淺析基于云計算的智能計量平臺研發(fā)的論文
1 系統需求
根據智能計量業(yè)務(wù)的需求，智能計量平臺將基于云計算技術(shù)，使系統需要和營(yíng)銷(xiāo)管理系統、95598系統、生產(chǎn)管理系統、智能小區系統以及省網(wǎng)營(yíng)銷(xiāo)管理系統進(jìn)行數據的交互，以實(shí)現計量業(yè)務(wù)與營(yíng)銷(xiāo)其他業(yè)務(wù)的雙向互助支撐。此外，系統還需要整合現有的居民集抄系統、負荷控制系統及配電變壓器監測系統，構建電力客戶(hù)與電網(wǎng)管理部門(mén)的智能化和多樣化互動(dòng)服務(wù)平臺。系統的物理架構。
可知，本系統的目的是將不同領(lǐng)域的單一監測系統(如廠(chǎng)站電能量遙測系統、大客戶(hù)負荷管理系統、配電變壓器監測計量系統、低壓集中抄表系統和智能小區系統)進(jìn)行整合，通過(guò)利用虛擬化平臺對上述系統涉及到的服務(wù)器、存儲設備以及網(wǎng)絡(luò )設備的資源進(jìn)行虛擬化，屏蔽了由于硬件資源的不同導致相互通信受阻問(wèn)題，并以虛擬機為單位進(jìn)行統一的資源管理，通過(guò)虛擬機將各類(lèi)系統數據集中到主站或者通過(guò)統一的虛擬機將主站的指令發(fā)送到各監測終端，然后在主站端進(jìn)行計量業(yè)務(wù)的綜合應用分析和用電信息輔助決策。
2 核心技術(shù)介紹
Hadoop是分布式系統基礎架構，是由開(kāi)源組織Apache開(kāi)發(fā)�；贖adoop[9]的應用系統可以運行在廉價(jià)的硬件設施組成的集群上，通過(guò)Hadoop可以快速構建一個(gè)具有高可靠性和良好擴展性的分布式系統。系統主要由HDFS、MapReduce和HBase等組件組成，其中HDFS和MapReduce是Hadoop的兩個(gè)核心組件，HDFS是Hadoop實(shí)現的一個(gè)高度容錯的分布式文件系統，具有較強的可擴展性，同時(shí)HDFS也是Hadoop系統的基礎層，負責數據的存儲管理，并且能夠提供高吞吐量的數據訪(fǎng)問(wèn)，適合處理大規模數據集的應用程序。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據，進(jìn)而并行處理，適合對海量數據的處理。Hadoop實(shí)現的MapReduce計算框架提供一種簡(jiǎn)單的編程模型，節省時(shí)間，可以快速實(shí)現分布式計算應用;HBase是一個(gè)分布式的、面向列的非關(guān)系型數據庫，是云計算中的開(kāi)源實(shí)現，支持高性能并發(fā)讀寫(xiě)。
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)器負責管理海量數據文件的分割、存儲以及監控DataNode的運行情況。應用程序需要讀取數據文件，首先訪(fǎng)問(wèn)NameNode服務(wù)器，獲取數據文件在各DataNode上的分布，然后直接與DataNode通信。一旦發(fā)現某個(gè)DataNode宕機，NameNode將通知應用程序訪(fǎng)問(wèn)宕機節點(diǎn)各數據塊的副本，并在其他DataNode上增加宕機節點(diǎn)各數據塊的副本，以保證平臺的可靠運行。SecondaryNameNode服務(wù)器用來(lái)監控HDFS狀態(tài)，與NameNode進(jìn)行通信，以便定期保存HDFS元數據的快照，若NameNode發(fā)生問(wèn)題，其作為備用NameNode使用。JobTracker服務(wù)器負責管理計算任務(wù)的分解和匯總，負責監控各TaskTracker節點(diǎn)的運行情況，一旦某個(gè)任務(wù)失敗，JobTracker自動(dòng)重新啟動(dòng)這個(gè)任務(wù)。從服務(wù)器承擔了DataNode和TaskTracker兩種角色，分別負責數據塊的存儲和數據計算的map、reduce任務(wù)的運行。
3 平臺框架結構
結合智能計量平臺自身的特點(diǎn)， 智能計量云平臺在設計上采用分布式、分層結構，可以劃分為整個(gè)系統的實(shí)現由云設備、云平臺、基礎服務(wù)、高級應用及表現層五層構成，云設備層由主機設備、存儲設備、網(wǎng)絡(luò )設備及其他設備組成。在本系統軟件設計中，采用VMware虛擬化平臺管理技術(shù)，通過(guò)對上述設備進(jìn)行操作系統虛擬化處理，實(shí)現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(shí)現了資源抽象、資源監控、資源部署以及安全的管理。通過(guò)虛擬化技術(shù)的實(shí)施，不但保證了資源的利用效率，還使系統管理人員可以不受形式各異的硬件資源及操作系統的影響，而將工作重心全部投入到系統業(yè)務(wù)應用上。
云平臺由數據存儲、計算服務(wù)、負載管理、數據隔離和備份管理等服務(wù)組成。該平臺以虛擬機為單位構建了數據庫集群、應用集群、網(wǎng)關(guān)集群、采集集群、Web集群和接口服務(wù)器集群等基礎平臺運行環(huán)境，采用分布式文件系統、分布式數據庫管理系統、數據管理和數據分析等先進(jìn)的云計算技術(shù)，實(shí)現了海量數據的大規模存儲，為后續的數據挖掘，高級數據應用提供了高性能的分布式計算環(huán)境。服務(wù)層由系統模型管理、數據中心管理、數據訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)、消息服務(wù)、報表服務(wù)、通信管理、規約管理、系統維護及權限服務(wù)等組成，本層是業(yè)務(wù)系統的堅強基礎，高級應用的每個(gè)模塊都要求這些服務(wù)的支撐。該層采用MapReduce作為處理海量數據的并行編程模型和計算框架。對于大規模的數據集合操作，采用任務(wù)分解與結果匯總的方法。此外，通過(guò)采用高級數據流語(yǔ)言Pig實(shí)現了簡(jiǎn)化MapReduce任務(wù)的開(kāi)發(fā)過(guò)程。在系統模型管理提供了整個(gè)系統內在的基于IEC 61970/IEC 61968的數據結構，能夠實(shí)現系統的'互操作;數據中心管理及數據訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)提供了基礎運行大數據的快速準確訪(fǎng)問(wèn)機制;通信管理提供整個(gè)系統通信信道及通信方式的選擇機制;而規約管理提供了系統數據交換的模型格式。
應用層由能耗管理、運維管理、降損節能管理、設備狀態(tài)評估、信息發(fā)布及數據接口等組成。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(dòng)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據移動(dòng)接入、計量設備缺陷分析及移動(dòng)處缺管理等;降損節能主要涉及到關(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)評估及設備全生命周期管理等功能。表現層主要是整個(gè)系統的訪(fǎng)問(wèn)界面， 電力客戶(hù)與供電部門(mén)可以通過(guò)計算機客戶(hù)端、手持終端、LED大屏、觸摸屏及多媒體電視等實(shí)現雙向互動(dòng)、用電信息的及時(shí)披露、異常供電的早通知及處缺管理的更加便利化。本層在設計時(shí)主要使用Flex技術(shù)來(lái)保證系統的易用性，并使用Swiz技術(shù)框架來(lái)實(shí)現模型-視圖-控制器(Model-View-Controller，MVC)設計，并充分利用現有平臺中的系統管理功能。
4 平臺系統特點(diǎn)
與原計量平臺相比，新型智能計量自動(dòng)化平臺具有下述優(yōu)點(diǎn)：
1)在主站平臺系統的設計上，底層系統采用云平臺架構，整合主機設備、存儲設備、網(wǎng)絡(luò )設備及其他設備，在這些設備基礎上進(jìn)行操作系統虛擬化處理，提供數據存儲、計算服務(wù)、負載管理、數據隔離及備份管理等服務(wù)，保障設備高效利用、上層服務(wù)及時(shí)響應，保障高級應用各模塊能夠負載均衡，且快速得到處理。
2)在系統內核設計上，采用統一數據中心建設模式，采用模塊化設計方式，即：統一設備建模、統一業(yè)務(wù)管理、統一數據采集、統一分析計算、統一網(wǎng)絡(luò )平臺、統一告警及統一信息發(fā)布，避免重復建設，以便各種后續高級應用模塊能夠靈活配置，達到即插即用的目的。
3)在網(wǎng)絡(luò )設計上，以計量自動(dòng)化系統主站為基礎，與廠(chǎng)站電能量遙測系統、大客戶(hù)負荷管理系統、配變監測計量系統、低壓集中抄表系統及智能小區系統統一組網(wǎng)，共享通信服務(wù)資源，共用相同的數據庫服務(wù)系統，建設一體化主站系統。一體化主站系統中市局、縣局、供電所、變電站、母線(xiàn)、主變壓器要求、線(xiàn)路、大客戶(hù)、臺區、專(zhuān)用變壓器、配電變壓器、表計、終端和計量點(diǎn)等對象各自唯一編碼，可滿(mǎn)足采集模型和分析模型的構建。
4)在系統部署上，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)在接口設計上，系統不僅需要與表計終端進(jìn)行通信交換運行信息，而且需要與諸如營(yíng)銷(xiāo)管理系統、生產(chǎn)管理系統及95598系統等外部接口，以獲取諸如檔案資料、繳費情況、購售電以及客戶(hù)用電反饋信息等各種信息的支撐。
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