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1、电力用户用电信息采集系统建设模式及技术方案研究(2)时间:2011-06-15 14:02 来源:国家电网 作者:zdgkkj 点击: 次第1章 主站设计 主站设计包含以下几个方面：主站总体架构、硬件设计、软件设计、应用功能设计、接口方案、典型配置方案。下面对每个部分进行详细的描述。 1.1 主站总体架构 主站的总体架构分为表现层、业务层、支撑层、数据层。业务层可细分为：采集子层、业第1章 主站设计主站设计包含以下几个方面：主站总体架构、硬件设计、软件设计、应用功能设计、接口方案、典型配置方案。下面对每个部分进行详细的描述。1.1 主站总体架构主站的总体架构分为表现层、业务层、支撑层、数据层。
2、业务层可细分为：采集子层、业务应用子层、接口。主站系统统一通过接口的方式与外部系统进行信息和数据的交互。主站总体架构图如下：图 1. 主站总体架构图主站总体架构图说明：（1）表现层：提供统一的业务应用操作界面和信息展示窗口，是系统直接面向操作用户的部分。根据不用业务复杂程度和要求，表现层提供不同的表现方式，主要有：（a）C/S模式客户端：功能丰富、操作专业，更适合于业务逻辑复杂的操作；（b）B/S 模式客户端：免维护，易操作，更适合于信息和报表呈现操作。（2）业务层：实现具体业务逻辑，是系统主站的核心层，根据系统的应用特点，业务层可分为采集子层、业务应用子层、接口。采集子层以各种通信方式接入各
3、种类型终端设备，执行业务应用子层召测任务和控制命令，直接与远程设备通信，负责读取、设置终端参数，采集终端数据，并对数据进行解析、处理，监视通信质量，管理通信资源等。业务应用子层利用支撑层提供的技术手段和采集子层的数据，实现用电信息采集系统的基本业务应用功能，主要包括：自动抄表、预付费、负荷管理、用电监测、运行管理、终端管理等。主站应用功能的具体阐述参见后续应用功能设计章节。接口实现本系统与其它系统数据交换和共享等。（3）支撑层：提供全局通用的消息、安全、通信等组件服务支持，并实现本系统专用的业务逻辑服务，为业务层提供通用的技术支撑，支撑层应具备以下特点：（a）可靠高效的通信能力，满足应用需要的
4、并发访问要求；（b）统一的安全管理；（c）标准的消息机制，满足组件间的可靠交互；（d）易于扩展的接口支持。（4）数据层：实现海量信息的存储、访问、整理，为系统提供数据的管理支持。数据层一般通过大型关系型数据库实现。1.2 硬件设计硬件设计主要包括设计原则、主站网络设计、数据库服务器设计、应用服务器设计、前置服务器设计、接口服务器设计等方面，具体网络拓扑参见系统架构章节的物理结构图。1.2.1 硬件设计原则（1）可继承性 遵循有继承才有发展的思路，综合考虑现有的硬件资源，在继承现有资源的基础上进行硬件的设计。（2）可扩展性 硬件设计要考虑可扩展性，便于以后的升级和性能提升。（3）安全性 硬件设计
5、要充分考虑系统的安全因素，重视安全设备的设计和投入。（4）经济性 在满足应用需求的前提下，硬件设计要有较高的性价比。1.2.2 主站网络主站网络主要包括服务器主网络、通信子网、工作站子网以及与营销内部系统和营销外部系统互联等四部分。服务器主网络主要由数据库服务器、应用服务器、接口服务器以及主网络交换机等设备组成。通信子网由前置服务器集群以及通信子网交换机等设备组成。工作站子网包括各地市公司（供电局）远程工作站、省（直辖市）公司工作站以及相关网络设备。与营销应用系统和其它应用系统互联主要由接口服务器、防火墙等设备组成。网络设计应满足网络通信的带宽要求和访问安全性要求。主站网络设计如下图所示：图
6、2. 主站网络结构图主站网络说明： （1）网络带宽：服务器主网络A建议采用千兆以太网、通信子网B建议采用百兆以太网。工作站子网C与服务器主网络的带宽建议不小于10M、系统互联的网络D带宽建议不小于100M。（2）建议对系统进行单独组网，与营销应用系统和其它应用系统的互联采用防火墙等技术进行安全隔离。1.2.3 数据库服务器数据库服务器承担着系统数据的集中处理、存储和读取，是数据汇集、处理的中心。数据库服务器的设计应通过集群技术手段满足系统的安全性、可靠性、稳定性、负载及数据存取性能等方面的指标要求，不同规模的系统对数据库服务器的配置要求有所不同，详细设计内容请参考典型配置部分。集中式电能信息采
7、集与管理系统总体规模较大，工作站并发性访问众多，要求采用高性能的存储设备来满足系统性能、规模及存储年限等指标，存储设备建议采用SAN结构的磁盘阵列，方便数据库服务器集群的扩展，主要要求如下：（1）配置双控制器，具备负载均衡；（2）部件和电源模块可热插拔，在单点设备具有高可靠性的同时，结构冗余配置，避免出现单点故障，采用RAID技术保护数据的安全性；（3）能够根据要求进行灵活方便的在线、不间断、动态的扩展（系统处理能力、存储容量、I/O能力）。不同规模的系统对磁盘阵列的配置要求有所不同，详细设计内容请参考典型配置部分。1.2.4 应用服务器应用服务器主要运行后台服务程序，进行系统数据的统计、分析
8、、处理以及提供应用服务。应用服务器的设计应通过集群技术保障系统的可靠性和稳定性，通过负载均衡技术保障系统的负载以及工作站并发数等性能指标要求。不同规模的系统对应用服务器的配置要求有所不同，详细设计内容请参考典型配置部分。对于较大规模的系统，建议采用应用服务器集群并选择合适的集群模式，以提高性能。三类典型的应用服务器集群方式，如下图所示。图 3. 典型应用服务器逻辑示意图A类集群采取N台服务器对等部署，各机器完全对等，单台实现支撑层、业务服务子层、业务子层所有功能。在N等于2的情况下，就是常见的双机热备模式。该模式部署简单，没有负载均衡功能。一般部署双机热备模式。B类集群，在应用服务器群前增加一
9、台负载均衡器，支持负载均衡。单台应用服务器功能部署与A类集群相同。C类集群，在B类集群基础上，分布部署业务服务子层和业务子层。该模式具有更好的伸缩性，但复杂度高。1.2.5 前置服务器前置服务器是系统主站与现场采集终端通信的唯一接口，所有与现场采集终端的通信都由前置服务器负责，所以对服务器的实时性、安全性、稳定性等方面的要求较高。根据对终端数量估算，结合现场管理的业务特点，设计方案就前置机配置数量、性能要求、安全防护措施等方面提出以下建议：（1）前置服务器应具有分组功能，以支持大规模系统的集中采集；（2）每组前置机采用双机以主辅热备或负载均衡的方式运行，当其中一台服务器出现故障时，另一台服务器
10、自动接管故障服务器所有的通信任务，从而保证系统的正常运行。（3）每组前置服务器可接入系统所有类型的信道，对于采用串口方式（230MHz无线专网等）的通信信道，建议采用终端服务器等多串口设备来扩展前置服务器的串口数量，以便同时接入多路串口信道。对于采用公网的通信信道，建议增加防火墙和认证服务器来提高接入的安全性。对于公司自建的光纤专网信道，则可直接接入前置服务器。（4）每组前置服务器设计容量为可接入的终端总数不小于30000台。（5）不同规模的系统对前置服务器的配置和数量要求有所不同，详细设计内容请参考典型配置部分。对于较大规模的系统，建议采用前置服务器集群并选择合适的集群模式。三类典型的前置服
11、务器集群模式，前置机服务器集群如下图所示：图 4. 前置服务器集群示意图A类集群，各前置机完全对等，单台前置机能完成对所有信道和功能的支持。该模式单前置机功能设计较复杂，但集群间调度程序较简单。该类集群方式较适合系统规模较小，且信道类型多样的情形。B类集群，采取分组支持不同信道的方式，不同组间前置机面向的信道不同。该模式前置机功能设计较简单，但集群间调度程序较复杂。该类集群方式适应系统规模较大，且信道类型多样的情形。C类集群在B类集群的基础上，进一步对功能组件采取分布部署的方式，前置机不再是全功能前置机，一部分前置机承担调度、处理功能，另一部分前置机承担信道接入功能。该模式可满足部分单位要求分
12、布部署信道的特定需求（如230MHz无线专网信道）。在实际应用中，可根据系统规模和复杂程度组合以上三种模式，以取得最佳效果。需要指出的是，前置机集群调度是前置机集群运行效率、稳定性的关键。1.2.6 接口服务器接口服务器主要运行接口程序，负责与其它系统的接口服务，需要满足系统的安全性、可靠性、稳定性等要求。不同规模的系统对接口服务器的配置要求有所不同，详细设计内容请参考典型配置部分。1.3 软件设计软件设计的总体思路与“SG186”营销管理业务应用系统的要求保持一致。主要从软件设计原则、软件技术路线、软件模块示意图、软件模块部署、软件数据流程图、数据库设计原则等几个方面进行设计和说明。1.3.
13、1 软件设计原则（1）先进性与成熟性软件设计必须把握技术的发展方向，采用先进、成熟的软件平台架构，选择已被广泛接受和使用的软件技术与软件产品来构造系统的支撑平台和运行环境，保证系统在未来一段时期内技术领先，保证系统的性能、生命力及投资价值。（2）开放性应用系统建设的目的在于进行信息的交换与处理。因此，系统中采用的各项软件技术和产品都必须具有很好的开放性，要遵循现有的各种国际标准或工业标准，以便根据需要充分选择合适的相互兼容的产品，保证系统具有良好的互操作性与透明访问。（3）标准化与模块化标准化是开放性的基础，同时也是信息交换、减少冗余的前提；选用的产品应符合国际上的工业标准；功能要标准化；信息
14、的表达及格式应规范化；术语应符合相关标准。软件设计要采用模块化的设计思想，将软件的功能合理地划分成相对独立的模块，降低模块之间的耦合度，标准化和模块化的设计有利于系统的升级和维护。（4）实用性与易维护软件设计要充分考虑到具体的业务应用，充分考虑到工作习惯、专业结构、应用水平、培训时间和建设周期等诸多因素对系统产生的综合影响。做到软件功能具有针对性，界面简洁友好，易学易用，可操作性强。设计中要充分考虑系统日常的管理与维护，便于对系统进行管理，减少维护的工作量。可采用面向对象的开发技术，使用开放的数据库管理系统和系统设计开发工具等。（5）安全性要确保系统的信息安全，系统要能提供严密的身份验证、访问
15、控制、权限划分等安全机制，确保系统运行的可靠性、数据的安全性和完整性。1.3.2 软件技术路线软件技术路线主要从主站软件开发的角度对软件的技术路线选择加以阐述。包括软件结构、平台框架选择、系统软件选择等。1.3.2.1 软件结构由于于中间件技术和面向对象技术的发展已相当成熟，主站软件建议采用分布式多层结构，主要层次有：表示层、业务处理层、应用服务层、数据层。表示层即常说的客户端或浏览器，是用户与整个系统的接口，负责业务操作人员与业务处理层的对话功能，表示层获取用户所有的输入数据，并传送给业务处理层，同时接收和显示来自于业务处理层的数据和处理结果。业务处理层负责处理用户的请求，实现大量的业务规则
16、和处理逻辑，是整个系统核心业务的处理部分，并将处理的结果及时响应用户。应用服务层主要提供底层的基础应用服务，包括安全服务、消息服务、Web服务、接口服务、平台服务等。数据层负责在整个系统的数据集中存储和管理，包括数据的优化、数据挖掘和数据仓库等应用。1.3.2.2 平台框架选择大型企业级分布式应用系统所采用的软件平台架构主要有：J2EE和.NET Framework，这两种架构是目前在软件开发领域进行大型企业应用开发的主流平台，已经发展到了比较成熟的阶段，并得到了广泛的应用。本系统可以选择其中一种作为系统实现的基础平台框架，选择上建议与本省（直辖市）“SG186”营销管理业务应用系统保持一致。1.3.2.3 系统软件选择1.
