摘  要： 高性能電力應(yīng)用致力于搭建用于調(diào)度數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理、集中處理平臺。數(shù)據(jù)網(wǎng)格易于海量數(shù)據(jù)共享的特點使其適用于實現(xiàn)調(diào)度主站一體化。構(gòu)建了調(diào)度主站數(shù)據(jù)網(wǎng)格的基本架構(gòu)，利用網(wǎng)格軟件Globus Toolkit建立網(wǎng)格環(huán)境，在此基礎(chǔ)上配置數(shù)據(jù)庫訪問中間件OGSA-DAI來建立面向調(diào)度主站一體化的數(shù)據(jù)網(wǎng)格實驗平臺。
關(guān)鍵詞： 調(diào)度主站一體化；數(shù)據(jù)網(wǎng)格；網(wǎng)格服務(wù)；統(tǒng)一訪問

　電力計算需要在分布式區(qū)域建立數(shù)據(jù)交換與共享，以實現(xiàn)電網(wǎng)的整體分析計算，提高實時監(jiān)控性能與分布式計算的能力。而數(shù)據(jù)網(wǎng)格通過統(tǒng)一分享平臺，實現(xiàn)對于資源的統(tǒng)一管理和動態(tài)組合，為用戶提供能夠完成高性能計算的一體化平臺。電力數(shù)據(jù)網(wǎng)格致力于建立一種高性能、支持分布式電力計算的協(xié)作環(huán)境，滿足電力系統(tǒng)新型并行與分布式協(xié)作型業(yè)務(wù)的需要，提高信息系統(tǒng)的資源利用率[1-2]。
OGSA-DAI是目前技術(shù)較為成熟的數(shù)據(jù)網(wǎng)格中間件，建立在Globus Toolkit的網(wǎng)格環(huán)境上，通過屏蔽下層操作來實現(xiàn)對異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)一化訪問[3]。利用數(shù)據(jù)網(wǎng)格便于異構(gòu)資源管理和共享的功能，實現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)資源管理和共享。
1 數(shù)據(jù)網(wǎng)格
1.1 數(shù)據(jù)網(wǎng)格環(huán)境
　Globus是一種用于構(gòu)建計算網(wǎng)格的開放體系結(jié)構(gòu)、開放標準的項目，對資源管理、安全與信息服務(wù)及數(shù)據(jù)管理等網(wǎng)格計算的關(guān)鍵理論進行研究并提供了基本的機制和接口，適合大型網(wǎng)格系統(tǒng)運行的大型應(yīng)用程序的開發(fā)。Globus Toolkit工具包來源于Globus項目，是一個開放源碼的網(wǎng)格的基礎(chǔ)平臺，基于開放結(jié)構(gòu)、開放服務(wù)資源和軟件庫，并支持網(wǎng)格和網(wǎng)格應(yīng)用，目的是為構(gòu)建網(wǎng)格應(yīng)用提供中間件服務(wù)和程序庫。
1.2 中間件
　OGSA-DAI中間件完全由Java編寫，因而適用于各種系統(tǒng)平臺。通過Web service進行數(shù)據(jù)訪問，即屏蔽服務(wù)內(nèi)部的配置，將查詢動作以服務(wù)的方式執(zhí)行，為構(gòu)建高層次的數(shù)據(jù)網(wǎng)格服務(wù)提供開發(fā)工具。
2 調(diào)度主站網(wǎng)格架構(gòu)
　數(shù)據(jù)網(wǎng)格適用于解決數(shù)據(jù)密集型電力計算應(yīng)用中方便高效使用分布式數(shù)據(jù)資源的問題，其內(nèi)容主要集中在廣域、異構(gòu)、分布環(huán)境下如何對數(shù)據(jù)進行管理；如何從調(diào)度主站的各種異構(gòu)數(shù)據(jù)資源中獲取數(shù)據(jù)；并通過地域分布的協(xié)作和處理，從數(shù)據(jù)源中獲取有用信息。面向調(diào)度主站的數(shù)據(jù)網(wǎng)格架構(gòu)分為數(shù)據(jù)服務(wù)源、數(shù)據(jù)網(wǎng)格中間件和調(diào)度應(yīng)用三個層次，如圖1所示。

　數(shù)據(jù)網(wǎng)格可以理解為是調(diào)度應(yīng)用同底層存儲系統(tǒng)之間的綜合服務(wù)代理，它對應(yīng)用程序提供一致的管理以及統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，屏蔽操作的復(fù)雜性和網(wǎng)絡(luò)上存儲系統(tǒng)的異構(gòu)性。該架構(gòu)以數(shù)據(jù)網(wǎng)格為基礎(chǔ)，建立輸網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)、電能計量自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)一體化查詢和管理平臺。
3 調(diào)度主站網(wǎng)格設(shè)計實現(xiàn)
　網(wǎng)格中間件，在整個查詢的過程中涉及到多個模塊的應(yīng)用。整個軟件的實現(xiàn)是建立在Globus Toolkit以及在此軟件平臺上的OGSA-DAI軟件包。其實現(xiàn)包括實現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)格中間件軟件配置和數(shù)據(jù)管理應(yīng)用接口編程。
3.1 中間件配置
　中間軟件配置是數(shù)據(jù)網(wǎng)格的實現(xiàn)基礎(chǔ)和開發(fā)平臺。首先安裝Globus Toolkit，重點是配置Globus的認證機制，正確分配用戶證書；之后需要將OGSA-DAI作為Globus Toolkit中的新服務(wù)，配置到網(wǎng)格環(huán)境下的服務(wù)容器中，最后將數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)服務(wù)源配置到新服務(wù)下。中間件模塊如圖2所示。

　OGSA-DAI在網(wǎng)格環(huán)境的服務(wù)容器中添加專門用來和數(shù)據(jù)庫交互的網(wǎng)格服務(wù)，可以通過這個服務(wù)來查詢數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，并返回查詢的結(jié)果，在這個過程中實現(xiàn)的是將數(shù)據(jù)庫注冊到服務(wù)中，以便在訪問能夠得知都能訪問的數(shù)據(jù)的目錄。單個服務(wù)可以對應(yīng)多個數(shù)據(jù)源，通過Resource ID來進行識別。
　網(wǎng)格服務(wù)管理和發(fā)現(xiàn)模塊是由Globus Toolkit實現(xiàn)的，調(diào)節(jié)各個服務(wù)的執(zhí)行，具體的調(diào)用管理由Globus Toolkit自動實現(xiàn)。
3.2 數(shù)據(jù)管理接口
　設(shè)計目的是將數(shù)據(jù)網(wǎng)格的基本管理功能封裝起來的中間件軟件模塊，提供簡單、方便的數(shù)據(jù)調(diào)用和管理接口，為上層應(yīng)用提供統(tǒng)一、共享的數(shù)據(jù)資源。而實現(xiàn)調(diào)度主站一體化，需要給應(yīng)用提供異構(gòu)電力數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的統(tǒng)一查詢，以及提供對底層的數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)一管理。調(diào)度主站數(shù)據(jù)網(wǎng)格的數(shù)據(jù)管理接口模塊如圖3所示。

　（1）元數(shù)據(jù)提取
　元數(shù)據(jù)也就是用來描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)源注冊的過程中，除需要向平臺提交數(shù)據(jù)庫的類型、服務(wù)器IP、端口號、數(shù)據(jù)庫名稱、只讀用戶與口令等參數(shù)外，可以通過元數(shù)據(jù)提取模塊來提取各個數(shù)據(jù)庫中的信息，包括包含的表、字段名等，以便能夠建立所謂的虛擬數(shù)據(jù)庫，方便定位到所需的服務(wù)和數(shù)據(jù)源。
　（2）服務(wù)定位和數(shù)據(jù)庫連接
在訪問數(shù)據(jù)庫之前，當然要連接到數(shù)據(jù)庫。這個過程可以分為兩個部分：服務(wù)定位和數(shù)據(jù)庫連接。
?、俜?wù)定位：如果建立了虛擬數(shù)據(jù)庫，這可以通過程序在虛擬數(shù)據(jù)庫中查找到所需的服務(wù)和相對應(yīng)的數(shù)據(jù)源。而在簡單的情況下，可以直接使用URL來連接數(shù)據(jù)服務(wù)，Resource ID來確定需要訪問的數(shù)據(jù)庫。
?、跀?shù)據(jù)庫連接：部署數(shù)據(jù)源時同時也部署了JDBC，它是一種用于執(zhí)行SQL語句的Java API，可以為多種關(guān)系數(shù)據(jù)庫提供統(tǒng)一訪問，是由一組用Java語言編寫的類和接口組成。當確定了服務(wù)和數(shù)據(jù)源后軟件就通過JDBC實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的連接。
　（3）SQL查詢
　SQL查詢是軟件最關(guān)鍵的部分，也是軟件的目的。首先涉及到的就是對于查詢語句的分析。如果訪問單個數(shù)據(jù)庫，則直接將Sql語句添加到執(zhí)行文檔，然后發(fā)送給數(shù)據(jù)庫直接執(zhí)行查詢就可以。當Sql語句涉及到多個數(shù)據(jù)源時，就需要對Sql語句進行分析、拆分，然后再發(fā)送給對應(yīng)的數(shù)據(jù)源。在整個執(zhí)行的過程中，由于數(shù)據(jù)是以流的形式傳送，也需要數(shù)據(jù)流化和存儲模塊的參與。
　（4）結(jié)果處理
　對于執(zhí)行結(jié)果的處理涉及到數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、查詢結(jié)果重組這三個模塊。
?、贁?shù)據(jù)集成：輸配一體化的數(shù)據(jù)管理包括EMS、DMS以及計量數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)一訪問。在某些查詢中需要來自不同數(shù)據(jù)庫的結(jié)果集成到一張表中。軟件中采用的方法是連接到一個具有多個數(shù)據(jù)資源的數(shù)據(jù)服務(wù)在其中一個數(shù)據(jù)庫中建立新表，將涉及到的數(shù)據(jù)庫的查詢結(jié)果匯總到這張表上。
?、跀?shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換：最后的查詢結(jié)果是以響應(yīng)文檔反應(yīng)的。不同的應(yīng)用客戶端可能會對結(jié)果的形式有不同的要求，而軟件的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化模塊中的XSlTransform活動可以實現(xiàn)將xml的響應(yīng)文檔轉(zhuǎn)換為任何形式的文本文檔，比如轉(zhuǎn)換為HTML以便在瀏覽器中顯示。
　③查詢結(jié)果重組：這個過程可以說就是將集成和格式轉(zhuǎn)換后的查詢結(jié)果以客戶端要求的形式通過網(wǎng)格服務(wù)接口傳送到相應(yīng)的應(yīng)用。
3.3 接口程序執(zhí)行流程
　OGSA-DAI是實現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫訪問的軟件包，它提供了許多編譯好的class程序以便在編程時通過import調(diào)用。可以說整個編程的過程就是涉及到的class程序的調(diào)用和執(zhí)行，而對于數(shù)據(jù)庫的連接則是采用JDBC驅(qū)動實現(xiàn)的。接口程序流程圖如圖4所示。

　調(diào)度主站一體化數(shù)據(jù)涉及到EMS和計量數(shù)據(jù)庫，平臺設(shè)計的目的就是要實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)一訪問。假如需要查詢某個變電站的所有信息：首先是接口接收到用戶或者應(yīng)用程序的查詢需求信息，通過調(diào)用程序形成執(zhí)行文檔；然后是中間件，對執(zhí)行文檔進行分析，根據(jù)數(shù)據(jù)庫的元數(shù)據(jù)判斷是否需要對Sql語句進行拆分，也就是說，如果這個變電站的信息分別保存在多個數(shù)據(jù)庫中，就需要對Sql語句進行邏輯拆分，在確定了Resource ID后連接數(shù)據(jù)庫，執(zhí)行完Sql語句后可生成響應(yīng)文檔，響應(yīng)文檔中涉及到模塊的完成情況；最后是針對不同的應(yīng)用而對結(jié)果做相應(yīng)的處理，包括數(shù)據(jù)流的存儲、數(shù)據(jù)集成以及數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，以需要的形式將查詢的變電站所有信息傳送回客戶端或者電力應(yīng)用。
　OGSA-DAI通過面向文檔的接口支持與數(shù)據(jù)服務(wù)源的交互過程如圖5所示。調(diào)度應(yīng)用程序不需要直接操作數(shù)據(jù)服務(wù)源，而是通過向數(shù)據(jù)服務(wù)發(fā)送一個執(zhí)行文檔，然后數(shù)據(jù)服務(wù)將文檔轉(zhuǎn)送給代表實際數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)服務(wù)源。數(shù)據(jù)服務(wù)源解析執(zhí)行文檔，并且執(zhí)行文檔中指定的動作。數(shù)據(jù)源再創(chuàng)建描述請求結(jié)果的響應(yīng)文檔，并且通過數(shù)據(jù)服務(wù)將響應(yīng)文檔返還到調(diào)度程序[4]。

4 數(shù)據(jù)網(wǎng)格實驗系統(tǒng)
　調(diào)度主站數(shù)據(jù)網(wǎng)格實驗平臺利用局域網(wǎng)模擬分布在不同地理位置的數(shù)據(jù)庫或者文件服務(wù)器，并通過網(wǎng)格環(huán)境將各個服務(wù)器作為統(tǒng)一資源進行管理，實現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的訪問，并為上層的電力應(yīng)用提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)查詢工作。平臺的結(jié)構(gòu)包括軟件配置和硬件兩個部分，如圖6所示。作為實驗平臺，硬件主要是數(shù)據(jù)庫服務(wù)器并通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，軟件配置主要是網(wǎng)格運行環(huán)境和為應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)遠程、異構(gòu)數(shù)據(jù)庫安全訪問而開發(fā)的業(yè)務(wù)應(yīng)用中間件。

　數(shù)據(jù)庫服務(wù)器模擬網(wǎng)格節(jié)點，并安裝配置Globus Toolkit網(wǎng)格運行中間件，具有安全服務(wù)認證功能。遠程訪問的主機則作為客戶機通過安全證書認證后具有訪問數(shù)據(jù)網(wǎng)格節(jié)點權(quán)限。在網(wǎng)格環(huán)境內(nèi)部可以實現(xiàn)在客戶主機上統(tǒng)一訪問位于遠程不同網(wǎng)絡(luò)上的異構(gòu)數(shù)據(jù)庫，并將計量數(shù)據(jù)庫、EMS數(shù)據(jù)庫安裝在不同數(shù)據(jù)網(wǎng)格節(jié)點上。在網(wǎng)格外部，面向調(diào)度主站的接口可實現(xiàn)對網(wǎng)格節(jié)點數(shù)據(jù)庫服務(wù)器統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問。實驗平臺可完成復(fù)雜、具有不同標識的輸配電數(shù)據(jù)查詢功能，通過向接口程序提交查詢要求，通過OGSA-DAI數(shù)據(jù)庫訪問中間件的SQL語句處理后可以在為調(diào)度應(yīng)用提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的各個數(shù)據(jù)庫中存儲的數(shù)據(jù)。經(jīng)過查詢，系統(tǒng)已得到欲查詢的一次設(shè)備的相關(guān)實時量測數(shù)據(jù)，最后通過數(shù)據(jù)顯示模塊，系統(tǒng)將量測配置信息及相關(guān)實時量測數(shù)據(jù)分別顯示在界面上，供用戶查看參考。
 　在數(shù)據(jù)網(wǎng)格環(huán)境下，開發(fā)了基于OGSA-DAI的數(shù)據(jù)網(wǎng)格中間件以實現(xiàn)底層異構(gòu)數(shù)據(jù)管理與訪問，利用數(shù)據(jù)網(wǎng)格中間件，建立分布式數(shù)據(jù)體系的統(tǒng)一通用的基本信息框架。將調(diào)度主站的各自動化系統(tǒng)與實時數(shù)據(jù)庫真正統(tǒng)一在一起，直接查出各數(shù)據(jù)平臺上涉及到的所有相關(guān)實時量測數(shù)據(jù)功能。OGSA-DAI能夠十分有效地屏蔽數(shù)據(jù)庫的下層管理，用于異構(gòu)數(shù)據(jù)的管理與訪問，實現(xiàn)廣泛的分布式數(shù)據(jù)資源管理和共享。
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