虛擬化技術(shù)在電廠信息系統(tǒng)中的應(yīng)用

任寅東

摘 要：通過(guò)虛擬化技術(shù)能夠使管理人員更加宏觀的、全局的、實(shí)時(shí)觀測(cè)和判斷電廠的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，能夠按照電廠系統(tǒng)資源的情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)配和規(guī)劃。當(dāng)電廠設(shè)備發(fā)生故障或者破壞的時(shí)候能夠及時(shí)的響應(yīng)，滿(mǎn)足急需的同時(shí)又可以使電廠管理部門(mén)了解節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息、掌握通信的網(wǎng)絡(luò)狀況，并能夠與電廠調(diào)度自動(dòng)化等管理系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。根據(jù)各種管理系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)作以及對(duì)現(xiàn)有通信系統(tǒng)進(jìn)行改造和更新，確定最佳的通信狀態(tài)，增加設(shè)備利用效率。

關(guān)鍵詞：電廠系統(tǒng)；管理系統(tǒng)；虛擬化技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP309 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）08-0093-03

1 概 述

電廠信息管理系統(tǒng)是電廠管理自動(dòng)化的組成部分并發(fā)揮重要作用，隨著現(xiàn)代電子通信技術(shù)的發(fā)展，硬件以及軟件的不斷更新，不僅充分保障了通信能力而且能夠與其他系統(tǒng)協(xié)調(diào)合作[1]。為了適應(yīng)電廠管理功能的需要，新老設(shè)備更替，電廠急需建立基于虛擬化技術(shù)的電廠管理系統(tǒng)，建立以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的通信規(guī)劃，建立既有層次分布的又有拓?fù)涔δ芙Y(jié)構(gòu)的電廠管理系統(tǒng)，能夠使管理人員宏觀的、全局的、實(shí)時(shí)的觀測(cè)和判斷電廠的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程[1]。電廠管理人員根據(jù)電廠設(shè)備的狀態(tài)以及提供的資源情況可采取有效的信息傳遞方式和通信手段。在電廠設(shè)備發(fā)生故障或者破壞的時(shí)候，系統(tǒng)能夠建立應(yīng)急的通信通道，滿(mǎn)足急需的同時(shí)又可以使電廠管理部門(mén)了解節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息、掌握通信的網(wǎng)絡(luò)狀況，并能夠與電廠調(diào)度自動(dòng)化等管理系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。電廠管理人員可以根據(jù)各種管理系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)作對(duì)現(xiàn)有管理系統(tǒng)進(jìn)行改造和更新，確定最佳的通信狀態(tài)，增加設(shè)備利用效率[2]。

目前電廠管理系統(tǒng)隨著電網(wǎng)的不斷擴(kuò)大而出現(xiàn)了反應(yīng)速度慢的問(wèn)題，在電廠管理系統(tǒng)有高負(fù)載的情況下，電廠管理系統(tǒng)的反應(yīng)會(huì)下降，電廠管理人員的體會(huì)將得到明顯下降。為了提高系統(tǒng)的相應(yīng)速度，在很多電廠中都使用大量的虛擬化技術(shù)來(lái)完成了電廠后端服務(wù)器的集群和負(fù)載均衡。在部署電廠信息系統(tǒng)的時(shí)候使用了VMware技術(shù)，極大的簡(jiǎn)化了后端應(yīng)用系統(tǒng)的部署，提高了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

2 虛擬化技術(shù)介紹

虛擬化顧名思義就是通過(guò)軟件模擬硬件的操作邏輯，這樣就可以在同一的硬件上實(shí)現(xiàn)多套操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)硬件資源的高效利用，便于實(shí)現(xiàn)不同的應(yīng)用場(chǎng)景。虛擬化允許具有不同操作系統(tǒng)的多個(gè)虛擬機(jī)在同一物理機(jī)上獨(dú)立并行運(yùn)行。通過(guò)虛擬化技術(shù)后，就可以完成在同樣的硬件平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)多種類(lèi)型的操作系統(tǒng)，多個(gè)操作系統(tǒng)的同事運(yùn)行。虛擬機(jī)首先分析了常見(jiàn)的操作系統(tǒng)需要的各種設(shè)備，如內(nèi)存，網(wǎng)絡(luò)，USB，硬盤(pán)等，然后通過(guò)軟件技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)這些資源的模式，最后再通過(guò)特殊的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)的硬件的操作。通過(guò)多年的虛擬化技術(shù)的發(fā)展，主要形成了硬件虛擬化技術(shù)、并行虛擬化技術(shù)和操作系統(tǒng)虛擬化技術(shù)。下面對(duì)這幾種技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目的討論。

2.1 硬件虛擬化

硬件虛擬化簡(jiǎn)單的說(shuō)就是硬件上支持虛擬技術(shù)，如intel架構(gòu)的CPU，ARM架構(gòu)的CPU等。這些硬件支持特殊的虛擬運(yùn)行狀體，保證了在同一硬件上可以運(yùn)行多種操作系統(tǒng)。硬件虛擬化中比較成功的產(chǎn)品有VMware。VMware上可以同時(shí)運(yùn)行通過(guò)操作系統(tǒng)如主機(jī)運(yùn)行WIN7系統(tǒng)，虛擬機(jī)中運(yùn)行ubuntu系統(tǒng)。

2.2 并行虛擬化

并行虛擬化和硬件虛擬化在技術(shù)上大同小異，都是證了在同一硬件上可以運(yùn)行多種操作系統(tǒng)。 硬件虛擬化是類(lèi)似的，因?yàn)樵诟拍钌纤С衷谝慌_(tái)服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)多種操作系統(tǒng)。并行虛擬化中比較成功的產(chǎn)品有XenSource。與硬件虛擬化不同的是，在并行虛擬化技術(shù)中大量的使用了并行計(jì)算技術(shù)，提高了主機(jī)和虛擬機(jī)的運(yùn)行效率，最大化的弱化了對(duì)硬件資源的要求。

2.3 操作系統(tǒng)虛擬化

操作系統(tǒng)虛擬化是對(duì)操作系統(tǒng)層的虛擬化，也就是在操作系統(tǒng)上面在做一層操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)市場(chǎng)上常見(jiàn)的操作系統(tǒng)的支持。操作系統(tǒng)虛擬化中比較成功的產(chǎn)品有，SWsoft 的Virutozzo和Sun的 Solaris Container。 Solaris Containers 顯然只支持Solaris，而Virtuozzo同時(shí)支持Linux和Windows。SWsoft的Linux版Virtuozzo服務(wù)器支持在虛擬服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)同版本內(nèi)核的不同Linux發(fā)行版。這種操作系統(tǒng)由一個(gè)比較明顯的問(wèn)題，就是它不支持在一臺(tái)服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)多種操作系統(tǒng)。

目前在電廠信息系統(tǒng)中使用的最普遍的是VMware vSphere軟件，該軟件是VMware公司推出的電廠行業(yè)解決方案。VMware vSphere軟件可以提供豐富的虛擬化技術(shù)，支持多種硬件體系機(jī)構(gòu)，支持多種網(wǎng)絡(luò)模型，支持多種數(shù)據(jù)遷移模式。通過(guò)構(gòu)建電廠虛擬管理系統(tǒng)，可以很好的完成電廠自動(dòng)化管理系統(tǒng)的部署，可以很好的實(shí)現(xiàn)電廠運(yùn)維管理系統(tǒng)的部署，提高整個(gè)電廠系統(tǒng)的管理效率。

3 虛擬化技術(shù)的應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)構(gòu)造

在構(gòu)建虛擬化電廠信息系統(tǒng)的時(shí)候，需要構(gòu)建虛擬平臺(tái)的控制管理中心，該中心上安裝有VMWARE Vsphere6軟件，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接到各個(gè)服務(wù)器上，這樣就構(gòu)建了電廠信息系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。

3.2 部署虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)

虛擬化電廠管理系統(tǒng)部署，如圖1所示。

在虛擬化電廠管理系統(tǒng)中，系統(tǒng)的服務(wù)器可以安裝在多個(gè)機(jī)房中，如圖1所示的機(jī)房A和機(jī)房B中，每個(gè)機(jī)房都由多個(gè)服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成。在系統(tǒng)中的一臺(tái)安裝了系統(tǒng)的虛擬VMWARE Vsphere6平臺(tái)。這樣構(gòu)建的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)有如下優(yōu)點(diǎn)：

①通過(guò)TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的連接，保證了系統(tǒng)中各個(gè)功能部件都可以通過(guò)TCP/IP實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的獲取和發(fā)送。

②本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)布局使用分層管理，即可以確保了內(nèi)網(wǎng)的安全，也可以確保數(shù)據(jù)可以通過(guò)外網(wǎng)進(jìn)行收發(fā)。

③本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且通過(guò)使用雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)大大提高了網(wǎng)絡(luò)的健壯性。

各功能服務(wù)器推薦配置如下：

④數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器：建議數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器使用雙機(jī)熱備份。CPU：雙Pentium4 2.0G或以上的CPU；主板：支持雙Pentium4 2.0GCPU的主板；內(nèi)存：8G DDR或以上；硬盤(pán)：500 GB或以上；網(wǎng)卡：百兆或千兆網(wǎng)卡；光驅(qū)：8速或以上刻錄光驅(qū)；顯卡：4X AGP顯卡或以上；顯示器：15寸CRT或液晶；電源：350 W或以上；

⑤web服務(wù)器：實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)業(yè)務(wù)代碼的部署。CPU：intel i7 2.3Ghz或以上的CPU；主板：支持Pentium3 800 Mhz或以上CPU的主板；內(nèi)存：8 GDDR或以上；硬盤(pán)：300 GB或以上；網(wǎng)卡：百兆網(wǎng)卡；光驅(qū)：4速或以上光驅(qū)；顯卡：AGP顯卡或以上；顯示器：17寸CRT或以上，支持1 024X768分辨率、增強(qiáng)色16位下70赫茲或以上刷新率；

⑥虛擬中心務(wù)器：CPU：雙Pentium4 2.0GHz或以上的CPU；主板：支持雙Pentium4 2.0GHz CPU的主板；內(nèi)存：8G DDR或以上；硬盤(pán)：40GB或以上；網(wǎng)卡：百兆或千兆網(wǎng)卡；光驅(qū)：8速或以上光驅(qū)；顯卡：4X AGP顯卡或以上；顯示器：17寸CRT，支持1 024X768分辨率、增強(qiáng)色16位下70赫茲或以上刷新率；電源：350 W或以上；

⑦節(jié)點(diǎn)交換機(jī)：采用的是華為的S7806，它是萬(wàn)兆以太網(wǎng)交換機(jī)，它支持三層MPLS VPN，支持二層MPLS VPN： VLL和VPLS，支持PE和P功能。S7806設(shè)備支持多種網(wǎng)絡(luò)過(guò)濾方式，如常見(jiàn)的基于IP地址的過(guò)來(lái)，基于MAC地址的過(guò)濾，基于端口的過(guò)濾，基于內(nèi)容的過(guò)濾，支持IEEE 802.1X 認(rèn)證，支持按照連接的過(guò)濾，支持多種過(guò)濾方式的組合。

⑧路由器：本系統(tǒng)采用的是TL-R4000路由器，它是各種網(wǎng)絡(luò)中使用的最多的一款路由器。它整體配置高，性能出眾，價(jià)格低廉。TL-R4000采用了Intel IXP網(wǎng)絡(luò)處理器，主頻高達(dá)533 MHZ，4CPU分布處理，IP包轉(zhuǎn)發(fā)能力達(dá)到快速以太網(wǎng)100 MB線速的極限值148 810 pps（64Byte包），并且可以通過(guò)交換機(jī)級(jí)聯(lián)下去，達(dá)到5 000臺(tái)計(jì)算機(jī)的連接。

4 應(yīng)用效果

通過(guò)上述構(gòu)建的虛擬化系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)如下的功能。

4.1 實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡

通過(guò)實(shí)施虛擬化技術(shù)可以將服務(wù)器的負(fù)載被分發(fā)到集群的不同節(jié)點(diǎn)上?；谪?fù)載均衡策略，應(yīng)用不再在單一的服務(wù)器上執(zhí)行，而是在動(dòng)態(tài)選擇的服務(wù)器上？當(dāng)客戶(hù)請(qǐng)求服務(wù)，一個(gè)或多個(gè)協(xié)作服務(wù)器處理這個(gè)請(qǐng)求？負(fù)載均衡為集群提供單一的入口，就如直接和獨(dú)立的Web或者應(yīng)用服務(wù)器交互一樣，這對(duì)客戶(hù)來(lái)說(shuō)是透明的。

4.2 實(shí)現(xiàn)服務(wù)器性能優(yōu)化

在部署前的Web壓力測(cè)試發(fā)現(xiàn)，本系統(tǒng)在同時(shí)在線人數(shù)大于200人的時(shí)候，系統(tǒng)的反應(yīng)速度明顯變慢，一般要到10s才可以打開(kāi)網(wǎng)頁(yè)，通過(guò)查看服務(wù)器上的performance工具，知道系統(tǒng)的CPU利用率非常的高，這個(gè)也就解釋了系統(tǒng)慢的原因，由于系統(tǒng)中所有的請(qǐng)求都要經(jīng)過(guò)該服務(wù)器導(dǎo)致該服務(wù)器的CPU占用率過(guò)高。通過(guò)部署后不需要替換更加高速的CPU，只需要增加兩個(gè)原來(lái)的2.4 G處理器就可以提高系統(tǒng)的反應(yīng)速度。再次通過(guò)Web壓力測(cè)試發(fā)現(xiàn)可以到500人同時(shí)在線，過(guò)了500人系統(tǒng)的反應(yīng)速度再次變慢。通過(guò)這樣不斷的增加服務(wù)器，就可以滿(mǎn)足電廠的管理規(guī)模的不斷增長(zhǎng)。

4.3 提供高質(zhì)量、高可靠性服務(wù)

基于虛擬化的電廠管理系統(tǒng)提供了安全的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，能夠保證數(shù)據(jù)的可靠性。用戶(hù)無(wú)需擔(dān)心軟件的升級(jí)更新、漏洞修補(bǔ)、病毒的攻擊和數(shù)據(jù)丟失等問(wèn)題，從而為用戶(hù)提供可靠的信息服務(wù)?；谔摂M化的電廠管理系統(tǒng)能夠向用戶(hù)提供滿(mǎn)足要求的服務(wù)，能夠根據(jù)用戶(hù)的需求對(duì)系統(tǒng)作出調(diào)整，如用戶(hù)需要的硬件配置、網(wǎng)絡(luò)帶寬、存儲(chǔ)容量等。

4.4 具有高擴(kuò)展性、可用性和可擴(kuò)放性

基于虛擬化的電廠管理系統(tǒng)能夠無(wú)縫地?cái)U(kuò)展到大規(guī)模的集群之上，甚至包含數(shù)千個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)處理。

基于虛擬化的電廠管理系統(tǒng)可從水平和堅(jiān)直2個(gè)方向進(jìn)行擴(kuò)展基于虛擬化的電廠管理系統(tǒng)必須保證向用戶(hù)提供可靠的服務(wù)，保證用戶(hù)能夠隨時(shí)隨地地訪問(wèn)所需要的服務(wù)，并且用戶(hù)的系統(tǒng)規(guī)模變化時(shí)，云計(jì)算系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶(hù)的需求自由伸縮。

4.5 具有廉價(jià)性

基于虛擬化的電廠管理系統(tǒng)將數(shù)據(jù)送到超級(jí)計(jì)算機(jī)集群中處理，這樣無(wú)需對(duì)計(jì)算機(jī)的設(shè)備不斷進(jìn)行升級(jí)和更新，僅需支付低廉的服務(wù)費(fèi)用，就可完成數(shù)據(jù)的計(jì)算和處理，從而大大減少了成本資金。

4.6 具有自治性

基于虛擬化的電廠管理系統(tǒng)是一個(gè)自治系統(tǒng)，系統(tǒng)的管理對(duì)用戶(hù)來(lái)講是透明的，不同的管理任務(wù)是自動(dòng)完成的。系統(tǒng)的硬件、軟件、存儲(chǔ)能夠自動(dòng)進(jìn)行配置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)按需提供。

5 結(jié) 語(yǔ)

建立以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的通信規(guī)劃，建立層次分布的、又有拓?fù)涔δ芙Y(jié)構(gòu)的電廠管理系統(tǒng)，能夠使管理人員宏觀的、全局的、實(shí)時(shí)觀測(cè)和判斷通信的過(guò)程。根據(jù)電廠系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)以及提供的資源情況，采取有效的信息傳遞方式和通信手段。當(dāng)電廠設(shè)備發(fā)生故障或者破壞的時(shí)候能夠建立應(yīng)急的通道，滿(mǎn)足急需的同時(shí)又可以使電廠管理部門(mén)了解節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息、掌握通信的網(wǎng)絡(luò)狀況，并能夠與電廠調(diào)度自動(dòng)化等管理系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。根據(jù)各種管理系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)作對(duì)現(xiàn)有通信系統(tǒng)進(jìn)行改造和更新，確定最佳的通信狀態(tài)，增加設(shè)備利用效率。

本文首先介紹了電廠信息管理系統(tǒng)的建設(shè)背景，然后介紹了虛擬化技術(shù)的詳細(xì)原理，接著介紹了虛擬化技術(shù)構(gòu)建的電廠信息管理系統(tǒng)的細(xì)節(jié)，最后介紹了通過(guò)實(shí)施虛擬化技術(shù)對(duì)原有的電廠信息管理系統(tǒng)的改善。通過(guò)這樣的說(shuō)明可以很好的理解虛擬化技術(shù)在現(xiàn)代電廠管理系統(tǒng)的應(yīng)用，有助于該技術(shù)在現(xiàn)代電廠中的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊建華，金笛，李燁，等.集群虛擬服務(wù)器的仿真建模研究[J].電子技術(shù)應(yīng) 用，2006，（4）.

[2] 馬松.面向虛擬服務(wù)器的動(dòng)態(tài)遷移框架[J].硅谷，2013，（15）.

[3] 牛海彬.虛擬機(jī)和虛擬服務(wù)器的管理[J].華南金融電腦，2009，（7）.

[4] 譚生龍.存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)的研究[J].微計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2010，（1）.

[5] 盧凱，遲萬(wàn)慶，劉勇鵬，等.高效能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)虛擬化技術(shù)研究[J].計(jì)算機(jī) 工程與科學(xué)，2010，（7）.

[6] 楊眉，潘曉雷.虛擬化技術(shù)助力醫(yī)院實(shí)現(xiàn)服務(wù)器整合[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，

2015，（3）.

[7] 巴江波，陳江，淡攀東，等.VMware虛擬軟件在醫(yī)院數(shù)據(jù)中心建設(shè)中的 應(yīng)用研究[J].中國(guó)醫(yī)療設(shè)備，2015，（2）.

[8] 陳蘭，趙子鵬，彭建，等.基于VMware的服務(wù)器虛擬技術(shù)在醫(yī)院信息化 建設(shè)中的應(yīng)用[J].中國(guó)醫(yī)療設(shè)備，2014，（6）.

[9] 馬錫坤，吳艷君，王鵬.基于云計(jì)算的數(shù)據(jù)中心容災(zāi)系統(tǒng)的建設(shè)[J].中國(guó) 醫(yī)療設(shè)備，2014，（1）.

[10] 沈碧飛.利用虛擬化技術(shù)構(gòu)建醫(yī)院數(shù)據(jù)中心[J].醫(yī)學(xué)信息學(xué)雜志，2014，

（1）.

[11] 岳文華，許建榮.淺析電廠負(fù)荷管理系統(tǒng)在供電企業(yè)中的應(yīng)用[J].科 協(xié)論壇（下半月），2013，（11）.

[12] 馬浩.淺析服務(wù)器集群的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與測(cè)試[J].信息系統(tǒng)工程，2012，（3）.

[13] 許海成，傅錦偉.服務(wù)器集群負(fù)載均衡的建模與仿真研究[J].計(jì)算機(jī) 仿真，2012，（3）.

[14] 崔榮波，許曉兵，陸穎.一種虛擬化的服務(wù)器集群模型[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 應(yīng)用，2011，（3）.

[15] 溫少君，陳俊杰，郭濤.一種云平臺(tái)中優(yōu)化的虛擬機(jī)部署機(jī)制[J].計(jì)算 機(jī)工程，2012，（11）.

[16] 郭濤，溫少君，陳俊杰.基于個(gè)性化的云平臺(tái)虛擬機(jī)部署機(jī)制的研究 [J].太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，（2）.