分布式電網(wǎng)中數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)系統(tǒng)研究

王劍雄，宋昊楠，鄭 惠，王玉蘭，郝 娟

(1.河北建筑工程學(xué)院，河北張家口075000；2.清華大學(xué)，北京100084；3.唐山師范學(xué)院，河北唐山063000)

分布式電網(wǎng)中數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)系統(tǒng)研究

王劍雄1，宋昊楠2，鄭 惠3，王玉蘭1，郝 娟1

(1.河北建筑工程學(xué)院，河北張家口075000；2.清華大學(xué)，北京100084；3.唐山師范學(xué)院，河北唐山063000)

相比于傳統(tǒng)電網(wǎng)，分布式電網(wǎng)存在著易受外界的影響，系統(tǒng)發(fā)電隨機(jī)性強(qiáng)、波動程度大等問題，因此對分布式電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控和管理是保證分布式電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提。而在分布式電網(wǎng)信息管理的過程中，數(shù)據(jù)的備份與恢復(fù)是技術(shù)的關(guān)鍵。根據(jù)分布式電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的基本特性，采用Moss(Microsoft Office SharePoint Server)構(gòu)建了分布式數(shù)據(jù)備份平臺，并利用相關(guān)模型設(shè)計了存儲器負(fù)載均衡原則，可有效地提高系統(tǒng)的應(yīng)用價值。

分布式電網(wǎng)；數(shù)據(jù)備份；數(shù)據(jù)恢復(fù)；負(fù)載均衡

電力系統(tǒng)當(dāng)中運(yùn)行的數(shù)據(jù)是錯綜復(fù)雜的，尤其對于分布式電網(wǎng)來說，發(fā)電的隨機(jī)性、負(fù)荷變化的復(fù)雜性都直接地反映到數(shù)據(jù)管理的難度上。目前，這些數(shù)據(jù)信息大多數(shù)是以大數(shù)據(jù)的形式存放在分布式電力調(diào)度的云存儲空間中，采用以集中為主，分布為輔的管理模式，但是這種方式給數(shù)據(jù)的管理也帶來了一定的風(fēng)險。

隨著分布式電網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展，這種方式越來越不能適應(yīng)數(shù)據(jù)管理的要求，尤其是集中為主的管理方式，對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的備份和恢復(fù)產(chǎn)生不利的影響。因此，設(shè)計合理的云存儲系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對分布式電源大數(shù)據(jù)的有效管理是目前急需解決的問題。

一個完整的分布式電網(wǎng)的數(shù)據(jù)來源十分廣泛，主要有以下幾類：(1)分布式電網(wǎng)內(nèi)部電氣信息采集網(wǎng)絡(luò)形成的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)集合；(2)與分布式電網(wǎng)相關(guān)的廣域測量系統(tǒng)所形成的數(shù)據(jù)集合，主要包括接口運(yùn)行數(shù)據(jù)、地理信息、氣象信息等。而這些信息具有幾個明顯的特性，主要有數(shù)據(jù)規(guī)模大、數(shù)據(jù)類型豐富、數(shù)據(jù)產(chǎn)生具有高速性。但是在如此大量的數(shù)據(jù)中，卻有一部分?jǐn)?shù)據(jù)具有很大的冗余性，因此，針對這些數(shù)據(jù)屬性，為云存儲空間構(gòu)建合理的數(shù)據(jù)存儲、備份、恢復(fù)體系具有重要的意義。

1 Moss功能及性能分析

Moss(Microsoft Office SharePoint Server)是微軟公司出品的一款以數(shù)據(jù)管理為核心的應(yīng)用平臺，它以服務(wù)器的形式為企業(yè)構(gòu)建相應(yīng)的智能數(shù)據(jù)管理平臺，并提供分布式數(shù)據(jù)的協(xié)作管理及友好門戶的功能[1]。

Moss的數(shù)據(jù)存儲采取以樹形為主的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具有良好的節(jié)點(diǎn)拓展特性，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

Moss可以處理多種形式的數(shù)據(jù)類型，而且能夠做到相互隔離，可靠性很高。作為數(shù)據(jù)存儲核心的場集合，是一組高性能的數(shù)據(jù)服務(wù)器，可以采取集中處理和放置的方式，也支持分散處理和放置的方式，為數(shù)據(jù)的多種處理要求供了良好的硬件基礎(chǔ)。

2 分布式電網(wǎng)數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)體系設(shè)計

圖1 Moss數(shù)據(jù)存儲拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

基于Moss的數(shù)據(jù)存儲及備份體系主要由三大功能模塊組成：存儲服務(wù)器、管理服務(wù)器及Moss代理服務(wù)中心。存儲服務(wù)器是數(shù)據(jù)存儲及備份的核心部分，是底層數(shù)據(jù)存儲及介質(zhì)服務(wù)器的邏輯管理部件。這樣的邏輯部件以節(jié)點(diǎn)的形式存在于Moss系統(tǒng)當(dāng)中，成為數(shù)據(jù)管理的子系統(tǒng)。對于分布式電網(wǎng)而言，由于其數(shù)據(jù)形式多樣，有同構(gòu)的、異構(gòu)的、非結(jié)構(gòu)化的、系統(tǒng)數(shù)據(jù)等，所以為了提高管理的效率，不同的存儲服務(wù)器節(jié)點(diǎn)針對一個種類的數(shù)據(jù)模型，當(dāng)某種模式的數(shù)據(jù)量相對較大時，也可以由多個邏輯節(jié)點(diǎn)對這一模式進(jìn)行分別管理。對于Moss而言，一個良好的存儲服務(wù)器應(yīng)具有良好的數(shù)據(jù)存儲的平衡能力和實(shí)時并行備份的能力。

管理服務(wù)器是整個系統(tǒng)的控制核心，主要的功能是向存儲服務(wù)器下達(dá)數(shù)據(jù)備份的命令，該命令由工作人員按照相應(yīng)的功能需求進(jìn)行命令的設(shè)置和管理，因此，管理服務(wù)器具有很強(qiáng)的功能適應(yīng)性。為了方便使用，管理服務(wù)器以B/S結(jié)構(gòu)的方式向用戶提供服務(wù)，并以樹形結(jié)構(gòu)的方式向用戶顯示整個數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。管理服務(wù)器除了備份功能外，它還是恢復(fù)子系統(tǒng)的核心，功能是響應(yīng)用戶的恢復(fù)需求，并調(diào)用存儲服務(wù)器的管理功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的恢復(fù)。

Moss代理服務(wù)中心是數(shù)據(jù)媒介存儲器與Moss系統(tǒng)之間的橋梁，它負(fù)責(zé)響應(yīng)客戶需求，組織Moss數(shù)據(jù)源，形成管理結(jié)果。圖2為分布式電網(wǎng)Moss平臺結(jié)構(gòu)。

在Moss的數(shù)據(jù)存儲及備份體系中，所有的數(shù)據(jù)都需要實(shí)現(xiàn)并發(fā)的存儲備份、恢復(fù)及訪問，而數(shù)據(jù)分布在不同的服務(wù)器中，又要形成一個統(tǒng)一對外的整體。為了提高數(shù)據(jù)服務(wù)的效率，就需要設(shè)計相應(yīng)的負(fù)載均衡策略，以使每個服務(wù)器的性能都能保持相應(yīng)的水準(zhǔn)。

圖2 分布式電網(wǎng)Moss平臺結(jié)構(gòu)

負(fù)載均衡策略的本質(zhì)是按照某一原則來有效地分配相應(yīng)的軟硬件資源，使整個系統(tǒng)的運(yùn)行處于最佳狀態(tài)[2]。在Moss體系中，最重要的資源類型有五種，分別是處理器資源、內(nèi)存資源、網(wǎng)絡(luò)帶寬資源、磁盤IO及作業(yè)重要程度。根據(jù)分布式電網(wǎng)運(yùn)行的基本特點(diǎn)，本設(shè)計采取紅綠加權(quán)樹的分配原則來設(shè)計負(fù)載均衡策略。

所謂紅綠加權(quán)樹就是按照系統(tǒng)的設(shè)計原則，分別確定各種資源的緊急性原則。針對分布式電網(wǎng)運(yùn)行的特點(diǎn)，本設(shè)計設(shè)計資源分配權(quán)值如表1所示。

表1 資源權(quán)值表

有了以上表中的數(shù)據(jù)，就可以構(gòu)造出一棵基于當(dāng)前作業(yè)及資源情況的加權(quán)樹，樹的基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)權(quán)值樹

而各個節(jié)點(diǎn)的綜合負(fù)載按照以下公式計算：

式中：Effcpu、Effmem、Effnet、Effio為處理器、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)帶寬、磁盤IO的系統(tǒng)效率；IMPjob為作業(yè)的重要程度。

最后按照計算的結(jié)果，對各分支進(jìn)行有效地標(biāo)注，當(dāng)資源綜合利用率已經(jīng)超過80%的分支就標(biāo)注為紅色分支，不再進(jìn)行作業(yè)及任務(wù)的分配，而資源綜合利用率不足20%的，標(biāo)注為綠色分支，優(yōu)先進(jìn)行作業(yè)分配，在20%至80%之間的按照綜合權(quán)配數(shù)由低至高進(jìn)行依次輪詢。系統(tǒng)中生成權(quán)值樹的同時，也會生成一個綜合權(quán)值表，輔助權(quán)值樹進(jìn)行資源管理。

3 結(jié)語

本系統(tǒng)針對分布式電網(wǎng)的運(yùn)行特點(diǎn)，構(gòu)建了分布式電網(wǎng)數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用Moss平臺，設(shè)計了相應(yīng)的管理服務(wù)器、存儲服務(wù)器和Moss代理，并利用加權(quán)樹的方式構(gòu)建了負(fù)載均衡算法，經(jīng)實(shí)際測試，該算法可以有效提高分配效率，有利于整個系統(tǒng)整體性能的提高。

[1]葉云.基于分布式架構(gòu)的數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D].長春：吉林大學(xué)，2008：5-6.

[2]梁根.基于公平調(diào)度算法的分布式系統(tǒng)負(fù)載均衡研究[J].計算機(jī)工程與設(shè)計，2008(6)：1362-1364.

Research on data backup and recovery system in distributed power network

WANG Jian-xiong1,SONG Hao-nan2,ZHENG Hui3,WANG Yu-lan1,HAO Juan1
(1.Hebei Institute of Architecture and Civil Engineering,Zhangjiakou Hebei 075000,China;2.Tsinghua University,Beijing 100084，China；3.Tangshan Normal University,Tangshan Hebei 063000,China)

Compared with the traditional power grid,the distributed power grid was with many question such as many influence by the outside world, random strong of power generation and the big fluctuation degree, and so on.Therefore, the monitoring and management of the operation status were the prerequisite for ensuring the stable operation of the distributed power grid.In the process of distributed grid information management,data backup and recovery were the key to technology. Based on the basic characteristics of distributed grid operation data, a distributed data backup platform with Moss(Microsoft Office SharePoint Server)was constructed,and the memory load balancing principle was designed by using the related model,which could effectively improve the application value of the system.

distributed power grid;data backup;data recovery;load balancing

TM 73

A

1002-087 X(2017)10-1490-02

2017-03-21

王劍雄(1975—)，男，河北省人，碩士，副教授，主要研究方向為數(shù)據(jù)恢復(fù)及算法。