虛擬化技術在電廠信息系統中的應用

任寅東

摘 要：通過虛擬化技術能夠使管理人員更加宏觀的、全局的、實時觀測和判斷電廠的實際運行狀態，能夠按照電廠系統資源的情況進行相應的調配和規劃。當電廠設備發生故障或者破壞的時候能夠及時的響應，滿足急需的同時又可以使電廠管理部門了解節點的狀態信息、掌握通信的網絡狀況，并能夠與電廠調度自動化等管理系統聯動。根據各種管理系統的協同運作以及對現有通信系統進行改造和更新，確定最佳的通信狀態，增加設備利用效率。

關鍵詞：電廠系統；管理系統；虛擬化技術

中圖分類號：TP309 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）08-0093-03

1 概 述

電廠信息管理系統是電廠管理自動化的組成部分并發揮重要作用，隨著現代電子通信技術的發展，硬件以及軟件的不斷更新，不僅充分保障了通信能力而且能夠與其他系統協調合作[1]。為了適應電廠管理功能的需要，新老設備更替，電廠急需建立基于虛擬化技術的電廠管理系統，建立以網絡為基礎的通信規劃，建立既有層次分布的又有拓撲功能結構的電廠管理系統，能夠使管理人員宏觀的、全局的、實時的觀測和判斷電廠的實際運行過程[1]。電廠管理人員根據電廠設備的狀態以及提供的資源情況可采取有效的信息傳遞方式和通信手段。在電廠設備發生故障或者破壞的時候，系統能夠建立應急的通信通道，滿足急需的同時又可以使電廠管理部門了解節點的狀態信息、掌握通信的網絡狀況，并能夠與電廠調度自動化等管理系統聯動。電廠管理人員可以根據各種管理系統的協同運作對現有管理系統進行改造和更新，確定最佳的通信狀態，增加設備利用效率[2]。

目前電廠管理系統隨著電網的不斷擴大而出現了反應速度慢的問題，在電廠管理系統有高負載的情況下，電廠管理系統的反應會下降，電廠管理人員的體會將得到明顯下降。為了提高系統的相應速度，在很多電廠中都使用大量的虛擬化技術來完成了電廠后端服務器的集群和負載均衡。在部署電廠信息系統的時候使用了VMware技術，極大的簡化了后端應用系統的部署，提高了系統的安全性和穩定性。

2 虛擬化技術介紹

虛擬化顧名思義就是通過軟件模擬硬件的操作邏輯，這樣就可以在同一的硬件上實現多套操作系統，實現了對硬件資源的高效利用，便于實現不同的應用場景。虛擬化允許具有不同操作系統的多個虛擬機在同一物理機上獨立并行運行。通過虛擬化技術后，就可以完成在同樣的硬件平臺上，實現多種類型的操作系統，多個操作系統的同事運行。虛擬機首先分析了常見的操作系統需要的各種設備，如內存，網絡，USB，硬盤等，然后通過軟件技術來實現對這些資源的模式，最后再通過特殊的方式實現對真實的硬件的操作。通過多年的虛擬化技術的發展，主要形成了硬件虛擬化技術、并行虛擬化技術和操作系統虛擬化技術。下面對這幾種技術進行項目的討論。

2.1 硬件虛擬化

硬件虛擬化簡單的說就是硬件上支持虛擬技術，如intel架構的CPU，ARM架構的CPU等。這些硬件支持特殊的虛擬運行狀體，保證了在同一硬件上可以運行多種操作系統。硬件虛擬化中比較成功的產品有VMware。VMware上可以同時運行通過操作系統如主機運行WIN7系統，虛擬機中運行ubuntu系統。

2.2 并行虛擬化

并行虛擬化和硬件虛擬化在技術上大同小異，都是證了在同一硬件上可以運行多種操作系統。 硬件虛擬化是類似的，因為在概念上它支持在一臺服務器上實現多種操作系統。并行虛擬化中比較成功的產品有XenSource。與硬件虛擬化不同的是，在并行虛擬化技術中大量的使用了并行計算技術，提高了主機和虛擬機的運行效率，最大化的弱化了對硬件資源的要求。

2.3 操作系統虛擬化

操作系統虛擬化是對操作系統層的虛擬化，也就是在操作系統上面在做一層操作系統，實現了對市場上常見的操作系統的支持。操作系統虛擬化中比較成功的產品有，SWsoft 的Virutozzo和Sun的 Solaris Container。 Solaris Containers 顯然只支持Solaris，而Virtuozzo同時支持Linux和Windows。SWsoft的Linux版Virtuozzo服務器支持在虛擬服務器上實現同版本內核的不同Linux發行版。這種操作系統由一個比較明顯的問題，就是它不支持在一臺服務器上實現多種操作系統。

目前在電廠信息系統中使用的最普遍的是VMware vSphere軟件，該軟件是VMware公司推出的電廠行業解決方案。VMware vSphere軟件可以提供豐富的虛擬化技術，支持多種硬件體系機構，支持多種網絡模型，支持多種數據遷移模式。通過構建電廠虛擬管理系統，可以很好的完成電廠自動化管理系統的部署，可以很好的實現電廠運維管理系統的部署，提高整個電廠系統的管理效率。

3 虛擬化技術的應用

3.1 系統構造

在構建虛擬化電廠信息系統的時候，需要構建虛擬平臺的控制管理中心，該中心上安裝有VMWARE Vsphere6軟件，并通過網絡連接到各個服務器上，這樣就構建了電廠信息系統的硬件平臺。

3.2 部署虛擬存儲系統

虛擬化電廠管理系統部署，如圖1所示。

在虛擬化電廠管理系統中，系統的服務器可以安裝在多個機房中，如圖1所示的機房A和機房B中，每個機房都由多個服務器和網絡設備構成。在系統中的一臺安裝了系統的虛擬VMWARE Vsphere6平臺。這樣構建的系統硬件結構有如下優點：

①通過TCP/IP協議實現了網絡的連接，保證了系統中各個功能部件都可以通過TCP/IP實現數據的獲取和發送。

②本系統的網絡布局使用分層管理，即可以確保了內網的安全，也可以確保數據可以通過外網進行收發。

③本系統的網絡結構簡單，而且通過使用雙網結構大大提高了網絡的健壯性。

各功能服務器推薦配置如下：

④數據庫服務器：建議數據庫服務器使用雙機熱備份。CPU：雙Pentium4 2.0G或以上的CPU；主板：支持雙Pentium4 2.0GCPU的主板；內存：8G DDR或以上；硬盤：500 GB或以上；網卡：百兆或千兆網卡；光驅：8速或以上刻錄光驅；顯卡：4X AGP顯卡或以上；顯示器：15寸CRT或液晶；電源：350 W或以上；

⑤web服務器：實現系統業務代碼的部署。CPU：intel i7 2.3Ghz或以上的CPU；主板：支持Pentium3 800 Mhz或以上CPU的主板；內存：8 GDDR或以上；硬盤：300 GB或以上；網卡：百兆網卡；光驅：4速或以上光驅；顯卡：AGP顯卡或以上；顯示器：17寸CRT或以上，支持1 024X768分辨率、增強色16位下70赫茲或以上刷新率；

⑥虛擬中心務器：CPU：雙Pentium4 2.0GHz或以上的CPU；主板：支持雙Pentium4 2.0GHz CPU的主板；內存：8G DDR或以上；硬盤：40GB或以上；網卡：百兆或千兆網卡；光驅：8速或以上光驅；顯卡：4X AGP顯卡或以上；顯示器：17寸CRT，支持1 024X768分辨率、增強色16位下70赫茲或以上刷新率；電源：350 W或以上；

⑦節點交換機：采用的是華為的S7806，它是萬兆以太網交換機，它支持三層MPLS VPN，支持二層MPLS VPN： VLL和VPLS，支持PE和P功能。S7806設備支持多種網絡過濾方式，如常見的基于IP地址的過來，基于MAC地址的過濾，基于端口的過濾，基于內容的過濾，支持IEEE 802.1X 認證，支持按照連接的過濾，支持多種過濾方式的組合。

⑧路由器：本系統采用的是TL-R4000路由器，它是各種網絡中使用的最多的一款路由器。它整體配置高，性能出眾，價格低廉。TL-R4000采用了Intel IXP網絡處理器，主頻高達533 MHZ，4CPU分布處理，IP包轉發能力達到快速以太網100 MB線速的極限值148 810 pps（64Byte包），并且可以通過交換機級聯下去，達到5 000臺計算機的連接。

4 應用效果

通過上述構建的虛擬化系統，可以實現如下的功能。

4.1 實現負載均衡

通過實施虛擬化技術可以將服務器的負載被分發到集群的不同節點上。基于負載均衡策略，應用不再在單一的服務器上執行，而是在動態選擇的服務器上？當客戶請求服務，一個或多個協作服務器處理這個請求？負載均衡為集群提供單一的入口，就如直接和獨立的Web或者應用服務器交互一樣，這對客戶來說是透明的。

4.2 實現服務器性能優化

在部署前的Web壓力測試發現，本系統在同時在線人數大于200人的時候，系統的反應速度明顯變慢，一般要到10s才可以打開網頁，通過查看服務器上的performance工具，知道系統的CPU利用率非常的高，這個也就解釋了系統慢的原因，由于系統中所有的請求都要經過該服務器導致該服務器的CPU占用率過高。通過部署后不需要替換更加高速的CPU，只需要增加兩個原來的2.4 G處理器就可以提高系統的反應速度。再次通過Web壓力測試發現可以到500人同時在線，過了500人系統的反應速度再次變慢。通過這樣不斷的增加服務器，就可以滿足電廠的管理規模的不斷增長。

4.3 提供高質量、高可靠性服務

基于虛擬化的電廠管理系統提供了安全的數據存儲方式，能夠保證數據的可靠性。用戶無需擔心軟件的升級更新、漏洞修補、病毒的攻擊和數據丟失等問題，從而為用戶提供可靠的信息服務。基于虛擬化的電廠管理系統能夠向用戶提供滿足要求的服務，能夠根據用戶的需求對系統作出調整，如用戶需要的硬件配置、網絡帶寬、存儲容量等。

4.4 具有高擴展性、可用性和可擴放性

基于虛擬化的電廠管理系統能夠無縫地擴展到大規模的集群之上，甚至包含數千個節點同時處理。

基于虛擬化的電廠管理系統可從水平和堅直2個方向進行擴展基于虛擬化的電廠管理系統必須保證向用戶提供可靠的服務，保證用戶能夠隨時隨地地訪問所需要的服務，并且用戶的系統規模變化時，云計算系統能夠根據用戶的需求自由伸縮。

4.5 具有廉價性

基于虛擬化的電廠管理系統將數據送到超級計算機集群中處理，這樣無需對計算機的設備不斷進行升級和更新，僅需支付低廉的服務費用，就可完成數據的計算和處理，從而大大減少了成本資金。

4.6 具有自治性

基于虛擬化的電廠管理系統是一個自治系統，系統的管理對用戶來講是透明的，不同的管理任務是自動完成的。系統的硬件、軟件、存儲能夠自動進行配置，從而實現對用戶按需提供。

5 結 語

建立以網絡為基礎的通信規劃，建立層次分布的、又有拓撲功能結構的電廠管理系統，能夠使管理人員宏觀的、全局的、實時觀測和判斷通信的過程。根據電廠系統設備的狀態以及提供的資源情況，采取有效的信息傳遞方式和通信手段。當電廠設備發生故障或者破壞的時候能夠建立應急的通道，滿足急需的同時又可以使電廠管理部門了解節點的狀態信息、掌握通信的網絡狀況，并能夠與電廠調度自動化等管理系統聯動。根據各種管理系統的協同運作對現有通信系統進行改造和更新，確定最佳的通信狀態，增加設備利用效率。

本文首先介紹了電廠信息管理系統的建設背景，然后介紹了虛擬化技術的詳細原理，接著介紹了虛擬化技術構建的電廠信息管理系統的細節，最后介紹了通過實施虛擬化技術對原有的電廠信息管理系統的改善。通過這樣的說明可以很好的理解虛擬化技術在現代電廠管理系統的應用，有助于該技術在現代電廠中的應用。

參考文獻：

[1] 楊建華，金笛，李燁，等.集群虛擬服務器的仿真建模研究[J].電子技術應 用，2006，（4）.

[2] 馬松.面向虛擬服務器的動態遷移框架[J].硅谷，2013，（15）.

[3] 牛海彬.虛擬機和虛擬服務器的管理[J].華南金融電腦，2009，（7）.

[4] 譚生龍.存儲虛擬化技術的研究[J].微計算機應用，2010，（1）.

[5] 盧凱，遲萬慶，劉勇鵬，等.高效能計算機系統虛擬化技術研究[J].計算機 工程與科學，2010，（7）.

[6] 楊眉，潘曉雷.虛擬化技術助力醫院實現服務器整合[J].醫療衛生裝備，

2015，（3）.

[7] 巴江波，陳江，淡攀東，等.VMware虛擬軟件在醫院數據中心建設中的 應用研究[J].中國醫療設備，2015，（2）.

[8] 陳蘭，趙子鵬，彭建，等.基于VMware的服務器虛擬技術在醫院信息化 建設中的應用[J].中國醫療設備，2014，（6）.

[9] 馬錫坤，吳艷君，王鵬.基于云計算的數據中心容災系統的建設[J].中國 醫療設備，2014，（1）.

[10] 沈碧飛.利用虛擬化技術構建醫院數據中心[J].醫學信息學雜志，2014，

（1）.

[11] 岳文華，許建榮.淺析電廠負荷管理系統在供電企業中的應用[J].科 協論壇（下半月），2013，（11）.

[12] 馬浩.淺析服務器集群的設計、實現與測試[J].信息系統工程，2012，（3）.

[13] 許海成，傅錦偉.服務器集群負載均衡的建模與仿真研究[J].計算機 仿真，2012，（3）.

[14] 崔榮波，許曉兵，陸穎.一種虛擬化的服務器集群模型[J].計算機系統 應用，2011，（3）.

[15] 溫少君，陳俊杰，郭濤.一種云平臺中優化的虛擬機部署機制[J].計算 機工程，2012，（11）.

[16] 郭濤，溫少君，陳俊杰.基于個性化的云平臺虛擬機部署機制的研究 [J].太原理工大學學報，2012，（2）.