引言
各網省電力調度中心經過多年的信息化建設，已基本建成了調度數據采集與監控(SCADA) 系統、能量管理系統( EMS) 、電能量采集與計費( TMR) 系統、廣域測量系統、水調自動化系統、調度管理信息系統、電力營銷系統、電力市場系統、設備停役和檢修系統等信息系統。這些信息系統由于硬件平臺、開發語言、通信協議、數據庫結構等都不盡相同，再加上電力調度網絡需安全分區和橫向隔離，因而造成各系統間交互性差，電力調度中心的孤島問題日益突出，正嚴重阻礙調度中心乃至電力公司內部信息流的有效傳輸。解決孤島問題的通用手段是采用整合技術。為解決這個問題， 國際電工委員會( IEC) 提出了用于促進電力系統應用之間的數據交換和互操作的公共信息模型(CIM) ;此外，公用集成總線(UIB) 的規范也被提出。這些規范雖然為電力系統應用的整合帶來一定便利，但沒有從根本上解決問題，不能從各個層次上對企業的資源進行整合。
本文以電力調度中心不同應用系統的整合為背景，首先對孤島的不同層次進行了分類，然后就不同層次孤島(硬件層、數據層、軟件模塊層、業務流程層、應用訪問層) 的整合提出了具體的整合方案，并闡述了涉及的技術。
1 孤島與整合
1. 1 資源孤島的定義和類別
孤島又稱資源孤島，是指在一個企業的各個部門之間或各應用系統之間由于種種原因造成的部門之間或系統之間完全孤立，各種資源(如人員、數據、信息、文檔、硬件、工具等) 無法或無法順暢地在部門之間或系統之間流動。這種現象稱之為孤島，對于各應用系統間的孤立現象又可分為硬件層面上的孤島和軟件層面上的孤島。
硬件層面上的孤島是指各應用系統的硬件資源相互孤立，不能被其他應用系統訪問或順暢地訪問。
軟件層面上的孤島按照軟件資源對象的不同分為數據孤島、軟件模塊孤島、業務流程孤島和應用訪問孤島4 種。數據孤島是指在信息環境中，由于各應用系統的開發模式、設計水平、標準應用等方面千差萬別，使得在數據利用上各系統間互相封閉和獨立，數據信息不能互為共享和利用，造成數據重復輸入、數據冗余和數據的不一致。軟件模塊孤島是指各軟件設計過程中，軟件模塊僅為本應用所設計，不能為其他軟件所重用，或者即使能重用也需要花費很大力氣來對其進行代碼級的改造。業務流程孤島是指企業內的各種業務流程、管理流程僅存在于各自的應用系統中，這些流程之間無法相互銜接以形成完整、自動的業務流程。應用訪問孤島是指對每個應用系統的訪問均需要登錄到各自的系統，不能實現基于訪問統一控制的單點登錄、全文搜索以及內容集成。
1. 2 整合的定義
所謂整合，就是通過各種手段和工具將已有的資源(包括硬件、數據、信息、流程、應用) 集成起來，并按一定的邏輯關系進行組織再利用，從而實現價值增加的過程。整合按整合對象的層次可分為硬件整合、數據整合、軟件模塊整合、業務流程整合和應用訪問整合。
1. 3 整合方案概述
通過虛擬化技術實現對調度中心機房內硬件進行整合，可提高服務器的利用率和業務系統的可用性，為系統管理和部署帶來方便;數據整合方案是建立符合調度網絡和數據特點的數據中心;軟件模塊整合根據其粒度的大小又可以分為函數或方法的遠程過程調用(RPC) 整合、分布式對象調用整合、構件整合和應用框架整合;業務流程整合是指跨越多個應用的業務流程通過工作流技術對其進行銜接;應用訪問整合主要指各應用系統訪問界面上的整合，是向用戶提供單點登錄功能的整合。孤島的分層整合示意圖見圖1 。
圖1 孤島分層整合示意圖
2 硬件整合方案
傳統方式下，每增加一個業務應用系統，都需要購買一臺或一組服務器來進行支撐。長此以往，調度中心機房中的服務器越來越多，機房空間越來越緊張，系統管理、維護的工作量也變得越來越大。這是因為傳統應用把服務器當一個整體來使用，因而造成服務器資源利用率低。所謂服務器虛擬化，就是采用分區技術在一個物理服務器上同時運行多個相互隔離的虛擬機，并將操作系統和應用程序打包成一個方便遷移的文件，使之能在這些虛擬機上進行遷移，以實現最大化利用服務器資源的目的。服務器虛擬化剝離虛擬機和硬件的相互依賴性，為虛擬機的自由移動提供了良好的平臺，使業務系統整體的可用性、可靠性得到提高。此外，共享一臺物理主機的多臺虛擬主機可分屬多個虛擬網絡，因此，利用該技術可在一臺辦公主機上虛擬化2臺分屬不同虛擬網絡的虛擬機以解決目前電力系統中采用信息內外網物理隔離來解決的信息安全問題，同時達到節省硬件投資的目的。
2. 1 虛擬化技術的可行性和性能影響分析
調度中心的業務系統可分為實時和非實時2類。對于實時系統(如EMS) 來說，其CPU 負載一般較低且波動不大;對于非實時系統，絕大多數系統的峰值維持時間也相對較短。其次，對于不同的應用，其繁忙時段也不盡相同。因此，利用虛擬化技術在物理機之間進行動態遷移，可實現服務器負載的削峰填谷。在純軟件虛擬化的解決方案中，虛擬化軟件的位置是傳統意義上操作系統所處的位置，操作系統的位置是傳統意義上應用程序所處的位置。這一額外的通信層需要進行二進制轉換，以模擬所需的硬件環境。這種轉換必然會引起性能損失。幸運的是，CPU 的制造廠商也已加入到了虛擬化大潮中來，其支持虛擬技術的CPU 帶有特別優化過的指令集來控制虛擬過程，通過這些指令集，使軟件虛擬化的性能在很大程度上得到了提高，對系統整體性能的影響在可忽略范圍內。
2. 2 調度中心的服務器現狀
目前，華東電力調度中心的業務系統有EMS、廣域監測分析保護控制(WAMAP) 系統、電力市場系統、計劃編制系統、TMR 系統、水調自動化系統、電氣設備檢修系統、運行管理系統(OMS) 等系統，所涉及的服務器型號和數量如下: HP Alp ha ServerES45 ，ES40 ， ES25 等10 多臺(安裝Tru64 操作系統) ;SUN V880 ，V480 等近10 臺(安裝Solaris 操作系統) ; HP 小型機( HP UNIX) ， IBM 小型機(AIX) ， DL560 ， DL380 ， DL360 等數十臺( 安裝Linux 或Windows 操作系統) 。
2. 3 虛擬化軟件的選擇
服務器的虛擬化軟件中比較流行的虛擬化產品有全虛擬化的VMware、半虛擬化的Xen 、操作系統虛擬化的OpenVZ、Solaris Zone 和Virt uozzo forWindows 等。由于VMware 公司的VMwareInf rast ruct ure 提供全方位(包括服務器、存儲器和網絡) 的虛擬化，其VMotion 技術支持虛擬機的在線遷移，虛擬機的管理和部署都比較方便，因此，可采用VMware Inf rast ruct ure 3 中的ESX Server 虛擬化軟件來搭建華東調度中心的虛擬化平臺。ESXServer 直接安裝在服務器裸機上，在硬件與操作系統之間插入了一個虛擬化層，由這個虛擬化層將一臺物理服務器劃分為多臺可移植的虛擬機。每臺虛擬機都有自己的虛擬化的一套硬件(CPU 、內存、網絡、存儲器) ，操作系統可在其上運行。
2. 4 調度中心虛擬化的實施步驟
虛擬化部署示意圖如圖2 所示。
圖2 虛擬化部署示意圖
結合圖2 給出調度中心虛擬化的實施步驟:
1) 在N 臺X86 服務器裸機上安裝虛擬化軟件VMware ESX Server ;然后配置虛擬服務器，主要包括CPU 數量、內存大小和虛擬網絡類型等。
2) 利用VMware 的遷移助手工具或系統克隆方式對各應用需要的硬件和操作系統環境進行部署。
3) 按照應用對服務器的要求對應用系統分類為性能敏感型和空間敏感型2 類，根據所屬類別配置虛擬機的自動遷移規則。
4) 在虛擬化的主控臺上將新的服務器按照其業務特性加入到相應的資源池中。
5) 在虛擬化管理的主控臺上將業務系統根據服務器負載情況進行自動或手動遷移。
3 數據整合方案
調度中心目前已積累了許多有關調度運行和管理的數據，這些數據異構、分散地處于不同的生產運行系統和管理系統中。由于這些數據的分散性、異構性和不統一性，再加上調度網絡分區、橫向隔離的要求，使得很難直接獲取這些系統的數據并基于這些數據發現隱藏在這些數據背后的信息或知識。為了發現這種信息或知識，首先需要對這些數據進行整合，建立部門級的數據倉庫，對這些分散的數據進行抽取、轉換、加載和清洗，然后基于該數據倉庫進行相關主題的數據挖掘以獲取所需要的知識。
電力調度的分級管理模式使得對調度系統來說，特別適合建設國調、網調、省調、地調不同層次的多級數據倉庫，從而形成以數據中心縱向互聯為基礎的全公司的調度生產數據信息共享體系。電力調度數據中心(數據倉庫) 的系統框架見圖3 。
圖3 電力調度數據中心( 數據倉庫) 的系統框架
4 軟件模塊整合方案
軟件模塊的整合根據其粒度的大小可以分為函數或方法的RPC 整合、分布式對象調用整合、構件整合和應用框架整合。對于函數或方法的RPC 整合技術有RPC 協議;分布式對象調用整合技術有分布式組件對象模型(DCOM) 和遠程方法調用(RMI)技術。
現在正在使用的各種軟件是公司的一種資產，目前這種資產的復用率比較低，實際上，新建系統的很多軟件模塊的開發都屬于重復勞動，并且跟不上需求的變化。為了解決這個矛盾，需要建立一個電力構件庫，實現對電力調度中心內部的可復用軟件資產(構件、架構、領域模型等) 的管理、使用和分析。這樣，一方面可以提高軟件外包和開發的規范化、自動化、系統化水平;另一方面可以促進電力調度中心內部的軟件集成和復用，避免重復開發，促進可復用的軟件資產的積累，提高軟件的質量和開發效率。并且，在電力調度領域軟件資產庫中形成的構件在全國電力行業范圍內都具有重大的推廣價值。
對于調度中心來說，軟件模塊層次上的整合方案是創建構件庫，對構件化開發過程形成的領域模型、領域架構、軟件構件等一系列的軟件資產進行統一入庫、檢索、下載和量化管理、存儲和重用。對于現有系統，實行一定程度上的構件化改造，進行通用構件提取;對于待建系統，引入構件化和應用框架的開發技術，以方便今后軟件的重構。
5 業務流程整合方案
業務流程的整合是將原有的分散于企業內部或外部的“業務流程斷點”進行鏈接，進而完成全程業務活動的自動化的過程。流程整合是信息整合的高級階段，它利用工作流、消息、協同等技術，實現跨系統的流程整合，使不同的管理部門能夠在一個統一的網絡環境中實現對同一事務的協同處理。為了便于流程重組和軟件復用，需要的不是大系統，而是可以方便組裝、方便展示的小的應用模塊，這些模塊可以在需要時方便地進行組裝，這樣也可以及時應對需求而進行變更。Web 服務正好符合這一點。
Web 服務的最大優點是平臺獨立性和語言獨立性。基于Web 服務技術的整合方案具有很好的擴展性和柔性，可以方便地實現各種應用系統的集成。電力調度中心的信息系統均有自己的業務流程(可能是程序寫死的，也可能是包含工作流組件而使流程可配置的，如Ⅲ區OMS) 。這些業務流程在本系統中可以正常流轉，但與其他系統業務流程的交互(如與公司生產系統中的基建啟動流程的交互) 則存在一些問題，目前這個問題只能靠手工或文件輪詢來處理，但這種手工處理方式有處理不及時、無法跟蹤流程進度、流轉效率不高和缺乏流程分析功能等缺點，因此，需要進行業務流程的整合和優化。
目前調度中心需要做的工作是將應用軟件按照需要將業務應用拆開成粒度(即規模) 大小可以伸縮、又可以重新組裝的服務。這些服務是可重用的業務流程單元或組件，這樣，業務流程管理(BPM)和業務流程重組(BPR) 將成為易事。因為服務可以直接被應用調用和組合，從而降低了服務對系統交互的信賴性。服務之間則通過簡單、精確定義的接口進行通信，而不涉及底層的編程接口和通信模型。然后引入工作流管理系統，搭建一個工作流平臺，實現各系統間業務流程的整合。工作流管理系統將業務流程描述作為輸入并管理流程實例的執行，這使得它比專門應用更靈活。工作流管理系統可以用來管理全局的業務流程，并與應用系統相互協作，將各個業務系統的小流程整合起來形成一個能夠自動流轉的大流程。
6 應用訪問整合方案
企業信息門戶方便地實現了信息系統界面層次的整合，它提供了一個訪問各種信息和應用系統的個性化統一入口，所有的企業資源都被整合在統一的平臺上，通過該平臺可以統一訪問企業內分布存儲的、各種來源的信息內容(包括文檔、數據庫、現有系統的數據等) ，并提供統一的檢索和內容訪問控制服務。Portal 核心服務包括單機登錄、目錄集成、安全、訪問權限控制、加密傳輸、授權與驗證、許可權、管理功能等。
調度中心應建立調度中心門戶系統對各應用進行整合。該門戶系統能夠提供對XML/ XSL，ODL，HTML，JSP，WebServices等資源/ 服務的整合模式，以便能快速構建門戶，并實現其他各個應用系統的集成。調度中心可以根據已有系統的條件對其進行應用的Portlet 改造，以滿足調度中心門戶Portal的要求。在門戶化各Web 應用時，通常只需要將原有應用系統的Web 模塊改造成符合Portal 的應用即可，具體操作有將Servlet 改造成為Portlet 、JSP頁面的修改、Portlet部署描述符的添加等。調度中心的門戶系統為各應用系統提供了集成化的用戶環境，將業務系統與散亂的文檔和工作信息集成起來，并通過可擴展的應用界面提供集成化的服務，方便地解決調度中心內外信息的交流問題，實現單點登錄、全文搜索、內容聚集和應用的集成。
7 結語
本文以電力調度中心不同應用系統的整合為背景，分別就整合的不同層次提出了具體的整合方案:硬件整合方案引入虛擬化技術，提出了調度中心服務器虛擬化方案;數據整合方案建立符合調度網絡和數據特點的數據中心;軟件模塊整合方案創建構件庫對電力領域的軟件構件進行管理、開發和重用;業務流程整合方案對分散于企業內部或外部各個信息系統中的“業務流程斷點”進行鏈接，進而完成全程業務活動的自動化，具體解決方案是引入符合WFMC 標準的工作流管理系統;應用訪問整合方案使用Portal 技術和Web 服務技術以實現全文搜索、內容聚集、應用程序統一訪問和集成。
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本文標題：虛擬化與信息整合技術在電力調度中心的應用
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