引言
各网省电力调度中心经过多年的信息化建设,已基本建成了调度数据采集与监控(SCADA) 系统、能量管理系统( EMS) 、电能量采集与计费( TMR) 系统、广域测量系统、水调自动化系统、调度管理信息系统、电力营销系统、电力市场系统、设备停役和检修系统等信息系统。这些信息系统由于硬件平台、开发语言、通信协议、数据库结构等都不尽相同,再加上电力调度网络需安全分区和横向隔离,因而造成各系统间交互性差,电力调度中心的孤岛问题日益突出,正严重阻碍调度中心乃至电力公司内部信息流的有效传输。解决孤岛问题的通用手段是采用整合技术。为解决这个问题, 国际电工委员会( IEC) 提出了用于促进电力系统应用之间的数据交换和互操作的公共信息模型(CIM) ;此外,公用集成总线(UIB) 的规范也被提出。这些规范虽然为电力系统应用的整合带来一定便利,但没有从根本上解决问题,不能从各个层次上对企业的资源进行整合。
本文以电力调度中心不同应用系统的整合为背景,首先对孤岛的不同层次进行了分类,然后就不同层次孤岛(硬件层、数据层、软件模块层、业务流程层、应用访问层) 的整合提出了具体的整合方案,并阐述了涉及的技术。
1 孤岛与整合
1. 1 资源孤岛的定义和类别
孤岛又称资源孤岛,是指在一个企业的各个部门之间或各应用系统之间由于种种原因造成的部门之间或系统之间完全孤立,各种资源(如人员、数据、信息、文档、硬件、工具等) 无法或无法顺畅地在部门之间或系统之间流动。这种现象称之为孤岛,对于各应用系统间的孤立现象又可分为硬件层面上的孤岛和软件层面上的孤岛。
硬件层面上的孤岛是指各应用系统的硬件资源相互孤立,不能被其他应用系统访问或顺畅地访问。
软件层面上的孤岛按照软件资源对象的不同分为数据孤岛、软件模块孤岛、业务流程孤岛和应用访问孤岛4 种。数据孤岛是指在信息环境中,由于各应用系统的开发模式、设计水平、标准应用等方面千差万别,使得在数据利用上各系统间互相封闭和独立,数据信息不能互为共享和利用,造成数据重复输入、数据冗余和数据的不一致。软件模块孤岛是指各软件设计过程中,软件模块仅为本应用所设计,不能为其他软件所重用,或者即使能重用也需要花费很大力气来对其进行代码级的改造。业务流程孤岛是指企业内的各种业务流程、管理流程仅存在于各自的应用系统中,这些流程之间无法相互衔接以形成完整、自动的业务流程。应用访问孤岛是指对每个应用系统的访问均需要登录到各自的系统,不能实现基于访问统一控制的单点登录、全文搜索以及内容集成。
1. 2 整合的定义
所谓整合,就是通过各种手段和工具将已有的资源(包括硬件、数据、信息、流程、应用) 集成起来,并按一定的逻辑关系进行组织再利用,从而实现价值增加的过程。整合按整合对象的层次可分为硬件整合、数据整合、软件模块整合、业务流程整合和应用访问整合。
1. 3 整合方案概述
通过虚拟化技术实现对调度中心机房内硬件进行整合,可提高服务器的利用率和业务系统的可用性,为系统管理和部署带来方便;数据整合方案是建立符合调度网络和数据特点的数据中心;软件模块整合根据其粒度的大小又可以分为函数或方法的远程过程调用(RPC) 整合、分布式对象调用整合、构件整合和应用框架整合;业务流程整合是指跨越多个应用的业务流程通过工作流技术对其进行衔接;应用访问整合主要指各应用系统访问界面上的整合,是向用户提供单点登录功能的整合。孤岛的分层整合示意图见图1 。
图1 孤岛分层整合示意图
2 硬件整合方案
传统方式下,每增加一个业务应用系统,都需要购买一台或一组服务器来进行支撑。长此以往,调度中心机房中的服务器越来越多,机房空间越来越紧张,系统管理、维护的工作量也变得越来越大。这是因为传统应用把服务器当一个整体来使用,因而造成服务器资源利用率低。所谓服务器虚拟化,就是采用分区技术在一个物理服务器上同时运行多个相互隔离的虚拟机,并将操作系统和应用程序打包成一个方便迁移的文件,使之能在这些虚拟机上进行迁移,以实现最大化利用服务器资源的目的。服务器虚拟化剥离虚拟机和硬件的相互依赖性,为虚拟机的自由移动提供了良好的平台,使业务系统整体的可用性、可靠性得到提高。此外,共享一台物理主机的多台虚拟主机可分属多个虚拟网络,因此,利用该技术可在一台办公主机上虚拟化2台分属不同虚拟网络的虚拟机以解决目前电力系统中采用信息内外网物理隔离来解决的信息安全问题,同时达到节省硬件投资的目的。
2. 1 虚拟化技术的可行性和性能影响分析
调度中心的业务系统可分为实时和非实时2类。对于实时系统(如EMS) 来说,其CPU 负载一般较低且波动不大;对于非实时系统,绝大多数系统的峰值维持时间也相对较短。其次,对于不同的应用,其繁忙时段也不尽相同。因此,利用虚拟化技术在物理机之间进行动态迁移,可实现服务器负载的削峰填谷。在纯软件虚拟化的解决方案中,虚拟化软件的位置是传统意义上操作系统所处的位置,操作系统的位置是传统意义上应用程序所处的位置。这一额外的通信层需要进行二进制转换,以模拟所需的硬件环境。这种转换必然会引起性能损失。幸运的是,CPU 的制造厂商也已加入到了虚拟化大潮中来,其支持虚拟技术的CPU 带有特别优化过的指令集来控制虚拟过程,通过这些指令集,使软件虚拟化的性能在很大程度上得到了提高,对系统整体性能的影响在可忽略范围内。
2. 2 调度中心的服务器现状
目前,华东电力调度中心的业务系统有EMS、广域监测分析保护控制(WAMAP) 系统、电力市场系统、计划编制系统、TMR 系统、水调自动化系统、电气设备检修系统、运行管理系统(OMS) 等系统,所涉及的服务器型号和数量如下: HP Alp ha ServerES45 ,ES40 , ES25 等10 多台(安装Tru64 操作系统) ;SUN V880 ,V480 等近10 台(安装Solaris 操作系统) ; HP 小型机( HP UNIX) , IBM 小型机(AIX) , DL560 , DL380 , DL360 等数十台( 安装Linux 或Windows 操作系统) 。
2. 3 虚拟化软件的选择
服务器的虚拟化软件中比较流行的虚拟化产品有全虚拟化的VMware、半虚拟化的Xen 、操作系统虚拟化的OpenVZ、Solaris Zone 和Virt uozzo forWindows 等。由于VMware 公司的VMwareInf rast ruct ure 提供全方位(包括服务器、存储器和网络) 的虚拟化,其VMotion 技术支持虚拟机的在线迁移,虚拟机的管理和部署都比较方便,因此,可采用VMware Inf rast ruct ure 3 中的ESX Server 虚拟化软件来搭建华东调度中心的虚拟化平台。ESXServer 直接安装在服务器裸机上,在硬件与操作系统之间插入了一个虚拟化层,由这个虚拟化层将一台物理服务器划分为多台可移植的虚拟机。每台虚拟机都有自己的虚拟化的一套硬件(CPU 、内存、网络、存储器) ,操作系统可在其上运行。
2. 4 调度中心虚拟化的实施步骤
虚拟化部署示意图如图2 所示。
图2 虚拟化部署示意图
结合图2 给出调度中心虚拟化的实施步骤:
1) 在N 台X86 服务器裸机上安装虚拟化软件VMware ESX Server ;然后配置虚拟服务器,主要包括CPU 数量、内存大小和虚拟网络类型等。
2) 利用VMware 的迁移助手工具或系统克隆方式对各应用需要的硬件和操作系统环境进行部署。
3) 按照应用对服务器的要求对应用系统分类为性能敏感型和空间敏感型2 类,根据所属类别配置虚拟机的自动迁移规则。
4) 在虚拟化的主控台上将新的服务器按照其业务特性加入到相应的资源池中。
5) 在虚拟化管理的主控台上将业务系统根据服务器负载情况进行自动或手动迁移。
3 数据整合方案
调度中心目前已积累了许多有关调度运行和管理的数据,这些数据异构、分散地处于不同的生产运行系统和管理系统中。由于这些数据的分散性、异构性和不统一性,再加上调度网络分区、横向隔离的要求,使得很难直接获取这些系统的数据并基于这些数据发现隐藏在这些数据背后的信息或知识。为了发现这种信息或知识,首先需要对这些数据进行整合,建立部门级的数据仓库,对这些分散的数据进行抽取、转换、加载和清洗,然后基于该数据仓库进行相关主题的数据挖掘以获取所需要的知识。
电力调度的分级管理模式使得对调度系统来说,特别适合建设国调、网调、省调、地调不同层次的多级数据仓库,从而形成以数据中心纵向互联为基础的全公司的调度生产数据信息共享体系。电力调度数据中心(数据仓库) 的系统框架见图3 。
图3 电力调度数据中心( 数据仓库) 的系统框架
4 软件模块整合方案
软件模块的整合根据其粒度的大小可以分为函数或方法的RPC 整合、分布式对象调用整合、构件整合和应用框架整合。对于函数或方法的RPC 整合技术有RPC 协议;分布式对象调用整合技术有分布式组件对象模型(DCOM) 和远程方法调用(RMI)技术。
现在正在使用的各种软件是公司的一种资产,目前这种资产的复用率比较低,实际上,新建系统的很多软件模块的开发都属于重复劳动,并且跟不上需求的变化。为了解决这个矛盾,需要建立一个电力构件库,实现对电力调度中心内部的可复用软件资产(构件、架构、领域模型等) 的管理、使用和分析。这样,一方面可以提高软件外包和开发的规范化、自动化、系统化水平;另一方面可以促进电力调度中心内部的软件集成和复用,避免重复开发,促进可复用的软件资产的积累,提高软件的质量和开发效率。并且,在电力调度领域软件资产库中形成的构件在全国电力行业范围内都具有重大的推广价值。
对于调度中心来说,软件模块层次上的整合方案是创建构件库,对构件化开发过程形成的领域模型、领域架构、软件构件等一系列的软件资产进行统一入库、检索、下载和量化管理、存储和重用。对于现有系统,实行一定程度上的构件化改造,进行通用构件提取;对于待建系统,引入构件化和应用框架的开发技术,以方便今后软件的重构。
5 业务流程整合方案
业务流程的整合是将原有的分散于企业内部或外部的“业务流程断点”进行链接,进而完成全程业务活动的自动化的过程。流程整合是信息整合的高级阶段,它利用工作流、消息、协同等技术,实现跨系统的流程整合,使不同的管理部门能够在一个统一的网络环境中实现对同一事务的协同处理。为了便于流程重组和软件复用,需要的不是大系统,而是可以方便组装、方便展示的小的应用模块,这些模块可以在需要时方便地进行组装,这样也可以及时应对需求而进行变更。Web 服务正好符合这一点。
Web 服务的最大优点是平台独立性和语言独立性。基于Web 服务技术的整合方案具有很好的扩展性和柔性,可以方便地实现各种应用系统的集成。电力调度中心的信息系统均有自己的业务流程(可能是程序写死的,也可能是包含工作流组件而使流程可配置的,如Ⅲ区OMS) 。这些业务流程在本系统中可以正常流转,但与其他系统业务流程的交互(如与公司生产系统中的基建启动流程的交互) 则存在一些问题,目前这个问题只能靠手工或文件轮询来处理,但这种手工处理方式有处理不及时、无法跟踪流程进度、流转效率不高和缺乏流程分析功能等缺点,因此,需要进行业务流程的整合和优化。
目前调度中心需要做的工作是将应用软件按照需要将业务应用拆开成粒度(即规模) 大小可以伸缩、又可以重新组装的服务。这些服务是可重用的业务流程单元或组件,这样,业务流程管理(BPM)和业务流程重组(BPR) 将成为易事。因为服务可以直接被应用调用和组合,从而降低了服务对系统交互的信赖性。服务之间则通过简单、精确定义的接口进行通信,而不涉及底层的编程接口和通信模型。然后引入工作流管理系统,搭建一个工作流平台,实现各系统间业务流程的整合。工作流管理系统将业务流程描述作为输入并管理流程实例的执行,这使得它比专门应用更灵活。工作流管理系统可以用来管理全局的业务流程,并与应用系统相互协作,将各个业务系统的小流程整合起来形成一个能够自动流转的大流程。
6 应用访问整合方案
企业信息门户方便地实现了信息系统界面层次的整合,它提供了一个访问各种信息和应用系统的个性化统一入口,所有的企业资源都被整合在统一的平台上,通过该平台可以统一访问企业内分布存储的、各种来源的信息内容(包括文档、数据库、现有系统的数据等) ,并提供统一的检索和内容访问控制服务。Portal 核心服务包括单机登录、目录集成、安全、访问权限控制、加密传输、授权与验证、许可权、管理功能等。
调度中心应建立调度中心门户系统对各应用进行整合。该门户系统能够提供对XML/ XSL,ODL,HTML,JSP,WebServices等资源/ 服务的整合模式,以便能快速构建门户,并实现其他各个应用系统的集成。调度中心可以根据已有系统的条件对其进行应用的Portlet 改造,以满足调度中心门户Portal的要求。在门户化各Web 应用时,通常只需要将原有应用系统的Web 模块改造成符合Portal 的应用即可,具体操作有将Servlet 改造成为Portlet 、JSP页面的修改、Portlet部署描述符的添加等。调度中心的门户系统为各应用系统提供了集成化的用户环境,将业务系统与散乱的文档和工作信息集成起来,并通过可扩展的应用界面提供集成化的服务,方便地解决调度中心内外信息的交流问题,实现单点登录、全文搜索、内容聚集和应用的集成。
7 结语
本文以电力调度中心不同应用系统的整合为背景,分别就整合的不同层次提出了具体的整合方案:硬件整合方案引入虚拟化技术,提出了调度中心服务器虚拟化方案;数据整合方案建立符合调度网络和数据特点的数据中心;软件模块整合方案创建构件库对电力领域的软件构件进行管理、开发和重用;业务流程整合方案对分散于企业内部或外部各个信息系统中的“业务流程断点”进行链接,进而完成全程业务活动的自动化,具体解决方案是引入符合WFMC 标准的工作流管理系统;应用访问整合方案使用Portal 技术和Web 服务技术以实现全文搜索、内容聚集、应用程序统一访问和集成。
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本文标题:虚拟化与信息整合技术在电力调度中心的应用