基于云計算的電力調度軟交換系統(tǒng)研究及其實現

陳永衛(wèi)1，張中華2，吉曉佳2

《電力系統(tǒng)通信》第33卷 第241期

(1. 湖南省電力公司調度通信局，湖南 長沙 410007 ；2. 深圳市震有科技有限公司，廣東 深圳 518057 )

摘要：軟交換技術是電力調度交換網的發(fā)展方向和趨勢，文章提出了一種可行的將調度軟交換交換和云計算技術相結合的方法，并重點介紹了云調度平臺的架構設計和功能組件。文章最后探討了基于云計算的電力調度軟交換系統(tǒng)的應用場景和實現方式，為電力公司調度軟交換系統(tǒng)的建設提供思路和建議。

0 引言

隨著下一代通信技術的高速發(fā)展，以及電信運營商NGN網絡的多年可靠運行，基于軟交換的調度通信技術已逐漸成熟。與此同時，電力通信傳輸網的大規(guī)模建設和完善也解決了調度軟交換傳輸帶寬的瓶頸問題，為調度軟交換的發(fā)展提供了必要條件。因此，建設以NGN技術為基礎的調度軟交換系統(tǒng)，已成為電力通信調度必然的發(fā)展方向和趨勢。

　　調度軟交換系統(tǒng)具有寬帶化、多媒體、應用擴展性、業(yè)務融合性等特性，可以實現與視頻監(jiān)控/會議、SCADA、電子操作票、電力態(tài)勢標繪系統(tǒng)等其他相關業(yè)務系統(tǒng)進行互通和綜合調用，打造可視調度、應急調度和協(xié)同調度等符合未來智能電網調度通信需求的新業(yè)務。但是隨著業(yè)務的不斷增多和技術的不斷發(fā)展，以及電網 “三集五大”的戰(zhàn)略推進，調度軟交換系統(tǒng)中的數據和信息也將呈現爆炸性的增長，這無疑為系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和業(yè)務應用帶來巨大挑戰(zhàn)。

　　云計算具有分布式的計算和存儲特性，易于擴展和管理，因此在調度軟交換系統(tǒng)中引入云計算技術，構建云調度系統(tǒng)，對調度軟交換系統(tǒng)和其他調度通信業(yè)務相關系統(tǒng)的數據資源和處理資源進行整合，從而大幅提高調度軟交換系統(tǒng)的綜合處理能力和實時控制能力，具有重要的研究價值和意義。

1 云計算在調度軟交換中的實現方式

　　云計算最基本的特征是在網絡上將資源當作服務來提供，包括應用程序、計算能力、存儲能力、網絡、編程工具，甚至通信服務和協(xié)作工作等。云計算是一種能夠將動態(tài)伸縮的虛擬化資源通過IP網絡以服務的方式提供給用戶的計算模式，云計算的資源是動態(tài)擴展且虛擬化的，終端用戶不需要了解云中基礎設施的細節(jié)，不必具有專業(yè)的云技術知識，也無需直接進行控制，只關注自身真正需要什么樣的資源以及如何通過網絡來獲得相應的服務。

　　調度軟交換遵循NGN業(yè)務與控制分離、承載與接入分離的分層分塊的體系結構，因此可以在業(yè)務應用層快速提供新的擴展業(yè)務，為了實現對業(yè)務的集中管理以及調度通信業(yè)務與其他諸如視頻、會議、監(jiān)控、監(jiān)測系統(tǒng)的融合互通，可通過以調度業(yè)務為核心，應用云計算技術，構建基于云計算的電力綜合信息調度軟交換平臺（以下簡稱云調度平臺），實現對語音業(yè)務，視頻監(jiān)控、視頻會議等視頻業(yè)務，以及短信、郵件、遙感遙測數據、預案、電子工作票等數據業(yè)務的整合，并在此基礎上實現多業(yè)務的聯(lián)動，如音視頻聯(lián)動調度、語音/視頻/定位信息的聯(lián)動調度等。云調度平臺可以幫助調度員實現對各類業(yè)務子系統(tǒng)資源的統(tǒng)一調用與管理，有效地實現各類業(yè)務子系統(tǒng)間的聯(lián)動和數據共享。

　　云調度平臺位于整個軟交換調度體系的業(yè)務應用層，其通過OCP協(xié)議（Operator Communication Protocol）與調度軟交換設備通訊，進行協(xié)議解析與構建以及負責處理具體的調度業(yè)務邏輯，同時通過南向業(yè)務接口與錄音錄像、網管、視頻會議等其他業(yè)務層的系統(tǒng)對接。云調度平臺的客戶端（調度臺）是調度業(yè)務的呈現界面，為調度員提供調度操作界面。云調度平臺同時支持基于C/S和B/S的組網架構，每個云調度平臺服務器可以下掛多個調度終端，并支持對調度終端進行分級操作，實現多級大規(guī)模調度組網。另外多臺云調度平臺服務器之間可以通過數據和業(yè)務服務總線，基于動態(tài)負載均衡策略和統(tǒng)一資源調配機制，將分布在不同物理地點的調度軟交換機和相關電力調度通信基礎設施用結構化的方式整合在一起，構成一個高可靠、高性能的云調度系統(tǒng)，實現對電力調度通信業(yè)務的快速、高效的分析處理。應用云計算技術的調度軟交換系統(tǒng)組網邏輯拓撲如圖1所示：

圖1 云計算在調度軟交換中的應用

Fig.1 Application of Cloud computing in Dispatching Soft-switch

2 基于云計算的調度軟交換架構設計

　　一般來講，云計算的主要思路是對基礎資源虛擬化以形成的資源池，進行統(tǒng)一的調度和管理，并為用戶提供包括從下到上的3個層次的服務：基礎設施即服務（IaaS）、平臺即服務（PaaS）和軟件即服務（SaaS），每一層服務既可以對上一層次提供服務，也可以為用戶提供信息服務。云調度平臺在通IP網絡的基礎上提供各種業(yè)務資源的統(tǒng)一管理和動態(tài)分配而實現云計算，并利用 SOA 架構為用戶提供安全、可靠、便捷的各種應用和服務，用戶可以在任何時間、地點，用任何可以連接到網絡的終端設備來訪問這些服務。
云調度平臺的總體架構設計可分為三個邏輯層面，系統(tǒng)拓撲如圖2所示：

圖2 云調度平臺架構設計

Fig.2 Architecture Design of cloud dispatching

　　1) 基礎資源層

　　基礎資源層位于架構的最底層，包括物理資源和虛擬資源，是云計算服務的基礎設施。其作用是為上層提供云計算資源，包括計算、存儲、網絡等硬件資源以及調度軟交換、視頻監(jiān)控、定位、監(jiān)控檢測等業(yè)務子系統(tǒng)，為被調度用戶和調度指揮人員員提供IaaS服務，實現對硬件資源和各業(yè)務子系統(tǒng)快速的訪問和管理。

2) 平臺業(yè)務層

　　平臺業(yè)務層位于基礎資源層之上，實現基于基礎資源層提供的業(yè)務資源，提供一個高可用的、可伸縮的、易于管理的云平臺服務器中間件，本層為整個云調度系統(tǒng)的核心，平臺業(yè)務層包含以下重要組件：

系統(tǒng)服務總線：基于云計算的特性以及電力系統(tǒng)大規(guī)�？鐓^(qū)域組網的需求，云調度系統(tǒng)是一個大規(guī)模分布式的組網架構，需要支持靈活的網絡拓撲，可以根據系統(tǒng)需求將多個云調度平臺服務器靈活地組建為樹型、網狀、星型等結構，并可以動態(tài)地調整，實現多級調度應用。系統(tǒng)服務總線通過統(tǒng)一的數據和控制信息的整合，加入了高效的消息排序、同步、狀態(tài)遷移和容錯機制，實現對分布在各處的云調度平臺服務器的有機整合，實現各節(jié)點之間超低時延的可靠的消息傳輸和底層業(yè)務資源功能共享，構建統(tǒng)一的云調度系統(tǒng)。

負載均衡服務器：基于云計算的調度軟交換系統(tǒng)是一個包含有為數眾多且承擔不同角色和任務的大型網絡，為此，加入動態(tài)負載均衡及資源調配機制可以很好的解決大規(guī)模系統(tǒng)的有效管理問題。在系統(tǒng)中部署負載均衡服務器實時地偵測全網運行狀態(tài)，收集重要節(jié)點和區(qū)域網絡的壓力負荷信息，基于這些信息，系統(tǒng)可以動態(tài)地調整和均衡全網范圍內不同區(qū)域資源的壓力負荷。特別在某些節(jié)點失效,或是網絡小面積故障的情況下，失效部分的角色功能可以由臨近節(jié)點暫時承擔。在故障網絡恢復之后, 按照系統(tǒng)設定的策略重新接管自己的處理功能。

業(yè)務子系統(tǒng)邏輯模塊：業(yè)務子系統(tǒng)邏輯模塊通過主動或被動的接口，將各業(yè)務子系統(tǒng)接入平臺，并將各業(yè)務子系統(tǒng)功能進行虛擬化，封裝成抽象的業(yè)務功能單元，實現整個云調度平臺的資源池的構建與部署，最終將業(yè)務功能提供給全平臺用戶使用。業(yè)務子系統(tǒng)邏輯模塊可以實現對資源池進行管理，包括資源的申請、分配、檢測、調度、回收等。同時，業(yè)務子系統(tǒng)邏輯模塊提供平臺與子系統(tǒng)交互數據的關聯(lián)及管理，提供各業(yè)務模塊數據的關聯(lián)及存儲，實現統(tǒng)一協(xié)作能力。

通信層/接口模塊：接口服務器作為平臺的通信層，負責綜合云調度平臺與調度軟交換等各類子系統(tǒng)的通信，維護平臺與第三方系統(tǒng)的接口單元及平臺提供給子系統(tǒng)的開放接口，以及開放接口調試用的沙盒環(huán)境。
數據庫：提供用戶、設備等數據的關聯(lián)及存儲；提供各業(yè)務模塊數據的關聯(lián)及存儲；提供平臺與子系統(tǒng)交互數據的關聯(lián)及管理。

公共服務模塊：為業(yè)務系統(tǒng)提供靈活的部署、運行與管理環(huán)境，公共模塊主要包括維護管理、數據配置、日志查看、安全策略等功能。

3) 界面呈現層

　　界面呈現層的作用是為終端用戶消費云調度服務提供統(tǒng)一規(guī)范的接口，終端用戶（調度臺）通過專用入口通道進入云調度平臺服務器，訂制和消費其所需的服務，調度員可以在統(tǒng)一界面中調用各類資源，實現指揮調度、語音通信、視頻監(jiān)控、GPS定位、軌跡追蹤、告警聯(lián)動等功能。云調度平臺的界面呈現部分同時支持B/S和C/S架構，調度界面可以運作在專業(yè)的多媒體觸摸屏調度臺，也可以定制在MID等智能移動終端上，統(tǒng)一門戶為平臺的使用者提供統(tǒng)一的操作環(huán)境，系統(tǒng)根據用戶的權限分配不同資源以實現不同業(yè)務功能。

在通訊系統(tǒng)保障的前提下，對電力調度指令等重要調度操作進行錄音錄像，完整的記錄下調度臺及調度通訊電話的通話記錄，可以為日后的事故分析及日常管理提供原始數據，是調度系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)。然而錄音錄像系統(tǒng)在運行過程中會產生大量的實時數據，并且在長期的應用過程中積累下海量的數據，從而導致一系列存儲和管理問題。云調度系統(tǒng)基于云調度平臺和高速分組數據網絡，有效的整合網絡上獨立的存儲節(jié)點，在不增加新設備，不改變硬件物理位置的情況下，實現了錄音文件的云端存儲，解決了海量信息的存儲和管理問題，充分保障了全網錄音錄像存儲空間的有效利用和錄音文件的安全，為電力調度通信部門查找事故責任、監(jiān)督工作質量提供重要手段和依據。

3.2 負載均衡和多機冗余

　　調度軟交換設備的核心部件一般都采用了1+1冗余熱備的方式，能有效的保證設備的可靠性，但是在不可抗性因素前，調度軟交換設備或者云調度平臺的故障會造成整個本地調度通信系統(tǒng)的癱瘓。在采用云技術的電力調度軟交換組網中，調度軟交換設備和云調度平臺同時與負載均衡服務器直接通信，負載均衡服務器監(jiān)控到某個或幾個節(jié)點的節(jié)點失效，從全網中按照地域優(yōu)先尋找工作負荷較低的其他節(jié)點，把失效節(jié)點的工作內容轉移過來，當故障恢復的時候，計算能力重新遷移回來。同時，云調度平臺服務器之間通過系統(tǒng)服務總線進行實時數據同步，保證業(yè)務遷移時，調度用戶和調度指揮人員原有的數據、業(yè)務、使用習慣的一致性，提高系統(tǒng)的高穩(wěn)定性和實現系統(tǒng)對故障的透明處理。

3.3 多業(yè)務子系統(tǒng)聯(lián)動

　　虛擬化技術是云計算基礎框架的基石，云調度平臺基于虛擬化技術將物理資源進行抽象封裝以供上層業(yè)務調用，因此云調度平臺不僅僅可以實現多個廠家的調度軟交換設備接入，還支持跨業(yè)務系統(tǒng)的資源調用，并通過平臺內的業(yè)務子系統(tǒng)功能邏輯模塊實現各個業(yè)務子系統(tǒng)資源的聯(lián)動，提供集成的消息和統(tǒng)一協(xié)作能力。比如在云調度平臺中融合視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以實現在調度臺上查看視頻監(jiān)控畫面和控制攝像機云臺，還可以通過對監(jiān)控攝像機和調度電話在數據庫中的映射，使得當調度臺和調度電話進行通訊時，會自動在調度臺上彈出該調度電話周圍的視頻監(jiān)控畫面，實現視頻聯(lián)動。另外還可以通過云調度平臺和預案數據庫以及SCADA系統(tǒng)的聯(lián)動，實現實時遙感遙測數據查詢，以及突發(fā)情況時的自動告警和緊急聯(lián)動調度。

3.4 并行計算/集成計算引擎

　　云調度平臺支持大規(guī)模多系統(tǒng)接入組網，通過并行計算模式和集成計算引擎，可以實現全調度軟交換系統(tǒng)內的狀態(tài)資源共享和大規(guī)模數據的實時處理。當發(fā)生緊急情況時，調度一線的常備調度人員無法確保所有的緊急呼叫均能被及時處理，此時可以通過權限許可，將一線的調度業(yè)務進行并行顯示、并行處理，由其他節(jié)點的調度臺進行協(xié)同調度，體現云調度系統(tǒng)全網資源共享的優(yōu)勢，為有效控制災難提供支援。

　　另外當調度軟交換系統(tǒng)進行全網會議/群呼等這種大業(yè)務量應用操作時，系統(tǒng)內的大量數據和計算，從最底層的調度軟交換設備及云調度平臺向調度指揮中心進行逐級處理和提交，把傳統(tǒng)方式難以完成的計算轉換成可解決的小規(guī)模計算問題，同時對大量數據的分布處理，也可以有效降低傳輸網絡的帶寬壓力，避免執(zhí)行大業(yè)務量應用時的網絡擁塞。云計算技術賦予調度軟交換系統(tǒng)的這種強大的計算處理模式，可以為調度員提供更快的、更有效的調度管理操作。

3.5 便攜式調度臺

　　云調度系統(tǒng)由云調度平臺提供統(tǒng)一界面呈現入口的云端特性，使得調度臺客戶端不僅僅可以使用專業(yè)的觸摸屏調度臺，還可以定制在PC機、便攜電腦、平板電腦、智能手機等終端上，實現調度臺備份、突發(fā)情況時領導的遠程指揮以及以及現場快速部署調度系統(tǒng)等應用。

4 結語

　　云計算以共享云中各節(jié)點的計算資源和存儲資源為根本目的，以給終端用戶提供所需的業(yè)務能力為主要職能。通過在調度軟交換系統(tǒng)中引入云計算技術，可以極大的提高調度軟交換系統(tǒng)的業(yè)務處理能力、資源優(yōu)化能力、應用調控能力，為電力調度軟交換系統(tǒng)的建設提供了一個可行的發(fā)展思路，為進一步全面建設智能電網提供堅實的技術基礎。

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