服務(wù)對系統(tǒng)交互的信賴性。服務(wù)之間則通過簡單、精確定義的接口進行通信，而不涉及底層的編程接口和通信模型。然后引入工作流管理系統(tǒng)，搭建一個工作流平臺，實現(xiàn)各系統(tǒng)間業(yè)務(wù)流程的整合。工作流管理系統(tǒng)將業(yè)務(wù)流程描述作為輸入并管理流程實例的執(zhí)行，這使得它比專門應(yīng)用更靈活。工作流管理系統(tǒng)可以用來管理全局的業(yè)務(wù)流程，并與應(yīng)用系統(tǒng)相互協(xié)作，將各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)的小流程整合起來形成一個能夠自動流轉(zhuǎn)的大流程。

6 應(yīng)用訪問整合方案

    企業(yè)信息門戶方便地實現(xiàn)了信息系統(tǒng)界面層次的整合，它提供了一個訪問各種信息和應(yīng)用系統(tǒng)的個性化統(tǒng)一入口，所有的企業(yè)資源都被整合在統(tǒng)一的平臺上，通過該平臺可以統(tǒng)一訪問企業(yè)內(nèi)分布存儲的、各種來源的信息內(nèi)容(包括文檔、數(shù)據(jù)庫、現(xiàn)有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)等) ，并提供統(tǒng)一的檢索和內(nèi)容訪問控制服務(wù)。Portal 核心服務(wù)包括單機登錄、目錄集成、安全、訪問權(quán)限控制、加密傳輸、授權(quán)與驗證、許可權(quán)、管理功能等。

    調(diào)度中心應(yīng)建立調(diào)度中心門戶系統(tǒng)對各應(yīng)用進行整合。該門戶系統(tǒng)能夠提供對XML/ XSL，ODL，HTML，JSP，WebServices等資源/ 服務(wù)的整合模式，以便能快速構(gòu)建門戶，并實現(xiàn)其他各個應(yīng)用系統(tǒng)的集成。調(diào)度中心可以根據(jù)已有系統(tǒng)的條件對其進行應(yīng)用的Portlet 改造，以滿足調(diào)度中心門戶Portal的要求。在門戶化各Web 應(yīng)用時，通常只需要將原有應(yīng)用系統(tǒng)的Web 模塊改造成符合Portal 的應(yīng)用即可，具體操作有將Servlet 改造成為Portlet 、JSP頁面的修改、Portlet部署描述符的添加等。調(diào)度中心的門戶系統(tǒng)為各應(yīng)用系統(tǒng)提供了集成化的用戶環(huán)境，將業(yè)務(wù)系統(tǒng)與散亂的文檔和工作信息集成起來，并通過可擴展的應(yīng)用界面提供集成化的服務(wù)，方便地解決調(diào)度中心內(nèi)外信息的交流問題，實現(xiàn)單點登錄、全文搜索、內(nèi)容聚集和應(yīng)用的集成。

7 結(jié)語

    本文以電力調(diào)度中心不同應(yīng)用系統(tǒng)的整合為背景，分別就整合的不同層次提出了具體的整合方案:硬件整合方案引入虛擬化技術(shù)，提出了調(diào)度中心服務(wù)器虛擬化方案;數(shù)據(jù)整合方案建立符合調(diào)度網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)特點的數(shù)據(jù)中心;軟件模塊整合方案創(chuàng)建構(gòu)件庫對電力領(lǐng)域的軟件構(gòu)件進行管理、開發(fā)和重用;業(yè)務(wù)流程整合方案對分散于企業(yè)內(nèi)部或外部各個信息系統(tǒng)中的“業(yè)務(wù)流程斷點”進行鏈接，進而完成全程業(yè)務(wù)活動的自動化，具體解決方案是引入符合WFMC 標準的工作流管理系統(tǒng);應(yīng)用訪問整合方案使用Portal 技術(shù)和Web 服務(wù)技術(shù)以實現(xiàn)全文搜索、內(nèi)容聚集、應(yīng)用程序統(tǒng)一訪問和集成。

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本文標題：虛擬化與信息整合技術(shù)在電力調(diào)度中心的應(yīng)用

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