C I M的互操作性及其深度融合

劉超，仇英輝

（華北電力大學(xué)，北京 102206）

系統(tǒng)與設(shè)備的效率和成本效益依賴于具有足夠水平互操作性的接口。接口可能是專用的或者是基于明顯偏向開放標(biāo)準(zhǔn)的接口。

一般的標(biāo)準(zhǔn)通常不支持插頭與融合，當(dāng)然也有一些支持，例如一些十分重要的融合設(shè)備，其他的一些標(biāo)準(zhǔn)更多的是面向企業(yè)融合，在某些情況下，標(biāo)準(zhǔn)僅僅是作為融合的參考[8]。

1 在本體聯(lián)合中的CIM

當(dāng)智能電網(wǎng)進(jìn)行融合時，CIM可能會成為遇到的一個本體。這就證明，一個在域中使用的標(biāo)準(zhǔn)可能會利用特殊性作用于域[9-10]。

域有時有重疊使用的本體，產(chǎn)品同樣也可以運用于其他域中，很大程度上產(chǎn)品的域獨立。許多本體是由標(biāo)準(zhǔn)定義，還有許多是由生產(chǎn)廠商定義。許多供應(yīng)商都有足夠的優(yōu)勢，可以不去接受比較小的標(biāo)準(zhǔn)。

有許多方式去進(jìn)行實現(xiàn)，管理和記錄每一個本體，這些例子包括：

統(tǒng)一建模語言（UML）

XML模式

實體-關(guān)系模型（ERM）

RDF模式

Web本體語言（OWL）

特定域的XML語言

將一個公共語意模型作為一種超級模式協(xié)調(diào)所有存在重疊模型的想法就如同想煮沸整個海洋。即使全世界所有產(chǎn)品都采用公共語意模型，依舊存在互操作性的距離問題。相反，需要注意所需要的，這樣也不會扼殺創(chuàng)新的利益。

2 信息交換

融合與互操作性的重點是交互組件間的信息交換。交互組件間的信息交換往往通過發(fā)送信息完成。圖2是IEC 61968-9計量系統(tǒng)集成的例子。

圖2 序列圖Fig.2 The sequence diagram

信息交換所傳達(dá)的信息集合是域模型定義下類、屬性和關(guān)系的子集的典型代表。在IECTC 57中，被稱為“上下文配置文件”。圖3描述了信息模型、上下文配置文件與信息的關(guān)系。這些模型通常是標(biāo)準(zhǔn)化的，為接口提供標(biāo)準(zhǔn)定義。

目前有許多定義信息語法的方式，包括：

圖3 信息模型、上下文配置文件與信息的關(guān)系Fig.3 The relationship between information models，contextual profiles and messages

XML模式

RDF模式

DDL數(shù)據(jù)庫表定義

然而，在以上每種語言中都有很多可能的變化。在XML模式日益普及的情況下，導(dǎo)致命名與設(shè)計的規(guī)則多樣化[11]。例如，UN/CEFACT已經(jīng)開發(fā)了“命名與設(shè)計規(guī)則”規(guī)范。將這一規(guī)范應(yīng)用于XML模型之中將會有許多限制，甚至限制或是禁止使用XML很多有用的功能。即使如此，仍有可能使2個獨立的部分使用相同的域模型，相同的上下文配置文件，并使用相同的NDR規(guī)范，但得到的結(jié)果卻是不同的，這是互操作性的障礙。

3 集成模式

集成模式是用來描述信息交換的公共模式。

最基本的是一種請求/應(yīng)答模式，客戶端向服務(wù)器發(fā)送請求信息，等待來自服務(wù)器的響應(yīng)。另一種應(yīng)用于公共電力系統(tǒng)模型（CPSM）與公共配電系統(tǒng)模型（CDPSM）的交換模式是簡單的文件傳輸。通常會忽略的提取轉(zhuǎn)換加載（ETL）是從一個數(shù)據(jù)庫到另一個數(shù)據(jù)庫交換信息的方式。

計量系統(tǒng)集成存在一些特別的問題，由于計量的通信基礎(chǔ)設(shè)備的因素，發(fā)送的請求不能立即滿足。由于這個原因，通常使用異步應(yīng)答請求模式，這樣就會出現(xiàn)客戶點擊請求幾分鐘后不能得到滿足的情況。

4 界面設(shè)計

接口設(shè)計的方式有許多，以下是如何定義接口的一些例子：

語言相關(guān)的API

Web服務(wù)

REST服務(wù)

JMS信息

二進(jìn)制協(xié)議

文件傳輸

IEC 61968-1描述了一個簡單的方法，每一個信息傳輸其有效荷載。另外還有獨立傳輸?shù)?，并有多方位全面開放的融合。對于一些大型實用集成方面的應(yīng)用，IEC 61968最為適合?；谌诤希性S多標(biāo)準(zhǔn)可以得到應(yīng)用，例如OASIS，OPC UA和IEC 61850。圖4是IEC 61968中XML模式傳輸?shù)木唧w實例。

圖4 IEC 61968 XML模式中的有效負(fù)荷Fig.4 IEC 61968 XML schema showing payload

61968XML模型將XML打包為一個文件，文件返回時也同樣需要借助諸如Web服務(wù)和JMS技術(shù)打包傳輸。在這一點上同樣存在著多種選擇。例如，有許多將WSDL定義為Web服務(wù)的方式。JMS不具有線上的互操作性，所以需要選擇一種特殊的操作手段。在所有情況下，安全性是首先需要解決的，需要認(rèn)證兩組件接口互聯(lián)問題：

基于互聯(lián)網(wǎng)保護(hù)的組件

組件內(nèi)部

兩組間已建立的信任關(guān)系與保護(hù)通信

基于互聯(lián)網(wǎng)的兩組件互聯(lián)

還有一些類似處理錯誤等問題，例如發(fā)出請求得到錯誤回應(yīng)，這就需要以下的：

準(zhǔn)確而詳細(xì)的成功/失敗指示

給出詳細(xì)的錯誤指示，給出每一個或多個錯誤的詳細(xì)報告

用戶可讀的錯誤指示

有一點非常重要，就是XSD或者WSDL無法得到所有交換信息與接口語義。參與信息交流的每一個部分都必須擁有公共信息語義。有一個比較復(fù)雜的事情就是傳輸升級更新。例如，像工作優(yōu)先級等復(fù)雜項目的更新升級就非常復(fù)雜。如果僅僅只有一種工作優(yōu)先級，那么是否需要所有的更新部分提供完整的優(yōu)先級呢？當(dāng)2個部分同時提出更新請求時如何進(jìn)行？如果添加一個新的項目那么如何添加與更新？當(dāng)然接口和規(guī)則需要嚴(yán)格的設(shè)計與記錄。

5 淺度融合

隨著松散耦合與分層系統(tǒng)，淺度融合成為智能電網(wǎng)的一個原則。淺度融合提供服務(wù)的接口，客戶使用客戶端內(nèi)部的模塊進(jìn)行互動與服務(wù)。

6 互操作性測試

雖然顯而易見，但是必須得指出，互操作性測試是互操作性的關(guān)鍵。一般的標(biāo)準(zhǔn)是沒有互操作性測試的計劃。理想情況下，一個標(biāo)準(zhǔn)的最終實現(xiàn)是需要經(jīng)過經(jīng)驗總結(jié)，糾正和消除歧義，最終將草案實現(xiàn)。圖5所示為一個正在使用IEC 61968-9的集成總線進(jìn)行互操作性測試[12]。

圖5 IEC61968-9互操作性測試Fig.5 IEC 61968-9 inter-operability testing

IEC 61968-9互操作性測試允許設(shè)備商的差異性。使用Web界面，可以對每一個信息交換進(jìn)行測試，跟蹤，檢索和分析。

產(chǎn)品可以進(jìn)行鏈接服務(wù)和監(jiān)聽

產(chǎn)品可以使用JMS和Web服務(wù)進(jìn)行通信

供應(yīng)設(shè)備商選擇實施模型（如J2EE，NET）

對接口進(jìn)行互操作性測試還有一個好處就是可以對所有遠(yuǎn)距離部分進(jìn)行測試，可以更容易以及更好地進(jìn)行互操作性。

7 可擴展性與演進(jìn)

雖然互操作性具有嚴(yán)格的定義保證，但是仍然需要擴展與演進(jìn)。簡單的擴展演進(jìn)實例包括[13]：

模型的擴展以實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品的功能擴展，包括類、屬性和關(guān)系。

新的枚舉，定義類型，代碼，狀態(tài)值等

需要選擇信息元素

采用何種方式通常是不明確的，尤其是基于XML模式的接口。例如UN/CAEFACT的命名與設(shè)計規(guī)則，就禁止使用任何類似于可擴展機制的元素。相比之下，由Multi Speak定義的接口則允許廠商定義擴展接口。

但是，使用RDF模式所定義的信息交換的三重結(jié)構(gòu)，則是隱性的擴展性。借助于ICE 61970的優(yōu)勢，RDF可提供比XML更為清晰交換語義。

所有情況下，任何信息交換新元素的引入都需要各方協(xié)同公共性質(zhì)與使用元素。同時，兼容性也是大家最為關(guān)注的。在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)方面，OASIS基于演進(jìn)對接口進(jìn)行定義，使用命名空間等。

8 未來發(fā)展

在過去幾年中，每年都對CIM的部分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試，目前已經(jīng)使用RDF文件傳輸以及分配模型交換等一系列技術(shù)提高與改進(jìn)互操作性。這里的研究與測試為基于IEC 61968-9的ESB標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行提高，使其也能達(dá)到類似水平的互操作性，并且可以對未來幾代產(chǎn)品進(jìn)行提高。

9 結(jié)語

總的來說，CIM仍停留在概念階段，距離實現(xiàn)互聯(lián)互通還有很長一段距離。文章沒有提出綜合解決方案。為了確保標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展進(jìn)而實現(xiàn)智能電網(wǎng)的互操作性，互操作性測試就是極為關(guān)鍵的。

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