《基于网格计算的电力系统异构数据平台设计与实现.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于网格计算的电力系统异构数据平台设计与实现.pdf（4页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、1基于网格计算的电力系统异构数据平台设计与实现周 丰，黄 琦，易建波（电子科技大学自动化工程学院，四川 成都 610054）摘要：本文提出了一种基于网格计算来构建电力系统异构数据平台的思想。该平台结合了网格计算技术和 JDBC数据接口技术，来处理电力系统应用中的数据库分散和异构问题；建立了 LDAP 目录，结合虚拟数据库技术，实现了数据库数据的传输和对数据库资源的管理。实验室测试结果表明,该平台能够很好地完成对分布式异构数据库的操作任务,并且有较好的资源扩展和服务集成能力，可为基于数据库的电力系统数据应用及其开发提供支持。关键词：电力系统；分布式异构数据库；网格计算；JDBC；虚拟数据库0 引
2、言电力系统的运行与控制通常伴随着各种运行监控和生产管理的海量数据。这些数据通常以各种形式存放于分散的电力系统各管理部门。电力系统的运行与控制1，以及各种仿真预测2-4、数据挖掘5-6等数据应用服务，都需要相关数据来提供支持。随着电力系统的发展，电力网络的互联扩大和更多电力自动化技术的应用，对数据的访问量、数据传输实时性提出了更高的要求。然而，由于使用习惯和地域分布等客观原因，存放这些数据的数据库往往是分散异构的。它们可能处于不同地理位置、采用不同的组网方式、使用不同操作系统(OS)和数据库管理系统(DBMS)、拥有各自不同的数据结构和表结构。因此，建立一种数据访问机制、为用户提供统一的接口，使
3、得用户可以很方便地访问分布式的各种异构电力系统数据库是很有必要的。开发这样一个平台需要解决分布式处理和异构数据资源的访问与集成问题。近几年发展起来的网格计算7很好地解决了这一问题。它以网格计算中间件为依托，利用网络连通和整合网内的各种资源，为使用者提供统一、完善的网络虚拟环境，并且可实现网内资源共享和协同工作。网格计算能够方便地访问异质文件、数据库、存储系统等网格资源，并支持在计算处理和大规模协作过程中实现数据共享。此外，网格计算还可以对网格资源管理提供支持。本文尝试采用网格计算技术开发一个能够为电力系统分析与计算提供支持的异构数据平台。该平台设计结合网格计算技术和 JDBC 数据接口技术来实
4、现分布式异构数据的访问。其中前者为分布式处理提供了统一的架构，而后者主要为异构数据库提供统一的接口并完成相关的数据库操作。设计还引入虚拟数据库技术，以满足数据应用中必要的数据集成和处理要求。本文首先介绍了平台的总体设计及其实现框架，然后对其中的关键组件的设计及其实现进行了介绍。最后，为了测试其性能，搭建了相应的测试平台，并对其操作性能进行了测试，得到了满意的结果。1 基于网格计算的电力系统异构数据平台的设计与实现1.1 总体设计本平台的总体软件体系结构如图 1 所示。图 1 基于网格计算的电力系统异构数据平台软件体系设计首要目标是满足分布式异构数据库的数据通信需求，故该平台的核心层是通信基础平
5、台。该 层 利 用 网 格 计 算 工 具Globus搭 建Globus/OGSA 平台，实现网格服务。JDBC API用于异构数据库访问和操作，它既可被直接调用，也可以挂载为网格服务。平台的服务支持层包含虚拟数据库管理系统(VDBMS)、LDAP 目录等重要组件，主要用于对访问控制、资源管理和数据应用支持等功能提供支持。21.2 Globus/OGSA 网格架构Globus是目前得到广泛应用的网格计算开发工具之一。利用 Globus Toolkit 可以建立基于网格服务的 Globus/OGSA 分布式交互体系架构。该网格架构具有以服务为中心的特点，可以方便地将计算资源、数据、应用程序等抽象
6、为服务，因而用户可以将 JDBC API 等应用程序自定义为挂载的网格服务。1.3 JDBC APIJDBC(Java DataBase Connectivity)是 基 于X/Open 的 SQL 调用级接口。JDBC 具有与平台无关、移植性强、面向对象、“瘦客户”等众多优点，在跨操作平台的数据库操作方面表现尤为突出。此外，JDBC 应用程序还具有很好的重用性，只需配置不同的参数(见表 1)，使用相同代码的JDBCAPI 就可以访问不同的数据库。表 1JDBC API 主要参数参数作用和特点dbDriver指明目标数据库所在 DBMS 的 JDBC 驱动程序（JDBC Driver），它是数
7、据库特异（Database-Specific）的，其表述格式与 DBMS 有关。dbURL指明目标数据库的网络地址(包含 IP)，其格式也是与 DBMS 相关的。dbUserName数据库的授权用户名。dbPassWord对应的数据库用户密码。JDBCAPI 实现对目标数据库的操作，是通过JDBC Driver 连接目标 DBMS 实现的。如图 2 所示，在 Java 虚拟机（JVM）环境下，JDBC API首先通过 Driver Manager 注册 JDBC Driver，进而建立与目标 DBMS 的网络或直接连接。在连接状态下创建状态后，即可执行数据库操作。图 2 JDBC API 数据
8、库访问的运行机制1.4 VDBMS对于由调用 JDBC API 所获得的数据，由于数据源的异构性，在数据应用时还需要一定的数据集成和处理。本平台采用了虚拟数据库(VirtualDatabase)技术来实现这一功能。虚拟数据库是建立在网络和数据库资源层基础上的统一关系视图，它通过映射不同规则的抽取器将资源层的异构数据库抽象为统一模式，使得整个数据库资源层可以被视为单一的数据库而进行统一的数据操作。如图3所示，虚拟数据库管理系统(VDBMS)，有两个关键组成部分：抽取器按照预先制定的抽取规则，通过查询字典获得规范数据字段到具体数据库表字段的映射；包装器结合抽取器，从具体数据库中取得数据，并以规范形
9、式表现处理。另外，由于数据库资源可能数目众多，抽取器和 VDB 服务通常需要 DBMS 支持。抽取器的抽取规则和字典、VDB 服务所需相关信息，通常以数据表的形式存储在 DBMS 中。图 3 虚拟数据库系统（VDBMS）1.5 LDAP 目录平台的实际应用要求建立分组的用户验证和权限数据，以实现严格的访问控制管理。本文采用的 LDAP 目录是一种轻量级的对象型数据库，拥有树状的层次结构，非常便于存储这种分组结构的数据；同时它管理方便，且对服务器性能影响小，适用于对访问频繁的访问控制管理系统提供支持。使用LDAP目录可以建立网格资源层中相关数据库资源的 LDAP 信息目录。该目录主要用于提供平台
10、的应用程序访问数据库时所需的信息，并对资源管理和虚拟数据库及其相关服务的建立提供支持。1.6 JDBC API 的网格服务挂载本平台下 JDBCAPI 有两种工作模式。一是直接式，它通过 JSP 直接定义数据库操作要求，从而以Java Bean的方式调用JDBCAPI进行直接的数据库操作；二是网格服务式，它是将 JDBC3API 自定义为网格的应用服务（User-DefinedApplication Services），利用网格挂载数据库操作服务。在 Globus/OGSA 下挂载 JDBCAPI 服务，首先要编写 Java 接口程序，并用工具生成 WSDLPort Type 接口描述文件；然
11、后，生成负责所有SOAP 和网络通信的 Stub 文件；创建格式为WSDD（Web Service Deployment Descriptor）的部署描述器文件，将 JDBC API 作为 GAR 包(Globus archive 包)部署进 Web 服务器；最后，编写网格服务客户端，获得服务 Port Type 的引用，JDBCAPI 即可被作为函数或方法被调用。如图 4 所示，采用网格服务式 JDBC API 访问数据库，其过程远较直接式复杂。考虑到程序执行效率问题，在本平台中，网格服务式访问则通常只用于需要数据库支持的网格高级应用，而一般的基本数据库操作服务则主要由直接式JDBCAPI
12、完成。Grid ServicesGlobus ContainerGrid Applicationwith Query Request图 4 JDBC API 的网格服务式数据库访问1.7 服务器平台的搭建考虑到实际应用的需要，实验室平台搭建了Linux 下 B/S 模式的 Web 服务器，以提供统一方便的用户接口，同时便于数据库资源信息的管理和高级服务的集成。由于该 Web 服务器同时也是虚拟数据库服务器，服务器平台的实现首先是虚拟数据库服务器各组件的实现；然后，编写 JSP/HTML 界面文件，为用户访问提供统一接口，并为各程序应用提供中间衔接和服务支持；最后，安装服务器软件 Apache
13、Tomcat，完成对 Web 服务的支持。2 运行和测试结果为了测试本平台的运行性能，搭建了如图 5所示的测试平台。该测试平台一部分由局域网Globus/OGSA 系统（见图 5 上半部分）组成：在选取的 4 台高性能计算机上安装和配置 GlobusToolkit，通过局域网连接与 Web 服务器组成网格服务系统；同时分别在这四个网格节点上安装不同的 DBMS 并建立数据表，以模拟网格的电力系统异构数据库资源层。另一部分由通过 Internet连接的若干异构数据库服务器组成，其中包括授权的某电力企业数据库服务器。这些数据库服务器拥有不同的网关，可以模拟广域网的相关数据库资源层。图 5 测试平台
14、测试实验分两部分：一是用 JSP 调用 JDBCAPI 直接访问和操作各异构数据库(测试用数据库表 TestDB 的表结构见表 2)；二是检验 VDB 服务，该服务启用了网格服务式 JDBC API 来对分布式异构数据库进行查询操作，并返回规范形式的数据。表 2 测试用数据库表 TestDB 的表结构字段名CountIDFloatNumberIntNumberEvent数据类型varchar(40)floatintvarchar(40)测试运行的结果证明了该异构数据平台达到了设计目的。部分直接数据库操作测试数据如表3 所示；VDB 服务的查询界面如图 6。表 3 局域网下平台的部分数据库操作性
15、能测试数据库操作所耗时间(ms)OS/DDMS记录条数插入查询更新删除1107810121014281516100034678126120WindowsXPSP2/Oracle 9i50001666994153901822210222331000127714159WindowsXPSP2/SQLServer2000500062406764451173221039383310002372396550WindowsXPSP2/SybaseASE11.2.550001110439178105413833530101174236381000858648156143RedHatLinux 9/Postg
16、reSQL8.0500043112681422652图 6 VDB 服务的数据查询界面但是，测试过程中也发现该平台有一定不足。首先，Globus 网格目前主要用于 Linux 平台，在Windows 下的研究和应用还有待发展；其次，在广域网环境下，该平台的网格服务应用性能有一定下降，除去网络阻塞等不可抗因素外，其它原因值得进一步研究。3 结束语基于数据库的数据应用是当前电力系统应用和研究的热点之一。本文所述基于网格计算的电力系统异构数据平台，主要讨论解决电力系统中数据库的分散和异构问题。平台采用了虚拟数据库管理机制，更有利于异构数据的集成和处理；并建立了完善的访问控制和资源管理机制，支持后续网
17、格节点及数据库资源的动态加入，有很好的资源扩展能力。该平台可以为基于数据库的电力系统数据应用提供支持，有较好的应用前景。参考文献：1 蔡运清,汪磊.广域保护(稳控)技术的现状及展望J.电网技术,2004,28(4):20-25.2 Jen Hung Chen.Industrial Power System Analysis with DatabaseAccessJ.IEEE Transactions on Industry Applications,2000,36(5):11981205.3 刘涤尘,张琳,齐晓曼.基于建模推理与数据库的电力系统保护信息分析管理专家系统J.电力科学与工程,200
18、5,1:3638.4 程浩忠，杨宗麟，申刚 等.华东电网中长期电力负荷预测数据库和负荷预测软件J.华东电力，2002，30(6):14.5 Madan S,Son W K,Bollinger K E.Applications of Data Mining forPower Systems A.In:Proceedings of 1997 IEEE CanadianConference on Electrical and Computer Engineering(CCECE 97)C.Canada,1997:(vol.2)403406.6 Shi D Y,Lee Y H,Duan X Z,et
19、al.Power System Data WarehousesJ.IEEE ComputerApplications in Power,2001,14(3):4955.7 I.Foster,C.Kesselman.The Grid:Blueprint for a New ComputingInfrastructure M.San Mateo,CA:Morgan Kaufmann,1999.作者简介：周丰（1981-），男，四川简阳人，汉族，硕士研究生，主要研究方向为电力系统控制与数据库应用。Email：黄琦（1976-），男，贵州遵义人，苗族，副教授，主要研究方向为电力系统控制、电力系统监控和分布式计算。Email：易建波（1981-），男，甘肃兰州人，汉族，硕士研究生，主要研究方向为电力系统分析运行与控制。Email：