國產(chǎn)自主可控?cái)?shù)據(jù)庫在智慧集控中的探索

李 闖

（1.五凌電力有限公司，湖南 長沙 410004；2.湖南省水電智慧化工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410004）

1 概述

國內(nèi)大多數(shù)行業(yè)的IT架構(gòu)中，數(shù)據(jù)庫是基礎(chǔ)和核心的內(nèi)容，做為信息資源的載體，選用安全可靠的數(shù)據(jù)庫是保障信息系統(tǒng)安全的重要內(nèi)容。國外數(shù)據(jù)庫進(jìn)入國內(nèi)市場比較早，國內(nèi)的金融、能源、通信等涉及國家經(jīng)濟(jì)命脈的行業(yè)和政府機(jī)關(guān)多采用Oracle、DB2、Sybase等國外數(shù)據(jù)庫，同時在國際政治和經(jīng)濟(jì)形勢多變的情況下，部分軟硬件系統(tǒng)的使用受到限制，數(shù)據(jù)安全受到威脅。

國產(chǎn)化自主可控的背后是國家對信息安全和數(shù)據(jù)安全的重視，國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫經(jīng)過三十多年的發(fā)展技術(shù)逐步成熟，在安全性、穩(wěn)定性、高可用性及性能上都達(dá)到或超過國外數(shù)據(jù)庫的技術(shù)指標(biāo)，已經(jīng)具備替代國外數(shù)據(jù)庫的能力，綜合多個因素?cái)?shù)據(jù)庫國產(chǎn)化替代成為必然。

電力行業(yè)一直以來采用國外關(guān)系型數(shù)據(jù)庫構(gòu)建應(yīng)用平臺，對關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的基本能力、事務(wù)能力、高可用能力的有關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在性能、安全以及運(yùn)維方面也提出了要求，并制定了如數(shù)據(jù)庫通用訪問接口規(guī)范、通用數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)交換、傳輸?shù)确矫娴臉?biāo)準(zhǔn)規(guī)范，國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)替換需要兼容國外數(shù)據(jù)庫及現(xiàn)行的行業(yè)開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合當(dāng)下復(fù)雜的國際關(guān)系，電力行業(yè)的特殊性，亟需穩(wěn)固數(shù)據(jù)底座，推進(jìn)國產(chǎn)化數(shù)據(jù)庫在智慧集控各業(yè)務(wù)系統(tǒng)上的使用已勢在必行。

2 自主可控?cái)?shù)據(jù)庫在智慧集控建設(shè)中的應(yīng)用

作為發(fā)電集控中心智慧化建設(shè)的核心內(nèi)容之一的智能化調(diào)度服務(wù)指揮應(yīng)用平臺，是以集控中心為主體，集控電廠為支撐建設(shè)的基于AI智能語音的綜合指揮調(diào)度平臺，它通過辦公網(wǎng)絡(luò)和移動通信網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)用HTTPS協(xié)議下的信息加密、消息推送、語音提醒等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度指揮的信息化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，調(diào)度業(yè)務(wù)交互的多元化。

智慧調(diào)度和智慧語控系統(tǒng)是智能化調(diào)度服務(wù)指揮應(yīng)用平臺的兩大核心應(yīng)用，其對數(shù)據(jù)庫的安全合規(guī)、高性能、擴(kuò)展性、兼容性和可靠性要求極為嚴(yán)格。早期建設(shè)的信息系統(tǒng)的技術(shù)及設(shè)備還在應(yīng)用開源或非國產(chǎn)化數(shù)據(jù)庫，對集控中心現(xiàn)有信息系統(tǒng)的安全性、合規(guī)性提出了嚴(yán)峻考驗(yàn)，綜上考慮，選擇一款國內(nèi)自主可控的數(shù)據(jù)庫作為智能化調(diào)度服務(wù)指揮應(yīng)用平臺建設(shè)的數(shù)據(jù)底座十分必要。

2.1 國產(chǎn)自主可控?cái)?shù)據(jù)庫介紹

數(shù)據(jù)庫國產(chǎn)化的難點(diǎn)在于許多對數(shù)據(jù)可靠性要求較高的、業(yè)務(wù)應(yīng)用較復(fù)雜的系統(tǒng)長期以來對 Oracle 和 DB2 等數(shù)據(jù)庫形成依賴，適應(yīng)性、耦合度強(qiáng)；此外國產(chǎn)化改造過程中，涉及現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫與oracle數(shù)據(jù)庫的兼容性的問題，數(shù)據(jù)類型、語法格式、函數(shù)等內(nèi)容的匹配情況都增加了國產(chǎn)化的難度。如何減少對業(yè)務(wù)系統(tǒng)的影響，盡可能地實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫的平滑遷移，都是數(shù)據(jù)庫國產(chǎn)化進(jìn)程中將會面臨的問題。

UXDB擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，是現(xiàn)有國產(chǎn)自主可控?cái)?shù)據(jù)庫軟件的重要成員之一，符合ANSI SQL國際標(biāo)準(zhǔn)，提供完善的數(shù)據(jù)存儲與數(shù)據(jù)管理功能。支持行式存儲、列式存儲及行列混和存儲，支持結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化等多種數(shù)據(jù)類型，可同時滿足在線事務(wù)型業(yè)務(wù)與在線分析型業(yè)務(wù)場景需求。同時支持多種部署方式，包括：一主多備模式、讀寫分離模式、共享存儲模式、大規(guī)模并行計(jì)算集群模式，以及云部署。

UXDB可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)強(qiáng)一致性，支持事務(wù) ACID，支持復(fù)雜查詢及統(tǒng)計(jì)分析，可以通過增加節(jié)點(diǎn)擴(kuò)充數(shù)據(jù)庫容量及性能，實(shí)現(xiàn)高可用[1]。為了更好的實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫的替代，在Oracle、MySQL等國外數(shù)據(jù)庫的兼容性方面也提出了獨(dú)立的解決方法，例如數(shù)據(jù)類型、SQL語法等方面及設(shè)置數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)和兼容兩種模式。為簡化遷移過程提供了數(shù)據(jù)遷移工具，支持Oracle、SQL Server、MySQL等多種數(shù)據(jù)庫的遷移，具備完備的遷移功能并提升了數(shù)據(jù)遷移性能，并提供自定義函數(shù)/存儲過程等的遷移。從數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、研發(fā)、實(shí)施、運(yùn)維等各環(huán)節(jié)，完全實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品及解決方案的自主可控。使用自主可控?cái)?shù)據(jù)庫一方面可以從根本上杜絕系統(tǒng)后門，從而減少了安全隱患。另外也可以克服電力行業(yè)企業(yè)對國外商業(yè)數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品的深度依賴性，從而大大減少了數(shù)據(jù)庫耗費(fèi)，促進(jìn)企業(yè)信息化國產(chǎn)化率的升級，加大了數(shù)據(jù)安全的保護(hù)力量，為集控中心智慧化建設(shè)提供有力支撐。

2.2 智慧調(diào)度系統(tǒng)數(shù)據(jù)需求分析

智慧調(diào)度作為智能化調(diào)度服務(wù)指揮應(yīng)用平臺子系統(tǒng)之一，其核心功能是調(diào)度操作票管理及網(wǎng)絡(luò)發(fā)令，這也是智能化調(diào)度服務(wù)指揮應(yīng)用平臺中一項(xiàng)重要的建設(shè)內(nèi)容。基于靈活、方便地為調(diào)度操作票管理及網(wǎng)絡(luò)發(fā)令等綜合業(yè)務(wù)提供服務(wù)，智慧調(diào)度系統(tǒng)的底層技術(shù)框架采用前后端分離技術(shù)搭建，前端采用Vue、Element UI，后端采用Spring Boot、Spring Security和Mybatis。權(quán)限認(rèn)證使用Jwt，支持多終端認(rèn)證系統(tǒng)。支持加載動態(tài)權(quán)限菜單，多方式輕松權(quán)限控制。

在開發(fā)智慧調(diào)度的過程中，持久層框架 Mybatis基于開源的關(guān)系數(shù)據(jù)庫Mysql搭建，其中數(shù)據(jù)查詢和存儲的SQL語句依據(jù)Mysql編寫，為保障業(yè)務(wù)正常使用，需將其無縫遷移到UXDB上。

2.3 智慧語控系統(tǒng)數(shù)據(jù)需求分析

智慧語控系統(tǒng)的核心功能是采取自然語言交互方式對PC、數(shù)字大屏、機(jī)器人等終端設(shè)備進(jìn)行語音操控。其中使用到了語音識別技術(shù)、語音合成技術(shù)、自然語言理解技術(shù)等AI能力，基于這些AI能力打造出智控機(jī)器人。

智慧語控系統(tǒng)分為客戶端和配置端，客戶端采取C/S架構(gòu)使用C#語言開發(fā)，主要功能是對終端設(shè)備的控制和虛擬機(jī)器人形象展示；配置端采取B/S架構(gòu)通過瀏覽器頁面訪問，主要功能是對機(jī)器人控制的指令集合配置，控制路徑配置，用戶權(quán)限管理、數(shù)據(jù)字典管理等；基于微服務(wù)框架理念的輕量化考慮，后端服務(wù)框架采用Spring Boot，減小對中間件的依賴，安裝方便，易于擴(kuò)容和遷移。

在開發(fā)智慧語控系統(tǒng)的過程中，持久層框架使用spring Boot JPA，數(shù)據(jù)庫基于開源的關(guān)系數(shù)據(jù)庫Mysql搭建，其中配置端中涉及用戶權(quán)限數(shù)據(jù)、指令配置和數(shù)據(jù)字典等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在mysql數(shù)據(jù)庫中存儲，這些業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的增刪改查sql語句均遵循mysql語句語法規(guī)范編寫，并且涉及使用mysql數(shù)據(jù)庫一些常用函數(shù)（比如日期格式化、字符串處理等），為保障業(yè)務(wù)正常使用，需將其無縫遷移到UXDB上。

2.4 數(shù)據(jù)庫適配及問題處理

2.4.1 數(shù)據(jù)遷移

（1）數(shù)據(jù)庫安裝

按照數(shù)據(jù)庫廠商提供的安裝手冊步驟安裝UXDB數(shù)據(jù)庫，導(dǎo)入開發(fā)許可文件。

（2）安裝ux_migration工具

解壓安裝包uxdb-migration-v3.0.4-RELEASE到目錄ux_migration。在目ux_migration下面運(yùn)行 install.exe工具和相關(guān)部分會被復(fù)制到UXDB Server安裝目錄下相應(yīng)位置。安裝過程中，如果出現(xiàn)打印ux_config命令不存在的情況，需確認(rèn)UXDB Server已經(jīng)安裝并且PATH環(huán)境變量已經(jīng)配置。

（3）遷移準(zhǔn)備

遷移開始前，需要記錄、統(tǒng)計(jì)原有數(shù)據(jù)庫的完整信息，方便在遷移完成后做對應(yīng)的檢查工作，其內(nèi)容主要有：源數(shù)據(jù)庫中的用戶、角色權(quán)限；源數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)表的定義（列名、數(shù)據(jù)類型、主鍵、外鍵等等）；源數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)表中存儲的數(shù)據(jù)對象數(shù)量；源數(shù)據(jù)庫中紀(jì)錄索引的名稱、類型及實(shí)際工作狀態(tài)。

（4）遷移過程

UXDB提供了數(shù)據(jù)庫遷移工具 uxdb-migration,該工具支持遷移的源數(shù)據(jù)庫有：Mysql、SqlServer、Sybase等數(shù)據(jù)庫。

為了確保在遷移過程中，沒有任何新的數(shù)據(jù)庫修改，遷移前需要停止所有的應(yīng)用。關(guān)閉數(shù)據(jù)庫、關(guān)閉監(jiān)聽。然后重新打開數(shù)據(jù)庫，以確保沒有應(yīng)用連接到mysql數(shù)據(jù)庫。

運(yùn)行uxdb-migration，創(chuàng)建遷移任務(wù)，輸入任務(wù)名稱（隨意），選擇源數(shù)據(jù)類型Mysql和目標(biāo)數(shù)據(jù)類型。

點(diǎn)擊下一步按鈕，按照界面提示，分別完成源數(shù)據(jù)庫鏈接（主機(jī)名稱、端口號、用戶名和密碼）、目標(biāo)數(shù)據(jù)庫鏈接（主機(jī)名稱、端口號、用戶名和密碼）、需要遷移的數(shù)據(jù)庫對象即可完成整個數(shù)據(jù)庫的遷移（在選擇遷移的數(shù)據(jù)庫時遷移內(nèi)容需要選中“遷移結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)”選項(xiàng)）。

（5）遷移過程監(jiān)控

數(shù)據(jù)庫遷移過程開始后，用戶可根據(jù)遷移監(jiān)控界面，了解數(shù)據(jù)庫遷移過程的進(jìn)度和詳細(xì)情況。數(shù)據(jù)庫遷移完成后，用戶可單擊“導(dǎo)出”按鈕，將“遷移日志”或“遷移 報告”以文本方式，導(dǎo)出到文件中保存。

（6）數(shù)據(jù)庫檢查

數(shù)據(jù)庫遷移完成后，進(jìn)行全方位的檢查，以確保數(shù)據(jù)移植的完整準(zhǔn)確。其主要內(nèi)容有：檢查導(dǎo)入數(shù)據(jù)的完整性；檢查表空間、數(shù)據(jù)文件狀態(tài)是否正確；檢查導(dǎo)入對象數(shù)量、狀態(tài)是否正確；檢查導(dǎo)入索引數(shù)量、狀態(tài)是否正確；檢查用戶角色權(quán)限是否與原有數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)保持一致。

（7）修改應(yīng)用程序配置文件

修改Maven配置文件內(nèi)JDBC連接方式和依賴配置項(xiàng)。

2.4.2 問題及解決方法

（1）遷移工具軟件配置問題及解決方法

UXDB遷移工具內(nèi)jdbc驅(qū)動默認(rèn)安裝路徑為D:uxdbuxdbinstallUXDBAdmindriversjdbc，需嚴(yán)格按照此路徑對遷移工具進(jìn)行配置。

（2）應(yīng)用程序運(yùn)行在遷移后的UNXDB上，出現(xiàn)的問題及解決方法如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)庫適配問題及解決方法

2.5 數(shù)據(jù)庫適配情況總結(jié)

（1）遷移時目標(biāo)數(shù)據(jù)庫的名稱和源數(shù)據(jù)庫的名稱可以不一致，mysql里面是wsd數(shù)據(jù)庫，uxdb可以自定義一個數(shù)據(jù)庫作為目標(biāo)數(shù)據(jù)庫。

（2）遷移時由于mysql沒有模式的概念，但是遷移工具會根據(jù)源數(shù)據(jù)庫名稱，將數(shù)據(jù)遷移到同名的模式下，所以需要在UXDB中創(chuàng)建一個與源數(shù)據(jù)庫同名的模式。

（3）遷移工具使用時，必須與uxdb在同一臺機(jī)器上，且uxdb機(jī)器上需要安裝mysql客戶端，遷移工具進(jìn)行數(shù)據(jù)遷移時，需要使用mysql客戶端連接到mysql獲取到相應(yīng)的表結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)，再將結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到uxdb上。

3 結(jié)論

電力行業(yè)關(guān)系國民經(jīng)濟(jì)命脈和國家能源安全，由于行業(yè)的特殊性和信息安全的戰(zhàn)略需求，信息和數(shù)據(jù)的安全性顯得尤為重要。在電力行業(yè)各信息化系統(tǒng)中，高性能、易移植、可擴(kuò)展及兼容性強(qiáng)的可控?cái)?shù)據(jù)庫具有舉足輕重的地位。數(shù)據(jù)庫技術(shù)是發(fā)電集控中心智慧化建設(shè)中各信息系統(tǒng)的核心，也是智能化調(diào)度指揮應(yīng)用平臺必不可少的組成部分，通過在智慧調(diào)度、智慧語控等信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫軟件安裝、遷移和適配工作，進(jìn)一步驗(yàn)證了某國產(chǎn)自主可控?cái)?shù)據(jù)庫的安全合規(guī)、高性能、可擴(kuò)展、易兼容等特性，這對今后國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫在電力行業(yè)的發(fā)展和在各智能化信息系統(tǒng)的推廣均有重要的意義。