一個基于異構正交結構的電力設備管理系統

王 芳，嚴 冬，景棟盛，朱 斐

(1.蘇州供電公司信通分公司，江蘇 蘇州 215004;2.蘇州大學 計算機科學與技術學院，江蘇 蘇州 215006)

一個基于異構正交結構的電力設備管理系統

王 芳1，嚴 冬1，景棟盛1，朱 斐2

(1.蘇州供電公司信通分公司，江蘇 蘇州 215004;2.蘇州大學 計算機科學與技術學院，江蘇 蘇州 215006)

有效的電力設備管理是保證電力供應的重要基礎。文中提出了一個多層CS軟件體系結構與正交軟件體系結構相結合的異構正交體系結構，在此基礎上實現了一個電力設備智能管理系統，以設備管理作為主要線索樹，以構建的電力設備管理的主要業務功能作為核心子線索樹。系統與現有運行的各種電力設備管理系統保持兼容。通過將關聯性強的數據優化部署，以及應用內存數據庫，提高了系統性能；通過服務器集群和負載均衡，實現了數據實時更新和同步。

正交體系結構；智能信息系統；電力設備管理；多層CS結構；異構體系結構

0 引 言

信息化帶動工業化、以工業化促進信息化的兩化融合是信息化和工業化高層次的深度結合[1]。通過兩化融合，將信息技術應用到工業生產的各個環節，使技術、產品、管理等各層面相互融合[2-3]。

國家電網以建設和運營電網為核心業務，承擔著保障安全和可持續的電力供應的基本任務。高效有序電力設備的管理在保障電力供應中具有極其重要的地位。然而，目前很多電力系統單位內部缺乏統一的設備管理架構來處理各種平臺上的設備，使得設備管理的自動化、智能化水平不高[4-5]。多數設備管理系統僅僅將設備的基本情況和相關信息登記存檔，而相關的設備更新、設備退役情況、設備當前運行狀態和設備可追溯的臺賬歷史等信息無法以結構化的方式呈現[6]。因此，在“兩化融合”的背景下，構建能支撐電力設備管理的軟件系統，實現信息通信設備管理工作的精細化管理，顯得尤為迫切。

軟件體系結構為軟件系統提供了一個結構、行為和屬性的高級抽象[7]，由構成系統的元素的描述、元素間相互作用、指導元素集成的模式以及這些模式的約束組成。軟件體系結構風格是從已有的成功軟件系統中抽取出的組織結構，形成可應用于多個領域的體系結構模式。正交軟件系統結構是其中一種重要的風格[8-9]，由組織層和線索的構件構成，適合大型管理信息系統的開發。但由于要充分兼容現有的系統，同時要考慮到數據的跨地域分布、實時性、安全性等要求[10]，經典的正交軟件體系結構不能很好地滿足需求[11-12]。

文中提出了一種異構正交體系結構，基于該結構設計并實現了一個電力設備管理系統。系統以設備管理為主要線索，構建了核心子線索樹，包括設備類別維護、設備臺帳管理、終端管理、服務器管理等，從而實現對電力設備的集中化、規范化、流程化和智能化管理。

1 正交軟件體系結構

正交軟件體系結構是指由組織層和線索的構件構成。其中，層是由一組具有相同抽象級別的構件構成，線索是由完成不同層次功能的構件組成，構件之間通過相互調用關聯。在正交軟件體系結構中，每一條線索完成整個系統中相對獨立的一部分功能，每一條線索的實現與其他線索的實現關聯很少，同一層中的構件之間不存在相互調用。如果線索是相互獨立的，即不同線索中的構件之間沒有相互調用，則該結構就是完全正交的[13]。正交軟件體系結構示意圖如圖1所示。

圖1 正交軟件體系結構

正交軟件體系結構具有很多優點。首先，在該結構中，由于線索之間是正交的，故而每個變動僅影響某一條線索，而不會影響其他線索。因此，變動會被局限在一定的區域，變化所產生的影響也被限制在一定的范圍內。其次，正交體系結構易于實現，因此采用正交體系結構可以降低軟件演化更新的需要。再者，軟件體系結構適合大型軟件開發，特別是管理信息系統領域的應用開發。

正交軟件系統結構清晰，易于理解。由于線索功能相互獨立，不進行互相調用，結構簡單、清晰，構件在結構圖中的位置已經說明它所實現的是哪一級抽象，擔負的是什么功能。同時，由于線索之間是相互獨立的，所以對一個線索的修改不會影響到其他線索。系統功能的增加或減少，只需相應地增刪線索構件族，而不影響整個正交體系結構，因此能方便地實現結構調整。另外，因為正交結構可以為一個領域內的所有應用程序所共享，而這些軟件有著相同或類似的層次和線索，所以可以實現體系結構級的重用。

2 設備管理核心線索設計

文中設計的基于異構正交體系結構的電力設備管理系統不僅要適應電力設備管理要求的業務支撐系統，而且要使得電力設備的管理實現集中化、規范化、流程化和智能化。在這個總體目標下，設備管理是系統的主要線索，其核心子線索包括設備類別維護、設備臺帳管理、終端管理、服務器管理等，設備管理核心線索樹如圖2所示。系統處理的流程示意圖如圖3所示。

2.1 設備類別維護

系統管理員可以定義服務及終端類型以及每個類型下的配置項。服務設備可設置設備大類，在設備大類下可以設置設備小類，在設備小類下可以定義多個配置項和工作項，并為配置項定義候選值。由于在實際的使用過程中，有可能一個任務會涉及多個設備的聯動，因此系統定義了子設備和虛擬設備的概念。

定義1：子設備。在該系統中，一個設備可以定義為別的設備的子設備，也可以定義其他設備為該設備的子設備。

定義2：虛擬設備。在該系統中，一個設備可以被設置為虛擬設備，對于虛擬設備，可以選擇支持該虛擬設備的實際設備，一個虛擬設備可以由多個實際設備支持，一個實際設備也可以支持多個虛擬設備。

2.2 設備臺帳管理

服務設備臺賬提供了針對服務設備的新增、配置、工作巡檢、追溯查詢等功能，主要包括以下內容。

(1)新增設備。

新增設備時，首先選擇設備類型，填入設備的基本信息、配置項和工作屬性，通過標識碼，檢查標識碼是否重復。在系統初始化時，可以采用批量增加的方式導入設備，由系統提供接口統一導入。系統正常運行后，不再提供設備導入功能。

(2)配置。

根據設備類型的定義，不同的設備類型生成不同的配置項人機交互接口，設備管理員設置每個型號、供應商、輸入數量和備注。

(3)工作巡檢。

根據設備類型的定義，生成不同的定義，設備管理員可以啟用預設的工作項，配置工作周期。在相應的日程，系統會生成該設備的工作項，由該設備的管理員填寫工作項完成情況。

圖2 設備管理核心線索樹

圖3 系統總體流程示意圖

(4)追溯查詢。

設備管理人員可以根據角色在權限許可范圍內對終端設備進行查詢。在查詢臺賬時，可以通過追溯設備變更歷史查詢到設備的歷史變化情況。

2.3 終端管理

終端管理主要包括建立終端登記和終端管理檔案，并分類編號定位，定期檢查終端完好率，保持終端良好功能，并做到及時報廢處理。建立工作日志，記錄每臺終端的使用、保養、故障維修等情況。

(1)終端入庫。

物資管理員檢驗設備合格后，在系統中啟動終端入庫流程，存檔，采集設備條碼，填寫入庫單，然后確認入庫。

(2)終端出庫安裝。

終端出庫安裝，需要啟用終端出庫流程，填寫領用單/出庫單，在找到設備采集碼并確認設備信息后安裝操作系統和常用軟件，同時進入系統服務器統一登記，獲得系統返回的唯一統一標識碼，完成出庫流程，同時將庫存中的臺帳狀態置成“出庫”，然后生成對應設備臺帳信息。由信息維護員填寫領用單/出庫單，如有紙質單據可以進行掃描系統備案，選擇出庫設備，完成領用單。

(3)確認出庫。

物資管理員收到出庫申請，確認出庫設備信息，期間也可通過移動平臺掃描標識碼，確認信息，完成出庫流程。

(4)終端信息清查。

采集終端的標識碼，判斷信息是否準確，如信息不準確則查詢登記領用的所有終端，比較現場終端和登記庫中終端的標識碼，如果標識碼相符則自動做標記，最終得出所有終端的清查情況列表，確認變更后保存清查記錄和終端歷史信息，更新最新變更時間；如信息準確則直接保存清查記錄，完成信息清查流程。

(5)終端報廢。

確認軟硬件保密事項處理完畢后，由物資管理員啟動終端報廢流程。首先采集標識碼確認終端信息，然后由物資管理員確認報廢。報廢的設備需要退回庫存，狀態自動改成“報廢”，“報廢”狀態的物資默認在臺帳中不顯示。

2.4 服務器管理

服務器管理包括服務器入庫、服務器安裝上架、服務器報廢等。

(1)服務器入庫。

物資管理員檢驗設備合格后，在系統中啟動服務器入庫流程，存檔，采集設備標識碼，填寫入庫單，然后確認入庫。

(2)服務器安裝上架。

通過設備標識碼確認設備信息后，安裝服務器軟件，同時進入系統管理服務器，之后通過設備標識碼確認服務器信息，保存上架記錄及同步省系統管理服務器系統數據，完成上架流程，同時將庫存中的臺帳狀態置成“上架”，然后生成對應設備臺帳信息。

(3)服務器報廢。

在確認軟硬件保密事項處理完畢后，由物資管理員啟動服務器報廢流程。通過設備標識碼確認服務器信息，然后由物資管理員確認報廢。報廢的設備需要退回庫存，狀態自動改成“報廢”，“報廢”狀態的物資默認在臺帳中不顯示。

3 異構正交體系結構

在軟件開發過程中，基于軟件體系結構的方法提供了機制高層抽象級別的軟件復用，但是由于軟件系統設計人員的考慮和分析問題角度的差異，往往會形成不同的軟件體系結構。另外，各種經典的軟件體系結構均有自身的特點，具有處理強項和弱項，而一個復雜的系統往往不是一個軟件體系結構能解決的。再者，一些歷史遺留系統，也使得軟件系統設計人員不得不屈從于現實而對經典的軟件體系結構進行修改，采用多個軟件體系結構組合的方案，從而形成異構軟件體系結構[14]。

在本系統中，首先要分企業內部和企業外部的情況，同時對數據有查詢和瀏覽、修改和維護這兩類操作。結合這一情況，文中設計了一個異構正交體系結構，如圖4所示。在這個模型中，企業外部通過Internet連接Web服務器訪問數據，而內部通過企業內部網訪問數據。

圖4 異構正交體系結構示意圖

目前，在國家級、省級電力系統相關企業、單位和機構中，運行著各種電力設備管理系統，這些系統雖然與新系統有某種程度上的不協調，但仍有效用，要求保持運行，而非再重寫它們。另外，這些系統部署運行在不同區域，無法使用專有網絡互聯，而只能通過現有的公共通信網絡連接。因此，文中在最大限度地保留現有系統，充分利用公共網絡，并充分保證安全性的前提下，提出一種異構正交架構管理流程，如圖5所示。

圖5 異構正交體系結構管理流程示意圖

為了保障安全性，實現了隔離裝置分類。首先是正反向隔離裝置，以用于在信息內外網之間傳輸文件；其次是邏輯強隔離裝置，主要用于在信息內外網的數據庫之間的數據傳輸，以保障不同信息安全網絡隔離裝置之間的通信。

同時，系統通過若干臺信息外網服務器，將系統部署在信息外網服務區，通過數據訪問驅動，利用邏輯強隔離裝置，通過SQL穿透，訪問內網數據庫，完成內外網數據交換。

4 系統部署及優化

系統需要部署在多臺服務器上。在部署時按照如下方案進行部署優化。

首先，根據業務邏輯特性和數據關聯性，將關聯性強的數據放置于同一個服務器節點。由此可以有效地避免分布式系統服務器的頻繁數據交換[15-17]，從而大幅提高系統性能。

其次，考慮到數據訪問的頻繁性和時效性，配置大容量內存[18]，做到準“內存數據庫”，將頻繁訪問的數據和實時性要求較高的數據駐留在內存中。由于數據駐留內存，實現了CPU與數據庫的直接交互，數據交換速度得到提升，進而提高了系統的整體性能。

再次，配置層次式應用服務器集群和路由切換集群[19]，實現準實時級別路由選擇和切換。在同一個集群中配置有多個數據節點備份配置，保障了數據可靠性，同時實現了數據自動同步。

最后，由于數據跨地域分布，可以透過“廣域網”實現將指定的集群的內存數據“實時同步”到異地的數據中心。這種“應用層”的數據同步優于傳統的“數據庫”同步。

5 結束語

電力設備的有效管理是保證電網電力供應的重要保障。在考慮到充分兼容現有業務系統的前提上，文中在正交軟件體系結構的基礎上，提出了一種異構正交軟件體系結構，并在此基礎上實現了一個電力設備智能管理系統。完成了電力設備信息的統一部署和流程化追溯，通過及時實時有效的數據更新,使管理人員能及時充分地了解設備情況,從而提高效率和管理水平，促進了電力設備的信息融合。

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A Power Equipment Management System Based on Heterogeneous Orthogonal Architecture

WANG Fang1,YAN Dong1,JING Dong-sheng1,ZHU Fei2

(1.State Grid Suzhou Power Supply Company,Suzhou 215004,China; 2.School of Computer Science and Technology,Soochow University,Suzhou 215006,China)

Effective power equipment management is the basis of power supply.A heterogeneous orthogonal software architecture combined with N-layer CS software architecture and orthogonal software architecture is proposed and an intelligent management system is implemented on the basis of the it.In the system,power equipment management is constructed as a major clue tree which includes key business function as core sub clue tree.The system is compatible with various existing electrical equipment management system.By deploying strong related data and utilizing memory database,the system performance is improved.Through taking advantage of server clusters and load balancing,real-time data updating and synchronizing is achieved.

orthogonal software architecture;intelligent information system;power equipment management;N-layer CS;heterogeneous software architecture

2015-05-28

2015-09-11

時間：2016-06-22

國家自然科學基金資助項目(61303108);江蘇省高校自然科學研究項目(13KJB520020);蘇州市應用基礎研究計劃工業部分(SYG201422)

王 芳(1977-),女,工程師,研究方向為智能信息系統、軟件體系結構。

http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1450.TP.20160621.1701.006.html

TP311.5

A

1673-629X(2016)07-0133-05

10.3969/j.issn.1673-629X.2016.07.028