电力系统异构数据共享研究

摘要：本文对电力企业部署的应用系统自成一体、互不联通、信息资源难以共享的问题，提出了利用网格技术结合电力系统公共信息模型（CIM）实现异构数据共享的方法。

关键词：电力系统；网格服务；CIM

中图分类号：F407.61 文献标识码：A 文章编号：

1网格技术简介

网格是一个集成的计算与资源环境，或者说是一个计算资源池。它能够充分吸纳各种计算资源，并将它们转化成一种随处可得的、可靠的、标准的同时还是经济的计算能力。传统互联网实现了计算机硬件的连通，Web实现了网页的连通，而网格试图实现互联网上所有资源的全面连通。基于网格的具体问题的求解就叫网格计算。

2开放网格服务体系结构

网格体系结构给出了网格的基本组成与主要功能，描述了各组成部分之间的关系以及组成的方式，制定了支持网格有效运转的机制。目前，比较重要的网格体系结构有两个，一个就是由网格的创始人Foster等在早些时候提出的五层漏沙结构，然后就是在以IBM为代表的工业界的影响下，在考虑到Web技术的发展与影响后，Foster等结合WebService提出的开放网格服务结构(OpenGridServicesArchitecture,OGSA)。

OGSA架构由四个主要的层次，从下到上依次为：

(1)物理资源和逻辑资源层：资源的概念是OGSA以及通常意义上的网格计算的中心部分。构成网格能力的资源并不仅限于处理器。物理资源包括服务器、存储器和网络。物理资源之上是逻辑资源，它们通过虚拟化和聚合物理层的资源来提供额外的功能。

(2)Web服务层：这里有一条重要的OGSA原则：所有网格资源（逻辑的与物理的）都被建模为服务。开放网格服务基础构架（OpenGridServicesInfrastructure，OGSI）在标准Web服务技术之上定义了网格服务。OGSI利用诸如XML、Web服务描述语言（WebServicesDescriptionLanguage，WSDL）等Web服务机制，为所有网格资源定义标准的接口、行为与交互。还进一步扩展了Web服务的部分定义，提供了动态的、有状态的和可管理的Web服务的能力。

(3)基于OGSA架构的网格服务层：Web服务层及其OGSI扩展为下一层提供了基础设施：基于OGSA架构的网格服务。GGF目前正在致力于在诸如程序执行、数据服务和核心服务等领域中定义基于网格架构的服务。随着这些新架构的服务开始出现，OGSA将变成更加有用的面向服务的架构。

(4)网格应用程序层：随着技术的发展与成熟，一组丰富的基于网格架构的服务将不断被开发出来，使用一个或多个基于网格架构的服务的新网格应用程序亦将出现。

这种面向服务的观点将互操作性问题转化成为两个子问题：服务接口的定义和识别调用指定接口的协议。OGSA中定义了一种特殊的WebService――“网格服务”（GridService），它是遵守特定惯例的一组接口定义，完成服务发现、动态创建服务、生命周期管理通知和易管理性等问题。每一个网格服务都必须支持GridService接口，另外OGSA中还定义了多种其它的通知和创建实例接口，用户也可以随意为特定应用定义接口。

3异构数据共享网格服务框架

电力系统异构信息资源共享首先必须屏蔽底层数据源的各种异构性因素，如数据库管理系统的异构性、操作系统的异构性、数据格式的异构性、数据访问协议和接口的异构性等等，使数据资源能够被透明、统一的访问。网格服务技术为解决异构数据的统一访问问题提供了一种很好的方法：按照OGSA的“一切都是服务”的思想，如果把对数据资源的访问封装为网格服务的形式，底层数据资源对用户是透明的，用户只需通过调用网格服务就可以操纵数据，实现数据的统一访问；而且以网格服务的形式共享异构数据源，其形式更加简单、灵活。在以网格服务作为异构数据共享的软件基础架构之上再利用CIM/XML作为系统之间数据交互的格式和内容，可以解决系统各种差异带来的影响，同时也可大大降低电力系统信息共享的成本。

网格服务整体框架，图2。

图2数据访问与共享网格服务框架

按照数据网格服务框架的思想，异构数据共享框架采用层次化结构模型，如图2所示。其核心服务包括资源服务层和集合服务层，各层之间的关系不是垂直线性的，而是树状的。资源服务层需要能够屏蔽底层数据资源的异构性，实现统一访问和集成各地的数据资源，集合服务层通过调用多个资源服务集成多个数据资源。应用层可以在各个层次上创建。使用集合服务层的应用，能够同时访问分布在多个数据结点的多个数据资源；使用资源服务层的应用，能够同时访问一个数据节点的多个数据资源。资源服务层和集合服务层都以网格服务的形式封装，即提供给用户的是模块化的服务包，是用户可访问数据的工具集合。具体地讲，资源服务层就是要实现数据描述服务、数据访问服务、数据管理服务等接口。

资源服务层的数据服务实现了对外共享本地的数据资源，集合服务层则是对跨多个管理域（即数据结点）的数据资源服务的集成，实现在更大范围内的资源共享，服务集成可以是简单的数据访问，可以是更复杂的数据处理，还可以提供更多更强的数据分析、统一和处理功能，但重点是对数据访问结果的标准化封装。其他应用所需的数据可以从通用格式的数据中读取，而不需要对每个系统开发专门的接口程序，同时也可避免因某一方数据格式变动带来的影响。

4配电网数据访问网格服务

本节简化了上一节中给出的异构数据共享网格服务框架，具体实现针对配电网IEEE13节点测试馈线模型的数据访问网格服务和CIM封装，使得该模型数据能够以一种统一的格式为其他应用程序调用，实现信息共享的目的。。该框架如图3所示，共分三层：最底层是配电网数据，与之连接的是数据访问服务接口，通过该接口向上层提供基本的数据访问服务；中间层是CIM封装的具体实现部分，主要包括用户的数据请求、请求结果的数据处理与CIM封装、对外提供的服务接口三个部分；中间层是数据访问的主体部分；最上层是客户端，是调用网格服务的具体应用。

图3配电网数据访问网格框架

位于中间层的数据处理与CIM封装的基本流程主要经过一下几个环节：(1)应用程序在客户端向网格服务接口提交数据访问请求。(2)网格服务接口检查提交的请求参数是否合法，如果不合法，返回“错误”。(3)如果请求合法，则根据提交的参数连接底层数据源。(4)对访问结果进行必要的数据清理。(5)根据CIM语法对查询结果进行CIM封装。(6)封装产生的CIM/XML格式数据经网格服务接口，返回给客户端。

5配电网模型数据CIM封装

CIM/XML文档包括数据库中的配电网数据和描述配电网数据的元数据。这个元数据就是公共信息模型资源描述框架（CIMRDFSchema），它包括有关CIM自身的元数据和描述配电网模型数据列（数据库表字段）的元数据。实现配电网数据的CIM格式封装，必须根据公共信息模型资源描述框架的定义，确立配电网数据到CIM的映射关系。

7结语

电力系统信息资源整合是一个庞大的工程，涉及的内容也十分广泛。基于上述服务框架，本文选择了配电网IEEE13节点测试馈线模型作为示例，其模型数据存放在关系数据库中，具体实现了数据访问网格服务和跨多个数据资源的查询功能。依据公共信息模型的封装原理，首先创建了针对配电网模型的CIMRDFSchema文档，再根据此文档建立表数据到CIM的映射关系，最后实现了对数据访问结果的公共信息模型封装。本文也开发了用于演示的可视化界面。以这样的设计思路和实现方式，在提供了相应的元数据等信息以后，很容易将服务扩展到电力系统的其它领域，实现更广范围内的信息共享。