一個基于異構(gòu)正交結(jié)構(gòu)的電力設(shè)備管理系統(tǒng)

王 芳，嚴 冬，景棟盛，朱 斐

(1.蘇州供電公司信通分公司，江蘇 蘇州 215004;2.蘇州大學(xué) 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215006)

一個基于異構(gòu)正交結(jié)構(gòu)的電力設(shè)備管理系統(tǒng)

王 芳1，嚴 冬1，景棟盛1，朱 斐2

(1.蘇州供電公司信通分公司，江蘇 蘇州 215004;2.蘇州大學(xué) 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215006)

有效的電力設(shè)備管理是保證電力供應(yīng)的重要基礎(chǔ)。文中提出了一個多層CS軟件體系結(jié)構(gòu)與正交軟件體系結(jié)構(gòu)相結(jié)合的異構(gòu)正交體系結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了一個電力設(shè)備智能管理系統(tǒng)，以設(shè)備管理作為主要線索樹，以構(gòu)建的電力設(shè)備管理的主要業(yè)務(wù)功能作為核心子線索樹。系統(tǒng)與現(xiàn)有運行的各種電力設(shè)備管理系統(tǒng)保持兼容。通過將關(guān)聯(lián)性強的數(shù)據(jù)優(yōu)化部署，以及應(yīng)用內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，提高了系統(tǒng)性能；通過服務(wù)器集群和負載均衡，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)實時更新和同步。

正交體系結(jié)構(gòu)；智能信息系統(tǒng)；電力設(shè)備管理；多層CS結(jié)構(gòu)；異構(gòu)體系結(jié)構(gòu)

0 引 言

信息化帶動工業(yè)化、以工業(yè)化促進信息化的兩化融合是信息化和工業(yè)化高層次的深度結(jié)合[1]。通過兩化融合，將信息技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，使技術(shù)、產(chǎn)品、管理等各層面相互融合[2-3]。

國家電網(wǎng)以建設(shè)和運營電網(wǎng)為核心業(yè)務(wù)，承擔(dān)著保障安全和可持續(xù)的電力供應(yīng)的基本任務(wù)。高效有序電力設(shè)備的管理在保障電力供應(yīng)中具有極其重要的地位。然而，目前很多電力系統(tǒng)單位內(nèi)部缺乏統(tǒng)一的設(shè)備管理架構(gòu)來處理各種平臺上的設(shè)備，使得設(shè)備管理的自動化、智能化水平不高[4-5]。多數(shù)設(shè)備管理系統(tǒng)僅僅將設(shè)備的基本情況和相關(guān)信息登記存檔，而相關(guān)的設(shè)備更新、設(shè)備退役情況、設(shè)備當(dāng)前運行狀態(tài)和設(shè)備可追溯的臺賬歷史等信息無法以結(jié)構(gòu)化的方式呈現(xiàn)[6]。因此，在“兩化融合”的背景下，構(gòu)建能支撐電力設(shè)備管理的軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)信息通信設(shè)備管理工作的精細化管理，顯得尤為迫切。

軟件體系結(jié)構(gòu)為軟件系統(tǒng)提供了一個結(jié)構(gòu)、行為和屬性的高級抽象[7]，由構(gòu)成系統(tǒng)的元素的描述、元素間相互作用、指導(dǎo)元素集成的模式以及這些模式的約束組成。軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格是從已有的成功軟件系統(tǒng)中抽取出的組織結(jié)構(gòu)，形成可應(yīng)用于多個領(lǐng)域的體系結(jié)構(gòu)模式。正交軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是其中一種重要的風(fēng)格[8-9]，由組織層和線索的構(gòu)件構(gòu)成，適合大型管理信息系統(tǒng)的開發(fā)。但由于要充分兼容現(xiàn)有的系統(tǒng)，同時要考慮到數(shù)據(jù)的跨地域分布、實時性、安全性等要求[10]，經(jīng)典的正交軟件體系結(jié)構(gòu)不能很好地滿足需求[11-12]。

文中提出了一種異構(gòu)正交體系結(jié)構(gòu)，基于該結(jié)構(gòu)設(shè)計并實現(xiàn)了一個電力設(shè)備管理系統(tǒng)。系統(tǒng)以設(shè)備管理為主要線索，構(gòu)建了核心子線索樹，包括設(shè)備類別維護、設(shè)備臺帳管理、終端管理、服務(wù)器管理等，從而實現(xiàn)對電力設(shè)備的集中化、規(guī)范化、流程化和智能化管理。

1 正交軟件體系結(jié)構(gòu)

正交軟件體系結(jié)構(gòu)是指由組織層和線索的構(gòu)件構(gòu)成。其中，層是由一組具有相同抽象級別的構(gòu)件構(gòu)成，線索是由完成不同層次功能的構(gòu)件組成，構(gòu)件之間通過相互調(diào)用關(guān)聯(lián)。在正交軟件體系結(jié)構(gòu)中，每一條線索完成整個系統(tǒng)中相對獨立的一部分功能，每一條線索的實現(xiàn)與其他線索的實現(xiàn)關(guān)聯(lián)很少，同一層中的構(gòu)件之間不存在相互調(diào)用。如果線索是相互獨立的，即不同線索中的構(gòu)件之間沒有相互調(diào)用，則該結(jié)構(gòu)就是完全正交的[13]。正交軟件體系結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 正交軟件體系結(jié)構(gòu)

正交軟件體系結(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)點。首先，在該結(jié)構(gòu)中，由于線索之間是正交的，故而每個變動僅影響某一條線索，而不會影響其他線索。因此，變動會被局限在一定的區(qū)域，變化所產(chǎn)生的影響也被限制在一定的范圍內(nèi)。其次，正交體系結(jié)構(gòu)易于實現(xiàn)，因此采用正交體系結(jié)構(gòu)可以降低軟件演化更新的需要。再者，軟件體系結(jié)構(gòu)適合大型軟件開發(fā)，特別是管理信息系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用開發(fā)。

正交軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，易于理解。由于線索功能相互獨立，不進行互相調(diào)用，結(jié)構(gòu)簡單、清晰，構(gòu)件在結(jié)構(gòu)圖中的位置已經(jīng)說明它所實現(xiàn)的是哪一級抽象，擔(dān)負的是什么功能。同時，由于線索之間是相互獨立的，所以對一個線索的修改不會影響到其他線索。系統(tǒng)功能的增加或減少，只需相應(yīng)地增刪線索構(gòu)件族，而不影響整個正交體系結(jié)構(gòu)，因此能方便地實現(xiàn)結(jié)構(gòu)調(diào)整。另外，因為正交結(jié)構(gòu)可以為一個領(lǐng)域內(nèi)的所有應(yīng)用程序所共享，而這些軟件有著相同或類似的層次和線索，所以可以實現(xiàn)體系結(jié)構(gòu)級的重用。

2 設(shè)備管理核心線索設(shè)計

文中設(shè)計的基于異構(gòu)正交體系結(jié)構(gòu)的電力設(shè)備管理系統(tǒng)不僅要適應(yīng)電力設(shè)備管理要求的業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)，而且要使得電力設(shè)備的管理實現(xiàn)集中化、規(guī)范化、流程化和智能化。在這個總體目標下，設(shè)備管理是系統(tǒng)的主要線索，其核心子線索包括設(shè)備類別維護、設(shè)備臺帳管理、終端管理、服務(wù)器管理等，設(shè)備管理核心線索樹如圖2所示。系統(tǒng)處理的流程示意圖如圖3所示。

2.1 設(shè)備類別維護

系統(tǒng)管理員可以定義服務(wù)及終端類型以及每個類型下的配置項。服務(wù)設(shè)備可設(shè)置設(shè)備大類，在設(shè)備大類下可以設(shè)置設(shè)備小類，在設(shè)備小類下可以定義多個配置項和工作項，并為配置項定義候選值。由于在實際的使用過程中，有可能一個任務(wù)會涉及多個設(shè)備的聯(lián)動，因此系統(tǒng)定義了子設(shè)備和虛擬設(shè)備的概念。

定義1：子設(shè)備。在該系統(tǒng)中，一個設(shè)備可以定義為別的設(shè)備的子設(shè)備，也可以定義其他設(shè)備為該設(shè)備的子設(shè)備。

定義2：虛擬設(shè)備。在該系統(tǒng)中，一個設(shè)備可以被設(shè)置為虛擬設(shè)備，對于虛擬設(shè)備，可以選擇支持該虛擬設(shè)備的實際設(shè)備，一個虛擬設(shè)備可以由多個實際設(shè)備支持，一個實際設(shè)備也可以支持多個虛擬設(shè)備。

2.2 設(shè)備臺帳管理

服務(wù)設(shè)備臺賬提供了針對服務(wù)設(shè)備的新增、配置、工作巡檢、追溯查詢等功能，主要包括以下內(nèi)容。

(1)新增設(shè)備。

新增設(shè)備時，首先選擇設(shè)備類型，填入設(shè)備的基本信息、配置項和工作屬性，通過標識碼，檢查標識碼是否重復(fù)。在系統(tǒng)初始化時，可以采用批量增加的方式導(dǎo)入設(shè)備，由系統(tǒng)提供接口統(tǒng)一導(dǎo)入。系統(tǒng)正常運行后，不再提供設(shè)備導(dǎo)入功能。

(2)配置。

根據(jù)設(shè)備類型的定義，不同的設(shè)備類型生成不同的配置項人機交互接口，設(shè)備管理員設(shè)置每個型號、供應(yīng)商、輸入數(shù)量和備注。

(3)工作巡檢。

根據(jù)設(shè)備類型的定義，生成不同的定義，設(shè)備管理員可以啟用預(yù)設(shè)的工作項，配置工作周期。在相應(yīng)的日程，系統(tǒng)會生成該設(shè)備的工作項，由該設(shè)備的管理員填寫工作項完成情況。

圖2 設(shè)備管理核心線索樹

圖3 系統(tǒng)總體流程示意圖

(4)追溯查詢。

設(shè)備管理人員可以根據(jù)角色在權(quán)限許可范圍內(nèi)對終端設(shè)備進行查詢。在查詢臺賬時，可以通過追溯設(shè)備變更歷史查詢到設(shè)備的歷史變化情況。

2.3 終端管理

終端管理主要包括建立終端登記和終端管理檔案，并分類編號定位，定期檢查終端完好率，保持終端良好功能，并做到及時報廢處理。建立工作日志，記錄每臺終端的使用、保養(yǎng)、故障維修等情況。

(1)終端入庫。

物資管理員檢驗設(shè)備合格后，在系統(tǒng)中啟動終端入庫流程，存檔，采集設(shè)備條碼，填寫入庫單，然后確認入庫。

(2)終端出庫安裝。

終端出庫安裝，需要啟用終端出庫流程，填寫領(lǐng)用單/出庫單，在找到設(shè)備采集碼并確認設(shè)備信息后安裝操作系統(tǒng)和常用軟件，同時進入系統(tǒng)服務(wù)器統(tǒng)一登記，獲得系統(tǒng)返回的唯一統(tǒng)一標識碼，完成出庫流程，同時將庫存中的臺帳狀態(tài)置成“出庫”，然后生成對應(yīng)設(shè)備臺帳信息。由信息維護員填寫領(lǐng)用單/出庫單，如有紙質(zhì)單據(jù)可以進行掃描系統(tǒng)備案，選擇出庫設(shè)備，完成領(lǐng)用單。

(3)確認出庫。

物資管理員收到出庫申請，確認出庫設(shè)備信息，期間也可通過移動平臺掃描標識碼，確認信息，完成出庫流程。

(4)終端信息清查。

采集終端的標識碼，判斷信息是否準確，如信息不準確則查詢登記領(lǐng)用的所有終端，比較現(xiàn)場終端和登記庫中終端的標識碼，如果標識碼相符則自動做標記，最終得出所有終端的清查情況列表，確認變更后保存清查記錄和終端歷史信息，更新最新變更時間；如信息準確則直接保存清查記錄，完成信息清查流程。

(5)終端報廢。

確認軟硬件保密事項處理完畢后，由物資管理員啟動終端報廢流程。首先采集標識碼確認終端信息，然后由物資管理員確認報廢。報廢的設(shè)備需要退回庫存，狀態(tài)自動改成“報廢”，“報廢”狀態(tài)的物資默認在臺帳中不顯示。

2.4 服務(wù)器管理

服務(wù)器管理包括服務(wù)器入庫、服務(wù)器安裝上架、服務(wù)器報廢等。

(1)服務(wù)器入庫。

物資管理員檢驗設(shè)備合格后，在系統(tǒng)中啟動服務(wù)器入庫流程，存檔，采集設(shè)備標識碼，填寫入庫單，然后確認入庫。

(2)服務(wù)器安裝上架。

通過設(shè)備標識碼確認設(shè)備信息后，安裝服務(wù)器軟件，同時進入系統(tǒng)管理服務(wù)器，之后通過設(shè)備標識碼確認服務(wù)器信息，保存上架記錄及同步省系統(tǒng)管理服務(wù)器系統(tǒng)數(shù)據(jù)，完成上架流程，同時將庫存中的臺帳狀態(tài)置成“上架”，然后生成對應(yīng)設(shè)備臺帳信息。

(3)服務(wù)器報廢。

在確認軟硬件保密事項處理完畢后，由物資管理員啟動服務(wù)器報廢流程。通過設(shè)備標識碼確認服務(wù)器信息，然后由物資管理員確認報廢。報廢的設(shè)備需要退回庫存，狀態(tài)自動改成“報廢”，“報廢”狀態(tài)的物資默認在臺帳中不顯示。

3 異構(gòu)正交體系結(jié)構(gòu)

在軟件開發(fā)過程中，基于軟件體系結(jié)構(gòu)的方法提供了機制高層抽象級別的軟件復(fù)用，但是由于軟件系統(tǒng)設(shè)計人員的考慮和分析問題角度的差異，往往會形成不同的軟件體系結(jié)構(gòu)。另外，各種經(jīng)典的軟件體系結(jié)構(gòu)均有自身的特點，具有處理強項和弱項，而一個復(fù)雜的系統(tǒng)往往不是一個軟件體系結(jié)構(gòu)能解決的。再者，一些歷史遺留系統(tǒng)，也使得軟件系統(tǒng)設(shè)計人員不得不屈從于現(xiàn)實而對經(jīng)典的軟件體系結(jié)構(gòu)進行修改，采用多個軟件體系結(jié)構(gòu)組合的方案，從而形成異構(gòu)軟件體系結(jié)構(gòu)[14]。

在本系統(tǒng)中，首先要分企業(yè)內(nèi)部和企業(yè)外部的情況，同時對數(shù)據(jù)有查詢和瀏覽、修改和維護這兩類操作。結(jié)合這一情況，文中設(shè)計了一個異構(gòu)正交體系結(jié)構(gòu)，如圖4所示。在這個模型中，企業(yè)外部通過Internet連接Web服務(wù)器訪問數(shù)據(jù)，而內(nèi)部通過企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)訪問數(shù)據(jù)。

圖4 異構(gòu)正交體系結(jié)構(gòu)示意圖

目前，在國家級、省級電力系統(tǒng)相關(guān)企業(yè)、單位和機構(gòu)中，運行著各種電力設(shè)備管理系統(tǒng)，這些系統(tǒng)雖然與新系統(tǒng)有某種程度上的不協(xié)調(diào)，但仍有效用，要求保持運行，而非再重寫它們。另外，這些系統(tǒng)部署運行在不同區(qū)域，無法使用專有網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，而只能通過現(xiàn)有的公共通信網(wǎng)絡(luò)連接。因此，文中在最大限度地保留現(xiàn)有系統(tǒng)，充分利用公共網(wǎng)絡(luò)，并充分保證安全性的前提下，提出一種異構(gòu)正交架構(gòu)管理流程，如圖5所示。

圖5 異構(gòu)正交體系結(jié)構(gòu)管理流程示意圖

為了保障安全性，實現(xiàn)了隔離裝置分類。首先是正反向隔離裝置，以用于在信息內(nèi)外網(wǎng)之間傳輸文件；其次是邏輯強隔離裝置，主要用于在信息內(nèi)外網(wǎng)的數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)傳輸，以保障不同信息安全網(wǎng)絡(luò)隔離裝置之間的通信。

同時，系統(tǒng)通過若干臺信息外網(wǎng)服務(wù)器，將系統(tǒng)部署在信息外網(wǎng)服務(wù)區(qū)，通過數(shù)據(jù)訪問驅(qū)動，利用邏輯強隔離裝置，通過SQL穿透，訪問內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，完成內(nèi)外網(wǎng)數(shù)據(jù)交換。

4 系統(tǒng)部署及優(yōu)化

系統(tǒng)需要部署在多臺服務(wù)器上。在部署時按照如下方案進行部署優(yōu)化。

首先，根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯特性和數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性，將關(guān)聯(lián)性強的數(shù)據(jù)放置于同一個服務(wù)器節(jié)點。由此可以有效地避免分布式系統(tǒng)服務(wù)器的頻繁數(shù)據(jù)交換[15-17]，從而大幅提高系統(tǒng)性能。

其次，考慮到數(shù)據(jù)訪問的頻繁性和時效性，配置大容量內(nèi)存[18]，做到準“內(nèi)存數(shù)據(jù)庫”，將頻繁訪問的數(shù)據(jù)和實時性要求較高的數(shù)據(jù)駐留在內(nèi)存中。由于數(shù)據(jù)駐留內(nèi)存，實現(xiàn)了CPU與數(shù)據(jù)庫的直接交互，數(shù)據(jù)交換速度得到提升，進而提高了系統(tǒng)的整體性能。

再次，配置層次式應(yīng)用服務(wù)器集群和路由切換集群[19]，實現(xiàn)準實時級別路由選擇和切換。在同一個集群中配置有多個數(shù)據(jù)節(jié)點備份配置，保障了數(shù)據(jù)可靠性，同時實現(xiàn)了數(shù)據(jù)自動同步。

最后，由于數(shù)據(jù)跨地域分布，可以透過“廣域網(wǎng)”實現(xiàn)將指定的集群的內(nèi)存數(shù)據(jù)“實時同步”到異地的數(shù)據(jù)中心。這種“應(yīng)用層”的數(shù)據(jù)同步優(yōu)于傳統(tǒng)的“數(shù)據(jù)庫”同步。

5 結(jié)束語

電力設(shè)備的有效管理是保證電網(wǎng)電力供應(yīng)的重要保障。在考慮到充分兼容現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)的前提上，文中在正交軟件體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了一種異構(gòu)正交軟件體系結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了一個電力設(shè)備智能管理系統(tǒng)。完成了電力設(shè)備信息的統(tǒng)一部署和流程化追溯，通過及時實時有效的數(shù)據(jù)更新,使管理人員能及時充分地了解設(shè)備情況,從而提高效率和管理水平，促進了電力設(shè)備的信息融合。

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A Power Equipment Management System Based on Heterogeneous Orthogonal Architecture

WANG Fang1,YAN Dong1,JING Dong-sheng1,ZHU Fei2

(1.State Grid Suzhou Power Supply Company,Suzhou 215004,China; 2.School of Computer Science and Technology,Soochow University,Suzhou 215006,China)

Effective power equipment management is the basis of power supply.A heterogeneous orthogonal software architecture combined with N-layer CS software architecture and orthogonal software architecture is proposed and an intelligent management system is implemented on the basis of the it.In the system,power equipment management is constructed as a major clue tree which includes key business function as core sub clue tree.The system is compatible with various existing electrical equipment management system.By deploying strong related data and utilizing memory database,the system performance is improved.Through taking advantage of server clusters and load balancing,real-time data updating and synchronizing is achieved.

orthogonal software architecture;intelligent information system;power equipment management;N-layer CS;heterogeneous software architecture

2015-05-28

2015-09-11

時間：2016-06-22

國家自然科學(xué)基金資助項目(61303108);江蘇省高校自然科學(xué)研究項目(13KJB520020);蘇州市應(yīng)用基礎(chǔ)研究計劃工業(yè)部分(SYG201422)

王 芳(1977-),女,工程師,研究方向為智能信息系統(tǒng)、軟件體系結(jié)構(gòu)。

http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1450.TP.20160621.1701.006.html

TP311.5

A

1673-629X(2016)07-0133-05

10.3969/j.issn.1673-629X.2016.07.028