（电工理论与新技术专业论文）基于网格技术的电力企业异构数据共享研究.pdf

声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于网格技术的电力企业异构数 据共享研究，是本文在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工 作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：她日期： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文； 同意学校可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 日 期：也? ：! ：! ! 日 期：竺z ：! ：竺 华北电力大学硕士学位论文 1 1 课题研究背景与意义 第一章绪论 随着计算机、通信技术的迅速发展和电力企业市场化改革的不断深入，电力企 业信息化管理水平也在不断地提高，并且取得了一系列成果。电力信息系统已成为 各电力企业的生产和管理离不开的有效工具，与此同时也进一步促进了电力工业的 持续发展。但电力信息化建设过程中，也暴露出诸多问题，其中一个值得关注的问 题就是“信息孤岛”问题 1 - 3 1 。通常一个电力集团公司通过各种方式控股几家甚至 十几家企业单位，这些子公司分布于各地。各子公司在信息化建设过程中，由于其 业务信息系统建设和实施的阶段性、技术性以及其它经济和人为因素等影响，导致 企业信息化建设中积累了大量的业务数据信息系统，其中不免一些功能重叠的系 统，它们构成了企业的异构数据源。这些系统的部署使企业陷入了“信息孤岛”的 困惑，其现状是： 一、数据存储分散。由于部署在电力企业中的信息系统种类繁多，数据呈现海 量化，有实时数据、历史数据、文本数据、多媒体数据等。这些数据存储分散，造 成数据资源难于统一访问和管理。 二、数据异构性严重。各业务系统采用的数据库系统都不同，信息编码、技术 规范不统一，数据格式不一致，造成信息资源难于共享和转换。 三、缺乏统一标准体系。目前电力行业尚未采用统一标准体系进行信息化，信 息系统之间集成度低、互联性差，业务不能协同开展。 四、数据利用率低。二十年的信息化建设积累了大量的基础数据，但从中能够 挖掘出的决策型数据不多，信息资源的增值作用不大。 五、受管理体制限制严重。电力企业垂直管理体系，报表层层上报，指令层层 下发，信息缺乏时效性；而且数据很多是文件格式，需要手工录入，出现大量重复 劳动。 在保障电力安全生产和企业现有信息系统实用功能的基础上，建立一个坚实的 i t 架构，实现企业资源共享，优化资源配置，提高管理效率和客户服务水平，这对 于电力企业具有重大的意义 2 1 。“信息孤岛”林立的现状最直接的结果是单位内部不 同的系统横向不能共享，单位与上下属单位纵向也无法实现共享。而这些信息系统 在企业的生产管理中发挥着不可替代的作用，因此不可能推倒重来，行之有效的办 法是在企业的现有基础设施之上最大限度地实现信息资源的整合。文献【3 】指出，信 华北电力大学硕士学位论文 息资源整合的目的就是采用最新信息技术和标准，实现现有和未来建设的应用系统 之间的信息互联互通、信息资源共享；实现数据的一处更新、多处使用；避免数据 的多头上报；保证数据的一致性、准确性、及时性、规范性和实效性。信息资源整 合范围很广，有操作系统平台整合、应用系统平台整合、数据资源整合等等，不同 层面的整合可以达到不同的效果。企业可根据本自身的实际情况选择不同程度的整 合方式。其中数据资源的整合是信息资源整合的根本，只有实现了数据资源层面的 整合才能实现真正意义上的资源共享和消除“信息孤岛”。本文研究电力系统中的 异构数据共享，换而言之，就是在数据资源层面上进行资源的整合。 1 2 国内外研究现状 研究电力系统异构数据共享是近年来颇为引人注目的个课题，这也得益于计 算机与网络领域涌现出的新兴技术，如x m l 语言、面向对象技术、w e b 服务技术等。 技术的发展和多样化，为解决异构信息共享难题提供的方法也多种多样，其最主要 的差别在于解决问题的效率、效果和代价不尽相同，下面列举了几种比较常见的技 术。 ( 1 ) 利用数据库编程技术【4 羽。如基于o d b c 或j d b c 驱动器的s y b a s ed x p 数据交 换平台、o r a c l e 和s q ls e v e r 数据库迁移等，这些技术都是对异构数据库之间进行 数据导换，实现数据库层面的连接、转换与传输。其中s y b a s ed x p 数据交换平台 具有较好的开放性，可满足各种网络状况下各类数据源及应用间的数据交换需求， 为各部门内及部门间的应用系统之间信息交互提供了一个集成化数据交换空间嘲。 ( 2 ) 采用w e b 服务的模式实现信息共享、资源统一管理【7 8 】。w e bs e r v i c e 是一个 自包含、自描述、模块化的应用程序标准机制，其应用可以通过w e b 发布，供客户 端动态发现和调用，可以执行从简单请求到复杂商务处理的多种功能。其特点是基 于标准的以及松耦合的，其目标是实现不同系统间跨平台、跨编程语言的交互性， 但w e b 服务技术更应适用于i n t e r n e t 标准基础上的分布式存储与计算。 ( 3 ) 基于c o r b a 中间件实现了多个异构电力信息系统的整合和信息交换，解决 各异构信息系统的跨平台难题 9 a o 】。它允许客户端调用网络上任意地方的对象，支 持对异构平台的访问，屏蔽了编程语言间的差异往，具备厂商无关性、平台无关性 和语言无关性。但是它采用的是专用的对象访问协议( i i o p ) ；对象之间紧密耦合， 个c o m 对象的代码改变，访问该对象的代码也要相应改变；缺乏一个开放的标准， 企业常常受到厂商的束缚。有人也称c o r b a 只是一个伪装的标准化努力。 ( 4 ) 引入新的电力企业信息化解决方案，能够有效的整合信息资源。比如引入 企业资产管理( e a m ) 系统、e r p 系统，这些系统是西方国家发明的，并在国外企业 中取得了极大的成功，非常适用于像电力企业这样资金和技术密集型的大型企业。 2 华北电力大学硕士学位论文 其中，e a m 以资产、设备台账为基础，以工作单的提交、审批、执行为主线，按照 缺陷处理、计划检修等几种可能模式，以提高维修效率、降低总体维修成本为目标， 将采购管理、库存管理、人力资源管理集成在一个数据充分共享的信息系统中。e r p 包含人力资源、财务管理、物流和供应链等模块，以优化企业人财物资源为核心的 管理系统。e a m 和e r p 两者集成于统一于一个平台更是最新发展趋势。这些系统已 在上海电力公司、浙江电力公司使用，华北电网公司也在开展中，预计2 0 0 7 年也 将上线。但是引入这些系统需要大量的财力、人力和物力，而且开发周期长，这使 得规模较小的企业望而却步。 ( 5 ) 采用最新的信息技术搭建通用平台，基本不改变原有应用系统，不进行二 次开发，依照统一数据标准实现各系统在通用平台上的数据共享和交换。这种方法 易于实现，实施较快，是较为有效的一种信息资源整合方法。例如，通用总线平台 采用符合国际标准的通用总线型结构，可将符合标准的系统集成在起。应用网格 技术进行资源整合具有安全性、异构性和通用性。通过网格体系的构建可形成一个 有机的结合体，降低资源共享难度，这可能是未来较为有效的一种信息资源共享解 决方案 1 1 - 1 s 】。随着网格技术的进一步普及和发展，网格在信息资源整合中的应用将 越来越广泛。 1 3 本选题研究内容 电力系统信息共享就是要实现电力数据的无缝透明访问，并以此为基础实现数 据在统一标准下的交换与共享。本文的思路是利用网格技术作为电力系统异构数据 共享的软件基础架构，以连接各类“信息孤岛”，并以电力系统公共信息模型作为 统一的数据交换格式，方便各系统之间数据交互、共享。 深入剖析网格技术内涵。网格以服务为中心，采用开放标准，允许跨异构平台 对数据资源进行一致地访问，提供本地或远程定位透明性，并且允许网格服务组合， 组合成更复杂的服务，实现网络虚拟环境上的资源共享和协周工作，以消除信息孤 岛。网格支持认证和授权、资源发现、数据传输、进程刨建和调度、。以及跨异构平 台的动态绑定。这些组件能够为对数据资源进行系统的访问和集成提供一致的基 础，为解决大规模、分布、异构数据资源的访问和集成提供平台支持。简要介绍了 公共信息模型c i m 及其相关技术，给出了c i m x m l 的创建方法。c i m 描述了电力系 统中的绝大多数对象实体，它用c i m x m l 语言作为载体规范电力系统数据和信息的 交换格式。 网格用j a v a 语言编程；c i m 用u m l 定义，瑚l 表述。通过研究j a v a 与x m l 语 言之间的联系、c i m 与x m l 之间的联系，可以确定网格技术能够很好地与公共信息 模型标准相结合。基于上述分析，本文给出了电力系统异构数据共享网格服务框架， 华北电力大学硕士学位论文 并且针对关系型数据厍格式的配电网模型数据，实现了数据访问网格服务和对数据 访问结果的公共信息模型封装。最后将本文方法应用到实际问题中，解决了数据交 互的一个难题。基于网格服务的抽象性和公共信息模型封装的标准性，能够为电力 企业异构数据共享提供一种灵活、动态和一致的共享机制。 1 4 论文组织 本文共分六章，各章节安排如下： 第一章介绍了本文研究的背景、国内外研究现状和本文研究的主要内容，给出 了论文的组织结构。 第二章介绍了本文涉及的相关技术基础，其中包括：可扩展标记语言蕊l 、j a v a 语言以及j a v a 对x m l 语言的支持、公共信息模型。研究以c i m x m l 作为异构数据 交互媒介的可行性和优越性，给出了c i m x m l 文档产生方法。 第三章通过对开放网格服务结构的剖析，分析网格技术的基本原理和区别于 w e bs e r v i c e 的优势所在。还深入剖析了开放网格服务结构下的数据访问与集成组 件o g s a d a i 的工作原理。 第四章首先给出了电力系统信息资源共享网格服务框架；针对关系型数据库格 式的配电网模型数据，实现了数据访问网格服务和对数据访问结果的公共信息模型 封装。 第五章简要介绍了在实际项目中利用本文方法实现了巡检系统与e a m 系统之间 数据传输、转换。 第六章对全文进行总结，并且展望了网格技术在电力行业中的应用前景。 4 华北电力大学硕士学位论文 第二章研究本课题的技术基础 2 1 可扩展标记语言x n i l 可扩展标记语言( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ，x m l ) 是w 3 c 制定的用于描 述数据文档中数据的组织和结构的语言。它定义了利用简单、易懂的标签对数据进 行标记，利用结构化的办法处理过去认为难以处理的非结构化的信息。x m l 已被广 泛接受为w e b 上表示和交换数据的新标准。采用x m l 作为异构数据交换的媒介，主 要是利用x m l 语言的以下三个显著特点： 、适合异构系统之间的信息交换。目前，不同的企业之间甚至企业内部的各 个部门之间，存在着许多不同的系统。系统之间又往往因其大相径庭的平台、数据 库、软件等，造成信息流通的困难。这些异构系统间可以方便地借助x m l 作为交流 媒介。各种类型的信息，不论文本的还是二进制的，都能用x m l 标注。 二、数据内容与显示处理分离。瑚l 强调数据本身的描述和数据内容的组织存 放结构，因此可被不同的使用者按照自身的需要从中提取相关数据，用于不同的目 的。x m l 文档是文本，任何能读文本文件的工具都能读x m l 文档。因此，用x m l 描 述的数据可以长期保存而不必担心无法识别。 三、自定义性和可扩展性。由于) ( m l 是一种元标记语言，它允许开发者和编写 者根据需要自定义元素。通过扩展，x m l 文档描述的数据信息不仅清晰可读，而且 对数据的搜索与定位更为精确。 x m l 作为一种元标记语言，可用来设计与特定专业领域有关的标记语言。每种 基于x m l 的标记语言都叫做x m l 的应用程序。每种x m l 应用程序有它自己的句法和 词汇表，这种句法和词汇表遵守x m l 的基本规则。例如，化学标记语言( c h e m i c a l m a r k u pl a n g u a g e ，c m l ) 是对传统管理化学数据方法最大的改善在于数据的检索， 使得复杂的分子数据可在w e b 上发送；数学标记语言( m a t h e m a t i c a lm a r k u p l a n g u a g e ，m a t h m l ) 是一种用于数学方程的x m l 应用；可伸缩的矢量图形( s c a l a b l e v e c t o rg r a p h i c s ，s v g ) 是用于描述二维图形的x m l 应用；人力资源标记语言( h u m a n r e s o u r c em a r k u pl a n g u a g e ，h r m l ) 是一种能够为描述工作职位空缺提供词汇表的 x m l 应用：本文后面讲到的c i m x m l 语言是一种作为电力系统数据交换格式的x m l 应用。 华北电力大学硕士学位论文 2 2j a v a 技术 j a v a 技术是在2 0 世纪业界出现的最重要的技术之一，它已是互联网上最流行 的编程语言之一，这种与平台无关的语言导致了编程世界的一场革命。j a v a 不但是 一种跨平台的通用编程语言，同时也是一种通用于各种计算机网络、特别是互联网 的技术。它的特点是简单、便于网上传输、对硬件环境依赖程度低等。自s u n 公司 开发出该语言以来，它已从一种编程语言演化为一个极具活力的计算平台，其平台 独立性给整个两络世界带来了巨大交革，为软件开发者提供了充分展示的舞台。尤 其值得一提的是其“一次编写，到处运行”的承诺使人们空前渴望实现在i n t e r n e t 上的统一数据交换，并让人们在这样的诱惑下为想象中的各种系统间的互操作能力 投入了巨大的人力和物力。j a v a 每天都在进步，从j a v a 手机、j a v ap d a 、j a v a w e b s t a r t 应用程序到j 2 e e 服务器运算等等，j a v aa p i 文档也在不断更新，其官方网 站还推出了中文版的a p i 。 2 2 1j a v a 与x m l j a v a 试图从统一计算平台的角度来实现互操作，但真正能够互操作的，只能是 标准和通用的数据描述语言它就是x m l 。事实上，j a v a 是x m l 理想的伙伴。 分开来讲，两种技术都很好，但都有各自的局限性。j a v a 要求开发者自行安排网络 数据格式及其表示格式，并要求使用类似j s p ( j a v a 服务器网页) 这样并不真正分 离内容层与表示层的技术。而x m l 只是元数据，如果脱离了类似解析器和x s l 处理 器这样的程序，也就没有用了。 j a v a 使浏览器工作时就像在通用的应用平台上，而平台与平台之间却是独立 的。但固定的标签( t a g ) 集合和h t m l 语义上的贫瘠使得j a v a 的应用受到了极大 的限制。在h t m l 中不同的语义无法表现，故数据元素中丰富的信息得不到一种统 一的表示。x m l 却能完全胜任这份工作。h t b i l 页面要依赖网络服务器上的c g i 脚本 来表现几乎每一个编程函数，这显然使服务器工作量太大。有了x m l 和j a v a 的结 合，更多的应用软件处理起来将不占用太多网络通信量。这使得网络更加快捷，客 户可以同时应用多个应用软件。这样，x m l 使得j a v a 真正有了用武之地。 编写j a v a 代码可以保证任何带有j a v a 虚拟机( j ) 的操作系统和硬件能运 行已编译过的解释代码。这一点增加了在可独立于系统的标准化数据层描述输入输 出的能力，并使数据真正成为可移植的。同时，这样的应用程序也将是完全可移植 的，并且使用相同标准和其他任何应用程序交流。j a v a 已经提供了一套强大的a p i 、 解析器、发布框架以及供x m l 使用的其他编程工具，保证这两门技术能有效地结合 到一起。x m l 和j a v a 技术有许多互补的特性，两者的结合将形成一个强大的数据共 6 华北电力大学硕士学位论文 享和处理的平台。一方面，x m l 能以一种开放而中立的方式定义数据和文档，当然 还需要开发那些能处理这些数据或文档的应用；另一方面，j a v a 平台提供了一个统 一的计算环境，特别的是可移植的j a v a 代码能通过网络下载到任何一个j 上。 而且x m l 与j a v a 技术的结合基于它们固有的协作性，因此当j a v a 和x m l 结合使用 时，完全可以弥补现在应用程序发展蓝图中的不足。 s u n 公司已经公布了几套j a v a 的x m la p i 规格，并且已经合并在最新的1 5 版 本的标准j d k 中。所以在j a v a 程序中可以完全处理x m l 文件。j a v a 这个跨平台的 开发环境，加上x m l 这个跨平台的数据格式，如虎添翼地结合成了一个最佳的跨平 台解决方案。正如j a v a 带来了一种完全可移植的编程语言一样，x m l 带来了一种完 全可移植的数据格式。实际上，正是因为有了x m l ，j a v a 的目标才得以实现。s u n 公司甚至提出了“j a v a + x m l = 可移植代码+ 可移植数据”的口号。 2 2 2j 2 e e 技术 j 2 e e ( j a v a 2p l a t f o r me n t e r p r i s ee d i t i o n ) 是s u n 公司推出的一个开发分布 式企业级应用的规范。从一开始起，j 2 e e 就被设计成具有可扩展性的、面向电子商 务应用的系统平台。它提供了基于组件的、以服务器为中心的多层应用体系结构， 支持组件重用，程序的可移植性强，一次编写可多次应用，极大地简化了开发、配 置和维护的过程。 j 2 e e 平台是运行j 2 e e 应用的标准环境。它由j 2 e e 部署规范( 一套所有j 2 e e 平台产品都必须支持的标准) 、i e t f 标准集和c o r b a 标准组成。最新的j 2 e e 平台还 添加了j a v a b e a n 组件模型。开发人员可以利用j a v a b e a n 组件模型来自定义j a v a 类实例，并可通过已定义的事件访问j a v a 类。下面对j 2 e e 中的7 种技术规范进行 简单的接述。 j d b c ( j a v ad a t a b a s ec o n n e c t i v i t y ) ：j d b ca p i 为访问不同的数据库提供了 一种统一的途径，像o d b c 一样，j d b c 对开发者屏蔽了一些细节问题，另外， j d c b 对数据库的访问也具有平台无关性。 j n d i ( j a v an a m ea n dd i r e c t o r yi n t e r f a c e ) ： j n d ia p i 被用于执行名字和目 录服务。它提供了一致的模型来存取和操作企业级的资源如d n s 和l d a p ，本地文件 系统，或应用服务器中的对象。 e j b ( e n t e r p r i s ej a v a b e a n ) ：j 2 e e 技术之所以赢得媒体广泛重视的原因之一 就是e j b 。它们提供了一个框架来开发和实施分布式商务逻辑，由此很显著地简化 了具有可伸缩性和高度复杂的企业级应用的开发。e j b 规范定义了e j b 组件在何时 如何与它们的容器进行交互作用。容器负责提供公用的服务，例如目录服务、事务 管理、安全性、资源缓冲池以及容错性。但这里值得注意的是，e j b 并不是实现j 2 e e 7 华北电力大学硕士学位论文 的唯一途径。正是由于j 2 e e 的开放性，使得有的厂商能够以一种和e j b 平行的方 式来达到同样的目的。 r m i ( r e m o t em e t h o di n v o k e ) ：正如其名字所表示的那样，跚i 协议调用远程对 象上方法。它使用了序列化方式在客户端和服务器端传递数据。r m i 是一种被e j b 使用的更底层的协议。 j a v ai d l c o r b a ：在j a v ai d l 的支持下，开发人员可以将j a v a 和c o r b a 集成 在一起。他们可以创建j a v a 对象并使之可在c o r b ao r b 中展开，或者他们还可以 创建j a v a 类，并作为和其它o r b 一起展开的c o r b a 对象的客户。后一种方法提供 了另外一种途径，通过它j a v a 可以被用于将你的新的应用和旧的系统相集成。 j s p ( 2 a v as e r v e rp a g e s ) ：j s p 页面由h t m l 代码和嵌入其中的j a v a 代码所组 成。服务器在页面被客户端所请求以后对这些j a v a 代码进行处理，然后将生成的 邯m l 页面返回给客户端的浏览器。 j a v as e r v l e t ：s e r v l e t 是一种小型的j a v a 程序，它扩展了w e b 服务器的功 能。作为一种服务器端的应用，当被请求时开始执行，这和c g ip e r l 脚本很相似。 s e r v l e t 提供的功能大多与j s p 类似，不过实现的方式不同。j s p 通常是大多数h t m l 代码中嵌入少量的j a v a 代码，而s e r v l e t s 全部由j a v a 写成并且生成h t m l 。 2 3 简单对象访问协议s o a p 简单对象访问协议( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c o l ，s o a p ) 是为了解决由于 用传统方式提供w e b 服务所产生的问题而提出的。它有助于实现大量异构程序和平 台之间的互操作，从而使存在的应用能够广泛地被用户所访问。它结合了现有协议 的成熟性和x m l 的灵活性和扩展性的特点，在能处理h t t p 协议和x m l 文档的异构 应用系统阆进行通信和互操作。s o a p 消息是一种从一个发送者到一个接受者的单向 传输，消息经常结合起来实现请求响应通信，所有的s o a p 消息都是x m l 文档，如 图2 1 所示。 请求消息 回应消息 图2 - 1 请求响应清惠交换模式 s 华北电力大学硕士学位论文 s o a p 规范由以下四部分组成： ( 1 ) s o a pe n v e l o p ( s o a p 信封) ( 2 ) s o a pe n c o d i n gr u l e s ( s o a p 编码规则) ( 3 ) s o a pr p cr e p r e s e n t a t i o n ( s o a pr p c 表示) ( 4 ) s 0 a pb i n d i n g ( s o a p 绑定) s o a p 消息作为一个x m l 文档，由三个部分组成：s o a p 封装、s o a p 头信息和s o a p 主体。封装作为文档的根元素，定义了s o a p 消息的内容。头信息是可选的，用于 为s o a p 消息添加特征，可用来实现认证，路由等。而主体是强制信息部分，承载 传输的数据。s o a p 协议中的响应流程：客户端的封包，数据包传递，服务端解包及 服务程序定位，服务程序的运行及结果返回，客户端解析获得的结果。在s o a p 的 具体实现过程中，w e b 服务器实现内部服务的对外发布、将外部对服务的请求转发 到具体的内部服务：在这一过程中埘l 消除了客户端和服务器之间的差异。 2 4 统一建模语言u m l 髓着软件系统复杂程度的提高，对好的建模语言的需求也越来越迫切，众多面 向对象建模语言就是应这样的需求而生。统一建模语言u m l 融合了多种优秀的面向 对象建模方法，以及多种得到认可的软件工程方法，消除了因方法林立且相互独立 带来的种种不便。它通过统一的表示法，使不同知识背景的领域专家、系统分析和 开发人员以及用户可以方便地交流【1 6 1 。o m g ( 对象管理组织) 采纳它为标准建模语 言，进一步将它推向事实上的工业标准的地位，目前被i s o ( 国际标准化组织) 接受。 作为一种建模语言，u m l 的定义包括u i d l 语义和u m l 表示法两个部分。( 1 ) u m l 语义：描述基于u m l 的精确元模型定义。元模型为u m l 的所有元素在语法和语义上 提供了简单、一致、通用的定义性说明，使开发者能在语义上取得一致，消除了因 人而异的最佳表达方法所造成的影响。此外u m l 还支持对元模型的扩展定义。( 2 ) u m l 表示法：定义u m l 符号的表示法，为开发者或开发工具使用这些图形符号和文 本语法为系统建模提供了标准。这些图形符号和文字所表达的是应用级的模型，在 语义上它是u m l 元模型的实例。 标准建模语言u m l 的重要内容由五种类图、九种图形来定义。其中很重要的一 种是静态图( s t a t i cd i a g r a m ) ，它包括类图、对象图和包图。类图描述了系统中类 的静态结构，不仅定义系统中的类，表示类之间的联系如关联、依赖、聚合等，也 包括类的内部结构( 类的属性和操作) 。类图描述的是一种静态关系，在系统的整个 生命周期都是有效的。对象图是类图的实例，几乎使用与类图完全相同的标识。他 们的不同点在于对象图显示类的多个对象实例，而不是实际的类。一个对象图是类 9 华北电力大学硕士学位论文 图的一个实例。由于对象存在生命周期，因此对象图只能在系统某一时间段存在。 包图用于描述系统的分层结构。 2 5 公共信息模型c lm 2 5 1c i m 规范概述 电力企业信息系统发展迄今已经形成了e m s 、调度生产管理、电费计量、配电 网自动化等各式各样的系统，这些系统是根据实际生产和管理的需要而提出来的， 包含了电力企业大部分的信息资源。 ( a ) ( b ) 图2 - 2 两种系统互联方式 华北电力大学硕士学位论文 但这些信息资源独有的数据格式等异构性因素，使得每两个系统之间进行数据 传递需要分别在两个系统之间开发针对对方数据格式的接口，如图2 2 ( a ) 所示。n 个系统所需要的接口转换数量为n ( n 一1 ) 2 ，如此多的系统接口将非常密集，管 理、升级也非常困难。一旦新系统投运，则需要添加的接口数将成几何增长。如果 引入一套电力系统数据描述标准和数据交换规范，每个系统只需要针对标准数据格 式实现和管理一个接口，那么n 个系统所需要的接口转换程序数量为n 个，整个环 境将变得非常简单，易于管理和维护，如图2 - 2 ( b ) 所示。 国际电工委员会( i e c ) 为了解决电力系统中多个应用不依赖于信息的内部表 述而实现数据交换和互操作，制定了i e c 6 1 9 7 0 和i e c 6 1 9 6 8 系列标准，它们分别描 述了能量管理系统和配电管理系统的应用程序接口。两个系列标准共同定义了一种 电力系统公共模型( c o m m o ni n f o r m a t i o nm o d e l ，c i m ) 【1 7 】，以此定义电力系统模型 交换的数据标准。该标准对业界影响很大，获得了各国电力企业和开发商的积极支 持，被认为具有里程碑意义。为了促进标准的实施和产品化，美国组织了6 次c i m 互操作实验【1 3 】，我国组织了5 次c i m 互操作实验【1 9 ，2 们，积累了丰富的经验和一些初 期产品。 2 5 2c l m 与u m l c i m 文档包括了c i m 规范和c i m 模式两个部分。前者定义了语法、表示方法、 受管对象格式、命名机制、元模式等技术。后者是一些类及其相互之间的关系的集 合，提供了一个易于理解的抽象框架，使得设计人员能够在这个框架中把有效的信 息组织起来。 u m l 的目标是以面向对象图的方式来描述任何类型的系统，具有很宽的应用领 域。c i m 作为一种面向对象的信息模型，正是考虑到u m l 丰富的模型图和逐步演进 的国际标准化，所以采用了统一建模语言u m l 的标记。设计人员可以进行面向对象 的可视化建模，可以定义类、类的属性和方法、以及它们之间的各种关系。通过 c i m u m l 类图，不仅可以描述系统中各种受管对象，还可以描述它们之间的各种静 态关系。其中有三种主要的静态关系：( 1 ) 关联( a s s o c i a t i o n s ) ，使用关联来描述 各种对象之间的关系( 如连接关系，依赖关系) ；( 2 ) 泛化和子类型( g e n e r a l i z a t i o n a n ds u b t y p e s ) ，也就是继承关系。例如断路器属于一种电力设备；( 3 ) 聚集 ( a g g r e g a t i o n ) ，它是一种特殊的关联关系，例如线圈是变压器的一部分。 c i m 定义了电力系统的绝大多数对象实体，形成了一个完整、通用的电力系统 模型。它被定义成各种逻辑包，每一个包包含一个或多个类图，包的一般意义是将 相关模型元件分组的方法，没有具体的语义意义，包的选择是为了使模型更易于设 计、理解和查看。还应该注意到，定义c i m 是为了方便数据交换。c i m 实体除了缺 华北电力大学硕士学位论文 省地生成、删除、更新和读出外，没有其它行为。为了使c i m 尽可能地通用，非常 希望对于特定的应用，c i m 应易于配置。一般来说，改变属性的值或域比改变类定 义更为容易。这些原则暗示c i m 应当避免定义太多的具体子类型的类。相反，c i m 定义了很多通用类，由属性给定类型名，然后应用可以根据需要，用此信息去实例 化具体的对象类型。应用可能需要其他信息去定义有效类型与关系的集合。类具有 描述对象特性的属性，c i m 中的每一个类包含描述和识别该类的具体实例的属性。 就c i m 类之间的关系而言，主要存在三种关系：泛化关系、简单关联关系和聚合关 联关系。而在关联关系中，有可能存在一对一、一对多或多对一、多对多等关联形 式。图2 - 3 展示了c i m 各包以及它们之间的关系。 臼鼯自 日：，魍曰 自自自 自臼圈自 图2 - 3c i m 模型包 域( d o m a i n ) 包与核心包( c o r e ) 是c i m 中最基本的两个包。在域包中定义了大 量的基本数据类型，包括枚举类型、实数类型、整数类型、字符窜类型和其他类型。 其它包中的类型均取自该包。核心包包含了所有电力系统中大多数应用都会使用到 的核心对象，几乎其它的每个包都要间接或直接依赖于这个包，比如继承体系中非 基础的命名类( n a m i n g ) 、电力系统资源类( p o w e r s y s t e m r e s o u r c e ) 、变电站类 ( s u b s t a t i o n ) 等等。c i m 的基础类是电力系统资源( p o w e r s y s t e m r e s o u r c e ) 类，它表 达一个电力系统一般的组件意义。在概念上，一个电力系统资源可以是一个设备( 例 如开关) ，也可以是包含设备的区域( 例如变电所) 。在类的设计上，就是这些设备 1 2 华北电力大学硕士学位论文 和包含设备的区域从电力系统资源类继承。另外，在这个包里，端点( t e r m i n a l ) 类 也是一个非常重要的类。每个传导设备包括若干个端点。这些端点表示了这些传导 设备空间上的连接信息。在整个c i m 中，有两个内容层次：一个就是以电力系统资 源类为中心，关注这些资源的本身的参数( 例如电容的电导和电纳) 、关联的参数( 例 如开关一端的电流) 和所属关系，另一个是以端点类为中心，建立了传导设备的连 接关系，从而形成了拓扑。 拓扑包( t o p o l o g y ) 是核心包的扩展，它与端点( t e r m i n a l ) 类、联结点 ( c o n n e c t i v i t y n o d e ) 类共同建立连接模型。另外，它还建立了拓扑( t o p o l o g y ) 的模 型，拓扑是设备怎样通过闭合开关连接在一起的逻辑定义。拓扑的定义与其它的电 气特性无关。 线包( w i r e s ) 又是核心包和拓扑包的扩展，它建立了输电( t r a n s m i s s i o n ) 和配 电( d i s t r i b u t i o n ) 网络的电气特性的信息模型。这个包用于网络应用，例如状态估 计，潮流及最优潮流。 停运包( o u t a g e ) 是核心包和线包的扩展，它建立了当前及计划网络结构的信息 模型。这些实体在典型的网络应用中是可选的。 保护包( p r o t e c t i o n ) 这个包也是核心包和线包的扩展，它建立了保护设备， 例如继电器的信息模型。这些实体用于培训模拟和配电网故障定位应用。 2 5 3c i m 与x m l c i w 只是一套数据模型，它既未定义模型数据库的规范，也未定义数据交换的 格式，还不能用于数据交互，还需要有一种载体语言来实现。x w l 的交换数据方面 的优越性，使得c i m 以x m l 作为载体和表示方法的成为必然【2 1 1 。基于c i m 模型的x m l 定义被称为c i m 瑚l 语言，它是c i m 、r d fs c h e m a 、r d f 语法的综合。c i w x m l 的一 个重要的特点是提供了对表的元数据的描述定义，不仅仅包括表数据，而且还包括 描述这些表数据的元数据。元数据包括对表自身的描述和对表中各属性列的描述， 在对属性列的描述中还引入了描述列的统一内容描述符，使得计算机和人都可以理 解每一列数据的具体意义，以及被其他应用所识别。c i m x m l 增强了电力系统中的 数据交换能力，许多电力系统分析软件和应用软件能够从c i m ) ( f l 中读取所需数据， 实际上，它已成为电力系统信息交互的公共语言。 表2 一l 是一个部分c i m x m l 文档，它描述了一个叫做“e a s t ”的变电站 ( s u b s t a t i o n ) ，这个变电站属于一个叫“b p a ”的公司，包含了一个由“a d m i r a b l e e l e c t r i c ”厂家生产的断路器，这个断路器的又是处于断开状态的。其中每个资源 都有一个唯一的i d 。从文档结构上看，断路器元素( e l e m e n t ) 内嵌于变电站元素 ( e l e m e n t ) 之中；公司元素( e l e m e n t ) 则变电站元素( e l e m e n t ) 分离，两者通 1 3 华北电力大学硕士学位论文 过i d 相关联。从文档的表述看，每个标签( t a g ) 都被赋予“c i m ”命名空间，这 表示文档中的这些标签已在c i mr d fs c h e m a 中定义。 表2 1 一个c i m 捌l 文档原型 2 。5 4 公共信息模型资源描述框架 资源描述框架( r e s o u r c ed e s c r i p t i o nf r a m e w o r k ，r d f ) 是一种通用的元数 据结构，是描述数据的保存、分布、产生、使用等情况的】【m l 应用。r d f 以数据为 中心，为交换机器可读信息的应用程序提供一种交互性。资源描述框架r d f 分为模 型和语法( r d fm o d e l 和s y n t a x ) 以及r d f 模式( r d fs c h e m a ) ，是x m l 的一种应用。 为了实现运用程序或系统之间的数据交换，将采用x m l 来实现电力系统中各种对象 的描述，这就需要一个描述的模式s c h e m a ，也就是所说的c i mr d fs c h e m a 【2 2 】，同 时这个模式要与c i m 的u m l 定义相匹配，这就需要一个从u m l 模型生成一个s c h e m a 的规则。对于除域包( d o m a i n ) 外的其它包产生s c h e m a 的具体算法如下： 1 、对于该包中的每个类，s c h e m a 格式如下表2 2 表2 2 类s c h e m a r d f s ：c l a s sr d f 1 d = ”c l a s sn a m e ” c l a s s n a m e ”c l a s s d o c u m e n t a t i o n 。 ”c l a s s s t e r e o t y p e ” 1 4 华北电力大学硕士学位论文 2 、对于类的每个属性，s c h e m a 格式如下表2 3 表2 3 属性s c h e m a a t t r i b u t e n a m e r d f s ：d o m a i nr d f ：r e s o u r c e = ”# c l a s s n a m e ”胁 ”a t t r i b u t e d o e u m e n t a t i o n ” 3 、对于类的每个角色名( r o l e n a m e ) ，s c h e m a 格式如下表2 ，4 表2 4 角色s c h e m a r o l e n a m e r d f s ：d o m a i nr d f ：r e s o u r e e = ”# c l a s s n a m e “序 r d f s ：r a n g er d f ：r e s o u r c e = ”群r o l e t o c l a s s n a m e ”卢 2 5 5 关于c l m 的几点理解 c i m 不是数据库，而仅仅是一套描述电力系统设备的数据模型。 c i m 可以满足电力系统控制中心大部分应用的需要，但对于某些应用，只需要 使用其中的一部分。例如，为了能够在安全协调机构( s e c u r i t yc o o r d i n a t o r s ) 之 间能够交换用于状态估计、潮流分析和故障分析的电力系统模型数据，n e r c 数据 交换组织定义了一个c i m 子集；c p s m ( c o m m o np o w e rs y s t e mm o d e l ) ，只包含8 个包，7 5 个类，其中d o m a i n 包有3 5 个类，其余7 个包共有4 0 个类。这是对c i m 模型进行裁剪的一个典型例子。 c i m 可自行扩展。虽然c i m 覆盖了电力系统的大部分领域，但电力系统会出现 新的设备、新的装置，就算原有的设备也会发生变化。这就要求c i m 模型扩展，通 过增加新的类、属性或关联，以携带新的信息。比如，在“a c l i n e s e g m e n t ”对象 并没有“w i r e a r r a n g e m e n t ”属性，本文在“a c l i n e s e g m e n t ”对象中增加了该属性， 以描述线路的相别情况。 遵从c i m 标准意味着公用接口的数据表示符合c i m 三方面要求：语义( 命名和 数据的意义) ，词法( 数据类型) ，关系( 与c i m 其它部分的关系) 。但是，遵从c i m 1 5 华北电力大学硕士学位论文 并不意味着数据库的结构与c i m 的类图完全一样，也不意味着支持c i m 的所有方面。 本文在实现配电网数据访问过程中并没有采用i e c 6 1 9 7 0 定义的c i s 接口规范1 2 3 1 ， 但是数据的表示完全符合上述三个要求。 2 6 小结 用j a v a 语言编写的程序可以在任何带有j a v a 虚拟机的操作系统平台上运行。 x m l 作为一种元标记语言，利用结构化的办法处理非结构化的信息，被广泛接受为 数据交换的新标准。j a v a 和x m l 有许多互补的特性以及j a v a 提供的对x m l 有力支 持，使得两者的结合形成了一个强大的数据共享和处理的平台。c i m 利用面向对象 的建模工具u m l 对电力系统设备进行抽象建模，结合x m l 来描述复杂的电力系统数 据，并以此作为电力系统中的数据交换媒介。许多电力系统分析软件和应用软件都 能够从可读性很强c i m 】( m l 中读取所需数据，它已发展成为电力系统信息交互的公 共语言。 1 6 华北电力大学硕士学位论文 第三章网格技术 在2 0 0 5 年网格国际研讨会上，“网格”一词被频繁地与“信息化”一同提起。 可以说，网格计算在经历了科学研究及概念宣传的酝酿期之后，终于破壳而出，迈 出了它应用商业化的第一步一信息化建设【2 4 1 。 3 1 网格技术简介 网格是一个集成的计算与资源环境，或者说是一个计算资源池。它能够充分吸 纳各种计算资源，并将它们转化成一种随处可得的、可靠的、标准的同时还是经济 的计算能力【2 5 】。网格技术涉及的范围很广，无论是狭义的网格还是广义的网格，其 目的是把互联网上分散在不同地理位置的电脑组织成一个“虚拟的超级计算机”口6 】， 实现计算资源、存储资