分布式系统设计原则
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分布式系统设计原则范文第1篇
关键词：分布式实时系统；层次式调度算法；动态权值的调度算法；速率单调调度算法
中图分类号：TP316.4文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2010) 14-0000-03
The Design of Distributed Real-time System Task Scheduling Algorithm
Yu Kejun
（Sichuan College of Eduction,Chengdu610041,China）
Abstract:Combining the characters of the distributed system with the real-time system,analysed the task scheduling algorithms in the distributed system and the real-time system.In order to realize the system’s parallel performance,the schedulability of the real-time task and network load balance,it proposed the algorithm combining the task scheduling algorithm in the distributed system with the task scheduling algorithm in the real-time system.Using the hierarchy scheduling algorithm and dynamic weighted round-robin scheduling algorithm and rate monotonic scheduling algorithm,based on the fixed alignment weights,through the algorithm about changing alignment weights randomly,which proved that the method scheduled tasks preferably.
KeyWords:Distributed real-time systems;Hierarchy scheduling algorithm;Dynamic weighted scheduling algorithm;Rate monotonic scheduling algorithm
随着计算机应用范围的日益扩大，分布式实时系统应用越来越广泛，如气象预报、金融系统、交通系统、电力系统等等。分布式系统是由多台分散的计算机，经互联网络连接而成的系统[1]。实时系统是能及时响应外部发生的随机事件，并以足够快的速度完成对事件的处理的计算机应用系统。分布式实时系统结合了分布式系统和实时系统的特点，而分布式实时任务调度算法是分布式实时系统设计和实现的关键。当前，在有些分布式系统环境中，大部分结点在大部分时间内都处于低利用率状态。另外，当一些处理器处于重载时，另一些处理机却处于轻载或闲置状态，在系统中就出现了负载不平衡的现象。因此，要提高系统性能，就有必要在分布式系统中，要求任务的分配和调度做到负载平衡。为了能合理地分配任务和进行有效调度，系统利用已有的调度算法，将多种调度算法相结合，提出一种分布式实时系统调度算法的设计。
一、分布式实时调度算法的现状
为了充分利用分布式环境中多处理机的并行处理能力，以及提高系统性能并保证任务的实时性，一个任务往往根据不同的数据约束关系和计算要求分解成多个子任务。对于任务的分配，是将分解后的若干子任务指派到分布式系统的各个结点机或结点内的各个处理器上的过程；而任务调度是根据子任务间的数据约束关系合理地安排每个处理机上子任务的执行顺序的过程。常见有两种分布式实时调度算法：以RMS为基础的广义RMS调度；以风车调度Sr为基础的DSr调度[2-4]。
GRMS将RMS用于分布式实时系统，对RMS的一些基本概念如可调度性、可抢占性等进行了扩展，同时还引入了一些概念，如系统一致性等。GRMS算法将子任务分配到各个站点，并将分布式任务的端到端死线分配给每个子任务，同步每个子任务的周期，每个结点按RM或死线RM来调度，最后进行可调度性检验。
DSr算法产生多点风车调度周期，可以保证分布式实时系统中任务调度无抖动。DSr有如下定理：给定一个分布式DCTS集X，n个事务运行在m个结点上。设 为结点Nj的密度，如果对于 ， ，则X用DSr可调度。
分布式实时系统的任务调度是在分布式系统调度的基础上，尽量增加任务并行度、减少并行运行时任务间的通信开销和等待时间，使实时任务的响应速度尽可能快，任务的执行时间尽可能短，从而改善系统负载的均衡性，最终优化系统运行效率。因为实时环境下的调度算法总是在满足周期任务的时间约束条件后，才考虑尽量缩短弱实时非周期任务的响应时间，所以对周期性任务的调度问题是分布实时系统任务调度策略研究的核心问题。系统中借鉴已有的调度算法，提出一种将实时调度算法和分布式调度算法相结合的分布式实时调度算法。
二、分布式实时任务调度算法的设计
采用的算法：
分布式实时系统具有分布式系统和实时系统的特点，而在分布式系统中，任务调度算法按照调度程序的结构或调度程序所收集调度信息的范围，可以分为集中式调度算法、分布式调度算法和层次式调度算法[5]。在实时系统中，调度算法有多种分类，根据任务是在一个或多个处理器上运行，分为单处理器实时调度和多处理器实时调度[6]。在系统中，将分布式系统的任务调度算法和实时系统中的任务调度算法相结合，主要应用以下几种算法。
（一）层次式调度算法
层次式调度算法是根据集中式、分布式方法的优缺点结合而成的一种任务调度方法，它将系统分成层次性的子系统，在不同层次上特殊的结点作为负载平衡决策的调度结点，以分散其集中式控制整个系统的负载平衡。
这里只介绍两层调度，调度结点依据它们的功能分为两层。所有的调度结点依据它们的调度关系形成一棵树，如图1。首先有一个总的调度结点――第一层调度结点，第一层调度结点可按任务复杂性派生多个子调度结点――第二层调度结点，并由第二层调度结点来直接分配任务给计算机结点。通过这种层次调度，将原来一个调度结点要完成的工作，分布到多个调度结点来完成，从而较好的解决调度结点的瓶颈问题。
（二）加权轮转调度方法
加权轮转调度算法（WRR）[7][8]的基本思想就是给每一个子队列分配一个权值，然后根据权值来调度不同的子队列中的数据包。对于WRR调度算法而言，在每一个分组（数据包）的大小一致时，能提供很好的公平性，但如果分组的大小不一致，就会对分组较小的队列带来不公平。WRR调度算法的权值是固定分配的，如果某一服务等级的分组到达速率较大，而其他服务等级的分组到达比较平稳时，由于每一服务等级的存储容量有限，可能会导致到达速率较大的服务等级的分组大量丢失，而其他服务等级的数据存储单元大量空闲，造成不必要的分组丢失。但是如果采用存储单元的动态分配机制，可能会引起其他服务等级的分组丢失，不恰当的存储单元动态分配机制还可能会导致低优先级的数据饥饿现象。因此，对于WRR的改进就显得特别重要。因此，系统在应用WRR算法时进行了改进，采用动态权值，不固定分配权值，让权值在一定范围浮动。这个算法开销小，容易实现。
（三）速率单调调度算法（RM）
RM（Rate monotonic scheduling）[9-11]调度算法在实时调度算法中起到过很大的作用。这种算法执行起来很简单，很容易理解。RMS算法是针对周期任务而言的优先级调度算法，任务的调度优先级由任务周期确定，周期越短的任务，优先级别越高；周期越长的任务，优先级别越低。这种定义优先级别的方法容易理解，周期任务总应该在下一个周期到来之前完成当前这个周期，否则就会错过时限，较短周期的任务应该尽量先调度先完成，以免错过任务时限。
在采用RM调度算法时，任务要进行调度可行性检查，检查RM调度算法能否对这种任务组产生合理的调度。RM调度算法在任务周期等于时限的同步实时任务系统中，是最佳调度算法。RM算法的优点是易于实现，运行时的开销较。
二、分布式实时调度算法的设计
系统中采用层次式调度，如图2所示，主要部分是任务分配器和结点上任务的执行。任务分配器是负责任务分配的，选择任务在什么结点上执行，分配决策必须在调度执行决策之前做出，任务分配结构如图3。结点上任务的执行涉及到任务调度，任务按怎样的方式进行调度执行。精确判断任务集的可调度性是在分配任务之后，各结点上的任务根据使用的调度算法的可调度性方法来决定任务集是否可调度。
在任务分配中，任务分配部分完成的功能是首先负责原始任务集的读取，然后在任务分配器中采用动态加权轮询机制将各任务分配到各个结点，在文献[12]中曾采用固定加权轮询机制分配任务。分配算法需要注意以下三个规则：（1）分配更多的任务到结点能力强的；（2）如果某个结点的负载已经很重，不要再调度其它任务到该结点；（3）随着队列上任务的增多而增加队列的权值。
在任务调度中，采用已有的速率单调调度算法进行任务调度，以适应系统的实时要求。实时任务调度是执行部分，首先根据各个结点根据能力不同接收任务，然后按速率单调调度算法进行优先级分配，最后执行任务。对于任务分配器与任务调度结点之间的传送关系，任务在任务分配器中可以被抽象为以包的形式存在，所以任务是以包的形式被发送到任务调度部分，然后再在各结点上打开任务进行调度。
在实验中，采用Tornado2.2（VxWorks）的开发环境。在任务分配部分，采用轮转的调度思想，由n个队列（Q1，Q2，…，Qi）组成任务分配器，根据队列接收能力的强弱来分配任务，而处理任务的结点根据能力的不同，处理能力强的结点接收的任务多，反之，则少。实验中，三个队列的权值的初始值是相同的，然后根据评价值rate（rate=进入队列任务数/已分配任务数）改变权值，权值的改变值W是不确定的，这里我们设定W的范围在1-5之间变化。采用不同的数据进行了多次实验，图4分别为其中三次的结果。
实验结果表明在某一时间段队列的任务多时，可以增加其权值，让更多的任务得到分配，而如果在某一时间段队列处理比较慢，这时可以适当减少起权值，让其得到少的任务。这样，就不会出现固定权值后始终是权值大的队列中有更多的任务进入到处理能力强的结点上，让需求来决定权值的增加，而不是人为地决定。这种动态分配权值的方法能够更好地调度任务的分配。在任务调度部分，主要是针对任务分配到结点后，在结点上任务的处理。这里采用速率单调调度算法（RM）。RM算法是一种静态优先级调度算法。它在运行前确定任务的执行顺序，运行时调度开销很小，并且平均CPU利用率较高，易于保持瞬间负载过重情况下的系统稳定性，即当系统不能保证所有任务的时间要求时，调度算法能使其中一部分关键任务始终满足时限要求。首先任务集进行可调度性测试，确定优先级次序，然后等待任务触发，执行任务处理函数，任务触发的时间加上最小的间隔时间就是下次执行时间，等待下个任务的执行。
三、结束语
系统采用实时系统中的调度算法和分布式系统中的调度算法，将两种算法有效地结合起来，将系统分成层次式的子系统，以分散其集中式控制整个系统的负载平衡。采用多种算法想结合的任务调度算法设计，对于系统中出现负载不平衡的情况，采取了一定的调度策略，较为合理地分配任务，并将任务分配到各个工作结点上，进一步优化系统性能。该算法对已有的固定权值的任务分配进行了改进，而且还在更进一步地实验中，并希望通过不断地实验能使算法更完善，能够应用到网络流通等领域，将其应用于实践中，取得更好的价值。
参考文献：
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[12]余科军,卢建斌.基于平均分配原则的任务调度算法[J].电脑知识与技术,2008:83-85
分布式系统设计原则范文第2篇
关键词：变电站综合自动化系统应用功能
近年来，随着对整个电网的一、二次设备信息进行综合利用，使得电网运行水平的不断提高，这样便于各级调度中心及时掌握电网及变电站的运行情况，从而提高了变电站的可控性，进而更多地采用远方集中控制、操作、反事故措施等。
1 变电站综合自动化系统的结构
整个系统由站级管理层、工业总线网络层和间隔层三部分组成，系统内所有监控、保护设备均按模块式单元化结构设计，根据变电站的电压等级、规模大小和用户要求可以灵活设置。下面仅介绍分布式系统结构。
1.1面向功能的分布式系统。每个单元完成一种功能，系统功能分为：交直流测量单元、遥信采集单元、遥控与操作单元、脉冲电能收集单元、保护单元等。这种系统的优点是功能单元之间与通信总线在电气上完全隔离，任一单元故障对系统其余部分没有任何影响。
1.2面向间隔的分布式系统。将变电站的输变电路线分为许多间隔。各间隔设备相对独立，仅通过站内通信网络互联，并同站级计算机进行通信。每一间隔层按遥测、遥信、遥控、保护等多CPU分布配置，且在设计上引入计算机局域网络技术，功能分配采用尽可能下放的原则。
1.3面向对象的分布式系统。即一个单元对一个对象，每一根进线、每一根出线、每台变压器、电容器等都可作为对象。它打破了原有二次设备的功能界限，根据变电站综合自动化的要求重新组合。它具有以下特点：系统可靠性大大提高，局部故障不影响系统运行；模块间相对独立，互相影响小；数据共享性好；系统运行效率高；多功能的综合控制方式，使得设备的运行管理十分简单，维护量少；抗干扰能力强；可扩展性好；站内二次设备所需电缆大大减少，节约投资。
2变电站综合自动化系统应用中存在的问题
2.1 系统模式选择不合适。变电站综合自动化系统实现的方案随着变电站的规模、复杂性、变电站在电力系统的重要地位、所要求的可靠性以及变电层和过程层总线的数据流率的不同而变化。如果一个变电站综合自动化系统模式选择合适的话，不仅可以节省投资、节约材料，而且由于系统功能全、质量高、其可靠性高、可信度大，更便于运行操作。因此，把好变电站综合自动化系统的选择关，意义十分重大。目前应用较广泛的结构形式主要有集中式、分散与集中相结合和全分散式三种类型。由于微处理器和通信技术的迅猛发展，变电站综合自动化系统的技术水平有了很大的提高，结构体系不断完善，全分散式自动化系统的出现为变电站综合自动化系统的选型提供了一个更广阔的选择余地。
2.2 电力管理体制与变电站综合自动化系统间存在问题。随着变电站综合自动化系统的建设和无人值守运行模式的进一步推广，使得继电保护、自动化、远动、变电运行等专业也相互渗透，传统的技术分工、专业管理已经不能适应变电站综合自动化技术的发展，从而引起科研、设计、制造、安装和运行部门的专业设置、人员的重新调整以适应保护、控制、测量一体化的变电站自动化模式。在专业管理上，变电站综合自动化设备的运行、检修、检测，远动系统的实时性、遥测精度、遥信变位响应速度、信号复归和事故总信号等问题仍需要规范和加强。
2.3 运行维护人员水平有待提高。目前，变电站综合自动化系统绝大部分设备的维护依靠厂家，设备出了问题即通知相应的厂家来处理，从而造成缺陷处理不及时等一系列问题。那么要想管理好变电站综合自动化系统，就要求企业尽快培养出一批高素质、能跨学科的复合型人才，加宽相关专业之间的了解和学习。其次，变电站综合自动化专业的划分应明确，这样对于加强电网管理水平，防止电网事故具有重大意义。
3变电站综合自动化系统应用实现的功能
3.1继电保护功能。变电站综合自动化系统要具备常规变电站系统保护及元件保护设备的全部功能，而且要独立于监控系统，当故障退出运行时，不仅继电保护能正常运行，而且其它功能仍能正常工作。那么各类保护应具有的功能如下。
(1)故障记录。(2)存储多套定值。(3)模拟量的显示。(4)与监控系统通信。(5)当地和远方查询、整定保护定值。
3.2数据采集功能。数据主要有状态数据，模拟数据和脉冲数据。(1)状态数据采集。状态数据包括:断路器状态、隔离开关状态、变压器分接头信号及变站一次设备告警信号等。目前大部分采用光电隔离方式或通信方式获得。(2)模拟数据采集。模拟数据包括:母线电压，线路电压，电流和功率值，馈线电流，电压和功率值，频率，相位等。另外还有变压器油温，变电站室温等。(3)脉冲数据采集。脉冲数据主要是脉冲电度表的输出脉冲，采用光电隔离方式与系统连接，内部用计数器统计脉冲个数，实现电能测量。
3.3 件记录和故障录波测距。事件记录应包含保护动作序列记录、开关跳合记录。变电站故障录波可根据需要采用两种方式实现，一是集中式，需要配置专用故障录波器，而且能与监控系统通信;另一种是分散型，即由微机保护装置兼作记录及测距计算，再将结果送给监控系统，由监控系统存储和分析。
3.4 制和操作功能。通过后台机屏幕，操作人员可对断路器、隔离开关、变压器分接头等进行远程操作。为了防止系统故障发生时无法操作被控设备，在系统设计时应保留人工直接跳合闸手段。
3.5 统的自诊断功能。系统内各插件应具有自诊断功能，其信息也像被采集的数据一样周期性地送往后台机和远方调度中心。同时，装置本身应具有实时自检功能，方便维护与维修，可对其部分采用查询标准输入检测等方法实时检查，能快速发现装置内部的故障及缺陷并给出提示，指出故障位置。
3.6设备监视及报警功能。通过监视，对站内各种越限，开关合、跳闸，保护及装置动作，上、下行通道故障信息，装置主电源停电信号等各种故障通过音响、画面、语音等告警，将告警信号进行处理并作为事件记录及并打印出来。
3.7 据处理和记录。数据处理的主要内容是历史数据的形成和存储，主要包括上一级调度中心、变电管理和保护专业需求的数据。该功能可在变电站、远动操作中心或调度中心实现。
3.8“四遥”功能。本功能在常规远动“四遥”的基础上增加了远方修改整定保护定值、故障录波与测距信号的远传等功能，其获得的信息量远大于传统远动系统，并且还可以与调度中心统一时钟和当地运行维护的功能。
4结语
变电站自动化是一个系统工程，要实现变电站自动化的功能，还有许多技术问题需要攻关解决，我相信在不远的将来变电站自动化系统，会不断地完善和改进相应地推出各具特色的变电站综合自动化系统，以满足电力系统发展的要求。
参考文献
分布式系统设计原则范文第3篇
关键字：安全苛刻系统；分布式；自动化测试；执行控制与任务调度
1引言
安全苛刻系统泛指一类其功能一旦失效将引起财产、生命等重大损失的特殊系统，广泛存在于航空航天、医疗、金融领域。根据国际航空无线电委员会（RTCA，Radio Technical Commission for Aeronautics）提出的D0-178B标准的定义，A级软件，即具有安全苛刻特性的软件，是指其异常行为可能引起或导致系统功能失效，进而引起灾难性失效状态的软件。
安全苛刻系统的测试用例通常数量庞大，只依靠人工测试会耗费太多的人力、物力。而回归测试中用例是完全设计好的，测试期望的结果也是完全可以预料的，这就使得由软件代替人工操作，完成对被测试系统的输入，并且对输出进行验证的自动化测试成为可能。
虽然自动化测试要比人工测试效率提高很多，但在测试用例数量庞大的时候，执行一次完整的测试还是会花费数天时间，导致测试周期过长。因此在对大量测试用例的自动化执行过程中，设计一种合理的测试用例执行调度方法，进一步缩短测试时间是十分必要的。
本文针对一类大型安全苛刻性系统（一般为分布式架构）自动化测试提出了一种测试用例执行控制与调度方法，并通过实际系统验证了该方法在缩短测试用例总执行时间上的有效性和可行性。
2分布式自动化测试
自动化测试中，测试用例将在部署测试软件的主机上自动执行，该主机称为测试用例的执行节点。本文面向如下分布式系统：执行节点之间是同构的。针对该分布式系统设计的每个测试用例可能需要在单个执行节点或同时在多个执行节点上执行。由于同一类的执行节点之间是同构的，这些测试用例在确定的一类执行节点中的任意一个上执行效果等价。由于测试用例的执行节点是任意的，因此执行这些测试用例时应该根据一定的策略将它们分发到不同的执行节点上执行。
现有的分布式自动化测试中，当存在多个测试用例等候执行时，一般都会将多个测试用例组成一个执行队列，确定测试用例队列和确定测试用例的执行节点。当被测系统中存在多个执行节点，在执行测试用例之前便需根据一定的规则确定测试用例的执行节点，现有的自动化测试方法中一般是在空闲的执行节点中随机选取执行节点来执行。
这种方法的缺陷是手动指定执行顺序会增加测试人员的工作量；若根据测试用例的优先级来确定，则很难找到一个统一确定测试用例优先级的原则。另外若测试用例的执行节点选取不当，可能会导致部分执行节点上的测试用例已执行完毕，另外部分执行节点上仍在执行某个时间较长的测试用例，或者某些执行节点上无用例执行的情况，测试节点的整体利用率不高。
3一种新的执行控制与调度方法DCS3
通过上述对目前分布式系统自动化测试的问题分析，本文提出了一种面向安全苛刻系统的执行控制与调度方法DCS3（Distributed Control and Scheduling for Safetycritical System）。首先给出一些定义。
定义1 测试用例预期执行时间。某测试用例第n次执行的预期执行时间为：
预期执行时间是根据该测试用例之前执行的时间来预测的，由于自动化测试主要用于回归测试中，此时被测系统的环境及软件版本已基本固定，因此测试用例每次执行的时间也比较稳定，根据该测试用例之前的执行时间来预测本次的执行时间是比较准确的，同时测试用例的预期执行时间将同步记录到测试数据库中。
定义2 测试用例执行优先级。测试用例执行优先被定义为该测试用例被划分到的测试用例类别的优先级值。测试用例的类别包括6类，按照优先级从高到低依次为：在被测系统刚进入初始状态下执行的测试用例，执行添加操作的测试用例，执行查看操作的测试用例，执行编辑操作的测试用例，执行删除操作的测试用例以及执行重置操作的测试用例。
具体方法步骤如图1所示。
Step1 测试控制端新建一个测试任务，并输入测试任务中各测试用例的基本信息（编号、预期执行时间、优先级、执行节点类别和执行节点数目、以及其他资源），然后提交该测试任务。
Step2 测试控制端依次读取测试任务中每个测试用例的基本信息，将测试用例添加到未执行的测试用例列表中。
Step3 取未执行的测试用例列表中优先级最高的所有测试用例，根据执行节点类别进行分组，将同一类执行节点上执行的测试用例分为一组，各组测试用例并行地在对应类别的执行节点上执行，具体过程如下：
Step3.1对每组中的所有测试用例先按照需要的执行节点数目从多到少的顺序排序，再对具有相同的执行节点数目的测试用例进行排序。优先级最高的为第一次执行的测试用例，其次是所有预期执行时间不为0的测试用例，这些测试用例再按照预期执行时间从长到短的顺序排序。对于具有相同的执行节点数目且都为第一次执行的测试用例，它们之间的相对顺序是随机的。
Step3.2判断未执行的测试用例的执行条件是否满足，若满足，为该测试用例分配执行节点及执行需要的额外资源，并执行该测试用例，然后判断下一个测试用例，若不满足则直接判断下一个测试用例；重复该判断直至被测系统中无空闲的对应类别的执行节点或者该组中所有的测试用例均己判断完毕。
Step3.3监测所有正在执行的测试用例的执行状态，若监测到任意一个测试用例执行完毕，则判断该组测试用例中是否有未执行的测试用例，若有转至Step3.2继续执行，若没有则执行Step3.4。
Step3.4等待当前所有正在执行的测试用例执行完毕，更新数据库中测试用例的预期执行时间，保存测试用例的执行结果。
Step4判断是否还有未完的测试用例，若有则继续执行，若都已执行完成，则结束本次测试任务，并将本次测试用例的执行结果保存至数据库，输出测试报告。
4系统实证
本文提出的测试方法在某航空任务系统上得到了实际应用。被测的航空任务系统是一个分布式的系统，有多个操作台、多个不同职能的服务器及交换机组成。
为了实现自动化测试，开发部署了一套自动化测试平台，如图2所示，由测试监控台、测试数据库服务器、测试中心处理服务器及交换机组成，测试监控台、测试数据库服务器、测试中心处理服务器通过交换机相连。测试平台通过测试中心处理服务器与被测系统交换机连通。
测试监控台上部署了测试资源管理软件及测试显示控制软件，分别用于用户对测试资源的管理以及对测试任务的管理。测试中心处理服务器上部署了测试中心处理软件，实现对本文提出的方法，执行测试任务的控制与调度。采用本文的调度方案，各节点上执行测试用例较为平均，空闲等待时间较少，提高了资源的利用率（见图1）。
5结语
分布式系统设计原则范文第4篇
【关键词】分布式系统；养护设备；管理
Abstract：To counter the maintenance machinery be distributed different work areas and inconvenient to manage them，building the distributed management system for highway maintenance machinery based computer technology and Internet is an inexorable trend for highway maintenance modernized.This paper discusses the design，functional demand and development of the system.
Key words：distributed system；maintenance machinery；management
1.引言
改革开放以来，随着我国公路建设事业的迅猛发展，筑路及道路养护机械设备也得到了长足的发展。从2000年开始，公路建设投资每年在1800亿元以上，而西部地区10年内要投资7000亿元。各省、市公路局所拥有的筑养路机械设备少则几千万元，多则几亿元，形成了一个庞大的设备资源群体，因此如何管好用好这些设备资源，发挥其应有的效益，已成为摆在我们面前的重要课题，同时设备的购置也将成为一个突出的问题。但是从目前全国公路部门的状况来看，设备管理与购置决策还处在以人工处理为主阶段，与其它行业的计算机自动化管理相比，仍处于落后的、静态的低级阶段。作为公路管理部门，为了满足现阶段筑、养路机械管理和公路工程机械化施工的需求，必须采用先进的管理理念和科学的管理方式，技术管理和经济管理兼顾，才能适应当前现代公路工程机械化施工的需求。本文主要研究了分布式公路养护设备管理系统的设计、功能需求以及系统开发等技术。
2.系统设计
“公路养护设备管理系统”集静态管理与动态辅助决策于一体，包括了“设备资源管理”、“技术档案管理”、“公路养护机械优化配置”、“养护机械购置选型辅助决策”等模块，是管理功能较齐全的通用系统。
系统采用组件化与模块化相结合的结构设计思想，通过设置功能参数，使各模块根据用户不同需求而变化组合，同时又利用分布式、组件化结构可重用性强、面向对象的思想，根据需要调用组件，实现无缝连接，从而解决各模块之间的接口问题。建立已有设备数据库，将公路局现有养护设备档案、国内市场主流机型档案资料输入数据库。根据现有养护机械的使用频度，以及各路段病害类型及发生规律、设备分布、设备使用情况为设备购置、选型、配置提供决策依据。
系统主要由以下几大模块组成：
（1）系统模块（网络连接、系统设置、用户权限设置、数据备份、数据恢复、数据上传、数据下载、数据库调入、数据录入、文件输出、系统帮助等）；
（2）设备资源管理（设备档案库、设备使用率、设备完好率、成本核算、设备维修记录等）；
（3）技术经济档案管理（施工人员档案库、各种年审记录、职工岗位职责、技术培训档案、操作规程等各种文档）；
（4）施工现场管理（设备使用情况、各工地施工进度、设备分布）；
（5）统计报表管理（四率统计、月报表、年报表等）；
（6）养护设备优化配置；
（7）养护机械购置选型辅助决策分析。
3.系统需求分析
根据实际情况，总体设计采用系统工程的思想，按照结构化、模块化、自顶向下的原则对系统进行分析与设计，而在具体实现时则采用原型化方法，自底向上逐步实施，即以少量代价快速的构造一个可执行的软件模型，使用户和开发人员可以较快的确定需求，然后采用循环进化的开发方式，将系统需具备的属性逐渐添加上去，直到全部满足要求，发展成为最终的产品。
3.1 用户功能需求
公路养护设备管理信息系统是针对公路施工管理部门的大量机械设备的以计算机为平台的现代化管理工具。主要包括了机务管理、设备的台帐、运行记录、设备查询、生成打印报表等方面的功能，实现用户方便的输入、查询、统计、打印相关报表的业务需求。
3.2 系统功能需求
（1）运转情况记录
提供对“用户设备运转情况详细记录”的数据输入、按月统计、按月打印的功能，实现“月份设备运转情况分析报告表”的生成、统计、打印功能。
（2）机械设备技术状况的评分
提供对“用户机械设备技术状况评分表”的输入、统计，完成每月对机械设备的技术状况月统计，以此生成《机械设备完好利用汇总表》和《在用机械设备技术状况统计表》，实现这些表的统计、打印功能。最后生成年报表：《机械设备技术状况统计表》和《红旗设备及红旗操作手名单》，实现这两个表的统计打印功能。
（3）机械设备实有数、能力及完好率、利用率、维修及保养情况年报表
这是一张信息汇总表，是将机械设备档案信息、技术状况和维修保养情况以及企业所拥有机械的数量、能力进行分类汇总，最后生成《机械设备实有数、能力及完好、利用、维修、保养情况年报表》，实现该表的打印功能。
（4）预购设备查询库
提供对市场主流养护施工机械设备性能、售价等数据的录入、查询功能。用户可以根据国内外机械设备制造厂商所提供的信息，将他们生产的新产品、新类型的机械信息录入查询库中，以方便在购买机械设备时作为决策参考。
4.系统实现
“公路养护设备管理系统”以Windows 2000、Windows XP为系统平台，以Microsoft Visual C#.NET程序设计语言及SQL Sever大型网络数据库为开发工具，并通过Internet实现各节点之间的数据共享和数据传输。数据库系统可以由分布于各个基层养护单位的终端计算机结点上的若干个子数据库组成，主控端通过有效的存取手段来操纵这些结点上的子数据库，分布在各个结点上的子数据库在逻辑上是相关的，各子节点对父节点是透明的，便于上级机关随时掌握各养护段的信息，而父节点对子节点及各子节点之间则根据权限有限开放，以确保管理通道的畅通及数据安全。可视化开放式的设计思想，使得整个系统更加用户化、个性化。
数据库是整个管理系统的核心，它将与设备有关的全部技术参数、使用情况等信息都纳人数据仓库中，是查询、浏览及输出报表的直接信息源，更是进行使用性能评价、养护设备配置方案决策的根据。底层数据库选择SQL Server 2000，主要考虑到数据的安全性、数据库易维护性、系统的可兼容性以及对XML（可扩展标记语言）的支持性，在C/S和B/S结构中，不同应用软件之间交换数据的时候，SQL Server 2000将会主动支持存储和查询可扩展标记语言文件。
5.结论
利用信息技术建立公路养护设备管理系统，是提高公路养护设备管理水平的重要途径。基于全面的机械设备指标等信息，提供灵活的设备状态信息查找、施工作业的机械选择方案、机械设备的经济核算和效益分析，强化机械设备对项目的保障作用，规范项目机械管理行为，辅助建立适应市场经济的现代化机械设备管理模式。建立以计算机为基础的公路养护设备管理系统，是目前公路养护现代化的必然趋势。该系统可通过互联网这一信息高速公路有效地对公路养护设备实行动态管理，减少盲目购置和过度购置带来的资金浪费，提高设备利用率和资金使用效率。
参考文献
[1]张昕，刘晓婷.公路施工机械设备技术状况管理系统[J].筑路机械与施工机械化，22（9）.
[2]张昕，张永波.基于.NET平台的“公路设备管理信息系统”的开发与应用[J].建筑机械，2006，1.
分布式系统设计原则范文第5篇
关键词：SOA；军事；信息系统；集成；体系结构
中图分类号：TP315文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)12-2761-02
Military Information System Integration Based on SOA
LIU Zhan-long1, LI Chang1, FENG Xiao-jie2
(1.Artillery Command Academy of PLA, Xuanhua 075100, China; 2.PLA General Staff Communications Training Base, Xuanhua 075100, China)
Abstract: Analyze the current problems in the military Information System Integration and describe the concept and basic principle of SOA，compare the differences between SOA and traditional integration methods．The architecture and implementation steps of military Information System integration based on SOA are designed，make know that the advantage of information system integration based on SOA with making full advantage of the existing Information System．
Key words: SOA; military; information system; integration; architecture
随着我军现代化建设的快速发展，大量军事信息系统应运而生。但由于各系统设计主体不同、使用需求不同等原因，这些系统在互操作性、共享性、安全性以及服务质量等方面都还存在着这样那样的问题，阻碍了我军信息化建设的进一步推进。
SOA是一种面向服务的软件架构。作为一种设计和构建松散耦合的软件解决方案的方法，近年来得到了广泛关注。本文基于SOA架构，依据服务融合的思想，综合利用已有的信息资源，快速地构建集成军事信息系统，使之能够适应军事业务不断变化对信息系统集成产生的影响。
1 SOA概述
面向服务的架构(Service-Oriented Architecture，SOA)并不是一个新的概念，它是一种将信息系统模块化为服务的架构风格，拥有服务之后，就可以通过编配这些服务给业务流程带来生命力[1]。
SOA的一般定义为：“本质上是服务的集合。服务间彼此通信，这种通信可能是简单的数据传送，也可能是两个或更多的服务协调进行某些活动。服务间需要某些方法进行连接。所谓服务就是精确定义、封装完善、独立于其他服务所处环境和状态的函数[2]。”
在SOA架构中，包括三种角色：服务提供者、服务请求者和服务者。这三种角色通过3个基本操作：、查找、绑定相互作用。服务提供者向服务者服务；服务请求者通过服务者查找所需的服务，并绑定到这些服务商；服务提供者和服务请求者之间可以交互[3]。SOA架构模型如图1所示。
从本质上说，SOA是一种面向服务的软件架构，是一种设计和构建松散耦合的软件解决方案的方法。SOA架构的基本元素是服务，服务作为用于业务流程的可重用组件，它提供信息服务或简化业务数据的状态迁移过程，响应客户的请求并提供高质量的服务[4]。
2 军事信息系统体系结构
2.1 体系结构设计要求
1) 集成现有系统。由于历史的原因，我军目前现有的各类信息系统呈“烟囱式”特点，互连互通互操作困难。现代军事信息系统的建设，不能只着眼于新的、孤立的系统的建设，而应该充分考虑对遗留系统的再利用。
2) 结构松散耦合。松耦合使得服务更容易集成，或组成其他的服务，同时提供了良好的应用和服务管理能力。系统所提供服务应该是透明的、协议独立的，从而可以不必与特定的系统和网络相连接，同时也使得服务重用成为可能。
3) 基础架构统一。在所有不同的应用系统之间，基础架构的开发和部署应该一致。现有组件、新开发组件可以合并在一个框架内，从而增强系统可扩展性。
2.2 系统总体结构
基于SOA的军事信息集成系统，通过标准化的服务接口连接起来进行数据交换。它屏蔽了不同平台、编程语言、操作系统和硬件架构之间的差异。在这种模式下，一个应用或部分应用是一种服务，可以被重用和共享。与传统相比，整个环境变得更富有弹性，能快速响应决策业务需求，从而实现更好的业务灵活性[5]。总的来说该框架分为四层：数据存储层、组件服务层、业务逻辑层以及表现层。
数据存储层：数据层是系统中各个服务得以实现的基础。数据存储层包括当前流行的数据库管理系统，如SQL Server 2005, Oracle 11g等，用来存储系统中使用的各种系统参数以及军事支撑数据；也可以是遗留系统的数据集合。军事信息系统中的数据包括战术想定库，军事模型数据库，军事地图库，军事案例库，态势信息库，战术原则数据库及模型算法库等。
组件服务层：利用数据存储层提供的统一数据服务接口可访问完整的集成数据。主要对请求消息以及回执消息的整个过程进行处理，包括SOAP消息的封装、消息监听器、作业处理器、注册中心以及安全组件等[6]。
业务逻辑层：由具体实现系统核心功能的业务组件组成，主要包括战术想定业务、军事模型业务、战术原则业务、军事案例业务、态势信息业务、综合保障业务等。这些组件可以是EIB，COM，CORBA，也可以是细粒度地实现业务逻辑的Web服务[7]。在需要重用资源协调系统的业务逻辑时，可以通过工作流程控制引擎访问组件来调用其功能。
表现层：提供统一的交互服务，包括登录服务、用户统一管理、用户授权等。通过登录系统，可对应用系统的信息安全进行统一设计、统一开发，形成一个完整的、通用的、透明的安全服务体系。
3 关键技术
3.1 数据整合过程
为实现数据资源整合的目标，在实施基于SOA的解决方案时候要管理好元数据以及对数据服务的封装[8]。元数据的管理是全局统一信息标准的集中体现，对全局信息标准数据字典和代码集进行维护，对表描述或表所含数据项描述及数据结构可以进行增加、删除、修改、导出存档和查询，是对于军事信息系统元数据的归并与整理，为后续新建系统提供指导与规范；为便于对源数据的访问以及附带基于数据流之上的业务逻辑，需要将数据封装成数据服务，在实现时可以采用定制Web service，也可以采用专用ETL工具将源数据进行抽取后通过专用接口成服务。
3.2 SOA服务模式
SOA就是实现独立于技术的服务接口[9]。SOA的编程思想是通过应用组件和传输协议的松散耦合(服务的传输协议的透明化)，从而实现组件的虚拟化，造就一个虚拟的集成架构或者集成平台服务总线，这样使得服务集成不受任何限制，可以同时集成.NET和J2EE组件，以及集成其他遗留系统的各种应用，同时也可以随时更换这些组件。
4 结束语
信息化条件下军事系统的内在复杂性，导致了分布式系统集成技术、部署位置以及作业流程的不确定性。这些不确定性，需要系统集成框架具有一种柔性的处理方式。基于SOA的系统集成框架，在分布式环境下，基于开放、可扩展的体系结构，用面向服务的架构思想，实施组件服务化，针对复杂灵活的军事需求，以组件组合的方式构建跨地域、跨平台的集成系统。实践表明，所构建框架能够满足跨地域异构平台下军事系统集成需求。
参考文献：
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[2] 潘卫明,郝平.基于SOA和工作流的数据仓库更新系统[J].计算机应用与软件,2010,27(2):206-208.
[3] 叶宇风.基于SOA的企业应用集成研究[J].微电子学与计算机,2006,23(5):211-213.
[4] 郑合锋,陈四军.基于SOA的军事信息系统综合集成研究[J].火力与指挥控制,2010,35(1):81-83.
[5] 龙朝阳,肖静波.基于SOA的服务型电子政务模型研究[J].情报杂志,2009,28(2):61-65.
[6] 冉崇善,吴莎莎,许光.基于SOA的异构系统数据整合的研究[J].陕西科技大学学报,2010,28(3):109-113.
[7] 鄢沛,郭皎,应宏.基于SOA的柔性分布式仿真框架的设计[J].计算机仿真,2010,20(1):78-81.
分布式系统设计原则范文第6篇
论文关键词：SOA:共享资源:构架:教学资源库
1.引言
在教育部、财政部关于实施国家示范性高等院校建设计划加快高等职业教育改革与发展的意见中，提到对于需求量大、覆盖面广的专业，中央财政安排经费支持共享型专业教学资源库建设。随着信息与网络等基础的逐步加强，各职业院校都开展了不同程度的教学资源整理或资料库建设，但各自建设所形成的重复建设、信息孤岛、缺乏交流也日益突出，以面向服务为架构指导，专业教学资源与应用平台设计遵循开放性、可扩展性和可持续性的原则，解决教学资源库共建共享的问题。
2.建设共享型专业教学资源库的意义
教学资源库是各种音频、视频、文字、网页等格式的教学资源的汇集，为提高教学水平服务，主要为教与学提供丰富的、多元化的网络资源，使用者可根据需要从库中找出多种资源用于教学等目的。教学资源库包含各类资源管理与共享、日常教学活动支持、教学管理、展示与评价等功能于一体的数字化教学支撑平台，实践中也发现，类似的应用层的差别正体现了高职高专院校与本科院校的区别。
共享型专业教学资源库突出了资源的专业特点和共享要求，由专业系列课程、知识点、专业资源子库构建而成。专业资源子库是按照现有系统的文件类型而建立的资源库，包括自主学习型网络课程库、讲授型网络课程库、专业大全库、专业信息文献库、专题特色资源库、多媒体课件库、专业图片库、专业视频动画库、试题库、案例库等。
采用数字化新技术对各种有价值资源进行有效的开发、利用，实现资源共享，是示范性高职教学部门的一项十分重要任务和职能。由于职业学校基础薄弱，文献积累有限，专业特色不明显，如果从各校自有的专业教学科研资源入手，建设教学科研成果数据库，一方面对学校珍贵的自有资源进行有效地开发、利用和保存，另一方面从人员、技术、设备等各方面摸索一些维护、应用、共建经验，为开展建设特色数据库奠定基础，还可促使专业教学资源库具有可持续发展的机制，对推动学院教学科研工作的发展，提高教学水平和教学质量具有实际意义。
3.面向服务架构概述
SOA (service-oriented architecture，面向服务的体系结构或面向服务架构)指通过连接完成特定任务的独立功能实体或软件系统架构。SOA是一个组件模型，它将应用程序的不同功能单元(称为服务)通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来，接口是采用中立的方式进行定义的，独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言，这使得构建在各种这样的系统中的服务可以以一种统一和通用的方式进行交互。 SOA体系结构由三个不同角色组成:服务提供者、服务和服务请求者。SOA体系结构中的组件必须具有上述一种或多种角色，在这些角色之间使用了三种操作。
从功能角度分析，SOA是一种构造分布式系统的方法，将业务功能以服务的形式提供给应用程序或其它服务。从软件结构角度分析，SOA的重心是定义服务基础结构，要求实现粗粒度、松祸合的服务体系，其服务之间通过简单、精确定义的接口进行通信，不涉及底层编程接口和通信模型，使服务独立于技术且在技术之上。
SOA可设计和构建松散祸合软件的解决方案，能够以程序化的、可访问软件服务的形式公开业务功能，以使其它应用程序可以通过己和可发现的接口来使用这些服务。通过应用SOA，使用一组分布式服务来构成并组织应用程序，这样就能通过重用已有的资源和相关共享单位的业务功能来构造新的应用程序。
4.面向服务构建共享型专业教学资源库的实施
以SOA软件框架为组装蓝图，以可复用软件构件为组装模块，提高了软件生产效率和软件应变能力。符合SOA标准的构件块是分散、可重用的服务和架构元素，可以用于构成复合的应用程序和服务基础架构，每个构建块在实现之后就会被添加到SOA功能的总体目录中。
作为教学资源单元的构件要成为“服务”，必须定义良好、自我包容的、具有可的接口，在理想情况下不依赖其它服务的状态和环境，运用构件式服务向最终用户交付应用功能的分布式系统，可以构建出其它服务。开发构件包括以下几个主要环节：实现标准的基本接口；实现或配置构件的功能(体现为属性、方法、事件、函数等对象元素)；元数据的定制和对构件的描述：实现构件的设计功能，如定制构件的属性、事件响应的用户界面等。
从服务的内涵看，教学资源库其实也是一个服务，此服务包含库资源和服务平台。库资源是教学资料的后台集合；服务平台是程序及文档集，包括前台的用户界面、操作数据库、服务库、构件库的软件环境，可细分为系统管理、服务模块、用户管理等。比如，系统管理实现安全控制、初始化、访问控制、扩展接口、故障管理等功能。教学资源库的建设是一个累积的过程，要与教学过程相辅相成，实施中主要采用调研法、建立模型、需求驱动及项目工程管理等研究方法。实施计划主要分为方案设计，资料收集及数据加工，系统开发，系统、评估与质量保证四个阶段。
(1)方案设计阶段。把SOA策略落实到应用的分析中，在实践中应用理论研究的成果，提出资源库建设、管理、评价方案。资源共享是一个系统工程，以面向服务标准构造出共享资源的框架，在统一的规划下的整体信息利用，专业教学资源与应用平台设计要遵循开放性、共享性、可扩展性和高可靠性的原则，要有序建设、科学地策划和具有前瞻的意识。从建立资源单元起步，建立库资源建设的规划标准与架构模式，使构建的各个单项部分都能成为共享资源的有机组成部分。在一致的、标准的架构原则下，实现共享教学资源库，解决教学库资源建设的长效机制等问题。
(2)资料收集及数据加工阶段。确定资源建设的数据内容，专业教学资源库的单元建设关系到共享的最终效果，要以专业理论、教改方略、专业类别、学科范围、课程目录为指导，根据课程特点及教与学的需要设置体系，资料要体现出多元智能和学科的专业取向、结构，与学科知识紧密结合起来，以实现教与学的高效能、最优化。
采纳多级存储，多角度、多维度资源导航方式，实现资源分布式存储、检索信息集中统～管理，共享要运用一定的技术手段和方法优化，使数字资源得到合理组合，取得最好的组织结构和组织功能。通过提供多套存储方案，实现资源在任意地点部署，通过符合规范数据格式，在不同类型的资源库之间实现重构、交换资源数据，甚至与远程教学平台无缝连接。
(3)构造应用系统的框架。构造框架采取如下步骤：确定框架的约束条件，包括软件、硬件、性能及设计等；根据通用的高层设计，标识出高层的构件(在此为组成系统的各专业资源库)；确定高层构件间的接口。采用框架技术进行开发的主要优点是：结构一致性好；可以先设计框架、领域构件而不必陷于底层编程；大粒度的重用使得平均开发费用降低；采用参数化框架使得适应性增强。其它作为主体构件的各个专业教学资源子系统遵循一致性原则，遵守标准接口，符合面向对象的开发要求，实现功能处理的模块要松散耦合。
系统开发包括两大部分：高层部分与低层部分。高层部分面向资源库整体，解决总体规划与高层建模问题；低层部分面向专业领域，解决应用系统的分析、设计与建造问题；两个层次的工作不能混淆，而且要紧密衔接。主要有四个过程：系统总体规划、系统分析过程、系统设计过程和系统建造过程，是SOA策略的核心应用。
(4)系统、评估与质量保证。以一个个专业资源库独立运作开始，并行、迭代开发，不断完善功能，然后接入共享的信息系统中，最终建立起扩展能力强的集成系统。有了比较完备的框架和构件库，通过可视化开发工具，将所选的领域框架和构件进行组合就能产生新的功能系统。评估与质量保证目的为资源的审查、分类提供依据，经过共享后的数字资源系统，要不断扩大服务范围，提升服务能力，以多样化的服务手段，产生最大的社会效益。
分布式系统设计原则范文第7篇
关键词:变电站;自动化系统;数字化;结构设计
中图分类号:TM743文献标识码:A文章编号:1009-2374 (2010)13-0119-02
随着自动化技术、通信技术、计算机和网络技术等高科技的飞速发展,一方面自动化系统取代或更新传统的变电站二次系统,已经成为必然趋势。另一方面,保护本身也需要自检查、故障录波、事件记录、运行监视和控制管理等更强健的功能。发展和完善变电站自动化系统是电力系统发展的新趋势。
一、自动化系统设计
(一)布置类型
目前,我国应用的自动化系统主要有两种安装方式:一种是在主控制室集中组屏 (集中式);另一种是模块单元分散在室外就地安装 (分散式)。
(二)结构分析
目前从国内、外变电站自动化的开展情况而言,大致存在以下几种结构:
1.分布式系统结构。按变电站被监控对象或系统功能分布的多台计算机单功能设备,将它们连接到能共享资源的网络上实现分布式处理。系统结构的最大特点是将变电站自动化系统的功能分散给多台计算机来完成。分布式模式一般按功能设计,采用主从CPU系统工作方式,CPU系统提高了处理并行多发事件的能力,解决了CPU运算处理的瓶颈问题。各功能模块(通常是多个CPU)之间采用网络技术或串行方式实现数据通信,选用具有优先级的网络系统较好地解决了数据传输的瓶颈问题,提高了系统的实时性。分布式结构方便系统扩展和维护,局部故障不影响其他模块正常运行。该模式在安装上可以形成集中组屏或分层组屏两种系统组态结构,较多地使用于中、低压变电站。分布式变电站自动化系统自问世以来,显示出强大的生命力。目前,还存在在抗电磁干扰、信息传输途径及可靠性保证上的问题等。
2.集中式系统结构。集中式一般采用功能较强的计算机并扩展其I/O接口,集中采集变电站的模拟量和数量等信息,集中进行计算和处理,分别完成微机监控、微机保护和自动控制等功能。由前置机完成数据输入输出、保护、控制及监测等功能,后台机完成数据处理、显示、打印及远方通讯等功能。
3.分层分布式结构。按变电站的控制层次和对象设置全站控制级――变电站层 (站级测控单元)和就地单元控制级――间隔层(间隔单元)的二层式分布控制系统结构。也可分为三层,即变电站层、通信层和间隔层。这种结构相比集中式处理的系统具有以下明显的优点:可靠性提高,任一部分设备故障只影响局部,即将“危险”分散,当站级系统或网络故障,只影响到监控部分,而最重要的保护、控制功能在段级仍可继续运行;段级的任一智能单元损坏不应导致全站的通信中断,比如长期霸占全站的通信网络。
二、自动化系统应用与发展
(一)自动化系统限制
35kV、110kV常规变电站在我国的电网仍占有较大比重,由于这些变电站建站时间早,现在许多常规站二次设备已经老化,满足不了目前电网的运行要求,且有些变电站属于枢纽变电站的位置,如果重新建造,资金投入较大,造成资源浪费。所以对常规站中设备进行改造是目前普遍采用的一种措施。具体有以下优点:
1.常规变电站实施改造后,变电站自动化程度大大提
高,断路器的停、送电操作,中间环节减少,可减少人为的电气操作,降低事故发生率,提高电网安全生产水平。
2.常规变电站引入自动化后,调度中心可实时监测变电站的运行情况,并根据遥测、谣信等信息,调整电网的运行方式,提高电网的供电质量和供电的可靠性。
3.变电站自动化的投入使用,可以使电业局的经济效益和管理水平有较大的提高,为电业局争创一流打下良好的基础,实现变电站人员的精简,为电力企业“减人增效”政策的实施提供可靠保障。
(二)数字化变电站发展
数字化变电站是变电站自动化发展的下一个阶段,《国家电网公司“十一五”科技发展规划》已明确提出在“十一五”期间要研究数字化变电站并建设示范站,且目前已有数字化变电站建成并投入运行。
数字化变电站指信息采集、传输、处理、输出过程完全数字化的变电站,基本特征为设备智能化、通信网络化、运行管理自动化等。数字化变电站有以下主要特点:
1.一次设备智能化。采用数字输出的电子式互感器、智能开关 (或配智能终端的传统开关)等智能一次设备。一次设备和二次设备间用光纤传输数字编码信息的方式交换采样值、状态量、控制命令等信息。
2.二次设备网络化。二次设备间用通信网络交换模拟
量、开关量和控制命令等信息,取消控制电缆。
3.运行管理系统自动化。应包括自动故障分析系统、设备健康状态监测系统和程序化控制系统等自动化系统,提升自动化水平,减少运行维护的难度和工作量。
三、变电站自动化系统的设计分析
在变电站二次设备采用自动化后,应尽量实现变电站一次设备的自动化。在小型变电站设计中,应本着变电站主接线简单。力求主变控制在两台以内,高低压均在室外布置的原则,一、二次设备必须具备运行稳定可靠,“四遥”功能完备、调度自动化的特点。由于农村负荷季节性很强,负荷变动范围较大。主变压器选用低磁密、低损耗、节能型的有载调压变压器。断路器应选用“无油化”的六氟化硫断路器或户外真空断路器,减小检修维护量。一、二次设备自动化的实现是提高供电可靠性的关键所在。
对于变电所自动化系统中数据采集及信息共享,尽可能科学、集中、统一。在当前自动化系统的设计和应用中,对于某些状态量的采样仍然比较原始,如隔离开关、接地开关的状态量仍借助开关接地的模式。多年来的实践证明辅助开关接点的可靠性太差,因辅助开关的错误切换,造成的误操作或不能进行操作时有发生。这一问题对于无人值班变电所尤为重要。
以往常规有人值班变电站,值班人员常年在变电站工作。对一次设备十分熟悉,但仍可能出现误操作,所以完善的五防闭锁装置更为重要。
常规变电站的自动化改造应是一次、二次设备兼顾。现在,许多常规变电站都在进行改造,但重点改造了二次设备,即二次设备由过去的常规保护更换为自动化,而变电站中的一次设备由于其造价高,没有得到相应改造。致使一、二次设备很难配合,没有实现完全自动化。所以对常规变电站的改造还是应一、二次设备兼顾,至少应配合二次设备对一次设备进行相关改造,保证改造后的变电站最大程度地实现自动化。
四、结语
变电站自动化系统在我国的应用已经取得了非常显著的效果,对提高电网的安全经济运行水平起到了重要作用。目前随着新技术的不断发展,数字化变电站正在兴起。与传统变电站相比,数字化变电站具有以下优势:减少二次接线,提升测量精度,提高信号传输的可靠性,避免电缆带来的电磁兼容、传输过电压和两点接地等问题,解决设备间的互操作问题,变电站的各种功能可共享统一的信息平台,避免设备重复,自动化运行和管理水平进一步提高。数字化变电站是变电站自动化技术的发展方向。
参考文献
[1]蒋波.变电站自动化系统设计[J].湖南工业职业技术学院学报,2005,(1).
[2]李书军.谈变电站自动化的实用性[J].农村电工,2008,(3).
[3]吴建荣,杨洪,诸军.某国际机场110kV变电站自动化系统(SAS)[J].重庆电力高等专科学校学报,2004,(4).
分布式系统设计原则范文第8篇
关键词：电网；潮流；拓扑；WebGIS
中图分类号：TM769
以往电网潮流展示主要是在单机版系统中，不但安装部署麻烦，而且不利于系统分发。本文借助超图软件公司SuperMap iServer 服务平台，结合WebGIS技术构建电网潮流动态展示系统，将电网潮流展示网络化。系统采用Java后台语言，html，Javascript传统客户端，并安装部署在服务器。最后通过服务器集中部署，客户端通过浏览器访问服务器，即可完成电网潮流展示系统一次部署，到处运行。充分展示电网潮流展示系统的协同交互和操作特性。
1 WebGIS技术简介
WebGIS是利用Web技术来扩展和完善地理信息系统的一项技术。它是基于网络的客户机/服务器系统；利用因特网来进行客户端和服务器之间的信息交换；它是一个分布式系统，用户和服务器可以分布在不同的地点和不同的计算机平台上。WebGIS主要作用是进行空间数据、空间查询与检索、空间模型展示、Web资源的组织等。
2 系统架构设计
系统设计采用B/S结构，用户通过浏览器就可进行信息访问和交流，数据操作和程序运行都在服务器中完成，实现客户端的零安装和零维护。这不仅可节省开发费用和加快开发进度，更重要的是实现了跨越平台的开发。由于数据访问是实时的。因而，系统对多用户并发访问、协作操作有良好的支持。
电网动态潮流展示具有大量的地理图和动态流向图，需要将这些功能以Web方式在客户端浏览器实现。考虑到各GIS平台的特性，本系统采用国内领先的SuperMapiServer平台作为基础GIS平台，使用SuperMap SDX+ for Oracle作为空间数据库引擎，SuperMap iClient 6R（2012） for JavaScript接口作为系统WebGIS开发API。SuperMap iClient 6R（2012） for JavaScript 是一套由JavaScript语言编写的GIS客户端应用开发包，支持多源数据地图，支持多终端，跨浏览器，通过本产品可快速实现浏览器上美观、流畅的地图呈现。
系统总体架构如下图：
图1
针对电网动态潮流展示WebGIS系统需求，本系统主要由数据层、服务层和表现层三层架构组成。
2.1 数据层
数据层主要由电网潮流基础库和空间数据库两部分组成。电网潮流基础库主要保存了元件模型信息和元件公共参数信息，及运行库数据信息；空间数据库主要存储地理接线图空间地理位置数据（仅限地理接线图），包括厂站、220kV以上线路等。元件参数基础库用以描述设备属性信息，描述电网结构及运行逻辑（电网模型）为主，主要面向电网逻辑结构的网络拓扑关系。空间数据库用于描述目标设备图元间的空间拓扑关系，主要体现为图元的连接性、多边形区域定义、邻接性等，并结合外部地图，体现电力设备设施的地理空间分布关系。
2.2 服务层
服务层主要提供Java Web服务和SuperMap iServer地图相关服务。SuperMap iServer地图服务以REST接口方式。同时SuperMap iServer服务器对象可以支持Java语言进行二次开发。Java Web服务主要用于潮流标注信息的查询、电网线路流向查询以及针对ie9以下不支持HTML5浏览器的潮流箭头标注位置动态计算。客户端与服务层均通过JSON格式进行数据的交换，通过HTTP协议进行通信。
2.3 表现层
由于Web开发技术以及客户端计算机和浏览器性能的不断提升，尤其是HTML5的出现，可以使我们原来在单机版程序中才能进行的大数据动态展现的工作，在WEB客户端也可以实现。通过系统需求分析和系统选型，客户端选用基于SuperMap iServer JavaScript API开发包实现。系统主要业务逻辑和用户交互工作主要在表现层完成，当需要调用服务器功能和数据时，动态向服务器发送HTTP请求。服务器与客户端数据交互采用轻量级的JSON格式，减少数据传输压力并提高客户端解析速度。目前结构设计中，均通过客户端通过事件驱动，异步访问服务层接口，而对于调用分析结果，大量数据修改保持等耗时操作，采用系统提示滚动条、对话框等模态窗口，使用同步方式操作，保证数据和状态与服务器端一致。
3 系统物理架构
系统主要有数据库服务器、Tomcat应用服务器、SuperMap iServer地图服务器、SuperMap Deskpro以及系统支持的各种客户端浏览器部分组成。数据库、Tomcat、SuperMap iServer可以部署在同一台服务器上，也可以根据系统软硬件环境和客户端数量，进行分机部署，将各组件部署在不同的软硬件环境中，扩充服务器性能。SuperMap Deskpro部署在客户端机器上，必须是window平台。
图2
4 潮流动态展示系统实现
动态潮流展示采用Supermap平台Javascript地图API在浏览器客户端实现，实现思路为加载线路坐标数据为箭头运行轨迹，箭头以png图片展现，按照运行方式设置（包含方向、大小等参数）实时动态计算箭头运行轨迹，按照运行轨迹动态改变箭头位置，实现电网潮流动态效果。
浏览器要求支持HTML5的浏览器，经测试可支持2000个以上的箭头在地图上沿着路线动态移动。
图3
5 拓扑处理及潮流演示方法
5.1 地理接线图拓扑处理
地理接线图数据来源为CAD数据，经过数据转换，关键信息录入转换为SuperMap数据格式。地理接线图数据拓扑处理设计思路：（1）地理数据增加属性字段：FromNode，ToNode；（2）获取电网线路坐标序列；（3）设定默认规则：线路方向默认为从第一个坐标流向最后一个坐标；（4）查询第一个坐标穿过的厂站，将该厂站名称定义为电网线路的FromNode节点；（5）查询最后一个坐标穿过的厂站，将该厂站名称定义为电网线路的ToNode节点；（6）默认数据拓扑关系建立完毕。
5.2 电网潮流动态展示方法
相关关系描述：线路信息表中有I侧节点和J侧节点属性字段。实际应用中线路信息表中I侧J侧与地理接线图中线路图层的FromNode、ToNode是相对对应的，及I侧等于FromNode或ToNode，或者J侧等于FromNode或ToNode。
判定原则：I侧有功-J侧有功=P，I侧无功-J侧无功=Q。当P>0时，功率由I侧流向J侧，当P
计算步骤：（1）获取线路I侧节点和J侧节点对应的厂站名称。（2）获取对应线路拓扑关系FromNode，ToNode。（3）根据运行库I、J侧对应厂站名和线路拓扑关系对应该线路的方向为正方向还是反方向。
6 总结
本系统架构设计，充分考虑了SuperMap iServer的平台特性和系统的功能需求，在软件物理架构上，可以做到各节点均可以分布式部署和扩展，负载均衡；在系统软件架构上，尽可能做到充分系统层级划分和低耦合设计，主要体现在针对元件库操作的Java Web服务接口设计，是独立于GIS平台而操作的。
而针对与空间数据操作和展现的相关功能，必须依赖GIS平台功能。所以这部分功能如果需要进行平台更换，则需要重新开发。这部分开发工作占据了开发的绝大部分工作量，包括：空间服务扩展开发，Web表现层交换功能开发，空间数据web图形展示开发。
参考文献：
[1]于永源，杨绮雯.电力系统分析[M].中国电力出版社，2007-8-1.
[2]SuperMap图书编委会.SuperMap iServer Java从入门到精通[M].清华大学出版社，2012-3-1.
[3]金培俊.电网潮流分析与运行控制研究[J].武汉工程职业技术学院学报，2004，1.
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