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(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)營銷信息系統(tǒng)也在不斷發(fā)展完善，該系統(tǒng)中存在著用電信息、抄核收信息、電網(wǎng)線損信息、用電稽查監(jiān)控信息等，在采集這類信息時，需要保證電廠運行數(shù)據(jù)的完整性與有效性，因此對電廠運行數(shù)據(jù)進(jìn)行遷移，可以實現(xiàn)電廠歷史運行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換與集中處理[1-2]，但是由于傳統(tǒng)的電廠運行數(shù)據(jù)遷移系統(tǒng)采用了數(shù)據(jù)集中存儲方式，導(dǎo)致電廠運行數(shù)據(jù)遷移效率較差，如基于云計算的電廠運行數(shù)據(jù)并行遷移系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分發(fā)揮了云計算快速處理電廠運行數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，對電廠運行數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)配置與提取，并在云計算環(huán)境下對電廠運行數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與挖掘，雖然該系統(tǒng)實現(xiàn)了電廠運行數(shù)據(jù)的快速采集與整合，但是該系統(tǒng)存在較高的延時，不符合電廠的運行要求?；诿舾性M的電廠運行數(shù)據(jù)并行遷移系統(tǒng)采用敏感元組對電廠數(shù)據(jù)庫進(jìn)行讀寫操作，將系統(tǒng)服務(wù)器與運行數(shù)據(jù)庫進(jìn)行同步分離，該系統(tǒng)能夠充分保證電廠運行數(shù)據(jù)遷移的安全性，但系統(tǒng)的數(shù)據(jù)遷移速率較低。

為了解決以上問題，該文設(shè)計了基于混合云架構(gòu)的電廠運行數(shù)據(jù)并行遷移系統(tǒng)，分別對硬件與軟件進(jìn)行了設(shè)計，最后通過實驗研究，驗證了該文所設(shè)計的基于混合云架構(gòu)的電廠運行數(shù)據(jù)并行遷移系統(tǒng)的實際應(yīng)用效果。

1 電廠運行數(shù)據(jù)并行遷移系統(tǒng)硬件設(shè)計

該文設(shè)計的混合云架構(gòu)的電廠運行數(shù)據(jù)并行遷移系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 電廠運行數(shù)據(jù)并行遷移系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

1.1 電路模塊設(shè)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(shè)備為三星公司生產(chǎn)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(jìn)行集成運放，含有雙通道，電路中的靜態(tài)電流為1.8 A，在電路中需要對雙極性信號進(jìn)行放大增益，因此需要在電路中構(gòu)建負(fù)反饋[5-6]。電路模塊如圖2 所示。

圖2 電廠運行數(shù)據(jù)并行遷移系統(tǒng)電路模塊圖

為了提升電廠運行信號采集效率與質(zhì)量，需要降低放大器的失調(diào)電壓，擴大寬電源電壓范圍，將失調(diào)電壓降低到1.2 V，寬電源電壓調(diào)節(jié)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(zhǔn)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(xiàn)電廠雙極性信號的放大處理，并對整個系統(tǒng)提供供電服務(wù)[7]。

1.2 單片機模塊設(shè)計

該文系統(tǒng)的單片機模塊主要負(fù)責(zé)對電廠運行數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，模塊中的單片機是遷移系統(tǒng)的主控制器，該款主控制器由美國的ADI 公司生產(chǎn)，其型號為ADN7632，單片機的內(nèi)部設(shè)有存儲器，電廠運行數(shù)據(jù)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(shè)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(shù)據(jù)的傳輸。單片機根據(jù)時鐘周期數(shù)將電廠運行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成時鐘信號，除了具有豐富的外設(shè)，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(shè)供電，最高瞬時電壓可達(dá)3.3 V，額定電流值為1.2 μA，通過系統(tǒng)的單片機模塊可實現(xiàn)對電廠運行數(shù)據(jù)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(wěn)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(shè)置了多個傳感器，以實現(xiàn)電廠運行數(shù)據(jù)的遷移與傳輸，方便電廠工作人員掌握電廠運行的狀態(tài)[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(xié)助并行遷移系統(tǒng)檢測電廠在運行過程中發(fā)生故障時的電壓、電流、溫度等信息，將這些信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換變成電信號，傳輸?shù)较到y(tǒng)的單片機中，利用單片機對電廠運行數(shù)據(jù)傳輸過程進(jìn)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(shù)據(jù)在單片機與傳感器之間的同步傳輸[13]。

1.4 處理模塊設(shè)計

該文系統(tǒng)的處理模塊主要負(fù)責(zé)電廠運行數(shù)據(jù)的處理，其核心設(shè)備為微處理器，這款微處理器是由三星公司生產(chǎn)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(shè)，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(nèi)部設(shè)有6 個DMA 通道、兩個8位計時器，當(dāng)處理電廠運行數(shù)據(jù)時，采用串行單線進(jìn)行調(diào)試，電廠運行數(shù)據(jù)處理速率最高可達(dá)280 bit/s，數(shù)據(jù)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(tǒng)軟件設(shè)計

混合云能夠?qū)⒐性坪退接性朴行诤?，以混合的形態(tài)展示軟件形式。應(yīng)用混合云架構(gòu)將電廠內(nèi)部的管理數(shù)據(jù)、應(yīng)用數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和機房數(shù)據(jù)融合到一起，實現(xiàn)互通管理?；旌显萍軜?gòu)如圖5 所示。

圖5 混合云架構(gòu)

基于混合云架構(gòu)的電廠運行數(shù)據(jù)并行遷移系統(tǒng)的軟件流程如圖6 所示。

圖6 基于混合云架構(gòu)的電廠運行數(shù)據(jù)并行遷移系統(tǒng)的軟件流程

電廠運行數(shù)據(jù)并行遷移系統(tǒng)的軟件流程：首先，將電廠原始運行數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換與遷移，此時在私有云中，需要先將電廠原始數(shù)據(jù)采用同步傳輸方式傳輸至源數(shù)據(jù)庫中，經(jīng)過源數(shù)據(jù)庫的整合與提取后將其遷移至新數(shù)據(jù)庫中，在新數(shù)據(jù)庫中提取有效的電廠運行數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式進(jìn)行有效數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并對其進(jìn)行驗證與遷移。由于數(shù)據(jù)遷移量較大，需要保證有效運行數(shù)據(jù)與原始運行數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)集。

然后，將數(shù)據(jù)傳遞到公有云中，對遷移、轉(zhuǎn)換后的原始電廠運行數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)同步。電廠原始運行數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)換與遷移后，采用數(shù)據(jù)同步技術(shù)將數(shù)據(jù)同步至目標(biāo)數(shù)據(jù)庫中，在目標(biāo)數(shù)據(jù)庫中對有效運行數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問與備份，根據(jù)有效運行數(shù)據(jù)的長度確定訪問頻率，并選擇數(shù)據(jù)同步方式，如果訪問頻率大于設(shè)定的閾值，為了保證運行數(shù)據(jù)的遷移效率，需要采用數(shù)據(jù)同步方式提升數(shù)據(jù)傳輸效率，一旦訪問頻率小于設(shè)定的閾值，此時需要選擇增量數(shù)據(jù)同步方式，數(shù)據(jù)同步方式選擇完后，對目標(biāo)數(shù)據(jù)庫中的有效運行數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮與加密，在混合云架構(gòu)下對壓縮、加密后的有效運行數(shù)據(jù)進(jìn)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(nèi)部同時對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對電廠運行數(shù)據(jù)進(jìn)行并行遷移。在電廠運行數(shù)據(jù)同步完成后，在目標(biāo)數(shù)據(jù)庫中輸入電廠運行數(shù)據(jù)，對運行數(shù)據(jù)源進(jìn)行校驗，校驗工作完成后將其輸出，采用串行數(shù)據(jù)遷移方式將電廠正式運行數(shù)據(jù)分配至目標(biāo)數(shù)據(jù)庫的目錄中，建立遷移函數(shù)如式（3）所示：

式中，F(xiàn)表示遷移函數(shù)；D表示數(shù)據(jù)集。按照遷移順序與轉(zhuǎn)換方式對正式運行數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換與并行遷移時，在中間庫中創(chuàng)建同步隊列，將遺漏或缺失的運行數(shù)據(jù)輸入進(jìn)去，對這些遺漏或缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼，使這些數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)格式與遷移過的電廠運行數(shù)據(jù)保持一致，數(shù)據(jù)編碼完成后，實現(xiàn)電廠運行有效與無效數(shù)據(jù)的并行遷移[15-16]。

3 實驗研究

為了驗證該文設(shè)計的基于混合云架構(gòu)的電廠運行數(shù)據(jù)并行遷移系統(tǒng)的實際工作效果，將傳統(tǒng)的基于云計算的電廠運行數(shù)據(jù)并行遷移系統(tǒng)作為對比系統(tǒng)進(jìn)行實驗。實驗中的相關(guān)運行數(shù)據(jù)來自某電廠數(shù)據(jù)庫中的運行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量為200 個。

首先對比該文系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)遷移速度。將采集的200 個電廠運行數(shù)據(jù)按照轉(zhuǎn)換格式轉(zhuǎn)換到目標(biāo)數(shù)據(jù)庫中，經(jīng)過目標(biāo)數(shù)據(jù)庫的驗證與數(shù)據(jù)編碼后，采用兩種遷移系統(tǒng)將驗證、轉(zhuǎn)換后的電廠運行數(shù)據(jù)遷移至中間庫內(nèi)，該文系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)遷移速率結(jié)果如圖7 所示。

圖7 遷移速度實驗結(jié)果

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

系統(tǒng)延遲實驗結(jié)果如圖8 所示。

圖8 系統(tǒng)延遲實驗結(jié)果

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

4 結(jié)束語

該文利用混合云架構(gòu)設(shè)計電廠運行數(shù)據(jù)并行遷移系統(tǒng)，并分別對系統(tǒng)硬件和軟件進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計。實驗結(jié)果表明，該文設(shè)計的基于混合云架構(gòu)的電廠運行數(shù)據(jù)并行遷移系統(tǒng)優(yōu)于基于云計算的電廠運行數(shù)據(jù)并行遷移系統(tǒng)，數(shù)據(jù)遷移速率更高，系統(tǒng)延遲符合電廠的實際要求。