基于GIS技術(shù)的電網(wǎng)綜合信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

喬林，胡楠，同東輝，王浩

（國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司 信息通信分公司，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

基于GIS技術(shù)的電網(wǎng)綜合信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

喬林，胡楠，同東輝，王浩

（國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司 信息通信分公司，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

針對(duì)智能電網(wǎng)一體化平臺(tái)(IMS)監(jiān)管系統(tǒng)存儲(chǔ)海量、多源的GIS電網(wǎng)信息問(wèn)題，采用分布式網(wǎng)絡(luò)感知信息存儲(chǔ)系統(tǒng)作為網(wǎng)絡(luò)感知的子系統(tǒng)的方式，為IMS監(jiān)管系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)感知信息的查詢服務(wù)。把GIS電網(wǎng)地理信息中的感知信息根據(jù)不同的特點(diǎn)劃分為動(dòng)態(tài)信息和靜態(tài)信息，利用基于非關(guān)系型Cassandra數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建分布式網(wǎng)絡(luò)感知信息存儲(chǔ)系統(tǒng)集群。最后并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了性能測(cè)試，結(jié)果表明：4臺(tái)交換機(jī)下的讀取遍歷詢問(wèn)20個(gè)節(jié)點(diǎn)隨著數(shù)據(jù)量增大，匹配消耗的時(shí)間隨之增加。

GIS技術(shù)；電網(wǎng)綜合信息；Cassandra；定位查詢

隨著時(shí)間的推移，基于GIS技術(shù)的電網(wǎng)綜合信息系統(tǒng)所存在的可擴(kuò)展性，安全性，移動(dòng)性，服務(wù)質(zhì)量，可管可控性等核心問(wèn)題與日益提升的智能電網(wǎng)一體化平臺(tái)(IMS)監(jiān)管系統(tǒng)需求之間的矛盾愈發(fā)尖銳[1-3]。面對(duì)現(xiàn)有智能電網(wǎng)所存在的這些問(wèn)題，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)的管理和安全目標(biāo)，需要對(duì)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)施各種網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)量，流量測(cè)量，故障監(jiān)測(cè)等，有時(shí)也需要IMS監(jiān)管系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用業(yè)務(wù)進(jìn)行GIS空間地理位置信息的感知[4]，以增強(qiáng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的管控能力。各種GIS地理感知服務(wù)將給網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用的創(chuàng)新帶來(lái)強(qiáng)大的推動(dòng)力[5]。當(dāng)層出不窮的各種感知服務(wù)在未來(lái)網(wǎng)絡(luò)中涌現(xiàn)的時(shí)候，也必將產(chǎn)生多源、異構(gòu)、海量的網(wǎng)絡(luò)感知信息[6]。如何高效地管理這些GIS電網(wǎng)地理信息是必須解決的問(wèn)題。分布式網(wǎng)絡(luò)感知信息存儲(chǔ)和查詢系統(tǒng)作為網(wǎng)絡(luò)感知的子系統(tǒng)，負(fù)責(zé)管理多源、異構(gòu)、海量的網(wǎng)絡(luò)感知信息，為上層的各種應(yīng)用提供網(wǎng)絡(luò)感知信息的存儲(chǔ)和查詢服務(wù)。

文中為了滿足電網(wǎng)綜合系統(tǒng)對(duì)GIS技術(shù)便捷性的需求，在結(jié)合 SOA模式 (面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu) Service-Oriented Architecture)研發(fā)了在感知信息存儲(chǔ)方面，根據(jù)動(dòng)態(tài)信息和靜態(tài)信息的不同特點(diǎn)，分別采取了具有針對(duì)性的一致性寫(xiě)入策略、備份策略和備份數(shù)，提高了系統(tǒng)對(duì)感知信息的存儲(chǔ)效率；在感知信息查詢方面，分布式網(wǎng)絡(luò)感知信息存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)動(dòng)態(tài)信息采取了弱讀取策略，而對(duì)靜態(tài)信息采取了基于Cassandra原有的弱讀取策略改進(jìn)而來(lái)的“定位讀取”策略。實(shí)現(xiàn)完全數(shù)字化GIS電網(wǎng)綜合信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1 技術(shù)路線與設(shè)計(jì)方案

1.1 技術(shù)路線

本模式應(yīng)用C#、XML、JavaScript語(yǔ)言，以ASP.Net應(yīng)用程序構(gòu)建基于GIS技術(shù)的智能電網(wǎng)綜合信息系統(tǒng)，采用了IIS7+ASP.NET4.0+SQL SERVER 2008 R2技術(shù)，利用Forms身份驗(yàn)證構(gòu)建智能的ASP.NET應(yīng)用程序，是一個(gè)基于GIS技術(shù)的電網(wǎng)新型服務(wù)互動(dòng)平臺(tái)，具有信息雙向投送、采集系統(tǒng)、Web應(yīng)用軟件等各部分緊密結(jié)合而成[7]。用戶只要有連接上互聯(lián)網(wǎng)的綜合信息系統(tǒng)，就可訪問(wèn)本系統(tǒng)，為跨平臺(tái)的、標(biāo)準(zhǔn)的、WEB服務(wù)的系統(tǒng)。

1.2 設(shè)計(jì)方案

建立三庫(kù)三網(wǎng)一平臺(tái)，分別為智能管理模塊、技術(shù)服務(wù)模塊、GIS定位模塊[8]，系統(tǒng)的所有子功能都在這3個(gè)模塊的基礎(chǔ)上進(jìn)行開(kāi)發(fā)延展。同期開(kāi)發(fā)IMS監(jiān)管系統(tǒng)終端可以兼容的自適應(yīng)版本。由于本系統(tǒng)IMS管理員面廣，涉及環(huán)節(jié)多，各種潛在變動(dòng)多，因此計(jì)劃采用SOA作為基本運(yùn)行模式，來(lái)更好的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成、系統(tǒng)擴(kuò)展等要求[9]。SOA是一個(gè)組件模型，它將應(yīng)用程序的不同功能單元（稱為服務(wù)）通過(guò)這些服務(wù)之間定義良好的接口和契約聯(lián)系起來(lái)[10]。接口是采用中立的方式進(jìn)行定義的，獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)和編程語(yǔ)言[11]。這使得構(gòu)建在各種這樣的系統(tǒng)中的服務(wù)可以一種統(tǒng)一和通用的方式進(jìn)行交互，SOA邏輯層次如圖1所示。

圖1 SOA邏輯層次

同時(shí)需要利用服務(wù)之間的松耦合，其具有中立的接口定義特征[8]。松耦合系統(tǒng)的好處有兩點(diǎn)，一點(diǎn)是它的靈活性，另一點(diǎn)是，當(dāng)組成整個(gè)應(yīng)用程序的每個(gè)服務(wù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)逐漸地發(fā)生改變時(shí)，它能夠繼續(xù)存在。而另一方面，緊耦合意味著應(yīng)用程序的不同組件之間的接口與其功能和結(jié)構(gòu)是緊密相連的，因而當(dāng)需要對(duì)部分或整個(gè)應(yīng)用程序進(jìn)行某種形式的更改時(shí)，它們就顯得非常脆弱。對(duì)松耦合系統(tǒng)來(lái)源于業(yè)務(wù)應(yīng)用程序需要更加靈活，以適應(yīng)不斷變化的環(huán)境，比如經(jīng)常改變的政策、業(yè)務(wù)級(jí)別、業(yè)務(wù)重點(diǎn)、合作關(guān)系、行業(yè)調(diào)整以及其他與業(yè)務(wù)有關(guān)的因素，這些因素甚至?xí)绊憳I(yè)務(wù)的性質(zhì)。稱能夠靈活地適應(yīng)環(huán)境變化的業(yè)務(wù)為按需（On demand）業(yè)務(wù)，在按需業(yè)務(wù)中，一旦需要，就可以對(duì)完成或執(zhí)行任務(wù)的方式進(jìn)行必要的更改[12]。圖2為系統(tǒng)運(yùn)行圖。

圖2 實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行圖

2 Cassandra數(shù)據(jù)庫(kù)

2.1 Cassandra 的數(shù)據(jù)模型

Cassandra的數(shù)據(jù)模型類似于一個(gè)四維或五維的HashMap，Column是Cassandra的最小數(shù)據(jù)單元，它由3個(gè)元素組成[13]：gis（屬性名）、lacation（地理位置）、timestamp（時(shí)間戳），其中g(shù)is和lacation都是Java中的byte[]類型，用來(lái)記錄具體的數(shù)據(jù)，timestamp是Cassandra自動(dòng)生成的，用來(lái)記錄數(shù)據(jù)的寫(xiě)入時(shí)間；SuperColumn為Column的數(shù)組，包含一個(gè)name和多個(gè)相應(yīng)的Column；ColumnFamily是一個(gè)包含了許多Row（行）的結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于數(shù)據(jù)庫(kù)中的表，Row是由Key（鍵值）以及與這個(gè) Key相關(guān)聯(lián)的 Column組成；Keyspace是Cassandra數(shù)據(jù)模型中最外層的結(jié)構(gòu)單元，可以封裝多個(gè)ColumnFamily[14]。

Cassandra的數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)非常松散，ColumnFamily的各個(gè)Row不必提前設(shè)計(jì)，可以在 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)對(duì)Row中的Column進(jìn)行隨意地添加和刪除操作，因此Cassandra可以存儲(chǔ)多種復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型。

2.2 Cassandra的集群機(jī)制

一致性哈希 （Consistent Hash）主要用于解決Cassandra集群中的GIS地理位置信息數(shù)據(jù)分配和新節(jié)點(diǎn)加入的問(wèn)題，即Cassandra集群的線性可擴(kuò)展性，其工作原理為[15][16]：一致性哈希會(huì)首先計(jì)算出Cassandra集群中每一個(gè)GIS地理位置節(jié)點(diǎn)相應(yīng)的哈希值，值的范圍為0～232，然后按照每個(gè)節(jié)點(diǎn)相應(yīng)哈希值的大小順序，將這些GIS地理位置節(jié)點(diǎn)依次安放到邏輯范圍為0～232的一致性圓環(huán)上。同理，一致性哈希也會(huì)計(jì)算出需要向Cassandra集群寫(xiě)入的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)Key的哈希值，值的范圍為0～232，并將這些存儲(chǔ)數(shù)據(jù)按照其相應(yīng)哈希值的大小順序依次安放到邏輯范圍為0～232的一致性圓環(huán)上，具體如圖3所示。

圖3 一致性哈希

3 基于GIS技術(shù)的電網(wǎng)綜合信息儲(chǔ)存系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)總體構(gòu)架

基于分布式網(wǎng)絡(luò)感知的GIS電網(wǎng)綜合信息存儲(chǔ)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)自上而下依次為：IMS管理員操作界面、接口層、執(zhí)行層和存儲(chǔ)層。

1）用戶操作界面：以較友好的界面完成用戶與分布式網(wǎng)絡(luò)感知信息存儲(chǔ)系統(tǒng)的交互，IMS管理員可以通過(guò)管理員操作界面進(jìn)行動(dòng)態(tài)信息和靜態(tài)信息的寫(xiě)入和查詢操作。

2）接口層：主要實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)一體化平臺(tái)信息存儲(chǔ)系統(tǒng)和跨區(qū)域電網(wǎng)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互，即接收或提交用戶存儲(chǔ)或查詢的網(wǎng)絡(luò)感知信息，并識(shí)別用戶操作界面中用戶的查詢操作指令和存儲(chǔ)操作指令。該層的接口包括：查詢接口和存儲(chǔ)接口。

3）執(zhí)行層：主要是解析平臺(tái)的GIS電網(wǎng)地理信息的數(shù)據(jù)訪問(wèn)請(qǐng)求，對(duì)平臺(tái)的查詢接口和存儲(chǔ)接口進(jìn)行適配，轉(zhuǎn)化為信息儲(chǔ)存系統(tǒng)的內(nèi)部請(qǐng)求進(jìn)行處理，即對(duì)GIS信息進(jìn)行識(shí)別，將其分為動(dòng)態(tài)信息和靜態(tài)信息執(zhí)行不同的一致性讀寫(xiě)策略，最后把結(jié)果返回給平臺(tái)。該層的接口包括：弱讀取接口、定位讀取接口、識(shí)別接口、弱寫(xiě)入接口、強(qiáng)寫(xiě)入接口以及讀修復(fù)接口，其中定位讀取接口、識(shí)別接口是在Cassandra原有接口的基礎(chǔ)上添加的新的功能接口。

4）存儲(chǔ)層：主要用于保存動(dòng)態(tài)信息和靜態(tài)信息。GIS電網(wǎng)綜合信息存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)動(dòng)態(tài)信息采取了級(jí)別較低的備份策略和備份數(shù)，而對(duì)靜態(tài)信息采取了級(jí)別較高的備份策略和備份數(shù)。

3.2 分類存儲(chǔ)

為了有效地提高IMS系統(tǒng)對(duì)GIS電網(wǎng)綜合信息的存儲(chǔ)效率，需要對(duì)動(dòng)態(tài)信息和靜態(tài)信息采取不同的存儲(chǔ)策略。GIS電網(wǎng)綜合信息存儲(chǔ)系統(tǒng)在Cassandra的storage-conf.xml文件中創(chuàng)建兩個(gè)Keyspace，并針對(duì)動(dòng)態(tài)信息和靜態(tài)信息的不同特點(diǎn)，在兩個(gè) Keyspace中的和< ReplicationFactor>兩項(xiàng)屬性分別指定不同的備份策略和備份數(shù)。

當(dāng)有IMS管理員向GIS電網(wǎng)綜合信息存儲(chǔ)系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)寫(xiě)入請(qǐng)求時(shí)，IMS信息存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)動(dòng)態(tài)信息調(diào)用ConsistencyLevel為ONE的一致性寫(xiě)入策略、低級(jí)別的備份策略和備份數(shù)，對(duì)靜態(tài)信息調(diào)用ConsistencyLeve為QUORUM的一致性寫(xiě)入策略、高級(jí)別的備份策略和備份數(shù)，來(lái)完成對(duì)動(dòng)態(tài)信息和靜態(tài)信息的區(qū)別存儲(chǔ)，GIS電網(wǎng)綜合信息存儲(chǔ)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)步驟為：

1）當(dāng)IMS管理員對(duì)GIS電網(wǎng)綜合信息存儲(chǔ)系統(tǒng)提出GIS地理信息信息的寫(xiě)入請(qǐng)求時(shí)，先通過(guò)該GIS感知信息上標(biāo)識(shí)的布爾變量，判斷其是否屬于動(dòng)態(tài)信息，若是轉(zhuǎn)步驟2），否則轉(zhuǎn)步驟3）；

2）采用ConsistencyLevel為ONE的一致性寫(xiě)入策略、低級(jí)別的備份策略和備份數(shù)，把該動(dòng)態(tài)信息寫(xiě)入系統(tǒng)中的存儲(chǔ)層，更新數(shù)據(jù)結(jié)束；

3）采用ConsistencyLevel為QUORUM的一致性寫(xiě)入策略、高級(jí)別的備份策略和備份數(shù)，把該靜態(tài)信息寫(xiě)入系統(tǒng)中的存儲(chǔ)層，更新數(shù)據(jù)結(jié)束。

3.3 分類查詢

為了解決目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的定位問(wèn)題，分布式網(wǎng)絡(luò)感知信息存儲(chǔ)系統(tǒng)會(huì)在查詢程序中調(diào)用Cassandra自帶的RingCache，其表述如下：

RingCache

1）ringCache=new RingCache（）；

2）ListendPoints=ringCache.getEndPoint（keyspaceName，key）；

RingCache的工作原理為：在執(zhí)行 “RingCache=new RingCache（）”的時(shí)候，內(nèi)部會(huì)讀取配置文件中的種子節(jié)點(diǎn)信息，然后找到一個(gè)有效的種子節(jié)點(diǎn)，向該種子節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求Cassandra集群的一致性哈希圓環(huán)上所有節(jié)點(diǎn)的地址信息，并將所有節(jié)點(diǎn)的地址信息緩存在本機(jī)；接著執(zhí)行 “List< InetAddress>endPoints=ringCache.getEndPoint（keyspaceName，key）”的時(shí)候，Cassandra會(huì)根據(jù)之前找到的GIS地理位置節(jié)點(diǎn)地址信息獲取相應(yīng)的 AbstractReplicationStrategy，這個(gè)AbstractReplicationStrategy能夠根據(jù)IMS管理員查詢請(qǐng)求中所指定的Keyspace的Name和Key的值定位到存有被請(qǐng)求GIS地理位置數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)。

4 系統(tǒng)測(cè)試

利用分布式網(wǎng)絡(luò)感知信息原理，GIS電網(wǎng)綜合信息存儲(chǔ)系統(tǒng)是基于Cassandra0.6.2版本開(kāi)發(fā)的，選用本實(shí)驗(yàn)室中4臺(tái)交換機(jī)下的20臺(tái)計(jì)算機(jī)來(lái)搭建測(cè)試平臺(tái)，這些計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)都為Windows XP且都安裝有JDK7，網(wǎng)絡(luò)帶寬為4 Mb/s。研究區(qū)域選用東北某地區(qū)的配電網(wǎng)，打開(kāi)東北某地區(qū)配電網(wǎng)GIS綜合信息系統(tǒng)主界面。如圖4所示。

圖4 GIS配電線路圖

GIS電網(wǎng)綜合信息存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能測(cè)試主要是為了檢驗(yàn)靜態(tài)信息的定位讀取策略相較于Cassandra原有的弱讀取策略在靜態(tài)信息的查詢速度上是否有提升。本文采用查詢單條服務(wù)信息的平均查詢時(shí)延來(lái)代表靜態(tài)信息的查詢速度，對(duì)比分布式網(wǎng)絡(luò)感知信息存儲(chǔ)系統(tǒng)的250定位查詢返回結(jié)果的時(shí)延和Cassandra原系統(tǒng)的弱讀取返回結(jié)果的時(shí)延之間的差別。

經(jīng)分析可知，系統(tǒng)中所存數(shù)據(jù)量的大小和集群中節(jié)點(diǎn)的多少是影響查詢單條服務(wù)信息的 平均查詢時(shí)延的兩大因素，因此，性能測(cè)試要分別從數(shù)據(jù)量和節(jié)點(diǎn)量這兩個(gè)維度對(duì)分布式網(wǎng) 絡(luò)感知信息存儲(chǔ)系統(tǒng)的定位讀取策略進(jìn)行考察，兩個(gè)測(cè)試的具體條件設(shè)置如下：

1）數(shù)據(jù)量測(cè)試：節(jié)點(diǎn)量一定，數(shù)據(jù)量不同。為了測(cè)試方便，兩套被測(cè)系統(tǒng)都采用交換機(jī)1下的5個(gè)節(jié)點(diǎn)做測(cè)試。在測(cè)試前，在兩套被測(cè)系統(tǒng)中均存入相同的服務(wù)信息，每次測(cè)試依次增加服務(wù)信息的存儲(chǔ)數(shù)量，4次測(cè)試的數(shù)據(jù)量分別為1 000條、5 000條、10 000條、20 000條；

2）節(jié)點(diǎn)數(shù)測(cè)試：數(shù)據(jù)量一定，節(jié)點(diǎn)量不同。在測(cè)試前，在兩套被測(cè)系統(tǒng)中均存入相同的服務(wù)信息1 000條，每次測(cè)試依次增加節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，4次測(cè)試的節(jié)點(diǎn)量分別為交換機(jī)1下的5個(gè)節(jié)點(diǎn)、交換機(jī)1、2下的10個(gè)節(jié)點(diǎn)、交換機(jī)1～3下的15個(gè)節(jié)點(diǎn)、4臺(tái)交換機(jī)下的全部20個(gè)節(jié)點(diǎn)。

為了測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確，每次測(cè)試都對(duì)兩套被測(cè)系統(tǒng)隨機(jī)查詢10條服務(wù)信息，每次測(cè)試重復(fù)10遍，然后求出兩套被測(cè)系統(tǒng)對(duì)單條服務(wù)信息的平均查詢時(shí)間，數(shù)據(jù)量測(cè)試的結(jié)果如圖 5所示，節(jié)點(diǎn)數(shù)測(cè)試的結(jié)果如圖6所示。

從圖5中數(shù)據(jù)量測(cè)試的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：

1）兩條曲線都隨著系統(tǒng)中所存服務(wù)信息的數(shù)據(jù)量增加而上升。分析可知，定位讀取和弱讀取都需要通過(guò)數(shù)據(jù)的Key與系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)的Key進(jìn)行匹配，當(dāng)數(shù)據(jù)量增大時(shí)，匹配消耗的時(shí)間隨之增加；

圖5 數(shù)據(jù)量測(cè)試

圖6 節(jié)點(diǎn)數(shù)測(cè)試

2）定位讀取的曲線中各測(cè)試點(diǎn)的位置都要略高于弱讀取，即GIS電網(wǎng)綜合信息存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)靜態(tài)信息的定位查詢比Cassandra原有的弱讀取的查詢速度慢。經(jīng)分析可知，定位讀取的查詢時(shí)間，是節(jié)點(diǎn)定位時(shí)間和信息讀取時(shí)間組成的。在測(cè)試1中僅有5個(gè)節(jié)點(diǎn)的情況下，Cassandra原有的弱讀取遍歷詢問(wèn)5個(gè)節(jié)點(diǎn)的用時(shí)并不多，而定位讀取相對(duì)于弱讀取的優(yōu)勢(shì)就在于快速定位，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)較少，且定位讀取還需要通過(guò)全局路由表計(jì)算“最近”節(jié)點(diǎn)，所以其查詢速度反而比原有的弱讀取慢。

據(jù)此大膽推測(cè)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)量增加時(shí)，Cassandra原有的弱讀取遍歷詢問(wèn)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間會(huì)大大增加，而GIS電網(wǎng)地理信息存儲(chǔ)系統(tǒng)的定位讀取策略無(wú)需對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行遍歷詢問(wèn)，查詢速度上的優(yōu)勢(shì)會(huì)隨之顯現(xiàn)。

從圖6中節(jié)點(diǎn)數(shù)測(cè)試的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：

定位讀取的曲線斜率要小于弱讀取，即GIS電網(wǎng)綜合信息存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)靜態(tài)信息的定位讀取的查詢速度比Cassandra原有的弱讀取的查詢速度快，且隨著節(jié)點(diǎn)量的增加，定位讀取相較于弱讀取的優(yōu)勢(shì)在擴(kuò)大。分析可知，當(dāng)集群中節(jié)點(diǎn)數(shù)量較大時(shí)，GIS電網(wǎng)綜合信息存儲(chǔ)系統(tǒng)的定位讀取策略要優(yōu)于Cassandra原有的弱讀取策略，且定位讀取的優(yōu)勢(shì)會(huì)隨著節(jié)點(diǎn)量的增加呈線性提升，驗(yàn)證了數(shù)據(jù)量測(cè)試中的推測(cè)。

5 結(jié)論

分布式網(wǎng)絡(luò)感知信息存儲(chǔ)系統(tǒng)用于處理互聯(lián)網(wǎng)中海量、多源、異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)感知信息，然而為了提高智能電網(wǎng)一體化平臺(tái)（IMS）監(jiān)管系統(tǒng)整體的存儲(chǔ)和查詢效率，本系統(tǒng)相較于Cassandra原型系統(tǒng)進(jìn)行了以下改進(jìn)：

1）對(duì)GIS電網(wǎng)地理感知信息的分類存儲(chǔ)。Cassandra原型系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)都采用相同的存儲(chǔ)策略，而GIS電網(wǎng)綜合信息存儲(chǔ)系統(tǒng)通過(guò)創(chuàng)建兩個(gè)Keyspace，為動(dòng)態(tài)信息和靜態(tài)信息指定不同的備份策略和備份數(shù)，并分別調(diào)用ConsistencyLevel為ONE和QUORUM的一致性寫(xiě)入策略，來(lái)完成對(duì)動(dòng)態(tài)信息和靜態(tài)信息的分類存儲(chǔ)；

2）對(duì)GIS電網(wǎng)地理感知信息的分類查詢。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)感知信息的不同特點(diǎn)，分布式網(wǎng)絡(luò)感知信息存儲(chǔ)系統(tǒng)采用弱讀取策略對(duì)動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行查詢，而采用“定位讀取”策略對(duì)靜態(tài)信息進(jìn)行查詢，其中，為了保證靜態(tài)信息的一致性，GIS電網(wǎng)綜合信息存儲(chǔ)系統(tǒng)通過(guò)讀修復(fù)來(lái)修復(fù)過(guò)期、出錯(cuò)的靜態(tài)信息；

3）對(duì)GIS電網(wǎng)地理靜態(tài)信息的定位查詢。GIS電網(wǎng)綜合信息存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)Cassandra原有的弱讀取策略進(jìn)行了改進(jìn)，提出了“定位讀取”策略。當(dāng)IMS管理員對(duì)GIS電網(wǎng)綜合信息存儲(chǔ)系統(tǒng)中的靜態(tài)信息提出查詢請(qǐng)求時(shí)，定位讀取策略會(huì)先通過(guò)RingCache定位到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，然后通過(guò)地理節(jié)點(diǎn)距離信息，計(jì)算出“最近”地理節(jié)點(diǎn)，最后讓系統(tǒng)平臺(tái)直接對(duì)最近節(jié)點(diǎn)執(zhí)行查詢操作。

[1]周鯤鵬，顏炯，方仍存，等.基于GIS的電網(wǎng)規(guī)劃集成應(yīng)用平臺(tái)[J].湖北電力，2012，36（5）:1-4.

[2]胡曉煒，苑玉山.基于地理信息系統(tǒng)（GIS）的智能電網(wǎng)規(guī)劃系統(tǒng)研究[J].中國(guó)電力教育，2009（12）:263-264.

[3]王鵬，蔣御柱.基于GIS的電網(wǎng)規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2008，29（22）:5741-5744.

[4]鄭文杰，陳小軍，李波，等.GIS與配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)圖模交互實(shí)踐研究[J].南方能源建設(shè)，2014（1）:7-13.

[5]劉中南.配電管理中GIS的應(yīng)用探析[J].科技與創(chuàng)新，2014（22）:110.

[6]農(nóng)寧波.基于GIS的電力通信線路管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用分析[J].通訊世界，2014（21）:201-202.

[7]曹軍威，萬(wàn)宇鑫，涂國(guó)煜，等.智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)研究[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2013，36（1）:143-167.

[8]王曉輝.基于SOA的電力GIS平臺(tái)及關(guān)鍵技術(shù)研究 [D].北京：華北電力大學(xué)，2012.

[9]楊恢宏，余高旺，樊占峰，等.微電網(wǎng)系統(tǒng)控制器的研發(fā)及實(shí)際應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011，39（19）:126-129.

[10]張羿，趙志勇，黃治，等.SOA安全體系在南方電網(wǎng)信息集成平臺(tái)中的應(yīng)用研究[J].云南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013（2）:220-225.

[11]甘杉，卞瑞祥，何超林，等.基于SOA架構(gòu)的一體化電網(wǎng)運(yùn)行服務(wù)總線關(guān)鍵技術(shù)研究[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2014（2）: 73-77.

[12]白紅偉，馬志偉，宋亞奇.基于云計(jì)算的智能電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理[J].華東電力，2011（9）:1485-1488.

[13]唐李洋，倪志偉，李應(yīng).基于Cassandra的可擴(kuò)展分布式反向索引的構(gòu)建[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2011，38（6）:187-190.

[14]申德榮，于戈，王習(xí)特，等.支持大數(shù)據(jù)管理的NoSQL系統(tǒng)研究綜述[J].軟件學(xué)報(bào)，2013（8）:1786-1803.

[15]席屏，薛峰.多層一致性哈希的HDFS副本放置策略[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2015（2）:127-133.

[16]覃雄派，王會(huì)舉，李芙蓉，等.數(shù)據(jù)管理技術(shù)的新格局[J].軟件學(xué)報(bào)，2015（27）:1-22.

【相關(guān)參考文獻(xiàn)鏈接】

姚芬.基于GIS技術(shù)的房地產(chǎn)中介管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].2014，22（23）:64-66.

楊在華.基于三維GIS保障性住房信息化建設(shè)的設(shè)計(jì)研究[J].2015，23（15）:153-155.

陳迅，秦海亭，劉利，等.GIS局部放電小波閾值去噪算法的改進(jìn)[J].2015，23（16）:171-174.

吳麗賢，林鈺杰.基于GIS和SVG的低壓?jiǎn)尉€圖自動(dòng)布局算法[J].2015，23（20）:148-151.

趙生昊，劉恒毅，劉青松，等.基于ArcGIS Engine的閃電定位資料查詢系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].2016，24（1）:16-18.

張正欣.應(yīng)用于公共電子醫(yī)療領(lǐng)域的SOA服務(wù)組件管理系統(tǒng)[J].2014，22（2）:19-21.

尹培培.云計(jì)算與SOA在信息化建設(shè)中的融合應(yīng)用[J].2014，22（5）:26-29.

魏慧.基于SOA架構(gòu)的醫(yī)院信息管理平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].2015，23（20）:47-48.

姚玨菂，蘇珂嘉，孟慶勇，等.基于絕緣在線監(jiān)測(cè)原理的礦井低壓電網(wǎng)漏電保護(hù)選線方法研究[J].2014，22（2）:56-59.

朱圣盼，金仁云.寧波梅山島20 kV配電網(wǎng)的建設(shè)方案[J].2014，22（6）:73-76.

蘇珂嘉，姚玨菂，唐春曉.基于現(xiàn)場(chǎng)總線的煤礦井下電網(wǎng)漏電保護(hù)裝置設(shè)計(jì)[J].2014，22（7）:106-108.

王曉明，項(xiàng)興堯，張向龍，等.電網(wǎng)諧波治理仿真研究[J].2014，22（7）:109-112.

李劍，馬新春，覃楨楨，等.基于加窗插值FFT的電網(wǎng)諧波檢測(cè)系統(tǒng)的研究[J].2014，22（11）:29-31.

楚成彪，郝思鵬，何小棟，等.基于STM32的農(nóng)村智能配電網(wǎng)監(jiān)控終端設(shè)計(jì)[J].2014，22（14）:59-62.

周國(guó)棟，陳迅，曹珍珍.基于SOPC的電網(wǎng)參數(shù)監(jiān)測(cè)裝置的設(shè)計(jì)[J].2014，22（15）:136-139.

譚寶成，楊成.大功率設(shè)備在電網(wǎng)波動(dòng)下的研究對(duì)策[J].2014，22（22）:77-80.

Design of GIS technology integrated information system based on Grid

QIAO Lin,HU Nan,TONG Dong-hui,WANG Hao
（Information and Communication Branch of State Grid Liaoning Electric Power Supply Co.,Ltd.，Shenyang 110000，China）

Integrated platform for smart grid (IMS)monitoring system store massive，multi-source GIS grid information problems，the use of network-aware distributed information storage system as a way to network-aware subsystems for IMS monitoring system provides network-aware information inquiry service.The GIS Geographic Information Network in the perceptual information based on different characteristics into dynamic information and static information，use the information to build distributed network-aware storage systems in the cluster based on non-relational database Cassandra.Finally，and system performance test results show that:read four switches under traversal ask 20 nodes as the amount of data increases，the match time consumed increases.

GIS；integrated information network；Cassandra；location query

TN919.6

A

1674－6236（2016）15-0088-05

2016-01-23 稿件編號(hào)：201601217

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51307051).

喬 林(1977—)，男，遼寧沈陽(yáng)人，碩士，高級(jí)工程師。研究方向：信息系統(tǒng)運(yùn)行檢修管理。