（计算机软件与理论专业论文）基于中间件技术的电力监控管理系统的研究与实现.pdf

两北丁业人学坝i + 学位论义摘要 摘要 基于对象的分布式计算技术是当今计算机软件开发的所采用的- 1 , 重要技 术。与传统开发技术相比，分布式对象技术具有更好的开放性和扩展性。基于 对象的中削件是分布式对象技术的良好应用。随着计算机硬件技术、通信技术、 数掂库技术、i n t e r n e t 技术的发腱，自动化软件的发展将主要表现为如下一些方 面：开放性技术、构造企业信息平台、i n t e r n e t 信息服务技术以及以客户为导向 的软件设计等等。要顺应这些发展方向就自然而然地要求在软件开发中采用分 布式对象技术。本文研究一种基于中削件技术的电力监控系统的设计。 论文首先介绍了分布式列象模型t - i i 中间件的基本概念，讨论了分布式对象 模型相对g 统c s 模，酆q 优辨。接符钏计中问件的选型问题，在分析了各个 蛆型l t 叫件的特缸e 的基础一l j ，时论了如俐针对一个特定的应用，通过考虑其应 j l j 环境、集成需求、企业应用要求等因素来选择合适的中间件的问题。 然后给出了一种基于c o r b a 的电力监控管理系统的设计，给出了这个框 架的层次式的系统结构、对象模型以及各分布式对象的定义、实现、组织和部 罾方案。并针对。些关键技术做了深入的讨论和分柝，例如针对整个系统的分 布式对象的管理，巧妙地借用c o r b a 的名字服务构造了同构于实际工程组织 的工程对象树，同时使用定位服务简洁而有效的实现了对服务和模块的管理； 针对分布式数据库的实现，创造性地提出了一种使用c o r b a 事件服务和 b o r l a n dm i d a s 组件来实现分布式数据服务的设计，并实现了这个设计，同时 分析了这种设计的优劣。接着给出了水设计方案的一个典型应用案例，表明了 本系统是切实可行的。 本文最后总结了完成的工们+ 和耿a 的研究成果，以及今后需要改进和完善 的上 n 厅。 关键词：中间件；分布式对象：c o r b a ：服务；电力监控管理系统 西北工业大学硕士学位论丈 a b s t r a e t a b s t r a c t d i s t r i b u t e do b j e c tc o m p u t i n gi sa ni m p o r t a n tt e c h n o l o g yo fc o m p u t e rs o f t w a r e d e v e l o p m e n t i th a sb e t t e ro p e n i n gc a p a b i l i t ya n dm o r ee x p a n s i b i l i t yt h a nt r a d i t i o n a l d e v e l o p i n gt e c h n o l o g y o b j e c to r i e n t e dm i d d l e w a r e i st h eb e s t a p p l i c a t i o no f d i s t r i b u t e do b j e c tc o m p u t i n gt e c h n o l o g y w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc o m p u t e r h a r d w a r e ，c o m p u t e rs c i e n c ea n dc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y ，d a t a b a s ea n di n t e r n e t t e c h n o l o g y , t h ea u t o m a t i o ns o f t w a r eh a st h ef o l l o w i n gt r e n d s ：o p e n i n gc a p a b i l i t y , t h e e n t e r p r i s ei n f o r m a t i o np l a t f o r m ，i n t e m e ti n f o r m a t i o ns e r v i c ea n dt h ec o n s u m e r o r i e n t e dd e s i g no fs o f t w a r e i ti si n v o l u n t a r yt h a tw es h o u l dm a k eu s eo fd i s t t i b u t e d o b j e c tc o m p u t i n gt e c h n o l o g y t oh u m o rt h et r e n d s s ot h et h e s i sd e s i g n e da m i d d l e w a r et e c h n o l o g y b a s e de l e c t r i cp o w e rm o n i t o r i n ga n dm a n a g e m e n ts y s t e m i nt h et h e s i s ，f i r s t ，t h ec o n c e p to fd i s t r i b u t e do b j e c tm o d e la n dm i d d l e w a r ea r e i n t r o d u c e d c o m p a r i n gw i t ht h et r a d i t i o n a lc sm o d e l ，t h ea d v a n t a g e so fd i s t r i b u t e d o b j e c t m o d e la r e e x p l a i n e d a n dt h e n ，w i t ht h ea n a l y s e so fs o m et y p i c a l m i d d l e w a r e sc h a r a c t e r s ，t h et h e s i s e x p l a i n s h o wt oc h o o s et h ea p p r o p r i a t e m i d d l e w a r ef o r a s p e c i f i c a l l ya p p l i c a t i o nb yc o n s i d e r i n g t h ee n v i r o n m e n t s ， i n t e g r a t i o nr e q u i r e m e n ta n de n t e r p r i s er e q u i r e m e n to ft h ea p p l i c a t i o n ， t h e r e a f t e r ，t h ed e s i g no fa c o r b a - b a s e de l e c t r i cp o w e rm o n i t o r i n ga n d m a n a g e m e n ts y s t e mi se x p a t i a t e d t h i sd e s i g n i n c l u d e st h es y s t e mh i e r a r c h y a r c h i t e c t u r ea n do b j e c tm o d e l 、a n dt h ed e f i n i t i o n ，i m p l e m e n t a t i o n ，o r g a n i z a t i o na n d d e p l o y m e n to ft h ed i s t r i b u t e do b j e c t s f u r t h e rm o r e ，t h et h e s i sl u c u b r a t e ss o m ek e y t e c h n i q u e s ：a i m i n ga t t h em a n a g e m e n to ft h ed i s t r i b u t e do b j e c t s ，w es k i l l f u l l y c o n s t r u c tt h ei s o m o r p h i cp r o j e c to b j e c tt r e ef o rt h er e a lp r o j e c t ss t r u c t u r eb yu s i n g t h ec o r b an a m i n gs e r v i c e ，a n dl a c o n i c a l l ya n de f f e c t i v e l yi m p l e m e n tt h e m a n a g e m e n to ft h es e r v i c e sa n dm o d u l e sb yu s i n gt h el o c a t i o ns e r v i c e a n dw ea l s o p r o p o s ead e s i g nw h i c hu s e sc o r b a e v e n ts e r v i c ea n db o r l a n dm i d a st oi m p l e m e n t t h ed i s t r i b u t e dd a t as e r v i c ei nac r e a t i v ew a ya n da n a l y z et h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s o ft h i sd e s i g na tt h es a m et i m es o o na f t e r w a r d s ，at y p i c a la p p l i c a t i o no ft h i sd e s i g ni s i l l u s t r a t e d ，w h i c hp r o v e st h a tt h ed e s i g ni sf e a s i b l e a tt h ee n d ，t h et h e s i ss u n l s u pt h ea c h i e v e m e n t sa n dp u t s f o r w a r dt h e p r o b l e m a t i cp o i n t st ob ep e r f e c t e di nt h i ss y s t e m k e y w o r d s ：m i d d l e w a r e ；d i s t r i b u t e do b j e c t ；c o r b a ；s e r v i c e ；e l e c t r i cp o w e r m o n i t o r i n ga n dm a n a g e m e n ts y s t e m l i o ll l q l ，j 、 似 r 似沦工第一章绪论 1 论文背景和意义 第一章绪论 能量管理系统( e m s ) 是一套为电力系统控制中心提供数据采集、监视、 控制和优化，以及为电力市场提供交易计划安全分析服务的计算机软硬件系统 的总称，它包括为上层电力应用提供服务的支撑软件平台和为发电和输电设备 安仝髓视和控制、经济运行提供支持的电力应用软件，其目的是用最小成本保 i i 电网的供电安全性。 剑l l 时为d 一，电网能量管理系统的发展已经历经三代，第一代系统为7 0 年 代基于钏羽机和争用操作系统的s c a d a 系统，第二代系统为8 0 年代基于通用 计算机和集中式的s c a d a e m s 系统，部分e m s 应用软件开始进入实用化， 第三代系统为9 0 年代基于r i s c u n i x 的开放分布式e m s 系统( 含s c a d a 应 用) ，采用的是商用关系型数据库和先进的图形显示技术，e m s 应用软件更加 丰富和完善，第三代系统已经有十年的发展历史。 随着电力系统规模的不断扩大，电网管理自动化水平的不断提高，电网能 量管理系统的实用化应用水平不断深入，e m s 已从传统的s c a d a a g c 实用化 提高到电网能量管理系统的负荷预测、状态估计、调度员潮流、安全分析、电 _ f = i 无功优化、最优潮流等电力应用软件的实用化。特别是近年来，随着电力企 、k i 【集中“管制( r e g u l a t i o n ) ”走向“取消管制( d e r e g u l a t i o n ) ”的电力市场化 进程的0 ：断肌帙，j 巳力企、l k 越米越面l 濉i 着这样的问题，原有的电网能量管理系 统是否能够适应电力市场交易以及安全调度的需要，如何改造才能适应电力市 场化进程的需求? 薪建的l l 网能量管理系统怎样才能以最小的投资跟上迅速发 展的计算机软硬件水平更新换代的步伐，适应电力企业自动化系统( 电网能量 管理系统一e m s 、电力市场技术支持系统一t m s 、电能量计量系统一t m r 、配电 管 曜系统一d m s 、水库电力调度臼动化系统一r d s 、仿真系统等) 集成总线( u t i l i t y i n t e g r a t e db u s u 1 b ) 建发的需要，同时能够满足不同时期建设、不同厂商开发 的各个应用系统之制的系统互连、信息共享、软件互操作的要求? 面对i n t e r n e t 飞速发展的步伐新一代电网能量管理系统的建设应该如何应对才能满足移动 环境的需要? 近年来，汁算机技术、通讯技术、控制技术的发展促使控制系统向数字式、 分tj 、”腴j 1 操f 1 用l | f | i 向”放一f ? 连叫络的现场总线控制系统( f c s ) 发 腱。j 此州时，作为位 。描沸0 系统：版的软件系统也被要求具有更好的开放性、 互操作性和可扩展性；一个现阶段的线将来的好的电力监控系统需要具有以下 西北工业大学硕士学位论文第一章绪论 功能： 监控信息同e r p 或企业m i s 集成： 可以从一个地点看到多个信息的信息集成； 有能力存储和处理海量数据，包括实时和历史数据： 监控系统与各种异构平台上的不同应用系统的集成。 对于这些需求，传统的c s 模型将不再适合，需要我们采用新的技术模型。 随毫；：刚络技术、通信技术以及软什技术的发展，对象技术和多层体系结构 的紧密结合0 l 发了数据系统的变革：应用程序的结构已经从传统的c s 两层结 构转变为分布式应用n 层结构。在n 层结构的分布式环境中，应用程序不再以 整体的形式提供给用户，而是成为运行在网络上的服务对象。因此基于分布式 对象模型的电力监控系统被提到日程上来。那么什么是分布式对象模型? 分布 式对象模型是采用分布对象计算技术来构造和实现分布式系统的一种解决方 案。而分布对象计算技术是面向2 l 世纪的主流软件技术，它利用对象特性大大 简化分布计算的复杂性，并且分布对象计算具有接口定义与功能实现分离，可 为特定应用提供优良服务，实现透明互操作，便于已有系统集成，基于构件开 发，具有良好可重用性等优点。其中c o r b a 是分布对象计算技术的典型示范， 是基于网络的各类复杂应用系统的矧想集成框架。因此本文将给出一种基于 c o r b a 的i 乜力盟控管理系统的殴hl j 实现。 2 研究内容和论文组织 2 1 研究内容 本文的研究内容主要包括以下j l 个方面： 1 介绍了分布式对象模型和中间件的基本概念： 2 贪绍了如何针对一个特定的应用选择合适的中间件； 3 给出了种基于c o r b a 的电力监控管理系统的设计。这个设计包括了系 统整体结构框架和模型、各分确式对象的定义、实现、组织和部署； 4 ， 钏刈账天键技术做了i 深入的讨沦和分析，例如分布式数据库的实现、 c o r b a 的名字服务帛i 事什服务的讨沦等等： 5 ，最后给出了一个本设计方案的9 q 型应用案例，证明了本系统是切实可行 的。 西北工业大学硕士学位论文第一章绪论 2 2 论文组织 本论文共分5 章，分别介绍如下： 第l 章：绪论。介绍了研究基于l f 问件技术的电力监控管理系统的背景、 目前国p g j t - 电力监控管理系统发展的状况，以及论文中的研究工作和论文内容 的安排。 第2 章：分布式对象模型。介绍了分布式对象模型的概念、结构，说明了 分布式对象模型相对与传统c s 模型所具有的优势，以及为什么要选用分布式 对象模型，即中间件技术来实现现代化的电力监控管理系统。 第3 章：中间件技术和中l 刈件的选用。本章详细地分析了中间件的定义、 作用、分类和应用等内容；比较了现有的几个中间件模型以及系统中选用的中 i h j 件类型。 第4 章：基于中问件技术的电力监控管理系统的设讨。这是本文的主要内 容。介缁了整个系统的总体框架和模，性，以及各服务和模块的设计，并对其中 的关键技术做了洋细深入的探讨。最后给出了一个典型应用案例。 第5 章：总结与展望。总结了本论文完成工作的优点以及可改进之处。并 展望了可进行的一些后续研究。 西北t 业大学顺上学位论文第二章分布式对象模型 第二章分布式对象模型 基于分布式对象的系统是一组对象的集合，这些对象以一种明确定义封装 的接口把服务的请求者( 客户机) 和服务的提供者( 服务器) 分隔开。换言之， 客户机从服务的实现中分离出来，变成数据的呈现和可执行代码。这就是基于 分布式对象的模型与纯粹的客厂机n 务器模型的主要区别之一。 在基于分布式对象的模型中，客户机向对象发送消息，然后对象解释该消 息以便决定要执行什么服务。这项服务，也就是方法，可以选择是让对象还是 让代理来执行。j a v a 远程方法调用( r m i ) 和公用对象请求代理体系( c o r b a ) 就是这种模型的例子。 矧2 1 捕述了o m g 挺b 的对象铅理体系( o m a ) 的对象框架。 0 妊 尊 、# r a m 鳓￥搿葑 矧= a f 带黼b 绷l n 礴渤c 。掌d i 。0 蜘睡毒l n 黼枯内舞o s * 獠蝴s 剞辫髂 图2 - 1o m a 对象框架 那么我们为什么要使刖分币式刺缘模世来实现电力监控系统呢? 也就是洗 这种分布式对象模型能解决什么样的h 题，丽这些问题是传统的c s 模型所不 能解决或不能较好解决的呢? 这主要表现以下几个方面，而这几方面也是分布 对象计算的关键特征。 1 资源共享问题 如何使实时数据和历史数据能够进入e r p 、c r m 等企业信息管理系统，是 现代电力系统迫在眉睫的需求。监控系统所取得的信息数据要和其他系统进行 共享。如果使用传统的c s 模型，则存在一些问题。首先是异构环境的问题， 糟消费数掘的e r p 荆ic r m 系统与r l 力脓控系统不是在同一操作系统平台，或 小使 | j i 州编稚晤；丌发，则它们之川的数掘共享将非常难以实现。其次是数 4 西北丁业火学坝l 学位论文第二童分布式对象模型 据存储和处理能力问题，传统的c s 模型中信息数据一般只存储在一个中心服 务器上，数据存储量和处理能力是非常有限的。如果数据量很大，数据消费频 繁，则整个系统性能将变得很低，而且一旦中心服务器出错，则整个系统也将 停止运行，无法再为外界提供数据共事功能。而分布式对象模型是以对象的方 式向外提供数据服务，独立于网络协泌、编程语言、软硬件平台，提供了很好 的跨乎台性能：行且舀分m 式刘象模，灿f 一，数据存储在分伟式数据库系统中， 包括分布式实时数据库和分布武历史数据库，并向外提供一个或几个数据代理， 其他的企业信息管理系统通过数据代理来访问数据。这种机制不但保证系统不 会由于单点故障而导致整个系统崩溃，而且具有存储和处理海量数据的能力， 这种能力从理论上来说是无限的。 2 开放性问题 自动化软件正逐渐成为协作生产制造过程中不同阶段的核心系统，无论是 用户还是硬件供应商都将自动化软件作为全厂范围内信息收集和集成的工具， 这就要求自动化软件大量采用“标准化技术”，成为一个开放的软件平台。电力 监控系统也样。它不仅要能够完成f f 身的监控要求，还要和其他应用系统进 行互连和互操作。对于这一点，传统的c s 模型是无能为力的。而分布式对象 模型却提供了分布式异构环境下应用系统互连和互操作的标准，使得系统在具 有很好的开放性的同时，也提供了很好的可扩展性，便于新的应用模块的扩展。 3 容错和热备问题 稳定、安全、可靠的电力监控系统要求系统部分失效时还能继续发挥作用 的能力，如某节点故障而不影响系统j i - 常行为，而且要提供热各。在传统的c s 模型中，服务器是整个系统的核心，1 旦服务器出错，则整个系统崩溃，因此 不具备好的容错能力。而分布式对象模型的资源多重性为实现容错和热备创造 了条件：硬件资源冗余、持久刘象、毅抓多副本、动态切换等。 西北工业大学硕士学位论文 第三章中间件技术和中间件的选用 第三章中闻件技术和中间件的选用 1 中间件概述 早在2 0 世纪8 0 年代人们就提出在互连的计算机硬件上部署新型的分布 式操作系统，全面彻底地管理整个系统，给用户单一的系统视图。尽管这一努 力产生了许多技术成果和实验系统，但一直没有形成可用的产品，人们直觉地 感到在不断扩展的局部自治异掏系统上实现资源的集中管理几乎是不可能的， 二是开始采用中间件平台技术，以屏蔽系统的异构性，支持局部自治系统的信 息交互和协同。经过十几年的发展，中间件技术取得了令人瞩目的发展，出现 了远程数据库访问、远程过程调用、消息传递、交易管理等各类中间件。 2 0 世纪9 0 年代末，面向对象的中件技术成为中间件平台的主流技术，出 现了以s u n 公司的e j b j 2 e e 、m i c r o s o f l 的d o tn e t 和o m g 的c o r b a o m a 为代表的三个技术分支。典研究热点姓建立标准化的对象请求代理，屏蔽网络 环境下计算乎台、操作系统、绷程语，j 、剐络协议的异构娃和复杂性，使分布 在网络上的应用系统能够协同二 作，为网络应用提供通用的高级网络管理服务 以及与应用领域相关的增值服务。 1 1 中间件的概念 中间件的定义比较多，大多是从一个特殊的角度反映了中间件的一个或几 个特性。比较多的人认为中间件，就是位于操作系统和应用软件之阈的一个软 件层，它向各种应用软件提供服务，使不同的应用进程能在屏蔽掉平台差异的 情况下，通过刚络q _ 4 h 通信。另外，存在一个更加宽泛的定义，认为所谓中间 件从本质卜讲，就是一个连拨应j h 程j 午j 允许它们之间互相交换数据的软件层。 通常，在实际使用中，把组中间件集成在一起构成一个平台( 包括开发平台 和运行平台) ，其中必须要有一个通信中问件完成中间件之间的通信。从这个意 义上讲，中间件应该包括平台和通信两个部分。中间件的示意图如图3 - 1 所示： 两北工业大学硕学位论文 第三章中间件技术和中间件的选用 例3 - 1 中间件不意图 另外还有人指出所渭中问件，或“粘结”，是网络层和应用层之间的一层软 件。浚软件提供了诸如：身份让 别服务、餐权授权服务、目录服务和安全服务 等+ 系列服务。出于当今剀特网应用通常都提供自己特定的上述服务，这往往 容易导致标准的不统一和竞争。中i 刈件通过推进了标准性和可互操作性，就使 网络应用更加简单和有效。 1 2 中间件的作用 中间件的定义反映了中间件的桥梁特性，同时中阃件还有下面一些重要的 作用： 首先，中间件极大的简化了设计和开发的过程。协同计算要求各个应用之 间要进行数据通信。采用中制件可以使它们之间的接口得到很大程度上的减少， 中问件将原来的为m 个应用开发n 种功能时需要做m n 个接口简化为：为m 个应用做m 个同中间件的接口，另外将n 个功能做n 个同中间件的接口，也就 是蜕总共只需要做m + n 个接口。上面的化减在m 和n 都比较小的时候看不出 很大的优势，但是当m 、n 很大时，采用中间件将极大地减化设计，节约软件 开发的时间和成本。 其次，中i f i j 件可以从一个应用中获得数据并保存直到该数据没有使用价值 为止。这就使数据的生存时期得到了保证，并且由于中间件对有用数据的专门 处理可以使陔数据发挥最大的功效。 最重要的一点是，中间件帮助不同的软件开发人员集中精力做好有针对性 的软件开发，而不需要让他们更多的考虑到操作系统平台和底层通信设旋对应 用的影响。 总之，中川件可以使川户透明地膨闱分布式的计算机、网络、数据等资源； 发腱了更有效的叻- 同和交j 性的技术，例如：网格( g r i d ) 计算等推动了教育 西北工业人学l i 亘| 士学位论史第三章中间件技术和中间件的选用 和科研的发展；同时，中间件还发展了一套可以扩大用户使用网络范围的体系 结构。 1 3 中间件的分类 中涮件的产品种类很多，分类的方式也各不相同，这罩根据中间件采用的 技术不同，大致划分为以下几种： 面向消息中间件( m o m ，m e s s a g eo r i e n t e d m i d d l e w a r e ) ：面向消息的中间 件能够在客户和服务器之f 刮提供同步和异步的连接，并且在任何时刻都可以将 消息进行传送或者存储转发。m o m 的这两点都是建立在消息队列( m e s s a g e q u e u e ) 这一关键技术的基础上的。另外消息中间件不会占用大量的网络带宽， 可以跟踪事务，并且通过将事务存储到磁盘上实现网络故障时系统的恢复。消 息中间件适用于需要在多个进程之问进行可靠的数据传送的分布式环境。 事务处理中间件( t p m ，t r a n s a c t i o np r o c e s s i n gm o n i t o r ) ：与其他的中间件 不州，事务处理中问件更加注重分确，式事务的处理。这种中间件广泛地应用于 数抛管理、银行转账、定j ，i 分发等人型、分却式应用中这些应用对物理上分 散的节点之间的数据一致性有着很高的要求。t p m 是针对复杂环境下分布式应 用的速度和可靠性要求而实现的。它对外提供了事务处理的a p i ，程序开发人 员可以使用这个程序接口编写高速、可靠、基于事务处理的分布式应用程序。 面向对象的中间件( o o m ，o b j e c to r i e n t e dm i d d l e w a r e ) ：随着面向对象技 术的发展，出现了面向对象的中间件。对象请求代理( o r b ，o b j e c tr e q u e s t b r o k e r ) 就是其中的一个典型例子，它可以看作具有与位置、协议和平台无关 的中间件的特性。从管理和封装的模式上看，o r b 和r p c 有类似之处，不过 o r b 可以包含比r p c 和消息中间件更复杂的信息，并且可以适用于非结构化 的或扦1 f 关系型的数据。n 1 甫有两利- 对象请求代理的标准，分别是c o r b a 和 d c o m 。 1 4 中间件的一些应用 夺世界上有很多学校的科学家们通过c e r n 在e u r o p e a nh i g he n e r g yp h y s i c s l a b 一起协同设计、创造、操作和分析一系列产品。在他们的分析和设计阶 段，大量的数据计算和存储以及网络资源的管理都是通过数据网格( d a t a g r i d ) 来实现的。 夺中间件还使高等教育机构和生产机构的网络通过一些安全认证服务等直接 的无缝联系起来。 两北t 业大学坝扛学位论文第三章中间件技术和中间件的选用 夺某些企业联盟使用中间件建立了一套高精确度、多领域的飞行器设计仿真 环境。这些多领域的仿真软件设计为不同的组件并且运行在不同环境f 进 行采集和分析数据等，通过中间件这些数据和资源得以被整个联盟中的成 员所共享。 夺e c o m m e r c e 令e s c i e n c e 令实时、嵌入式应用 夺移动代理系统 令对等平台 令移动计算应用 夺u b i c o m p 夺电信领域应用( 主要是电信网络管理方面) 主流的面向对象中间件模型 2 1c o r b a 模型 通用对象请求代理体系结构( c o r b a ) 是对象管理组o m g ( o b j e c t m a n a g e m e n tg r o u p ) 提出的一个面向对象中间件规范。c o r b a 具体化了中间 件模型并将其体现为：使用 d l ( 接e j 定义语言) 进行对象建模；采用o r b 进 行客户和服务器对象i h 的通信：采用1 1 0 p g i o p ( i n t e r n e ti n t e r - o r b p r o t o c o l g e n e r i ei n t e r o r bp r o t o c 0 1 ) 进行不同0 r b 之间的通信。 o r b 是c o r b a 的核心，即对象请求代理，它能实现c l i e n t 请求与目标对 象实现之间的透明通信。也就是晓通过o r b ，一个c l i e m 可以透明地调用网络 t 任何一个s e r v e r 对象的方法( 该对象可能和c l i e n t 在同一台机器上) 。o r b 解释该调用清求并负责查找实现政凋川请求的对象，找到后，把参数传给该对 象，调用它的方法，最后返回结果。刈象的位鼍，编程语言，操作系统以及其 它与对象接口无关的系统信息对于c l i e n t 来说都是透明的。o r b 能实现分布环 境中位于不同机器上的应用之问的互操作以及多对象系统之间的无缝连接。 下图反映了c o r b a 的基本组成： 西北工业大学顾j 。学位论文第三章中间件技术和中间件的选用 l 墨f 口l i c fdynfmfc犀objectskeleton k e l e t o n a d a p t e r d y n a m i c l d l 0 r b r t v o c a t i o l ls t u b s i n t e r f a c es i o r bc o r e ji n t er f a c e 坩e n t i c a lf o ra l lo r bi m p l e m e n t a t i o n s tu p - c e l li n t e r a c e 二二= t h e r em a yb em u t t p l eo j 3 j e c ta d a p t e r s 。 it h e r e8 1 0s t u b sa n das k e l e t o nf o re a c ho b j e c tt y p e 工n o r m a lc a l li n t e r f a c e t 二二：二 o r b - d e p e n d a n ti n t er f a c e 图3 - 2c o r b a 对象请求接口的结构 在c o r b a 体系规范中定义了下厦1 6 种类型的服务( s e r v i c e ) ：命名服务 ( n a m i n g ) 、事件服务( e v e n t ) 、通知服务( n o t i f i c a t i o n ) 、生命周期服务( l i f ec y c l e ) 、 持久对象服务( p e r s i s t e n to b j e c t ) 、事务服务( t r a n s a c t i o n ) 、并发服务( c o n c u r r e n c y c o n t r 0 1 ) 、关系服务( r e l a t i o n s h i p ) 、具体化服务( e x t e r n a l i z a t i o n ) 、查询服务( q u e r y ) 、 许可服务( l i c e n s i n g ) 、属性服务( p r o p e r t y ) 、时间服务( 砸m e ) 、安全服务( s e c u r i t y ) 、 交易对象服务( t r a d i n go b j e c t ) 、对象集合服务( o b j e c tc o l l e c t i o n ) 。c o r b a 服务 与对象清 图3 3c o r b a 服务及其与o r b 的关系 2 2c o m ，d c o m 模型 c o m 赴m i c r o s o f i 提h l 的组件对琢模型技术，而d c o m 是c o m 的扩展 即分们c o m 。_ 卜陶反呲了c o m d c o m 的基本组成： o 第三章中间件技术和中间件的选用 圈3 4c o m d c o m 的基本组成 c o m 可以以动态连接库和可执行程序的形式存在，d c o m 以可执行程序的 形式存在。另外，组件之川的联系可以是在客户程序不知道c o m 的存在形式 的情况下使垌统一的接口洲用方式来进行的，也就是说，c o m 对象的位置对 客户程序是透明的。 2 3j a v a r m i 模型 按照s u n 和j a v a s o f t 对j a v a 的界定，j a v a 是一个应用程序开发平台，提供 可移植性、可解释性、高性能和面向对象的编程语言及运行环境，而且j a v a 也 是一种分布式计算平台。j a v a 计算的本质就是利用分布在网络中的各类对象共 同完成相应的任务。r m i 是分布在网络中的各类j a v a 对象之间进行方法调用的 o r b 机制。但是r m i 没有解决如何管理和访问异地其他大量非j a v a 对象的问 题，并且r m i 没有提供分布列象事务话理等服务。而是由相关的应用服务器， 如w e b l o g i c 提供这些服务。 3 中间件的选用 勿庸置疑，为了满足分布式电力脓控管理系统的复杂功能和性能的要求， 我们肯定使用分布式对象模型，即采用面向对象中间件。而在这三种主要的面 向对象中f 日j 件模型中，通过考虑电力监控管理系统的应用环境、开发环境、集 成需求和企业应用要求等因素，我们选取了c o r b a 。 电力监控管理系统的实时和历史数据要能够进入e r p 、c r m 等企业信息管 理系统，就要求所用中川件可以跨i p - 台，而d c o m c o m + 只适用于w i n d o w s 平台，所以不符合要求。 考虑到系统的”放性_ 手| | 扩展性，i t ? t 【t ：j 中阳：件必须可以使用各种编程语言实 现的分前j 式对象，包就是说不但竖叫以使用c + + 编写的分布式对象，而且 要可以使用j a v a 编写的分_ j 式对象。j a v ab e a n 只能支持j a v a 编写的分布 d q 北 业 ：学蜘i 学位论义第三章中间件技术和中间件的选用 式对象，而c o r b a 对象却通过 d l 文件可以映射到c + + 、j a v a 或其他编 程语言，从而支持多种编程语言编写的分布式对象。 c o r b a 是由鼎鼎大名的o m g 提h 1 的一个中间件标准，其功能是非常全面 的：特! f ；j j 是比起其他。 l 问件更有优势的是c o r b a 制定了许多种服务，而 这些服务为分布式系统的丌发提供非常大的便利和帮助。 另外，我们的整个电力嗌控管理系统是用b o r l a n d 公司的c + 十b u l l d e r 开发。 在这个开发平台下，b o r l a n d 提供的v i s i b r o k e r 作为一种易用的、可伸缩的 和可迁移的对象请求代理系统，符合c o r b a 规范，使用较为简单，并且 完全满足当今复杂的、异构的应用环境的诸多挑战，也成为我们首选的分 布式开发平台。 综合以t 几点，我们选用了c o r b a 。 | j i l 北l 业人学坝| 1 学付论殳第四章基于中间件技术的电力监控管理系统的设计 第四章基于中间件技术的电力监控管理系统的设计 1 总体设计 1 1 分布式电力监控管理系统整体体系结构 首先看一下整个系统的宏观上的网络拓扑图，如图4 1 。 蚓4 1 宏观1 n 勺网络拓扑图 整个系统l t 包括完成现场数据采g j 监视任务的s c a d a s 及其热备机，还包 括对s c a d a 进行远程监控的工作站，以及可以管理整个网络的网管系统。这 些子系统又通过o r b 软总线与各种分布式对象服务、w e b 服务器以及企业服 务器互连。其中分布式对象服务中心包括各种服务对象，但因为c o r b a 对象 在一个网域中是可以任意部署的，因此它实际上是一个抽象的概念。各种分布 式对象可以部署在网域中的任何一台电脑上，它们的位置是对使用者透明的。 更详细的系统结构图如图4 2 所示。 两北工业大学硕士学位论文 第四章基于中间件技术的电力监控管理系统的设计 = ：，：善一，、 圉4 2 系统结构图 从图上可以看到，本系统将整个监控环境划从上往下分为三个层次： 1 第一层是o r b 软总线层，主要用于资源共享以及系统互连。同时也可 以通过o p c 和m o d b u ss e r v e r 组件和其他系统互连，这些系统包括 d c s 、p l c 以及其他的电力监控系统或自动化软件。而且这种互连和共 享不仅可以在单一的l a n 中实现，还可以通过交换机和路由器与其他 l a n 互连。甚至组成v p n ，形成一个统一的分布式服务平台： 2 第二层是各子系统内部实现层，例如s c a d a 的实现； 3 第三层是现场总线层，在这一层上s c a d a 通过各种现场总线与下位机 通讯，从而进行数据采集和指令发送。 其中第二层和第三层传统的c s 模型系统已经做到，这里就不再赘述，但第一 层是它所缺少的。第一层其实就是对分布式对象中间件的一种应用，是分布式 系统层。这也正是分布式对象模型不同与c s 模型的地方，所以本文只对第一 层的设计做详细介绍。 1 2 分布式对象中间件系统结构 在此之前，先了解两个下面将要用到盼基本术语。 1 分布式对象服务( 简称服务) ：服务其实就是指通过单个分布式对象独 立工作或多个分布式对象的协同工作向外提供各种应用的一种手段。 c o r b a 规范已经定义了许多服务，但在本系统中我们要在一些c o r b a 服务的基础上实现电力监控系统所需要的服务。 2 模块：在本系统中，模块是指使用各种服务来完成具体工作的子系统， 1 4 西北工业大学硕士学位论义第四章基于中间件技术的电力监控管理系统的设计 是服务的消费者。嗣时模块也| l , i f 以是一个c o r b a 对象，向外提供各种 应用接口。 整个分布式系统由备利服务和模块柬构筑。这些服务和模块之间相互连接， 必享资源，甚至呵以相互排作，完成分币式电力监控任务。同时通过服务向系 统外部的e r p 、w e bs e r v e r 和其他应用系统提供接入解决方案。整个分布式系 统的分层式的体系结构如下： 幽4 - 3 分布式系统层体系结构 如图所示，根据电力监控系统的需求，并达到分布式监控的目的，整个分 布式系统可以被划分为几个层次。其中我们需要实现包括8 种服务和3 种模块。 网管服务、安全服务、实时数掘服务和持久数据服务是基础服务，其他服务在 这些服务上构筑，而所有的模块又在系统服务上实现。 f 图则给出了系统的分佰式对象椎架： 1 啊1 lh t 凡。跚i ，l 牛仃沦业 第四章基于中间件技术的电力监控管理系统的设计 图4 - 4 系统的分布式对象框架 下面对各服务和模块做简单介绍，后续章节将一一详细阐述。 1 2 1 服务 1 数据服务：分为实时数据服务和持久数据服务两部分。这两种服务提供 分布式实时数据库和分布式历史数据库，使得监控系统的信息可以轻松接入 e r p 或其他企业信息系统，实现劂内分句式对象之间的资源共享，面这时企业 信息系统只需加入数据服务代理即可， 实时数据服务：实时数据服务州来从系统实时数据库或监控变量索引表 中，检索并提供用户指定的实时数据。 持久数据服务：持久数据是指保存在系统数据库中的数据，和保存在工 程文件上的数据，同实时数据库中的实时数据概念相对。服务支持用户 通过服务规定的特定接口操纵数据库，包括对数据库的检索以及记录或 字段值的增、删、改等。 2 安全服务：提供对系统用户的安全认证、授权和鉴权，系统安全记录， 安全策略实施、管理等功能。分柿式电力监控系统中所有的子系统的用户登录、 操作等涉及安全性的问题的解决都由安全服务统一完成。 3 网管服务：提供网络管理功能，并封装c o r b a 的名字服务，实现了系 统f | ( j 命钇煅务，用r 监视系统q l 各r 系统的工作状况。 4 报警服务：挝供报警素材管理，警惰通知和报警信息管理功能。 5 时间同步服务：因为监控系统数据对时间敏感，所以我们将用时间同步 1 6 两北丁业大学硕t 学位论立第四章基于中间件技术的电力监控管理系统的设计 服务实现整个系统中的时间同步。t , 1 问同步服务采用g p s 时钟或时问服务器作 为时间标准的提供者，并在每个子系统上配置时间同步代理。 6 报表服务：按报表配置生成系统报表，例如历史数据的年报表、月报表 等，同时对报表模板进行管理。报表服务同样使得报表数据的获取、报表的整 理和生成对用户是透明的，用户只需向报表服务发送请求即可获取已处理好的 报表。 7 f _ l 志服务：收集整个系统的ii 志信息，并提供日志查询和删除操作。 8 数据备份服务：提供对指定数掂对象的转储和导入功能。 1 2 2 模块 1 s c a d a 模块：除了完成基本的与现场设备( 本文中有时也称为下位机) 的通讯和数据交互功能外，还具有分嘶，式对象接口，