能源管理平台EMS概要设计说明书

能源管理平台EMSV1.3

概要设计说明书

目录

1弓।言......................................................................6

1.1编写目的................................................................6

1.2项目背景................................................................6

1.3定义....................................................................7

1.4参考资料................................................................7

2任务概述..................................................................7

2.1目标.....................................................................7

2.2运行环境................................................................7

2.3需求概述................................................................8

2.3.1功能需求........................................................8

2.3.2数据容量需求....................................................9

2.3.3性能及其他......................................................9

2.4条件与限制.............................................................10

3总体设计.................................................................10

3.1设计原则...............................................................10

3.2总体结构...............................................................12

3.3总体方案...............................................................12

3.4模块功能...............................................................13

3.4.1平台配置相关（林）.............................

3.4.2平台权限.......................................

3.4.3平台日志.......................................................13

3.4.4告警相美业务（陈安靖、郭健、工文杰）..........

7.1.1采集数据缺失或异常............................................24

7.1.2网关通信中断...................................................25

7.1.3网关软硬件异常.................................................25

7.1.4服务器软硬件故障..............................................25

7.1.5数据访问和存储能力............................................26

7.2容错处理对策...........................................................26

7.2.1通信心跳与链路保持............................................26

7.2.2看门狗服务.....................................................26

7.2.3数据缓存与重传修复............................................27

8安全保密设计............................27

8.1网关通信...............................................................27

8.2开放服务接口...........................................................27

9维护设计.........27

9.1日志平台...............................................

9.2数据库备份.............................................................27

9.3软件产晶安装和自动升级................................................28

9.4运行监测与报警.........................................................28

1引言

1.1编写目的

本文档是在“能源管理平台EMSVI.3”需求规格说明的基础上，进行详细

需求分解和技术应对后得出的概要设计说明书，旨在明确目标平台的总体结构、

接口形式、数据模型，以及重要业务流程和对象的设计，并明确需求用例的各个

功能点在架构中的体现，为后续的详细设计、编码实现以及产品测试等工作提供

指导性规范。

本文档预期读者包括：

（1）技术营销人员、行业线解决方案设计人员、产品经理等需求侧的相关

人员，用于明确和追踪软件产品需求的实现程度，验证需求实现中的正确性和完

整性。

（2）项目经理、平台工程师、研发工程师笔研发侧的相关人员，用于理解

软件平台组成、模块接口、数据模型以及整体技术要求，为后续详细设计和平台

开发提供基础和依据；

（3）测试工程师和品质管理人员，用于理解软件平台边界、组成和模块关

系，确定测试方案和测试计划，进行软件质量管理。

L2项目背景

拟开发平台名称：本文档规范的软件平台是南京能源管理平台V1.3,本项

目简称EMSV1.3平台

项目提出者：南京

项目开发者：南京研发中心

本项目重点提供实现能耗监测、配电、智能照明、计费平台为一体的能源管

理平台平台。同时对现有的L2平台，进行整体业务框架和平台运行配置上深度

优化。

L3定义

名词/缩略语英文中文含义

1.4参考费料

1、本项目的经核准的计划任务书或合同、上级机关的批文；

(1)《EMSV1.30-开发任务书》

(2)《EMSV1.3能源管理软件V1.3需求规格说明书》

2、属于本项目的其他已发表的文件

暂无。

3、其他参考的文件、资料和标准

无

2任务概述

2.1目标

公司基于“平台战略”提出了能源管理平台软件平台，目标是建立一个高度

开放的，可扩展的，集配电、能耗监测、用能计费、智能照明为一体的综合性平

台，即能源管理平台平台。在整体战略的驱动下，EMSVI.3平台研发的目标定

位是将现有的能耗监测、配电、智能照明、用能计费各个子平台合为一体，可分

可合，同时将现有的LX的底层架构设计的更合理和稳定以及对现有平台的配置

进行优化。

2・2运行环境

本小节规定本项目开发和目标平台，以及测试部署使用的软硬件运行环境。

本项目部分软硬件产品具备平台移植能力，通过微调和重新编译可适应新的软硬

件平台。

序号子平台设备要求

1前置通讯硬件低功耗工控机,ARM9处理器及以匕内存不低于64M,外存空间不低于512M,

百兆网卡，485串口4-10口，具备硬件看门狗。软件支持重编译移植到

PowerPC平台。

2操作平台嵌入式Linux

3数据库主流嵌入式数据库，如Sqlite

4Web平台和j牛服务器2台（数据库服务器、应用程序服务器〉，内存不低于4G,外存空间

9000平台不低于500G（不包括数据存储空间），百3V千兆网卡

5操作平台WindowsServer2008及以上版本32位服务器版

6数据库关系数据库平台SqlServer2OO3及以上版本

2.3需求概述

2.3.1功能需求

本项目设计研发的EMSV1.3平台功能需求概述见图，其中可分为三个层次:

1、数据加工底层模块优化

考虑到EMSVI.2平台在现场项目高并发的极端场景下，数据入库会出现延

迟和锁表的故障。本平台在此次的开发任务中将对现有的平台进行优化，新增消

息总线的机制，保证平台在数据加工业务模块的稳定。

2、所有子平台的双限和配置整合

分析现有的能耗监测子平台、照明子平台、配电子平台、用能计费子平台。

将现有的几个子平台全部以B/S的方式集成为一体，将其中的用户和权限进行统

一的规划设计，完成权限的整合。

对现有各个子平台中的配置进行梳理，整理出通用必须的配置和各个模块的

特定的业务配置。通过场景的方式对配置业务模块进行统一的规划和设计。

3、基础业务功能的实现

完成EMSVI.3需求说明书中的功能需求。

能耗监制部分用处计翕部分配电部分

01能就分析01计我眯竽01电力于殊统

02能於对比02开户情户

03能程序名

04能效分析

05关联分析对,耀，及算法

01设备横生

01短02区域模里

信、Ml03罐薛分类分项

件推送模型

服务M用解计费租户

02平台快型

物Red।5

消息典

务中间

件016苻的测算法

03Web庄

的R”diM02业务告警苒法

通用爆

存印网

ft座

雯04散出修•算法

数

去

支

TSSNVM8C0平台IIS・E8处理平台

律

后

技

恋

NTS-^OO存

平台女时比Redi%货存再

D6：Sql$erver2OO8储

展

图1EMSV1.3功能需求模型

2.3.2数据容量需求

平台数据容量计算：

数据采样周期：支持最小数据采集周期为5分钟，上层应用提供的时间周期

可选10分钟、15分钟、20分钟、30分钟、1小时、天、月、年。

本平台的业务规模，最大设计支持的采集点数量为100,000,支持主备处理

和分布式扩展，保留向更高容量扩展的能力。

2.3.3性能及其他

本项目设计研发的EMSVI.3平台对应的关键性能及其他方面的需求如"

（1）安全可靠千兆接入网络，支持大规模并发数据流量接入；

（2）对主要数据和功能进行安全隔离；

（3）具备统一的运行监管功能，对主要模块的运行状态进行统一监管，要

求具有良好的运行监测、负载监控管理、流量监控、故障分析和故障恢复能力;

（4）智慧运维，整体方案中数据处理协议和关键业务数据算法模块支持升

级替换，利于第三方接入和投资保护;

（5）数据安全保界，支持安全加密，完善的数据备份和容灾备份方案。

更加详细的功能需求，性能需求以及其他需求参见本项目的需求规格说明

书。

2.4条件与限制

本文档仅针对EMSV1.3平台的需求开发，本文档中的“本平台”一词通指

EMSV1.3平台。

开发时间要求为2015.03-2015.7,即在2015年7月31日前完成规定任务的

设计、研发和测试第一轮工作。

3总体设计

3.1设计原则

由于EMSV1.3的目标是能建立一个基础的稳定的综合的能源管理信息化平

台，并依托这个平台逐步完善相应的各个应用平台的融合，因此是一个规模庞大、

结构复杂、信息量大的综合信息平台建设，在展开本项目时，一定要在设计规划

阶段进行细致认真的工作，确定平台建设的终极目标和当前目标，这样才能保证

平台建设的顺利进行和规避不必要的风险。

以下是在平台建设过程中所需要遵循的一些原则。

3.1.1阶段性

考虑到EMS平台建设是一项复杂的工程，因此平台建设可以分成多个阶

段来逐步实现。基于之前的EMS平台已经有一定的架构积累，在此次开发的阶段

重点需要梳理一下之前版本中架构上存在的设计不足之处，并加以改善和解决。

以达到此版本开发后能够确定EMS平台建设的整体架构和技术选型更加的合理

和稳定，并在此基础上构建平台平台框架以及开发当前最迫切需要的业务平台。

随着时间的推移及企业的发展，逐渐开发新的业务平台，并将业务平台集成到平

台平台框架中去，从而最终实现一个可靠、可扩展、可互连的平台。

3.1.2先进性

作为支撑EMS能源管理业务的综合性信息平台，除了必须满足当前的应

用要求外，在整套平台的设计过程中，还必须强调先进性。保证平台未来的生命

力，适应与新的技术的接入和融合，为将来接入2.X平台预留技术对接的可能。

3.1.3成熟性

作为一套庞大而复杂的应用平台建设，如何降低平台的实施风险，避免

出现建设失败是在平台分析阶段所必须关注的重要环节.。而平台平台和使用技术

是否成熟，往往会直接影响到信息化建设的结果。

3.1.4实用性

为确保市场需求投资的有效性和平台的实用性，因此我们需要选择合适

的技术和产品，使整个平台达到最高的性价比性能，并尽量简化用户的操作步骤,

使平台容易被使用。

3.1.5可扩展性

我们在前面提到整个平台结构的重要性，其中十分重要的一点就在于整

套平台应该具有可扩展性。平台可扩展性的程度，直接影响到平台的生命周期。

3.1.6稳定性

整个平台如果不稳定，那么这个平台将无任何实用性价值，所以平台的

稳定是平台的命脉所在。

3.2总体结构

业务展现层

系统配

日志/告警数据处理/分析

平台处理层—>

规约转换异常检测

数据采集层数据采集器OPC接入其它系统接入

平台采用三层C/S或B/S架构，其中数据采集层的功能是通过各个数据采

集器、OPC服务器、其它平台将底层各种物理设备、传感器、其它平台数据接入,

通过企业内部传输协议将数据统一上传给平台处理层。平台处理层的功能为，收

到采集设备数据，经过规约转换，数据进入实时库，提供告警、数据修复、二次

采样入库、数据基础分析功能，并将分析、处理之后的数据录入历史数据库。业

务展现层的功能为，从平台侧实时库和历史库获取相关信息，支持配电、能管、

照明、计费、环境监控、设备运维等业务功能，为用户提供专业服务。

3.3总体方案

整个平台由前置机、主备模式、数据库服务器、WEB只读数据库、防火

墙（如果有的话）组成。对于前置上送的实时数据、断点数据，后台服务器保存

到历史采样表中，历史服务程序定时对数据进行异常判断、对数据进行修复，由

MSSQL自带的同步功能（SQL2005或以上版本）把历史采样数据同步到WEB

数据库（只读）中，以便在中间加入防火墙进行隔离。当B/S客户端有数据修改

时，通过WebService服务把数据写入后台数据库中。

数据库服务器中的数据采用配置数据、历史采样数据分文件的方式，减

少对某个磁盘I/O的频繁访问；由于历史采样数据、加工后的数据量较大，采用

分区表的方式，提高查询效率。

3.4模块功能

3.4.1平台日志

3.4.1.1需求目标

日志记录组件负责平台运行期间，记录平台运行和用户操作业务以及平台运

行的异常日志。考虑到日志组件的复用性，项目中大数据量操作和业务操作的复

杂性，要求日志组件具有以下特点：

1.业务日志记录、输出和查询;

2.所输出的日志应该从业务、运行和异常三个大维度进行分类。其中业务

日志分类需要细化到模块级，异常日志需要分为错误（程序运行错误）和告警（因

为配置的问题产生），以支持更加灵活的日志分类检索；

3.模板个性化：业务日志的输出内容格式需要根据业务功能的关注点进行

模板化的定制；

4.支持多线程；业务日志组件会在多线程环境中使用，需要确保线程安全

性；

5.稳定性：业务日志组件必须保持高度的稳定性，不能因为组件内部错误

导致业务代码的崩溃；

6.高性能：业务日志组件需要提供高速的日志记录功能以应对大请求流量

下业务平台的正常运转；

7.松耦合：业务日志组件需要在多个开发语言的业务平台中调用，故需要

设计以SOA的方式进行调用；

涉及的需求用例图如下：

«也加工按分类和模块日志统计

--------,"^^*<<lnclude>>

f询日志——————

f日志按条件端选

<<hdude>>

弓入日志>身运行日志

客户端用户（C++,web）---

-------------马异常日志

业务日志模板推护

V\^\<<incbde»'写业务操作日志

Q

定时器

<<hdude>>\\^新增业务模块日志模板

\\__

\《修效业务日志的模板二）

QM除业务日志模皴）

（图3.4.3.1」）

3.4.1.2设计思路

1.方便检索的业务需求限制了日志输出介质必须为数据库或是某种支持

快速检索的存储媒介。

2.为了满足稳定性和高性能的需求，可以采用异步消息来处理日志信息

的愉出，但会带来一系列编码实现的难度和复杂度。

3.日志记录切入点，为了减少业务编码过程中过度关注日志记录过程，

采用AOP拦截器处理大部分的平台运行H志。

4.日志组件尽可能提供简单的接口，以方便业务方法中调用。同时为了

避免业务方法记录日志时每次手工编码获取当前操作人，当前类名，方法名等信

息，应设计某种机制自动获取类似信息。

5.考虑到日志检索和效率和日志的膨胀速度，有必要存在一个的日志清

理机制。

3.4.1.3设计方案

总体组件图如下:

(图3.4.3.3-1)

平台运行的日志一般信息量比较大，且平台正常运行态时一般无需关心，故

采用文件的方式存储。在平台初次搭建时，提供存放的磁盘路径的配置，默认的

磁盘路径是C:\NTSLogs\应用程序名称\。

业务操作信息主要是记录的日常业务模块的操作记录，这类日志的特点是跟

业务结合的较为紧密，需要进行统计和查询，故采用数据库的存储方式。

平台运行的异常信息主要记录的是平台中每一个模块在实际项目运行中出

现的错误和警告。这类日志的特点是需要集中式管理，并能进行故障快速定位查

询，故采用数据库的存储方式。

针对3种日志的特点，处理的解决方案如下：

平台运行的日志处理

平台设计一个日志处理的中间件（支持C++和C#2种语言接口），所有的

应用在运行中产生的E志都调用日志中间件进行记录和保存。日志中间件根据不

同日志应用的来源，将日志保存到不同的文件路经下。日志保存的规则如下：

（1）日志信息统一采用文件方式保存，每个模块每天产生一个或多个日志

信息（根据日志文件大小），日志文件的命名方式采用如下形式：

模块名.日志创建日期（空格）日志创建时间，

模块名采用字符串，长度不定。日志创建日期采用4位年份、2位月份和2

位日期表示，年月日之间无隔断，日志创建时间采用2位小时，2位分钟和2位

秒钟组成，时分秒之间无隔断，而H期与时间之间采用空格隔开，如“20150315

113000”。

（2）日志内容采用如下形式

［日志时间］［级别］（模块或文件名）-日志详细内容

其中日志时间采用2位小时，2位分钟，2位秒钟以及3位毫秒组成，时分

秒之间采用冒号:隔开，秒和毫秒之间采用点号.隔开。

日志支持的级别至少包含以下四种

ERROR：错误

WARN：警告

INFO：信息记录

DEBUG：调试追踪

日志中间件负责定时对历史的日志文件进行清理，清理的时间信息可以配

置，默认清理的周期为7天。

业务操作和平台异常的日志处理

平台设计一个统一处理的日志处理接口（对C++和C#2种语言接口），所

有的应用的业务日志都调用日志中间件进行记录和保存，最终按照针对2种分类

保存到平台的数据库中。接口采用C#来实现，对C++采用wcbservice的方式供

其调用，C#本身采用接口的方式调用。所有的业务日志和异常日志都在WEB界

面进行查询。数据表中日志内容包含的信息如下：

产生日志的子平台名称、产生日志的模块名称、日志的类型、日志的等级、

日志发生的时间、日志的详细内容、日志的操作者。

日志中间件负责定时对历史的日志的记录进夕亍清理，清理的时间信息可以配

置，默认清理的周期为60天。

4接口设计

4.1外部接口

4.2内部接口

4.2.1.1平台日志

总体的接口类图设计是设计一个公共的抽象类作为日志的基类，在其基类

下分别对应2个实现的子类（运行日志处理类和通用日志处理类【异常日志，业

务日志】），在通用处理类中派生出业务处理日志类。具体描述如下：

logTemplate

■♦■TemplatelD:ht

♦TcrrpbtcCoEcM:string

+BussinessID:int

详细的接口及实体类描述如下:

接口名接口描述接口参数说明

voidWriteLog(stringinputLogJson)记录平台的日志inputLogJson是需要记录的

日志对象的j$on字符串

BoolCleanLog(DateTimestartTime,DateTimeendTime)删除平台中的日志startTime删除的日志起始

时间

endTime删除的日志结束时

问

List<Log>GetLogList(stringqueryLogJson)根据查询的条件获取queryLogJson是查询口志的

日志的实体类列表信条件对象的json字符串

息

LogTemplateGetLogTemplate(templatelD)根据模板的id获取业templatelD模板的ID

务E志模板的对象

List<LogTcmplatc>GctLogTcmplatcO获取日志模板的列表无

boolAddLogTemplate(LogTemplatelogTemplateModel)添加日志模板logTemplateModel日志模板

的实体对象

boolEditLogTemplate(LogTemplate1ogTcmp1atcMode1)修改日志模板logTemplateModel日志模板

的实体对象

boolDeleteLogTemplate(inttemplatelD)删除日志模板templatelDE志模板的ID

实体类名实体类描述实体类成员说明

Log日志对象实体LogID：E志的id

LogTitle：三志的标题

LogContent：日志的内容

LogOperationTime：日志的

操作时间

ActionUser：口志的操作员

的用户名

BussinessID：操作的日志所

属的模块的id

LogClass：日志的类型（异

常日志、业务日志）

LogLevel：日志的等级（警

告、错误）

LogTemplate日志模板的实体TemplaleTD：业务日志模板

的id

TemplateContent：业务日志

模板的内容

BussinessID：业务日志模板

所属模块的id

BussinessLog业务日志的参数扩展BussinessParams：某个业务

实体日志实体的参数集合

5数据结构设计

5.1公共常量定义

5.1.1模块命名前缀定义

模块命名前缀用于各个子平台模块的统一命名与识别，多个模块实例时在前

缀后续增加数字序号区分。

表1模块命名前缀定义

序号消息类型消息说明

5.2独立数据库设计

5.2.1物理结构设计

采用SqlServer2008部署，所有■子平台拥有自己独立的数据库。

表间不建立外键关系，所需约束由访问逻辑自行控制O

5.2.2逻辑结构设计

5.2.2.1TS.Log

描述：平台日志表

序号名称类型长度允许空缺省位

1LogID日志的IDint10,0

2LugTitle口志时礴VcUdlcU255

3LogContent日志的内容text

4LogOperationTime日志的操作时间datetimegetdateO

5ActionUser日志的操作员的用户名varchai,50

6BussinessID操作的H志所属的模块的idint4

7LogClass日志的类型（异常日志、业务日志）int1

8LogLcvcl日志的等级（警告、错误）int4

5.2.Z.2TD_LogTemplate

描述：平台业务日志模板表

序号字段名称字段类型允许空缺省值

1TemplatelD日志模板的IDint10,0

3TemplateContent日志模板内容text

6BussinessID操作的日志所属的模块的idint4

6运行设计

6.1运行模块的组合

本项目设计的平台的主要运行流程和运行模块组合如下:

1

2

3

1

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

6.2运行控制

6・3运行时间

本项目设计的平台的主要运行流程时间要求如下:

序号运行频率运行时间其他

运行

7错误处理设计

7.1平台级故障与错误

7.1.1采集数据缺失或异常

（1）由于现场仪表故障、通信故障等原因，在进行数据采样和传输