基于混合云架構的電廠運行數據并行遷移系統

黃偉，王小波，喬蓓蓓

（大唐富平熱電有限公司，陜西富平 711799）

隨著互聯網技術的不斷發展，電網營銷信息系統也在不斷發展完善，該系統中存在著用電信息、抄核收信息、電網線損信息、用電稽查監控信息等，在采集這類信息時，需要保證電廠運行數據的完整性與有效性，因此對電廠運行數據進行遷移，可以實現電廠歷史運行數據的轉換與集中處理[1-2]，但是由于傳統的電廠運行數據遷移系統采用了數據集中存儲方式，導致電廠運行數據遷移效率較差，如基于云計算的電廠運行數據并行遷移系統，該系統充分發揮了云計算快速處理電廠運行數據的優勢，對電廠運行數據進行動態配置與提取，并在云計算環境下對電廠運行數據進行數據分析與挖掘，雖然該系統實現了電廠運行數據的快速采集與整合，但是該系統存在較高的延時，不符合電廠的運行要求。基于敏感元組的電廠運行數據并行遷移系統采用敏感元組對電廠數據庫進行讀寫操作，將系統服務器與運行數據庫進行同步分離，該系統能夠充分保證電廠運行數據遷移的安全性，但系統的數據遷移速率較低。

為了解決以上問題，該文設計了基于混合云架構的電廠運行數據并行遷移系統，分別對硬件與軟件進行了設計，最后通過實驗研究，驗證了該文所設計的基于混合云架構的電廠運行數據并行遷移系統的實際應用效果。

1 電廠運行數據并行遷移系統硬件設計

該文設計的混合云架構的電廠運行數據并行遷移系統硬件結構如圖1 所示。

圖1 電廠運行數據并行遷移系統硬件結構

1.1 電路模塊設計

電路模塊主要功能是放大電廠雙極性信號[3-4]。電路模塊中的放大電路，其核心設備為三星公司生產的SDB5467 放大器，采用1.8～3.3 V 電源供電，特點是功耗較低、可進行集成運放，含有雙通道，電路中的靜態電流為1.8 A，在電路中需要對雙極性信號進行放大增益，因此需要在電路中構建負反饋[5-6]。電路模塊如圖2 所示。

圖2 電廠運行數據并行遷移系統電路模塊圖

為了提升電廠運行信號采集效率與質量，需要降低放大器的失調電壓，擴大寬電源電壓范圍，將失調電壓降低到1.2 V，寬電源電壓調節到1.8～8.8 V。為了提高電路的抗電磁干擾能力，在放大器的輸入端輸入直流偏置電壓，輸出端則會輸出基準電壓，電壓值為1.8 V，電路模塊中的電阻為低噪聲電阻，可以降低電廠雙極性信號噪聲，通過電路模塊可實現電廠雙極性信號的放大處理，并對整個系統提供供電服務[7]。

1.2 單片機模塊設計

該文系統的單片機模塊主要負責對電廠運行數據進行控制，模塊中的單片機是遷移系統的主控制器，該款主控制器由美國的ADI 公司生產，其型號為ADN7632，單片機的內部設有存儲器，電廠運行數據采集完畢后會臨時存儲到單片機的存儲器中，等待傳輸。另外，單片機具有豐富的外設與接口，具有多個SPI 接口、SDI 接口、USB 接口以及串行接口等，以方便電廠運行數據的傳輸。單片機根據時鐘周期數將電廠運行數據轉換成時鐘信號，除了具有豐富的外設，其運算能力也較為突出，大量的通信接口使其功能較為全面，而單片機模塊的外圍電路簡單，與單片機通過SDI 相連，外圍電路的單端電壓為2.2 V，主要為單片機外設供電，最高瞬時電壓可達3.3 V，額定電流值為1.2 μA，通過系統的單片機模塊可實現對電廠運行數據傳輸過程的控制[8-9]。

1.3 傳感器模塊

普通的傳感器在收集電廠信息時具有較大的局限性，這是由于電廠運行線路不穩定，容易受到溫度、高壓等因素的影響，因此該文采用的傳感器模塊設置了多個傳感器，以實現電廠運行數據的遷移與傳輸，方便電廠工作人員掌握電廠運行的狀態[10-12]。傳感器模塊如圖3 所示。

圖3 傳感器模塊

觀察圖3 可知，傳感器模塊含有的傳感器有光敏傳感器、紅外傳感器、霍爾傳感器，這些傳感器可以協助并行遷移系統檢測電廠在運行過程中發生故障時的電壓、電流、溫度等信息，將這些信息進行轉換變成電信號，傳輸到系統的單片機中，利用單片機對電廠運行數據傳輸過程進行控制。傳感器傳輸電廠運行信息的方式為同步方式，這種傳輸方式可以確保電廠運行數據在單片機與傳感器之間的同步傳輸[13]。

1.4 處理模塊設計

該文系統的處理模塊主要負責電廠運行數據的處理，其核心設備為微處理器，這款微處理器是由三星公司生產的STN5349，是增強型16 位處理器，該款微處理器功耗較低、價格便宜，時鐘頻率為82 MHz，具有大量的I/O 端口以及豐富的外設，在微處理器的芯片上集成了258 kB 的Flash，通過I/O 端口與之相連，微處理器外部除了具有大量的I/O 端口外，還有多個通信接口，包括USB 接口、SPI 接口以及USRT接口，在微處理器的內部設有6 個DMA 通道、兩個8位計時器，當處理電廠運行數據時，采用串行單線進行調試，電廠運行數據處理速率最高可達280 bit/s，數據處理性能較好[14]。處理器電路圖如圖4 所示。

圖4 處理器電路圖

2 系統軟件設計

混合云能夠將公有云和私有云有效融合，以混合的形態展示軟件形式。應用混合云架構將電廠內部的管理數據、應用數據、網絡數據和機房數據融合到一起，實現互通管理。混合云架構如圖5 所示。

圖5 混合云架構

基于混合云架構的電廠運行數據并行遷移系統的軟件流程如圖6 所示。

圖6 基于混合云架構的電廠運行數據并行遷移系統的軟件流程

電廠運行數據并行遷移系統的軟件流程：首先，將電廠原始運行數據進行轉換與遷移，此時在私有云中，需要先將電廠原始數據采用同步傳輸方式傳輸至源數據庫中，經過源數據庫的整合與提取后將其遷移至新數據庫中，在新數據庫中提取有效的電廠運行數據，根據數據轉換格式進行有效數據轉換，并對其進行驗證與遷移。由于數據遷移量較大，需要保證有效運行數據與原始運行數據的一致性。遷移時間計算公式如下：

式中，T表示計算的遷移時間；{T1,T2,…,Tn}表示訪問的數據集。

然后，將數據傳遞到公有云中，對遷移、轉換后的原始電廠運行數據進行數據同步。電廠原始運行數據在轉換與遷移后，采用數據同步技術將數據同步至目標數據庫中，在目標數據庫中對有效運行數據進行訪問與備份，根據有效運行數據的長度確定訪問頻率，并選擇數據同步方式，如果訪問頻率大于設定的閾值，為了保證運行數據的遷移效率，需要采用數據同步方式提升數據傳輸效率，一旦訪問頻率小于設定的閾值，此時需要選擇增量數據同步方式，數據同步方式選擇完后，對目標數據庫中的有效運行數據進行壓縮與加密，在混合云架構下對壓縮、加密后的有效運行數據進行遷移。時間訪問頻率計算公式如式（2）所示：

式中，R表示時間訪問頻率，{r1,r2,…,rn}表示訪問的時間集。

最后，在公有云和私有云內部同時對數據進行分析，對電廠運行數據進行并行遷移。在電廠運行數據同步完成后，在目標數據庫中輸入電廠運行數據，對運行數據源進行校驗，校驗工作完成后將其輸出，采用串行數據遷移方式將電廠正式運行數據分配至目標數據庫的目錄中，建立遷移函數如式（3）所示：

式中，F表示遷移函數；D表示數據集。按照遷移順序與轉換方式對正式運行數據進行轉換與并行遷移時，在中間庫中創建同步隊列，將遺漏或缺失的運行數據輸入進去，對這些遺漏或缺失數據進行數據編碼，使這些數據的數據格式與遷移過的電廠運行數據保持一致，數據編碼完成后，實現電廠運行有效與無效數據的并行遷移[15-16]。

3 實驗研究

為了驗證該文設計的基于混合云架構的電廠運行數據并行遷移系統的實際工作效果，將傳統的基于云計算的電廠運行數據并行遷移系統作為對比系統進行實驗。實驗中的相關運行數據來自某電廠數據庫中的運行數據，數據量為200 個。

首先對比該文系統與傳統系統的數據遷移速度。將采集的200 個電廠運行數據按照轉換格式轉換到目標數據庫中，經過目標數據庫的驗證與數據編碼后，采用兩種遷移系統將驗證、轉換后的電廠運行數據遷移至中間庫內，該文系統與傳統系統的數據遷移速率結果如圖7 所示。

圖7 遷移速度實驗結果

觀察圖7 可知，該文設計實驗運行次數共有8次，從整體來看傳統系統在8 次不同的運行模式下，遷移響應速度呈現下降趨勢，該文設計的基于混合云存儲的并行遷移系統響應速度產生了較大的波動幅度，但是后期系統遷移的速度波動相對平穩。尤其是在前期階段，該文系統遷移過程穩定性較差，但是遷移速度優于傳統系統；在后期階段，該文系統遷移過程能夠保持穩定，遷移速度始終在傳統系統之上，遷移能力更好。

系統延遲實驗結果如圖8 所示。

圖8 系統延遲實驗結果

由圖可知，雖然在測試過程該文系統和傳統系統都產生了一定的波動，但是該文系統的整體延遲都低于傳統系統，傳統系統的最高延遲高達3.8 s，而該文系統的最高延遲僅有1.5 s，系統穩定性更好，整體能力更高，適用于電廠運行。

4 結束語

該文利用混合云架構設計電廠運行數據并行遷移系統，并分別對系統硬件和軟件進行了詳細設計。實驗結果表明，該文設計的基于混合云架構的電廠運行數據并行遷移系統優于基于云計算的電廠運行數據并行遷移系統，數據遷移速率更高，系統延遲符合電廠的實際要求。