互操作模型（共7篇）
互操作模型 篇1
摘要：基于语义互操作的电子政务协同系统是电子政务的发展趋势。分析了构建基于语义互操作的政务知识协同系统的主要任务和方法, 提出了一个基于语义互操作的政务知识协同系统框架模型, 详细阐明了其设计思路及各部分功能, 重点给出电子政务信息单元自治模型和政务信息本体互操作模型的组成结构和工作机制。
关键词：语义互操作,单元自治,协同,政务知识,模型
0 引言
我国电子政务正在从以项目为主线转向以体系结构、总体规划为主线的全局推进模式。但我国电子政务“纵强横弱”, 即政府纵向部门信息共享程度较高, 横向部门虽各自信息系统架构健全, 可彼此间互通并不到位, 信息共享程度相对较低。语义互操作是防止信息孤岛, 处理好纵横关系的有力工具。基于语义互操作的电子政务协同将是未来电子政务的重要特征和手段[1]。
目前, 我国还没有一套被广泛认可的基于语义互操作的政务知识协同体系。因此, 将语义技术引入到现代电子政务建设中来, 构建一个符合我国电子政务现状和经济发展实情, 能适应我国行政管理体制改革, 灵活且实用的政务知识协同系统, 是一项具有重要现实意义的工作。
1 相关研究
语义互操作在电子政务中的应用首先要解决的是关于电子政务语义互操作内容与实质的研究。Peristeras通过对电子政务语义互操作中具体组织、技术互操作之间的关系研究, 指出语义互操作是整个电子政务信息资源互操作系统的核心[2];Luis Guijarro从技术层面上揭示政务信息资源语义互操作手段既可以包括XML等规范, 也能使用本体知识[3];Witold Abramowicz通过分析指出, 电子政务协同系统中各个模型和框架的异构性是实现语义互操作首先要克服的问题[4]。也就是说, 要实现政务信息资源语义互操作, 就必须首先解决元数据的语义互操作、基于本体的语义解析以及不同本体之间的互操作。
目前, 国外已经出现了一些有代表性的电子政务信息互操作框架体系, 如欧盟推出的泛欧电子政务服务互操作框架 (EIF) 、英国政府推出的电子政务互操作框架 (e-GIF) 和美国联邦组织架构 (FEA) 等。这些典型的框架系统的语义互操作模型主要都是基于MDR模型、XMDR模型和MFI模型这三种, 它们本质上都属于支持语义互操作的复杂信息资源管理框架。我国的基于语义互操作的政务知识协同研究虽然起步较晚, 但也取得了一些成绩。万常选等基于规则演绎提出了一种电子政务语义信息交换的参考模型该模型[5];琚春华等采用语义技术与多agent技术相结合的方式, 提出了基于语义和多agent的电子政务协同工作模型[6];吴鹏等提出了一种电子政务信息资源语义互操作模型并将其应用于国土管理信息资源的语义互操作[7]。
2 问题分析
根据建设政务知识协同体系的对策[1], 要建立基于语义互操作的政务知识协同系统, 应该从我国电子政务信息的语义特征分析入手, 通过对其本体进行分类和建模, 以及单元自治模型和本体互操作模型的构建, 结合我国电子政务的实际情况来完成其基本构架。具体来说, 要从以下几个方面来完成政务知识协同系统的搭建:
(1) 电子政务信息的语义特征分析及其本体的构建。本体是语义概念解析的主要工具。因此分析和识别电子政务信息的语义特征, 构建电子政务信息本体, 能为开发与构建政务知识协同体系奠定逻辑基础。
(2) 电子政务信息单元自治模型的建立。构建电子政务信息单元自治模型是为了对电子政务环境中同一概念体系的信息进行语义描述和解析。使用此模型可以处理独立部门或单位内部的语义互操作, 但构建过程中需要规范其与外界的语义接口。
(3) 电子政务信息本体互操作模型的设计。构建电子政务信息本体互操作模型是为了解决电子政务环境中本体的注册、演化、映射及管理等问题, 从而实现不同概念体系间的语义描述和解析。可以在现有典型模型的基础上, 分析比较基于MFI和基于XMDR的典型电子政务信息互操作模型理论与方法, 设计出准确、高效且能符合我国电子政务现状的本体互操作模型。也可以采用新的标准和技术来实现本体间的互操作。
(4) 电子政务知识协同系统的基本构架的搭建。这一部分是在上述研究的基础上, 着重围绕电子政务知识协同系统的构筑、政务知识本体种类的设置、单元自治模型及本体互操作模型的协作等方面进行探讨和设计。
(5) 体系模型的应用与测试。这一部分的目的是完善模型, 提高模型的实用性。将最终设计好的体系模型应用到一个符合我国电子政务实情的、虚拟的职能部门范围中, 通过对其性能的测试, 从而进一步完善相关参数与指标。
3 电子政务知识协同系统模型
根据以上构建思路, 本文提出一种基于语义互操作的政务知识协同系统框架模型, 该框架充分发挥语义Web自动推理和人机交互智能化的特点, 通过先后建立电子政务信息单元自治模型和政务信息本体互操作模型来解决政务知识互操作中的关键问题, 同时借助MFI和服务发现及注册等多项语义技术, 实现各个部门之间政务知识的通信、共享、操作的智能化、自动化, 真正意义上做到各个异构自治部门领域的政务知识协同。
3.1 政务信息单元自治模型
如前文所述, 构建电子政务信息单元自治模型是为了对电子政务环境中同一概念体系的信息进行语义描述和解析。简单地说, 政务信息单元自治模型负责一个部门领域的信息管理与发布, 并建立与其他部门联系的接口通道。本文构建的政务信息单元自治模型如图1所示。
在此模型中, 代理服务器是核心器件和主要执行单元。它负责将本部门领域内的本地政务信息进行语义解析、服务注册、服务发布;本地本体库为代理服务器的语义操作提供本体模型和其他语义支持;Web服务接口是各个政务信息单元自治模型之间的通信途径。
3.2 政务信息本体互操作模型
由于各个单位信息系统的自治性比较强, 为满足部门内部的个性化需求, 各个部门领域之间会存在着多种本体表现形式。因此, 实现这些部门之间的语义互操作就必须实现多个本体之间的互操作。本文构建了如图2所示的政务信息本体互操作模型。
MFI模型结合了软件建模技术MOF和MDR模型的特点, 可进行复杂信息资源语义互操作管理与服务以及本体的互操作管理, 能为信息资源的语义互操作提供概念模型[7]。因此, 图2中的MFI是本体之间实现互操作的根本依据, 在MFI的规范下, 各个低层次的本体参照高层次的领域本体区分其在互操作中扮演的角色, 明确他们之间的语义联系, 从而实现彼此之间的互操作。
3.3 政务知识协同系统框架
在以上两个模型的基础上, 设计如图3所示的政务知识协同系统框架。有图可见, 该框架模型由下到上主要分为资源层、支持层、管理层和应用层四个部分。
资源层是由多个政务信息单元自治模型组成的政务知识资源层, 在这一层中, 各个政务信息单元自治模型负责本部门领域内的信息收集、管理和统计等工作, 并将有关信息进行Web服务发布和注册, 更重要的是执行彼此间的语义互操作。
支持层以政务信息本体互操作模型为主, 其主要功能是实现多个本体之间的互操作, 为上下层的运作提供标准和模型依据。
管理层负责将各个独立部门的政务知识以服务的形式进行注册和管理, 其注册方式可采用UDDI等多种方法。同时, 当用户需求提交后, 管理层还依据有效的服务发现方法搜寻到相关服务。具体的服务发现方法采用本项目前期的研究成果[8]。
应用层主要由Web代理服务器组成, 它负责用户与系统之间的人机交互, 为用户提供服务查询、安全认证、语法分析等工作并提供相关接口界面。
4 结语
随着Web2.0技术的发展与成熟, 基于语义互操作的电子政务协同将是现代电子政务的发展趋势。本文提出了一种基于语义Web服务的政务知识协同系统框架模型, 通过阐述其设计原理与思想, 分析其中关键技术与方法, 指出了该方法的可行性, 为我国电子政务的发展提供了新的思路和方法。在今后的工作中需要进一步丰富单元自治模型的功能, 提高其灵活性, 而且随着MFI发展, 可以尝试采用更高的标准。
参考文献
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[8]田浩, 樊红.基于语义规则的分阶段语义Web服务发现方法[J].计算机工程与设计.2012, 33 (5) :1806-1810
互操作模型 篇2
在石油企业信息化发展过程中,建立了大量的管理信息系统,但由于缺乏有关管理信息模型方面的标准和规范,造成这些信息系统之间存在兼容性差、数据信息资源难以交流共享等问题。Web服务是一种新型的Web应用程序,具有自包含、自描述以及模块化的特点,可以通过Web发布、查找和调用。Web服务的主要目标就是在现有各种异构平台的基础上构建一个通用的与平台无关,语言无关的技术层,各种不同平台之上的应用依靠这个技术层来实现彼此的连接和集成。这样Web服务就可以将分布于不同平台上的异构系统以一种柔性的,松耦合的方式集成为一个灵活的系统,这个系统可以根据要求不同而灵活的变化。本文提出以石油企业信息化标准为系统的信息模型,基于Web服务技术,构建异构信息系统互操作通信模型,实现石油企业管理信息系统建设中信息资源库与各单位、部门自治管理信息系统之间的信息交换。
1 Web Service 体系结构解析
目前,对Web Service的概念并没有一个严格的定义,一般认为:Web Service是一种新型的Web应用程序,具有自包含、自描述以及模块化的特点,可以通过Web发布、查找和调用。Web Service实现的功能可以是响应客户一个简单的请求,也可以是完成一个复杂的商务流程。一旦一个Web Service配置好后,其他应用程序和其他Web Service就可以直接发现和调用该服务。
Web Service是基于Web的分布式计算模型,它采用面向服务的体系结构模型作为其体系结构,主要包括3个角色和3个操作。服务提供者所能提供的服务接口用WSDL和WSFL描述出来,然后使用UDDI在服务注册中心处将这些服务接口进行注册;服务代理则使用UDDI注册这些服务接口,并接受服务请求者的查询;服务请求者通过使用UDDI在服务代理处查询,得到所需的服务接口的描述文件,然后绑定到这些服务,最终完成调用。
在这个体系结构中,对传统应用系统体系结构的设计做了彻底的改变,实现了具体的事务处理信息、服务和具体客户的分离。在传统的企业应用系统中,需要确定对于该应用系统的客户,然后以此为中心进行设计。而在面向服务的体系结构中,对于客户的标准没有严格定义,而是尽可能地把系统的服务设计得较灵活,以便在以后不断变化的环境中能够吸引更多的潜在客户。
2 互操作通信模型体系架构
在网络分布式环境下,异构信息系统“互操作性”依赖2个基础:信息模型和通信模型。信息模型包括模型结构和模型的语义约定,主要解决数据的相互理解问题;通信模型包括通信系统的体系结构和协议数据的语义规范,主要解决数据互通问题。
有关信息模型的确定,需要从行业本身的特点出发,根据不同行业的实际情况来制订标准或规范。通过这些标准的建立,实现信息语义的确定性和一致性。在此基础上,需要有合适的通信模型来实现数据互通,基于XML技术的Web Services正是建立异构系统通信模型的有效手段,代表着发展方向。
随着石油企业信息数据中心的建立,目前主要的数据互操作问题存在于数据中心与下属单位信息系统之间、各单位信息系统之间、单位内部各部门信息系统之间等多个层次,通信模型总体架构如图1所示。
该体系结构由石油信息互操作服务平台(PISP)、数据交换代理(DEA)和服务注册中心3个部分组成。
(1) 石油信息互操作服务平台(PISP)
石油信息互操作服务平台完成数据中心到下属单位信息系统的数据交换、各单位信息系统间的数据交换,它由一系列中间件、服务、Web服务接口组成。其核心组件包括数据交换引擎、安全管理、系统管理以及Web服务接口。
数据交换引擎 基于SoAP消息实现数据交换,提供数据交换模式的管理、数据交换服务、基于元数据的数据变换服务等。
安全管理服务 主要解决数据交换过程中可能存在的一系列安全问题,包括SoAP消息的安全通信、用户的统一身份管理、权限管理等。
系统管理服务 实现对系统的配置管理和状态监控。通过系统管理服务配置PISP各部分的运行参数,服务的启停控制,监控整个系统的运行状态。
Web服务接口 通过WSDL文档向外部应用程序和数据交换节点描述数据交换的相关Web服务以及安全策略。
(2) 数据交换代理(DEA)
数据交换代理代表各单位信息系统来主动参与数据交换事务。根据应用需求,DEA应包含数据转换、服务发布与描述、安全策略应用等功能。
数据转换 根据数据交换的要求,基于元数据模型建立XML报文与关系数据库的双向映射。
服务发布与描述 发布本地信息系统的数据交换服务,通过WSDL文档对服务的接口和调用方法进行描述,并通过PISP向服务注册中心进行注册。
安全策略应用 根据PISP安全管理服务的要求,建立相应的安全策略执行机制,并将所使用的具体安全策略通过WSDL进行描述。
(3) 服务注册中心
服务注册中心提供针对Web服务的注册管理和发布功能。各数据交换节点DEA通过PISP向服务注册中心注册自己的数据交换Web服务,PISP根据注册的信息进行路由,主动调用数据交换节点的数据访问服务来向数据交换节点传送数据或从数据交换节点获取数据。
3 通信模型中数据交换机制
在异构信息系统的互操作体系结构中,有关数据交换的事务处理主要包括2类:获取数据和更新数据。根据这两类数据交换,可以定义2种数据交换机制,即“请求应答机制”和“发布预约机制”。
(1) 请求应答机制
请求应答机制是指当DEA需要数据时即生成1个请求报文发送给PISP,PISP将请求报文转发给应答方DEA,应答方DEA即反馈一个应答报文,并通过PISP转发给原请求方DEA。
当应用程序需要获取指定数据对象时,DEA向PISP传递一个请求报文,请求报文中一般不需要指明谁是应答者,PISP就会去搜索服务注册中心,看哪些部门提供此方面的服务。服务注册中心返回查询结果,接着PISP将查询到的该数据对象服务的所有提供者作为应答者,并将请求报文传递给它们。在整个区域中,每一类数据对象都可以有多个应答者,并且非提供者也可以成为应答者。数据对象的每一个应答者都有权等待和处理请求,并返回1个或1组应答报文,通过EISP转发给原请求者。
DEA在发送请求报文时也可以明确指定某DEA作为请求的应答者。这时请求方DEA应在它的请求报文中指定应答者。PISP在收到请求报文时会检查请求报文中是否存在指定信息,如果存在,还要检查指定的应答者是否具有应答权限。只有当上述条件满足,PISP才会将请求报文转发给这个指定的应答者。
(2) 发布预约机制
发布预约机制是指当应用程序更新本地数据后即通过它的DEA制作一个事件报文发送给PISP,PISP负责将该事件报文发布给所有关心该数据的其他DEA。
数据对象的更新事件包括数据的添加、修改和删除。当应用系统更新了它的数据对象时,应通过事件报文将更新事件传递给PISP。数据对象的使用者(其他应用程序)如果希望及时获取数据的更新情况,应向PISP预约数据对象的更新事件。预约通过向EISP发送预约报文实现。
事件发布者将数据对象的更新事件传递给PISP后,PISP负责将它传递给所有预约该数据对象更新事件的预约者。PISP转发事件报文时不会通知原事件发布者,因此事件发布者在完成事件发布后,就无需关心将有哪些应用程序接收更新事件,以及更新事件是否已传递给预约者。
4 结 语
本文以石油企业信息化标准作为解决互操作的信息模型,基于Web服务技术构建适合石油系统数据资源共享与交互的通信模型,并详细设计通信模型的数据交互机制。本模型的设计并不是采用类似于复杂系统对接的方法,其能够较好的满足信息模型与通信模型间的松散耦合要求。此模型的设计和实现对于石油企业信息化建设具有重要的借鉴意义。
摘要：随着石油企业信息化进程进一步加快,各个业务系统数据库异构性问题越来越突出。如何有效地利用这些历史数据,集成遗留系统,成为目前集成领域的一大热点。在分析Web服务体系结构的基础上,提出以石油企业信息化标准作为解决互操作的信息模型,基于Web服务技术构建适合石油系统数据资源共享与交互的通信模型,并设计通信模型的数据交互机制。实践表明,它能够较好地满足信息模型与通信模型间的松散耦合要求,较好地实现异构数据源统一透明访问,保证数据完整性、安全性和一致性,并且具有较高的开发效率。
关键词：通信模型,互操作,Web服务,数据库异构性
参考文献
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互操作模型 篇3
对于异构信息系统的互操作，目前常规的解决方案是基于复杂系统对接模式实现的。针对每个应用，通过为其数据库编写连接代码来实现互操作性，它的缺点在于信息模型与通信模型间是一种紧密耦合关系，在实际应用中，一旦信息模型有变化，将直接导致通信模型的大范围修改。从发展来看，异构信息系统的互操作需要摆脱独立解决力一案的实现模式，需要舍弃复杂系统连接的实现方法。Web服务是一种新型的Web应用程序，具有自包含、自描述以及模块化的特点，可以通过Web发布、查找和调用[1]，它的主要目标就是在各种异构平台的基础上构建一个通用的与平台无关，语言无关的技术层，各种不同平台之上的应用依靠这个技术层来实现彼此的连接和集成[2,3,4]。总结起来，现有解决方案的问题在于：
1)无论是SIF还是EMIF，二者都是基于复杂系统对接模式来实现互操作框架的通信模型，对于每个应用，通过为其数据库编写连接代码来实现互操作性。对于解决现有MIS系统的互操作问题，它不失为一个有效的解决方案。但从发展来看，信息系统需要摆脱独立解决方案的实现模式，需要舍弃复杂系统连接的实现方法。
2)要求信息语义与通信数据语义紧密耦合。正因为如此，这两种方案在设计时将信息模型和通信模型都作为标准的主要内容，但在实际应用中，一旦信息模型有变化，将直接导致通信模型的大范围修改。
在这种情况下，本文提出以企业信息化标准为系统的信息模型，基于Web服务技术构建异构信息系统互操作通信模型，实现企业管理信息系统建设中信息资源库与各单位、部门自治管理信息系统之间的信息交换，构建异构信息系统互操作通信模型，实现信息系统建设中信息资源库与各单位、部门自治管理信息系统之间的信息交换。
二、基于Web Services的异构信息系统通信模型设计
在网络分布式环境下，异构信息系统“互操作性”(Interoperability)依赖两个基础：信息模型和通信模型。信息模型包括模型结构和模型的语义约定，主要解决数据的相互理解问题;通信模型包括通信系统的体系结构和协议数据的语义规范，主要解决数据互通问题。
对于异构信息系统的互操作，现在常规的解决方案是基于复杂系统对接模式实现的。针对每个应用，通过为其数据库编写连接代码来实现互操作性，该方案的缺点在于信息模型与通信模型间是一种紧密耦合关系，在实际应用中，一旦信息模型有变化，将直接导致通信模型的大范围修改。从发展来看，异构信息系统的互操作需要摆脱独立解决方案的实现模式，需要舍弃复杂系统连接的实现方法。
有关信息模型的确定，需要从行业本身的特点出发，根据不同行业的实际情况来制订标准或规范，如电力行业的IEC 61850标准、工业控制行业的工业控制管理信息化标准等。通过这些标准的建立，实现信息语义的确定性和一致性。在此基础上，需要有合适的通信模型来实现数据互通，基于XML技术的Web Services正是建立异构系统通信模型的有效手段，代表着发展方向。
Web Services的主要目标就是在现有各种异构平台的基础上构建一个通用的与平台无关，语言无关的技术层，各种不同平台之上的应用依靠这个技术层来实现彼此的连接和集成。这样Web Services就可以将分布于不同平台上的异构系统以一种柔性的，松耦合的方式集成为一个灵活的系统，这个系统可以根据要求不同而灵活的变化。
2.1通信模型体系架构
随着信息数据中心的建立，目前主要的数据互操作问题存在于数据中心与下属单位信息系统之间、各单位信息系统之间、单位内部各部门信息系统之间等多个层次，为此，我们设计如图1所示的通信模型总体架构。
2.2数据交换机制
(1）请求—应答机制
当应用程序需要获取指定数据对象时，应通过DEA向EISP传递一个请求报文。请求报文中一般不需要指明谁是应答者，EISP就会去搜索服务注册中心，看哪些部门提供此方面的服务。服务注册中心返回查询结果，接着EISP将查询到的该数据对象服务的所有提供者作为应答者，并将请求报文传递给它们。在整个区域中，每一类数据对象都可以有多个应答者，并且非提供者也可以成为应答者。数据对象的每一个应答者都有权等待和处理请求，并返回一个或一组应答报文，通过EISP转发给原请求者。
DEA在发送请求报文时也可以明确指定某DEA作为请求的应答者。这时请求方DEA应在它的请求报文中指定应答者。EISP在收到请求报文时会检查请求报文中是否存在指定信息，如果存在，还要检查指定的应答者是否具有应答权限。只有当上述条件满足，ZISC才会将请求报文转发给这个指定的应答者。
下面举例说明请求—应答机制的实现。假设已有3个的三个数据交换节点，现在子公司信息系统2和子公司信息系统3需要从子公司信息系统1中获取学生数据，那么它们之间的报文传递关系如下所述(见图2):
a、注册服务：各DEA通过EISP向发送注册服务报文，注册成为服务使用者。(已注册则不必重复此过程)
b、提供：DEA3通过ZISC向服务注册中心发送提供服务注册报文(其中必须包含关于此服务的WSDL文档描述或其URL地址)，成为学生数据服务的提供者。(已成为提供者则不必重复此过程)
c、请求：DEA1和DEA2分别向EISP发送请求报文，请求获取学生数据。
d、转发：EISP接收DEA1的请求报文1，通过查询服务注册中心，指定DEA3为应答者，并将请求报文1传递给它(同样处理请求报文2)ㄢ
e、应答：DEA3处理请求报文1(包括了和学生管理系统的数据转换过程)，返回应答报文1给EISP(同样处理请求报文2)ㄢ
f、转发：EISP接收DEA3的应答报文1，将该报文转发给DEA1(同样处理应答报文2)
g、转换：DEA1将接收到的基于SOAP标准格式的应答报文1转换为本系统的内部的数据格式(同样处理应答报文2)
(2）发布—预约机制
数据对象的更新事件包括数据的添加、修改和删除。当应用系统更新了它的数据对象时，应通过事件报文将更新事件传递给EISP。数据对象的使用者(其它应用程序)如果希望及时获取数据的更新情况，应向EISP预约数据对象的更新事件。预约通过向EISP发送预约报文实现。
事件发布者将数据对象的更新事件传递给EISP后，EISP负责将它传递给所有预约该数据对象更新事件的预约者。EISP转发事件报文时不会通知原事件发布者，因此事件发布者在完成事件发布后，就无需关心将有哪些应用程序接收更新事件，以及更新事件是否已传递给预约者。
在整个体系中，每一类数据对象都可以有多个事件发布者，但谁可以取得事件发布权限则取决于EISP的访问控制管理。
三、通信模型的实现
针对前面设计的通信模型，笔者对其中的核心问题进行了编程实现，主要包括Web服务的发现与注册模块、基于SOAP[5]和WSDL[6]的通信模块两大部分。而后，分别对两大模块进行了实验测试与分析。本通信模型实现选择的开发平台是Microsoft公司提供的.NET开发平台，而选择的开发语言是Microsoft公司专为网络开发定制的C#语言。
3.1基于UDDI的服务发现模块实现
作为一个完整的通信模型，首先需要对现有的Web服务进行发现与定位，找到对应的WSDL文档，再由此解析WSDL文档，从而构造相应的SOAP消息实现通信。因此，我们首先设计了服务发现模块。
本模块的实现涉及到UDDI规范[7,8]。它通过向UDDI接入点(也叫做UDDI注册中心，如Microsoft、IBM等都有提供)查询提供指定Web服务的实体，获得其Web服务描述语言(WSDL)文档，而后客户端根据这些信息，请求相应的服务。本模块中对UDDI注册中心数据库的查询是通过SOAP进行通信的，收到的结果也是基于XML格式的SOAP消息。其原理如下图4ㄢ
3.2基于SOAP和WSDL的通信模块设计和实现
在本模块中，设计了一个通用客户程序端，这个通用客户端可以根据用户所输入的WSDL文件的网络位置(URL)(通过上面的模块获得)、或在本地磁盘位置，或者用户直接输入的WSDL字符串来进行解析WSDL文挡，进而自动生成一个或多个访问服务器端相应服务的代理客户端对象。它的应用就是，不管服务器端是提供什么样的服务，我们只要根据提供的服务描述语言(WSDL文挡)就能够自动生成相应的请求对象，去和远端的服务器通信，即一个通用的界面可以访问不同部门提供的不同服务，只要他给出WSDL文档。同时在本模块中还做了在应用层的服务器端和客户端通信信息的加密和解密扩展，以保证信息的安全性。
3.3异构信息系统互操作性联调测试
基于UDDI、WSDL、SOAP等协议，笔者设计并实现了以上模块，构建了异构信息系统互操作通信模型的主体。该模型能否在互操作中取得良好的通信效果，还需要进一步实验验证。
在企业信息处理过程中，往往存在不同部门使用异种数据库的情况，如子公司1可能使用Access数据库，而子公司1可能使用SQL Server，这两个部门的信息系统之间存在互操作需求。通过对本方案的应用，取得了不错的互操作效果，实现了数据互通。
四、结束语
本文基于Web服务技术构建了适合教育系统数据资源共享与交互的通信模型，并详细设计了通信模型的数据交互机制。本模型的设计并不是采用类似于复杂系统对接的方法，能够较好的满足信息模型与通信模型间的松散耦合要求。同时针对该模型对其核心部分进行了实现，能够较好地满足信息模型与通信模型间的松散耦合要求，并取得了比较好的效果。此模型的设计和实现对于我国企业的信息化建设应该具有重要的借鉴意义。
摘要：在企业信息化发展过程中,建立了大量的信息系统,但由于缺乏信息模型的标准和规范,造成这些信息系统之间存在兼容性差、信息资源难以交流共享等问题。针对远程工业控制系统的互操作迫切需要,在分析现有解决方案不足的前提下,提出采用Web Services技术构建异构信息系统互操作框架,设计了异构信息系统互操作通信模型,并基于.Net平台对该模型的可行性进行了实验验证,实践表明,它能够较好地满足信息模型与通信模型间的松散耦合要求。
关键词：远程控制,互操作,通信模型,Web服务
参考文献
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互操作模型 篇4
随着智能电网的发展[1,2,3],国际电工委员会制定了IEC61970和IEC61850等标准,IEC61970标准主要针对调度中心系统,CIM模型定义了电力系统中设备和功能的模型,给出了典型数据的描述[4]。IEC61850标准针对的是变电站系统,对象模型对变电站的一次结构、智能电子设备和通信系统进行建模[5]。由于技术和标准在制定和开发过程中存在一定的差异,造成调度中心系统和智能变电站系统之间数据交换的困难[6,7]。
文献[8]通过分析模型结构和数据结构的差异,创建了CIM模型和对象模型的整合模型,并采用数据映射的方法实现了模型的互操作,但在对模型结构和内容的分析上,没有深入研究类、关系及其属性的协调方法。文献[9-11]研究了在不同平台不同系统下,利用XML实现数据交换的可行性,然而文献中没有分析XML文档与CIM XML文档转换实现的方法。
本文分析了CIM模型和对象模型的体系结构,通过对模型的类、关系以及属性的协调,实现模型互操作,通过设计数据交换实验平台,实现调度中心系统和智能变电站系统之间的数据交换。
1 模型体系分析
国际电工委员会创建了IEC61970的CIM模型和IEC61850的对象模型,用来描述现实世界中电力系统的设备和功能。模型在创建上依据抽象程度的不同可以划分为三个层次[12],分别为系统实例层、系统模型层以及元模型层。系统实例是实际应用中的系统和功能,能够完成工作所要求的任务。系统模型是对系统实例的抽象化,是对实际系统和功能的抽象描述。而元模型是对系统模型的抽象化,描述了建立模型的方式、模型的语义等,是对建模的规范性定义。模型的三层体系如图1所示。
基于UML的元模型定义了各种模型元素,IEC61850定义了类、属性以及操作等基本元素,而IEC61970定义了类、属性以及关系等基本元素。系统模型是对元模型的实例化,将实际对象抽象为类,如断路器被抽象为断路器类Breaker。系统实例为实际的对象,其中包含了物理设备和功能。
在设备的实例化过程中,系统模型利用元模型定义的基本元素解析抽象类中所包含的内容,而系统实例将系统模型层面的抽象类进行具体化,如定义编号、名称等具体信息。以IEC61850中断路器模型的实例化过程为例,首先在元模型层定义三种元素,分别为类元素Class、属性元素Attribute和操作元素Operation,在系统模型层,利用基本元素定义断路器类Breaker,属性名称name和属性编号id,以及投运、停运、检修等操作。而在系统实例层,通过赋予各元素具体信息来实现实例化,如编号定义为126,名称定义为Breaker_126等,具体的实例化过程如图2所示。
2 模型差异分析
由于两种标准的建模粒度不同,造成CIM模型和对象模型之间存在一定的差异,例如IEC61850中的保护模型比CIM模型中的保护模型要更加具体,而在拓扑模型上,CIM模型定义的更加完整。以变电站模型为例,IEC61850定义的变电站模型描述了变电站的一次设备以及这些设备之间的电气连接关系,并且通过一次系统元素的逻辑节点定义了其系统功能,如图3所示。
CIM模型对变电站模型的描述是通过设备容器进行的,容器类是变电站设备类的基类,而设备容器类继承于设备类,这就为CIM模型提供了很大的灵活性,可以使模型适应于不同的国际惯例以及各种不同的差异,变电站模型如图4所示。
比较图3和图4,IEC61850和IEC61970在对变电站模型的定义上存在不同。在类的定义上,IEC61850定义了非导电设备类t General Equipment、功能类t Function、子功能类t Sub Function,以及与变电站设备功能有关的逻辑节点容器类t LNode Container等。而在IEC61970中没有这些类。在关系的定义上,IEC61970的间隔类Bay与电压等级类Voltage Level和变电站类Substation之间都存在简单关联的关系,而在IEC61850中,间隔类t Bay与变电站类tSubstation没有这种关系。
通过以上分析可以看出,IEC61850的模型和IEC61970的模型无论在建模方式还是建模力度上都存在不同,这就造成了模型在结构和内容上差异,主要表现在以下几点:
1)模型类存在差异,由于建模内容不同,标准各自定义了一些独有的类,如CIM模型中定义了保险丝类Fuse,在IEC61850中没有这个类的定义。
2)模型关系存在差异,CIM模型中定义的类之间的关系都是双向的,这为建模带来了灵活性,而在对象模型中,大部分类之间的关系是单向的。
3)模型属性存在差异。
3 模型的协调
由于调度系统和智能变电站系统依据不同的标准建立,而标准之间又存在差异,造成系统之间数据交换的困难。由图1可以看出,系统实例层面的数据交换是基于模型层面的互操作实现的,而模型的互操作要求不同模型之间在内容和结构上达到一致,因此需要将模型定义的类、关系以及属性进行协调。
3.1 类的协调
CIM模型根据调度系统的需求对电网中设备和功能等进行建模,定义的类只需要对实际工程中需要的信息进行描述,不需要深入细节,而对象模型基于完整的变电站系统,在对模型的定义上更加详细。因此要实现模型的协调,首先要对模型的类进行协调处理,如图5所示。
图5中阴影部分表示CIM模型和对象模型中具有相同定义的类,这部分类代表的事物相同,不需要进行协调,如变电站类Substation、电压等级类Voltage等。A表示CIM模型中定义,而对象模型中没有定义的类,如保险丝类Fuse。B表示对象模型中定义,而CIM模型中没有定义的类,如电池类t_Battery。C表示两种模型中彼此无关联的类。
在类的协调中,可以采用映射的方式实现,将CIM模型或对象模型中定义的类补充到对方模型中,如图中箭头所示,将A970中定义的CIM模型类映射成A850中的对象模型类,将B850中定义的对象模型类映射成B970中的CIM模型类。
通过类与类之间的映射,可以完善CIM模型和对象模型的定义,使之更加符合实际应用中两种系统的需求。
3.2 关系的协调
在对CIM模型和对象模型的类进行协调后,由于增加或者修改了新的类,必然引起新类与标准中固有类之间关系的变化。对新增加的类,在模型中增加此类与其他类的关系,而对删除的类,则在相关联的类中将原来的关系删除,如图6所示。
在图6中,类1是CIM模型和对象模型共有的类,类5属于A970,类3属于B850,类4属于C850,类1与类5之间具有关系1,类1与类3之间具有关系2,类3与类4之间具有关系3。通过类的协调,将A970中的类5映射成A850中的类2,B850中的类3映射成B970中的类6。由于映射得到的类2、类6与类1之间的关系同原来的类3、类5一致,因此需要将关系1映射到类1与类2之间,关系2映射到类1与类6之间。由图中还可以看出,IEC61850定义的类3与类4之间还具有关系3,但由于类4仅属于IEC61850,没有映射到IEC61970的类中,因此在类6中不再保持这种关系。
3.3 属性的协调
IEC61850类的属性具有“强制”和“可选”两种特性,而在CIM模型中,除了各类具有的固定属性和从基类继承的属性外,还具有作用属性,包括固定作用属性和从上层基类中继承的作用属性,作用属性表示了两个相关联的类之间的关系。在属性的协调过程中,根据对象模型和CIM模型的类及关系的协调,找出发生变化的类及其关系。以此对模型中的属性进行补充,如在CIM模型中,新增加的IEC61850类,其固有属性继承于原对象模型,但还需要根据CIM模型定义的方式对属性进行扩展,增加继承属性和作用属性等,如图7所示。
图7中类3为IEC61850和IEC61970共有的类,在将类1映射到类2后,类1与类3的关系也同样映射到类2与类3之间。类1的属性可根据实际需要分别形成类2的固有属性和继承属性。由于CIM模型中所有的类都继承于基类,如命名类Name、电力系统资源类Power System Resource等,因此类2也需要增加从基类继承的属性和作用。以电压等级类Volatage Level为例,对象模型只定义了name和desc,而在CIM模型中需要增加四个继承属性,即Nameing.path Name、Nameing.description、Nameing.name和Nameing.alias Name,另外还有两个固定属性,即high Voltage Limit和Low Voltage Limit,由于CIM模型定义的元素关系能够描述Volatage Level与其他类之间的关联,因此还需要增加作用属性,其中有固定作用属性Contains_Bays、Base Voltage和继承作用属性Contains_Equipments、Operate By_Com、PSRType。
4 数据交换实验
4.1 文档转换
完成CIM模型和对象模型的协调后,可以实现模型层面的互操作,而要实现调度系统和智能变电站系统之间的数据交换,还需要一定的数据载体,IEC 57工作组提出了通过XML实现数据交换。在智能变电站系统中,模型利用XML Schema模式语言解析元模型,定义类、属性、操作等基本元素,SCL语言利用这些基本元素对系统模型进行描述,在实际应用系统中,数据以XML文档的形式输出。同样地,在调度系统中,CIM元模型通过RDF Schema模式语言解析,定义了类、属性及其关系等元素,RDF语言对系统模型进行描述,在应用系统中则输出RDF文档(CIM XML文档),如图8所示。
图8中智能变电站系统将数据以XML文档A输出,由于XML文档在数据结构上与RDF文档有差异,因此文档A利用RDF Schema对文档结构进行处理,形成新的RDF文档A,使之符合调度系统的要求,从而实现系统数据交换。
4.2 数据流程
随着适配器技术的发展,不同的适配器可以提供不同的通信机制,可以通过多种方式从目标源中获得数据。本文依据适配器以及中间件接口技术设计了数据交换流程,如图9所示。
接收适配器从变电站系统中获取相应数据,并发送到接收管道,接收管道将原有数据格式转换成XML文档,以XML消息的方式发送到基于CIM模型的中间件接口,通过在中间件中将XML消息的数据格式进行转换,形成符合调度系统要求的RDF文档格式,再发送到发送管道,发送管道将文档转换为目标应用程序所用的数据格式,最后通过发送适配器与调度系统进行通信。
4.3 结果分析
本文采用微软开发的Biz Talk软件搭建智能变电站系统和调度系统的实验平台。Biz Talk是微软专门为实现数据交换和应用程序集成而开发的产品,它将XML语言作为描述计算机之间传送数据的平台。本文利用三台计算机作为实验平台,其中一台计算机安装有Biz Talk服务器,作为数据交换的中间件,另外两台计算机分别模拟智能变电站应用系统和调度应用系统。通过实验结果表明,将CIM模型和对象模型进行协调后,依据模型创建的数据库系统,能够很好地实现调度系统和智能变电站系统之间的数据交换。
5 结语
本文将CIM模型和对象模型划分为三个层次,分别为元模型层次、系统模型层次和系统实例层次,通过分析各个层次之间的关系,找出模型互操作是实现系统数据交换的关键,进而提出了对模型类、关系及其属性的协调方法。通过对模型的协调,设计模拟实验平台,实现了调度系统和智能变电站系统之间的数据交换。
摘要：IEC61850和IEC61970等标准的制定,为实现智能变电站和调度管理系统之间的互操作提供了技术规范。针对IEC61850的对象模型和IEC61970的CIM模型,分析了模型的三层架构体系,得出模型协调是实现系统互操作的关键,通过分析对象模型和CIM模型之间的差异性,给出了一种基于CIM模型的协调方法。利用该方法对模型的类、关系及其属性进行协调,并利用适配器和接口技术设计了数据交换实验平台。仿真结果表明,基于CIM模型协调的方法是有效和实用的,能够实现调度系统和智能变电站系统之间的互操作。
关键词：IEC61850,IEC61970,CIM,对象模型,调度系统,智能变电站,互操作
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异构组件互操作研究 篇5
关键词：组件,接口,互操作,Web Services
0 引 言
目前,分布式组件技术已经成为企业应用开发的基础,代表性的实现级工业组件模型有OMG组织的CORBA/CCM(CORBA Component Model)、微软的COM/DCOM和SUN公司的EJB。所有这些分布式组件规范都要求在服务器端和客户端有明确的、同类型基本构架的具体的对象模型协议,客户端的实现技术完全依赖于服务器端的技术,这种限制使得开发不同类型的分布式组件需要完全不同的方法,而且各种不同类型的组件很难进行互操作。
在Internet环境下,对企业应用的集成和跨企业的交互来说,实现异构组件的互操作是目前面临的迫切任务:1)复用是面向组件计算的最终目标,失去了不同组件模型间的互操作,现有的组件就不能迁移并集成到新系统中;2)如果能实现不同组件模型间动态的互操作,就可以基于现有的大量的组件来动态构造应用系统。
本文分析了目前实现异构组件互操作的主要方法,指出了这些方法在Internet环境中的不足。Web Services的出现为异构组件互操作提供了新的契机,提出了基于Web Services的异构组件互操作方案,并以CORBA组件为例讨论了集成的实现技术。
1 异构组件互操作研究现状
1.1 基于桥接器技术的异构组件互操作
OMG组织在CORBA规范中提出了基于桥接器的COM/CORBA和EJB/CORBA互操作模型,模型中异构组件系统之间的互操作由桥接器来实现。组件系统A中的客户希望向组件系统B中的目标组件发出请求,把提供映射功能的整个概念实体称为桥接器,桥接器的功能是映射并透明地把来自客户方的请求转发到目标组件。
1.2 基于元组件体系结构的互操作
L.D Sauer等人提出了基于元组件模型的组件工厂(Component Mill)体系结构,组件工厂提供了一个集成异构组件的体系结构及基于复用的软件开发环境,通过将不同组件转换为一种通用的元组件格式并基于此实现异构组件的互操作,系统的架构如图1所示。
在开发阶段,组件工厂使用适配器模式对于现有系统中的组件和遗产系统中提取的逻辑功能进行封装,形成组件构造器中的服务,这些服务封装为接口存放于接口库中。根据服务间不同的关系可将服务封装或组合成组件,还可以依据元组件模型自行开发组件,小粒度的组件可以组合成大粒度的复合组件,组件存放于组件库中。由组件构造器创建的组件独立于任何组件运行时环境,从而具有技术和平台独立性,所以由组件构造器产生的组件可以运行于任何组件运行环境中(如:CCM容器和EJB容器)。在部署阶段,通过系统提供的映射器,将组件构造器产生的组件映射为不同组件模型中的组件,各组件模型的组件在其自己的执行环境中执行,应用系统开发者使用不同组件模型的组件构造具有特定功能的应用系统。
1.3 Vienna Component Framework (VCF)
Johann Oberleitner提出了VCF实现方案。VCF支持跨越组件模型进行互操作和组合能力,VCF是一个基于Java的类框架,提供Java API使用户能以一致的方式访问不同的组件模型,从而允许在一个应用中集成基于不同模型的组件。
VCF支持目前主要的商业组件模型CORBA、JavaBean、EJB和COM+等。通过构造PlugIn来支持特定的组件模型,每种组件模型表现为一个PlugIn,支持新的组件模型只需为该组件模型添加相应的PlugIn即可。PlugIn查询组件模型获得组件元信息,构建组件的表示及其所支持的操作、属性和事件回调并为访问这些特性提供所需功能。在VCF中客户不直接使用PlugIn类,而是使用一个伪类访问组件的特性,从而允许在伪类中为组件模型或组件添加新的功能,而不改变PlugIn的语法和语义结构。
1.4 目前互操作方法的局限性
互操作性指的是两个或多个实体之间能够通信和协同工作的能力,无须考虑实现语言、执行环境和抽象模型的不同。在Internet日益成为主流分布计算环境的今天,如何在Internet框架下实现基于不同的组件模型的组件构造应用系统,如何实现跨越防火墙的企业应用交互是迫切需要解决的问题。上述三种异构组件互操作方案虽然都实现了异构组件的交互,但都没有提出无障碍跨越防火墙的通信协议。
SOAP把成熟的基于HTTP的Web技术与XML的灵活性和可扩展性结合在一起,使现有的软件不论基于什么样的编程模式都可以通过Internet通信。本文提出了将分布式组件与Web Services的集成方案,通过集成将不同的分布式组件封装为Web服务,借助于底层SOAP通信协议实现异构组件跨Internet的互操作。
2 基于Web Services的异构组件互操作
2.1 集成方案设计
Web Services是“分布于Internet之上可以通过Internet标准协议进行访问和使用的,具有松散耦合特性的可重用软件组件”。它采用面向服务的体系结构,使用HTTP等通用的Internet协议和XML编码进行消息传输。XML的自描述性和可扩展性以及HTTP对防火墙的透明性,使得Web Services成为“集成中间件的中间件”。
企业应用集成通常通过封装遗留的事务逻辑对外提供服务,将目前企业中大量用分布式组件技术开发的应用扩展到Internet环境中具有重要的现实意义,一方面可以通过Web服务合成将封装后的Web服务合成粒度更大的Web服务甚至整个应用系统,另一方面将不同的组件封装为Web服务,不同的客户应用程序可以通过SOAP调用组件提供的服务,通过这种方式实现基于不同组件模型的异构组件互操作。集成方案如图2所示。
本文以最具代表性的CORBA组件为例说明分布式组件与Web服务集成方案和技术。
2.2 CORBA与Web Services的集成
集成包括三个阶段:服务开发、服务部署和服务运行阶段。服务开发阶段指将CORBA组件的IDL接口描述转换为Web Services的接口描述WSDL,同时在SOAP/IIOP网关中注册IDL/WSDL映射信息。服务部署阶段指将由IDL生成的WSDL文件部署于Web Services服务器。服务运行阶段是指SOAP/IIOP网关完成SOAP消息和IIOP消息之间的转化,将SOAP请求中的参数转换成对CORBA对象调用需要的参数类型,定位和调用CORBA对象,并将响应结果封装成SOAP消息返回给客户端。协议转换过程中需要使用IDL/WSDL服务映射信息,以完成参数校验、对象定位的功能。集成方案如图3所示。
接口转换规则定义了CORBA组件接口和Web Services接口之间的映射关系,同时该规则保证客户端根据Web Services接口生成SOAP调用消息能在协议转换时正确地映射成IDL中定义的操作。
CORBA接口定义语言IDL采用了与C++语言类似的语法,主要包括类接口定义、操作定义和类型定义。Web Services接口定义语言WSDL的接口定义内容包括服务接口定义和服务实现定义两部分,其中服务接口定义描述服务提供的操作以及操作调用时输入/输出的消息,服务实现定义描述服务的协议绑定、地址绑定等实现信息,两者结合构成一个完整的服务描述。在接口映射中,IDL接口定义与WSDL中接口定义部分具有基本的对应关系,因此可以定义规则进行转换,转换的规则如下:
· 类接口定义 在IDL中类接口作为操作的集合,对应于WSDL定义中起同样作用的<PortType>元素,类接口定义中的操作转换为对应端口类型中的操作<operation>。对于IDL类接口中类接口的继承机制,WSDL不支持继承关系,处理方法是在WSDL中将父类接口中定义的操作复制到子类接口中,从而使子类接口中也具备了父类接口中的全部操作。
· 操作定义 IDL中的操作直接转换成WSDL中的操作,IDL操作的in和inout参数构成WSDL操作中的输入消息,IDL操作中的out和inout参数和返回值构成WSDL中的输出消息,IDL操作中的异常构成WSDL操作中的出错消息。
· 类型定义 IDL简单类型定义可直接转化为WSDL简单类型定义,IDL复杂类型定义可转化为WSDL复合类型定义。
3 结束语
在Internet环境下,企业计算日益复杂,分布式组件技术的应用前景将极为广泛,但不同的组件系统间缺乏良好的互操作性是一个很大的缺陷。本文首先总结了目前解决异构组件互操作的主要实现方法,分析了这些实现方法的特点并指出其不足。提出了基于Web Services的异构组件互操作方案,并以CORBA组件为例说明了集成实现中的关键技术。
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IEC61850互操作测试分析 篇6
随着计算机和网络通信技术的迅速发展,尤其是以太网和面向对象技术的广泛应用,国际电工委员会第57技术委员会提出了实现变电站内智能电子设备IED(intelligent electronic device)间无缝通信的一个全球范围标准——IEC61850,这是现阶段数字化变电站的关键技术。
IEC61850的优点在于统一的对象模型和标准的通信协议使得不同厂商的IED之间能够实现好的互操作,从而降低系统的集成费用,提高系统利用率,保护用户的投资,提高整个电网的安全稳定运行水平。因此,确保不同厂家IED的互操作性以及与标准的一致性显得尤为重要。
从2008年起广东电网公司在变电站自动化系统中全面推广应用IEC61850标准,这也是国内第一个大规模推广IEC61850技术的省级电网公司。因此,广东电网公司组织了IEC61850产品入网互操作测试,本文将对测试情况进行深入分析。
1 各类IEC61850测试分析
1.1 国内互操作测试
2005~2006年,国调中心已组织国内外主流厂家前后进行了六次IEC61850互操作使用,大大推进了国内产品的研发进度。但由于当时条件所限,这些测试存在一定的局限性:
(1)大部分试验仅限于厂家两两之间的通信服务互联互通,试验项目十分有限,且缺乏一个评判标准;
(2)当时参加测试的产品大部分仍处于试验品阶段,非实际现场应用的产品。
1.2 KEMA测试
荷兰KEMA公司作为权威的IEC61850测试机构,也为世界上许多变电站二次产品生产商提供IEC61850一致性测试认证服务,包括ABB、西门子、北京四方、南瑞继保等公司。其权威性无容置疑,但对于我们的实际应用而言,仍有许多需要补充的地方:
(1)KEMA认证的测试依据IEC61850-10,主要测试项目包括配置文件、数据模型和服务,这些都是构建IEC61850的最根本要素,但对应用细节没做出要求,会导致实际应用中仍会存在不一致的地方,如双网、保护定值、保护事件、录波等;
(2)测试目前只对服务器(即间隔层产品),针对客户端(即站控层产品)的测试没有进行。另外,将产品送至荷兰检测,费用昂贵,国内只有部分厂家的部分型号产品通过了测试。
中国电科院也根据IEC61850-10开发了类似与KEMA公司的测试系统,其优缺点与KEMA测试相同。
因此,由用户组织进行基于完善的入网互操作测试是现阶段大规模推广应用IEC61850标准必需进行的工作,它保证设备的一致性、规范性,大大减少现场调试、维护的工作量,减少设备出现异常的概率。保证产品的规范性须从标准化测试抓起,这也是我们从以往变电站通讯规约应用不规范导致的不良效果中吸取的经验教训。
2 测试平台和测试原则
2.1 测试平台
广东电网公司针对目前各类测试及相关产品现状,研究组建了广东电网IEC61850入网互操作基准平台,提出了相对完善的互操作测试方案和测试流程。
与国调中心组织的两两厂家之间互操作测试不同,我们进行的是各厂家产品与广东电网入网互操作基准平台之间的互操作,操作过程能进行全程监视分析,各产品测试环境完全一致。互操作涉及的测试系统和主要仪器包括:
(1)IEC61850模型测试系统,进行模型的合法性、在线模型与离线模型文件的一致性等测试;
(2)站控层模拟系统,进行各间隔层设备的应用测试,包括模型配置、四遥、保护定值、录波管理等测试;
(3)标准IED装置,进行与被测的客户端进行各种应用测试;
(4)监视分析系统,能对IEC61850报文进行监视、存储、分析等;
(5)网络测试系统,进行交换机的性能测试;
(6)电磁兼容测试系统,进行电磁干扰下设备的性能和稳定性测试;
(7)数字化保护测试仪;
(8)时间同步测试系统,进行时间精度测试。
2.2 测试原则
(1)被测厂家的间隔层产品应通过相关机构的一致性测试;
(2)产品的模型必须完全合法,装置模型文件必须与在线获取的模型保持一致;
(3)客户端有良好的兼容性;
(4)同时满足IEC61850和中电联组织编制的《IEC61850工程实施规范》(送审稿)的要求;
(5)各项基本的应用功能能在测试平台顺利操作。
3 测试情况分析
测试历时近三个月,共对十一个厂家的产品进行了测试,测试的中标产品包括:站控层系统、测控装置、保护装置、录波器、交换机。测试共发现1934项错误,涉及模型、网络、应用功能和交换机等,测试问题常见表1。
3.1 综自测试
对综自产品的实验项目主要包括模型、模型配置、双网测试、GOOSE、遥测、遥信、遥控、对时等,测试中发现的主要问题如下:
(1)大部分装置的模型不够规范,出现的错误相对较多;
(2)系统配置工具的兼容性也存在一定的问题,不同厂家产品出现了不能导入的情况;
(3)对双网实现方式不一致,有可能出现不兼容的问题;
(4)GOOSE通信问题。
3.2 保护测试
对保护装置的实验项目主要包括模型、保护事件、录波文件、压板、定值、对时等,因为IEC61850标准中对保护装置方面的描述还有待完善,故各厂家的实现方式不同。在中电联组织编织的《IEC61850工程实施规范》(送审稿)中对部分细节做了补充要求,因此本次测试依据参考此送审稿,测试中发现的主要问题如下:
(1)对保护事件的组织方式不一致;
(2)录波文件的命名、存放位置、上送方式、波形头文件格式不一致;
(3)对保护定值的起始区的理解不一致,因为IEC61850中定义保护定值的起始区从1开始,而国内保护定值的习惯起始区为0,考虑到各省保护版本的受控管理,部分厂家产品的高压保护装置的起始区为0,低压保护装置的起始区为1,总的来说每个厂家目前的做法很不一致。
3.3 录波器测试
对录波器的实验项目主要包括模型、录波、定值、对时等,测试中发现的主要问题如下:
(1)录波器模型的错误相对较多;
(2)录波文件的命名、存放位置、上送方式、波形头文件格式不一致。
3.4 交换机测试
对交换机的实验项目主要包括优先级QOS测试、Vlan功能测试、广播风暴抑制功能、电快速瞬变条件下的丢包、电压跌落条件下的丢包、浪涌条件下的丢包等,送检产品的总体测试情况良好,仅有个别产品在强电磁干扰下的性能表现不佳以及部分功能不完善。
3.5 测试效果
本次测试的总体效果十分理想,测试中及时有效发现了大量问题,这也有效验证了广东电网IEC61850互操作测试基准平台的作用。同时通过测试指导了厂家及时改进产品,促进了产品水平的提高,为IEC61850产品在广东电网的顺利推广应用扫清了障碍,也为国内IEC61850产品的规范化应用打下了殷实基础。
4 结语
目前,IEC 61850各个部分已经正式出版完毕,我国相应的电力行业标准也已印发。总的来说,IEC61850产品的研发水平在不断提高,基本符合IEC61850标准的要求,在国内大规模推广应用IEC61850标准的时机已趋向成熟。
从国内外电力通信协议的发展历程以及我们实际测试情况来看,为确保多个厂家设备的互联成功以及业务的正常提供,对设备进行互操作测试是十分必要的,而且必须强制执行。此项工作最好由有强大技术实力的省级以上电网公司组织,保证测试的权威性和有效性。此外,二次设备的验收测试也需加以重视,确保现场应用的产品与互操作测试产品的一致性,真正实现互联互通。
本文介绍广东电网IEC61850产品入网互操作测试的方案、原则、过程,并对测试结果进行了分析。相信对相关测试的进一步研究必将对IEC61850标准在产品中的正确实现以及推广应用中起到积极作用。
参考文献
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GSM和LTE互操作浅析 篇7
在3GPP协议中,涉及到GSM和LTE双系统间互操作的主要功能包括:
(1) PLMN(Public Land Mobile Network)的选择和重选。
终端开机后,首先需要找到网络并与网络取得联系,以确保能获得服务。PLMN选择或者重选的目的是选择一个可提供服务的移动通信网络(PLMN)。为达到这一目的,手机会维持一个PLMN列表,这个列表中会将PLMN设置为不同的优先级,手机开机后,会根据PLMN的优先级别来搜索,找到具有最高优先级的PLMN。如果将LTE和GSM网络设置为不同的PLMN,并在USIM卡中设置LTE为归属PLMN,通过PLMN重选,LTE用户在进入LTE网络覆盖区域时,能够自动由GSM网络优选到LTE网络,利用PLMN重选算法可以实现网络间的漫游,且不需要2G网络升级。
(2)GSM和LTE之间的切换。
切换的目的是为了保证移动用户在通信期间业务不会随着移动位置发生变化而中断,为了保持业务的连续性,需要网络之间能够支持异系统的切换。
就目前的网络实现而言,对于数据业务,从LTE网络到GSM支持重定向;如果是语音业务,则支持切换。GSM和LTE系统间的互相切换要求LTE和GSM系统中都配置了对方系统的小区为邻小区,并且要求核心网侧也支持,这种切换类型又称为SRVCC的切换。
(3)GSM和LTE小区重选。
3GPP协议支持不同系统之间的小区重选,手机可以通过基站下发的系统消息完成小区的选择和重选。
(4)CSFB
L T E网络对于 语音业务 的支持有 两种方案 :1CSFB,语音回退到电路域,即手机在LTE的覆盖范围内,一旦有语音业务,立即离开LTE网络,回退到GSM或者3G网络,使用其电路域来支持语音业务;2Vo LTE,利用LTE网络和IMS(多媒体子系统)来完成语音业务。CSFB作为过渡性的方案,可以有效的利用现网资源,节约网络投资,该方案是LTE建网初期的语音解决方案。
2 GSM至LTE小区重选
对每一个GSM小区来说,最多可以定义8个LTE频点;最多可在一个GSM小区和外部E-NODEB之间建立32个RIM;RIM信息可以和优化下载速率,减少重选时延。
2.1 GSM对LTE异系统测量
GSM对LTE异系统的测量是在一定条件下发生的。UE始终搜索高优先级的LTE异系统,但是对于设置为低优先级的LTE异系统需要在以下条件下进行测量:
(1) RLA_C < MEASTHR
(2) RLA_C - ACCMIN - max( CCHPWR - P,0) < 0
为保证UE停留在GSM网络中不移至低优先级LTE异系统,这2个条件需要被协同考虑:
(1) MEASTHR < ACCMIN + max (CCHPWR-P, 0)
2.2小区重选判决准则
(1) 小区重选到高优先级LTE频率。
小区重选到高优先级LTE频率发生在:RSRP >QRXLEVMINE + HPRIOTHR
(2) 小区重选到低优先级LTE频率
小区重选到低优先级LTE频率发生在:S_GSM <PRIOTHR
小区重选到低优先级LTE频率满足以下条件:
1没有发现高优先级频点
2并且RSRP > QRXLEVMINE + LPRIOTHR
如果以上条件都不满足,手机还是可以在满足以下条件时重选到低优先级LTE频点:
1S_GSM < PRIOTHR
2RSRP - QRXLEVMINE > S_GSM + HPRIO
2.3 GSM系统消息
这些邻区信息和测量配置相关的参数是通过系统消息广播给手机。在GSM系统消息SI2 Quarter中会下发服务小区相关配置信息。包括服务小区优先级(GERAN_PRIORITY)、异系统测量启动门限、重选门限(Thresh_GSM_low)、基于优先级的迟滞、重选门限、接收信号最小值、重选判决时间。
于此同时,SI2 Quarter下发TD-LTE邻区信息、TDLTE邻区频点(EARFCN)、优先级(E-UTRAN_Priority)、禁止小区(黑名单方式)(Repeated E-UTRANNot Allowed Cells struct)、每载频被禁止小区的PCID(Repeated )
参数说明如表1所示。
3 CS Fallback功能
3.1 CSFB功能概述
CSFB UE在空闲态下,能够从LTE网络回落到GSM网络承载语音业务,主被叫通话结束后,能通过空闲态小区正确重选返回LTE网络驻留。
3.2 CS Fallback原理(CSFB主叫信令流程为例如图1所示)
消息解析:
(1)终端发起扩展业务请求至核心网MME节点,该业务请求即CSFB接入请问;
(2)1b/1c.MME收到后向e NB发送S1-AP消息,通知e NB释放该UE的无线连接;
(3)该步骤可选,终端可以向MME发送测量报告;
(4)43a/3b/3c e NB释放终端的无线连接,并且将GSM小区的系统消息通知终端;
(5)终端和核心网侧的S1承载释放;
(6)假如终端的路由器或者位置区发生了改变,则发起路由区更新或者位置区更新;
(7)LTE核心网侧将该终端的承载挂起;
(8)终端通过业务请求发起和GSM网络之间的业务请求;
(9)终端完成和GSM网络之间的呼叫连接的建立,并且进行呼叫.
在这个信令过程中,终端实际完成了两件事情。第一,完成和LTE网络的释放,但仅仅释放的是无线侧的连接,核心网侧会将该终端的业务连接挂起;第二,终端通过业务请求的过程完成了和GSM网络之间的呼叫连接,这个过程实际和普通的语音呼叫信令过程一样。
在CSFB的过程中,根据UE能力以定义的优先级,e Node B决定目标频点。该信息携带2G邻区及对应小区频点信息。当多个目标频点是相同的优先级别时,e Node B采用轮训的机制进行选择。CSFB功能需要网络侧MSC和MME支持,需要终端支持。
3.2呼叫释放后快速返回LTE
当CSFB到GSM网络的LTE用户结束CS业务后,快速返回LTE网络。通过该功能增强GSM网络与LTE网络互操作能力,可以使得用户迅速地从GSM网络返回TD-LTE网络,使GSM/LTE之间互操作更加平滑,明显提升用户感知。同时减少网络信令开销。
功能原理如图2所示。
快速返回LTE的技术原理:
(1)未开启快速返回LTE功能时如表2所示。
1GSM侧需进行LA/RA更新
2在GSM侧,测量LTE测量
3在回到LTE网络后需进行TA更新
(2)开启快速返回LTE功能时如表3所示。
1GSM侧不需进行位置区或者路由区更新;
2呼叫释放后直接返回LTE网络后进行跟踪区更新
4结束语