用電信息采集系統數據庫的云存儲設計

胥林萱

（中通服網盈科技有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

目前，用電信息采集系統在電網運行中占據著越來越重要的位置，其主要通過實時采集、處理用戶用電信息，為電力企業運營決策提供有效的數據支持。數據庫是其中的核心環節，其設計質量將直接影響電力系統的穩定性與安全性，而云計算技術的快速發展為數據庫建設質量提升注入了新動力。以云計算技術為依托的云存儲技術，促進電力企業的創新發展。

1 用電信息采集系統和云存儲技術概述

1.1 用電信息采集系統

用電信息采集系統是一個對用戶用電信息進行采集、監控、處理與分析的系統，具有用電信息自動采集、電能質量監測、計量異常監測以及用電分析和管理等諸多功能，可詳細分為采集、通信、控制以及管理等不同層次。其中，采集層屬于用電信息采集系統的基礎層，主要負責從智能電表、傳感器等設備中采集用電信息數據；通信層也可稱為傳輸層，主要是將采集到的用電信息傳輸到數據中心，用于下一步處理和分析；控制層主要是用電設備的遠程控制平臺；管理層則發揮著對系統進行監督和管理的作用。

1.2 云存儲技術

云存儲技術是一種以云計算技術為依托的存儲服務模式。遠程服務器數據存儲是云存儲技術的核心，用戶可以通過互聯網訪問相關的數據信息，同時支持被多個用戶在不同設備上同時訪問；分布式存儲即將數據分散存儲在多個節點上，極大提升了數據的可靠性與容錯性，保障數據訪問的安全性與可擴展性。此外，云存儲技術采用虛擬化技術，可有效實現對數據的集中管理、動態分配。將云存儲技術應用在用電信息采集系統的數據庫設計中，可充分發揮其可擴展性、高可靠性、靈活性等優勢。

2 用電信息采集系統數據庫的云存儲設計思路

2.1 數據分層存儲

在云存儲設計中，數據分層存儲是重要概念，主要是以數據訪問頻率、持久性需求和重要性為參考進行劃分的。通常情況下，有3 種存儲層級，即高速訪問層、常規訪問層、長期存儲層，高速訪問層主要是用于存儲經常訪問的數據，包括最近數據或實時數據；常規訪問層中存儲的大多為訪問不頻繁，但仍然需要快速訪問的數據；長期存儲層則主要用于存儲歸檔數據或歷史數據。在開展相關的設計時，需要充分考慮數據生命周期，即數據創建到廢棄的全過程，以更好地采用數據支持完成運營決策。

2.2 分布式存儲

用電信息采集系統中，數據庫分布式存儲應用的價值在于解決數據量大、數據可靠性要求高等問題，更好地滿足電力企業用電信息數據的處理需求。在實際的設計過程中，采用分布式存儲方式時可從以下方面進行設計。第一，數據分片，即將用電信息數據按照特定規則分為若干個數據片或數據塊，分別存儲在不同的物理節點上；第二，負載均衡，即確保不同的物理節點負載相對均衡，降低部分物理節點負載過重而部分節點空閑問題出現的概率；第三，應用數據冗余技術，有助于提升數據庫的安全性與可靠性，即使某一物理節點出現故障，也能從其他節點獲取到用電數據[1]。

2.3 數據存儲安全性

數據加密是確保數據安全性的重要措施。首先，電力企業應明確需要加密的數據和加密強度，并以此為依據選擇合適的加密算法，常用的有高級加密標準（Advanced Encryption Standard，AES）、數據加密算法（Data Encryption Algorithm，DEA）等對稱加密算法，以及RSA、錯誤檢查和糾正（Error Checking and Correcting，ECC）等非對稱加密算法。其次，電力企業須根據實際需求，明確加密方式。目前常用有數據加密、文件加密兩種加密方式，其中數據加密主要是對用電的數據流進行加密處理，而文件加密則是對相關文件進行加密處理，再依據應用需要進行解密。最后，密鑰生成、存儲、備份以及使用等環節的管理是數據加密的重要環節，電力企業需依據自身數據庫建設需求，制定科學合理的密鑰管理方案。

2.4 智能運維

以云計算技術為基礎的云存儲設計方案，對用電信息采集系統的智能運維提出穩定性、可靠性、高效率的要求。在實際的設計過程中，電力企業需從自動化監控、智能預警與故障定位、自動化修復與優化等角度出發，引入大數據分析技術對用電數據信息進行實時的分析與處理，及時發現潛在的存儲安全性問題。同時，采用機械學習技術，對數據庫中的故障信息數據進行訓練，實現快速定位與及時處理，并完成自動修復，提升數據庫整體性能[2]。

3 用電信息采集系統數據庫的云存儲設計要點

3.1 選擇云存儲技術

在用電信息采集系統數據庫的云存儲設計實踐中，選擇云存儲技術是關鍵環節。電力企業須考慮自身的技術水平和業務需求，綜合評估云存儲技術的數據可靠性、數據可擴展性、數據處理效率等諸多方面，以此為基礎選擇最合適自身運營發展的云存儲技術。目前，常用的云存儲技術有對象存儲、塊存儲、文件存儲等，其主要特征如表1 所示。

表1 常見的云存儲技術

3.2 應用虛擬化技術

云存儲虛擬化技術屬于一種資源管理技術，主要通過軟件實現，即使用虛擬化軟件在物理服務器上創建虛擬服務器，也可通過帶有虛擬化功能的芯片實現，其原理如圖1 所示。在用電信息采集系統數據庫可存儲虛擬化技術應用的過程中，電力企業應充分考慮自身的運營需求，評估虛擬化架構的可擴展性、可靠性和安全性，選擇主機虛擬化、網絡虛擬化或者存儲虛擬化架構，并不斷優化。同時，采用虛擬化技術對中央處理器（Central Processing Unit，CPU）、內存、存儲等硬件資源開展池化管理，實現應用程序資源的動態分配，提升資源利用效率與調度的靈活性。需要注意的是，采用虛擬化技術時應考慮異構平臺兼容問題，為用電信息采集系統多種硬件平臺和操作系統的集成與互操作提供支持[3]。

圖1 云存儲虛擬化的原理

3.3 應用分布式云存儲技術

在用電信息采集系統數據庫的云存儲設計中，分布式云存儲技術發揮著高可用性、高可靠性、高性能等優勢，能有效解決傳統集中式存儲架構問題，提升用戶用電數據存儲與處理的質量。分布式系統架構主要由多個存儲節點組成，每個節點都具有計算與存儲獨立性，并通過互聯網連接，組成一個具有一定規模的存儲系統；分布式文件系統是其核心組件，主要負責文件的管理與訪問控制，如Hadoop 分布式文件系統（Hadoop Distributed File System，HDFS）、Google文件系統（Google File System，GFS）和Ceph等。在用電信息采集系統中，分布式系統架構設計需遵循分層設計、模塊化設計、松耦合設計原則，其中分層設計要求將系統劃分為諸多層次，每個層次負責不同的功能，以降低用電信息采集系統的復雜性；模塊化設計要求將系統劃分為諸多獨立的板塊，發揮不同的功能，以提升用電信息采集系統維護和升級的便捷性；松耦合設計則是為減少各個模塊之間的依賴性，提高系統的可擴展性[4]。

3.4 建設智能化運維管理平臺

智能化運維管理平臺是提升用電信息采集系統數據庫應用成本、提高電力企業運營效率的重要途徑。在實際的設計過程中，電力企業需依據自身發展需求與系統功能要求，明確平臺建設的基本方向與目標，然后開展具體的建設工作。首先，智能監控。這是整個平臺的核心部分，設計的目的是實現對用電信息采集系統數據庫的實時監控、閾值告警、自動診斷等，全面了解數據庫的運行狀態，及時發現并處理潛在問題，可通過采用Prometheus、Zabbix 等開源監控工具實現。其次，故障診斷與定位。采用日志收集工具將用電數據信息收集到集中式日志存儲系統中，利用關鍵詞匹配、正則表達式匹配、日志挖掘等技術手段，從中提取有用的信息并識別異常數據，定位數據庫中問題所在，及時處理問題，其實施步驟具體如圖2 所示。最后，智能報表與可視化。在云存儲技術中，采用Grafana、Tableau、QlikView 以及Zoho Reports 等可視化工具，幫助電力企業運維人員充分了解用電信息采集系統數據庫的運行情況和資源使用情況，整體提升管理與決策的便捷性。

圖2 智能化運維管理平臺的故障診斷與定位流程

3.5 數據信息安全保護

數據信息安全問題一直以來都是社會關注的重點話題，可應用數據加密、設置訪問權限、數據備份與恢復等技術手段，提升數據庫整體安全性與可靠性。首先，數據加密。采用高強度的加密算法、定期更改密鑰、加強端到端的加密等方式都能達到數據加密效果，保障數據傳輸與存儲過程中的安全性。加密技術的應用基礎為對稱加密技術、非對稱加密技術。AES是目前實施的國際通用的加密標準，而以量子力學原理為基礎的量子加密技術，目前在云存儲數據加密中也占據一定位置。其次，數據安全性保護技術。校驗和技術是一種將校驗和與原始數據一起存儲，用于檢驗數據完整性的技術手段，具有簡單、高效的應用優勢，適用于大規模數據的保護；哈希函數主要將任意長度的數據映射為固定長度的哈希值，確保數據完整，具有極強的抗碰撞性，但計算復雜程度較高，適用于小規模數據的保護。最后，云存儲安全備份。將其應用到用電信息采集系統的數據庫云存儲設計中，可有效降低數據丟失與損壞的概率，提升數據的可用性與訪問速度。電力企業需定期按照設定的時間間隔，對用戶用電數據信息進行備份，保障數據最新狀態被保存，同時全量備份與增量備份相結合，降低存儲與備份成本，并在不同的物理位置進行數據備份，防止單一位置數據丟失，以確保數據的安全性與可靠性[5]。

4 結 論

信息技術更新迭代的背景下，電力企業對用電信息采集系統建設的重視程度不斷提升。云存儲技術作為一種新興的數據存儲和管理方式，為電力企業的高效發展注入新動力。在利用云存儲技術開展用電信息采集系統數據庫建設的過程中，電力企業需從數據分層存儲、分布式存儲、數據存儲安全以及智能運維等角度出發，開展云存儲技術的具體設計，并定期進行更新與優化，以確保用電信息采集系統數據庫應用的安全性與高效性，從而加快自身可持續發展的進程。