先进通信计算平台论文

先进通信计算平台论文（共4篇）

先进通信计算平台论文 篇1

1引言

站在 “互联网+” 的风口上, 各行各业都在抢占先机, 面对这一难得的机遇, 政府部门已经把云计算作为其快速发展的一块强有力的基石。 在今年的全国 “两会” 上,《政府工作报告》 中提出制定 “互联网+” 战略, 计划重点促进以云计算、 大数据、 物联网为代表的新兴信息技术产业与现代制造业、 生产服务业的融合创新, 从而打造新的经济增长点, 同时为各地产业融合创新提供支撑环境。 云计算作为新兴信息技术的重要发展方向, 在推动 “互联网+” 战略上具有重要作用。 要实施 “互联网+” 战略, 首先要打造云计算系统 。 那么, 什么是云计算系统呢? 云计算系统由3个核心角色构成, 即建设者、 提供者以及使用者。 提供者是指各种云计算服务的提供商, 包括Saa S、 Paa S和Iaa S 3类; 建设者是为提供者提供各种基础资源、 解决方案的供应商, 如软硬件产品 (设备)、 信息安全服务、 网络互联互通服务等。 使用者是指各种云计算服务的最终使用者, 包括个人、 企业、 政府等。 这类核心角色共同推动了整个云计算产业快速演进。

作为云计算产业链中重要的一环, 运营商的强项———基础网络服务, 为发展云计算提供了必不可少的基础设施支撑服务。 云计算时代的基础网络需要具备大容量、 高性能、 高稳定性、 可移动性等特点, 这些特点是运营商作为传统网络服务提供商经营多年积累的基础。 因此随着云计算市场快速增长, 电信运营商逐步意识到云计算产业巨大的发 展潜力 , 纷纷试水云计算。 在这场前所未有的变革当中, 运营商的作用不容忽视。 在整条产业链中, 通信运营商的地位比较特殊, 它们既是最主要的云计算服务提供商, 又是云计算平台最大的采购者。 目前, 国内3家电信运营商都出台了云计算战略。

2平台发展

通信运营商在为消费者提供基础通信服务的过程中需要处理大量的客户数据, 同时希望借助这些数据对用户进行深度挖掘从而提供深度营销。 那么如何在处理这些大量数据运算的同时又能够节约成本? 搭建云计算平台是通信运营商解决此类问题的初衷。 在这种背景下, 国内3大运营商把发展云计算业务作为重点于2010年制订了未来几年的云计算发展计划。

中国电信自2010年正式将云计算作为发展战略。 2011年8月 , 成立云计算研究中心进行创新云产品的研发 。 2012年月, 中国电信成立云计算公司, 提供天翼云业务。 2015年月13日, 中国电信发布了 “互联网+” 行动白皮书, 将重点打造政务、 教育、 医疗、 金融、 园区等5大行业云解决方案。 这样的发展可谓十分迅速。

自2007年启动 “大云” 项目, 2012年发布 “大云2.0” 版本, 验室成员、 开源爱好者等提供大云资源的交流 平台 。 截止2015年6月, 有超过8000台服务器、 10万虚拟机为中国移动的云服务提供了硬件上的支持, 已完成业务支撑域等百余个应用及系统的云化部署, 处理超过50PB的数据。 围绕 “互联网+” 产业 , 将构筑云 、 管 、 端一体化的体系 。

中国联通 自2013年的 “ 双12” , 沃云2.0正式发布 。 2014年12月份 , 公布了沃云3.0版本 , 进一步丰富了平台的功能。 2014年9月份, SDN开始试商用。 2015年的3月1日, 发布了沃+云盘产品。 2015年5月份, 开始在全国部署云计算资源池。 以云主机、 云存储、 专享云、 云集成、 云孵化为5大服务方向, 构建现代化的运营管理体系和开放共赢的产业生态。

3平台特点

国内的通信运营商提供的云计算服务分为3种, 即公共云、 私有云和混合云。 公共云主要是面向公众服务, 私有云主要是面向系统内部, 提供信息支撑。 混合云界于两者之间, 既提供公共服务, 也面向系统内部。 云计算在提供的服务类型上也分为3种, 即SAAS, PAAS, IAAS。 SAAS主要提供软件服务, PAAS是以提供应用服务器或者开发环境的服务, IAAS是注重资源的共享 , 但无论是哪种类型的使用场景 , 其共同特点为:

(1) 数据高度集中 : 用户将网站托管等相关事务交给提供服务的云计算平台。 因此, 云计算平台承担了所有的互联网数据交互, 访问数据高度集中。

(2) 安全防护对象突出: 用户需求多样性导致云计算使用的多样性, 应用复杂, 动态多变, 从而面临多种安全威胁; 大量集中的虚拟主机易产生安全连带效应, 容易引发内部攻击。

(3) 内部应用可控性差: 由于业务多样性 , 很难实现集中管控。

(4) 复杂各异的远程维护: 云计算平台上承载着不同行业的不同用户, 各自对系统的安全防护和日常维护管理存在不同的需求, 因此复杂各异的远程访问需求也带来不同的安全威胁。

(5) 高带宽大流量 : 云计算平台能够为ICP、 企业 、 媒体和各类网站提供大规模、 高质量、 可扩展的专业化服务器托管、 及网络带宽批发业务。 因此, 云计算平台具备丰富的互联网带宽资源。

4平台安全问题

为了提供更好的云计算服务, 首先需要解决各种信息安全风险。 对于云计算系统, 存在的风险主要有:

(1) 访问权限的风险 。 每个用户 的数据都 有其机密 性 , 但云计算平台上的所有用户均将数据存储在云主机上, 云计算服务提供商拥有了所有数据的访问权限, 那么如何排除非用户本人的数据访问;

(2) 数据丢失的风险 。 用户在访问云计算服务时不清楚自己数据的存放位置, 同时由于云计算跨物理设备 的特点 , 如何保证数据因为物理设备的损坏而引起的数据丢失;

(3) 数据隔离的风险 。 在数据共享的云计算平台上 , 不同用户的数据处于相同的环境下, 虽然云计算提供商采用了数据加密的方式, 也不能保证在共享环境下的数据隔离;

(4) 数据备份风险 。 由于云计算平台共享物理设备环境 , 云计算提供商如何保障由于个人、 平台等行为引起数据丢失后的数据备份及还原。

5风险问题应对

(1) 提高用户的认知 。 类似于传统电信业务发展初期用户使用习惯的培养, 云计算服务也是如此, 提高用户的认知, 使用户能够明白在选择云计算服务提供商时应该选择企业口碑好, 服务生存能力强的企业, 国内的通信运营商无疑是首选;

(2) 加强安全设施投入 。 用户使用云计算平台绝大多数是公共云, 即通过互联网环境提供服务, 面对开放的互联网环境, 各种黑客攻击、 窥探屡见不鲜。 因此必要的安全设施投入必不可少;

(3) 加强安全管理。 解决云计算面临的安全隐患 , 除了互联网环境下黑客的攻击同时也存在云计算平台提供商由于自身管理问题, 导致用户的数据泄漏、 数据丢失。 因此必须提高企业的安全管理水平, 为用户提供更优质、 更安全的云计算服务;

(4) 差异化的服务 。 根据用户的使用需求 , 为用户提供差异化的云计算服务, 对于高安全性的业务, 云计算服务提供商为其量身打造私有云, 同公共云进行隔离, 为关键业务提供较高的安全环境。

6云计算安全实践

根据云计算平台的特点, 及用户安全服务需求, 应采用多种安全技术手段, 从物理层、 网络层、 软件层 、 管理层 、 虚拟化等多个层面构建不同深度的安全防御体系, 保障云计算应用安全。

(1) 物理层安全 。 云计算系统物理层的安全是所有层面安全的基础, 主要包括物理环境、 设备、 连接线路等的安全, 保护云计算系统物理层免受各种人为及自然环境的破坏才能使云计算平台安全平稳地运行。

(2) 网络层安全 。 网络层安全主要指网络架构 、 网络设备方面的安全性。 通过合理的网络架构及必要的安全设备投入, 使云计算系统具有高可靠性的网络环境。 其主要表现在云计算平台在规划及实施阶段各环节对安全性的考虑。 例如合理的网络拓扑及安全域划分, 在云计算的网络边界部署防火墙、 IPS/IDS、 堡垒机、 安全审计系统、 防病毒网关等物理设备, 以及用户访问控制或者设备管理员的远程接入等。

(4) 软件层安全 。 软件层安全包括两个方面 , 一方面是云计算主机上操作系统的安全, 另一个方面是云计算主机上部署的各种不同功能应用软件的安全。 这两种安全问题均来自于软件中的各种漏洞或者该软件设计时的缺陷。 攻击者利用这些软件的漏洞或者缺陷, 通过植入恶意代码及各种病毒来达到控制主机或者窃取数据的目的。 针对这种漏洞或者缺陷, 用户应该及时更新软件的版本及安全补丁来封堵软件的漏洞或者缺陷。 同时云计算平台的管理员通过网络层部署的各种安全设备来及时发现并采取措施, 避免安全事件的发生。

(5) 管理层安全 。 “ 三分技术 、 七分管理 ” 这句话告诉我们再安全的系统也离不开人的管理。 针对云计算平台的特点管理尤为重要。 通过制定云计算平台的管理细则及系统管理人员 的维护要 求 , 定期巡检 , 进行统一 、 完整的行 为审计、 日志审计分析, 建立完善的事前、 事中、 事后的响应机制及保障措施, 适时地进行相关安全事件的应急演练可以提高安全事件发生时的处置能力, 最大限度地提供用户业务的连续性。

(6) 虚拟化安全 。 云计算技术最主要的特点就是虚拟化 , 通过虚拟化控制软件可以屏蔽掉不同物理设备的特性, 换句话说, 就是通过虚拟化软件可以使不同物理设备组成相同的云计算资源供用户使用, 同时用户对自己使用的是什么物理设备是毫无感知的, 这就是虚拟化的特点。 通过虚拟化软件可以使用户使用的虚拟机进行动态迁移, 举个例子来说, 就是用户使用的云计算主机的物理设备出现故障, 需要停机检修, 由于业务的连续性, 部署在此台设备上的云服务可以通过动态迁移的方式迁移到另外的物理设备上, 这样就提高了云计算平台的高可用性, 同时也是设备冗余备份的表现形式。

7结语

云计算平台相对于传统IT设备来说具有成本较低、 可扩展性强、 使用灵活、 应用部署快速等特点被越来越多的用户所接受, 虽然仍存在着一些安全问题, 但是随着 “互联网+”产业的到来, 云计算产业的发展, 这些问题也会逐渐被解决。

摘要：对云计算平台在“互联网+”整个产业链中的重要作用进行了阐述,介绍了通信运营商在发展云计算平台过程中存在的安全问题,以及针对这些问题提出的解决措施。

关键词：云计算,云安全,通信运营商

参考文献

[1]刘鹏.云计算发展现状[EB/OL].

[2]王建峰.电信行业云计算安全发展现状.

[3]薄明霞.云计算安全体系架构研究.

[4]李磊.电信运营商发展云计算的安全问题剖析.

先进通信计算平台论文 篇2

配电网高级应用软件 (DPAS) 作为配电自动化系统 (DAS) 的主要组成部分, 一直是研究人员和工程技术人员关注的热点。目前, 智能电网建设的侧重点已经从输电系统部分转向智能配电网建设[1,2]。主网的高级应用软件 (PAS) 已很成熟, 但是相比之下, DPAS中的突出问题是电网结构复杂、节点规模巨大, 因此, 无法复制PAS的体系结构和计算技术来解决DPAS的问题。按照坚强智能电网建设中的统一规划、统一标准、统一建设原则, 国家电网公司颁布了一系列配电自动化的相关标准。为了提升DPAS系统的整体性能, 本文设计并实现了一个基于ZeroMQ消息中间件的分布式通信架构, 主要解决了以下两个问题。

1) 异构系统数据通信问题。DPAS需要获取电网静态数据和断面数据。静态数据是指电网的模型数据, 包括一次设备的电气参数、连接关系和二次设备的配置、整定参数等;断面数据是指遥信、遥测等数据采集与监控 (SCADA) 系统数据。长期以来, 由于各个厂家配电网建设标准不一, 产生了大量的异构系统, 而已经建设好的各种配电网应用系统又不能直接抛弃, 因此, 异构系统的数据通信问题亟待解决[3]。

2) 大规模节点计算问题。通常配电网节点规模巨大, 配电网高级应用的算法如潮流计算、状态估计等往往都伴随着大矩阵运算、循环迭代等过程。这导致了DPAS的计算时间较长, 直接复制PAS的架构, 在计算速度上已难以满足工程需求, 更达不到国家电网公司智能配电网建设的相关标准要求[2]。

针对以上分析, 本文提出了一种基于ZeroMQ消息中间件的分布式架构, 旨在解决以上两个问题, 支持搭建配电网高级应用的分布式通用计算平台。该通用计算平台主要工作集中在以下两点。

1) 分布式通信架构设计。采用ZeroMQ消息中间件设计出配电网分布式通信架构, 解决跨机器、跨系统、跨语言的异构系统数据交互问题。根据实际工程需要, 该配电网分布式架构需要满足以下需求:异构系统的数据交互、数据传输的实时性要求、对基于数据级任务分解的分布式计算的支持、系统架构可伸缩、系统功能可扩展、任务负载均衡、无单点故障。

2) 分布式通信消息格式设计。该计算平台采用基于消息的分布式架构, 系统之间的数据交互、模块之间的互相配合等均由消息完成。为了满足实际工程应用的需求, 本文设计了一种可灵活扩展的消息格式, 支持传输消息类型多样化以及消息体数据复杂化。

1 分布式通信架构设计

随着配电网自动化、信息化、智能化的不断推进与发展, 新上线的应用系统与以往开发的应用系统将共存[4,5]。如图1所示, 智能配电网调度支持系统分为调度管理类应用、调度计划类应用、配电自动化主站系统3个部分[6]。DPAS将从SCADA、图资、电能量计量系统等获取计算所需的数据;DPAS内部各个模块也存在相互调用, 拓扑分析是所有高级应用的基础, 状态估计和调度员潮流也会被诸如网络重构、解合环分析等高级应用反复调用[7]。传统的高级应用软件往往采用单机模式, 本文选用ZeroMQ消息中间件重新设计DPAS架构, 以解决跨机器、跨平台数据交互问题, 以及数据传输的实时性问题[8]和基于数据级任务分解的分布式计算问题。

1.1 分布式关键技术介绍

ZeroMQ (ØMQ/ZMQ) 是近年来兴起的一款优秀的轻量级消息中间件。ZeroMQ不是简单的点对点交互, 而是定义了整个分布式系统的全局拓扑。ZeroMQ是网络栈中新的一层, 它是一个可伸缩层, 可在多个线程、内核和主机之间弹性伸缩。ZeroMQ消息中间件有以下几个特点:交互是面向消息的、套接字与传输协议无关、套接字能感知路由和网络拓扑、缺省情况下所有的交互都是异步的[9]。

ZeroMQ包含REQ-REP, PUSH-PULL, PUB-SUB, DEALER-ROUTER, PAIR-PAIR这几组套接字[10]。REQ-REP是一对步调严格同步的套接字, 使用REQ的相当于客户端, 使用REP的相当于服务端, 称为请求—应答模式。DEALER-ROUTER与REQ-REP有些类似, 是ZeroMQ所有套接字中唯一一对需要自己管理路由信息, 由程序员自己进行路由的套接字对。与REQ-REP相比的一个重要区别是DEALER-ROUTER不是同步套接字对, 每个DEALER可以无限制地发送请求给ROUTER, ROUTER也可以无限制地发送回复给DEALER。PUB-SUB是一组异步模型, 称为发布—订阅模式, PUB发布的消息会被所有与之建立连接的SUB接收。PUSH-PULL被称为管道模式, PUSH可以推送一组任务, 均衡地分发给PULL, PULL也可以收集若干个PUSH推送的任务, 非常适合于分布式应用程序。此外, ZeroMQ还有一个PAIR-PAIR套接字对, 是一对类似于Socket的点对点模式。

1.2 分布式通信架构

根据DPAS系统的功能需求和实际工程需要, DPAS平台由DPAS客户端、服务实例、执行进程、管理模块4个子系统组成, 与DPAS系统进行数据交互的统称为外部数据源。整个DPAS平台内部及外部数据源均通过ZeroMQ消息中间件搭建的通信架构进行数据交换、数据通信、模块间的协调等。

如图2所示, 从各子系统的功能上, DPAS客户端主要功能包括后台服务的启停管理、计算参数设置、计算请求发起、计算结果展示。外部数据源包含DAS、能量管理系统 (EMS) 、图资等系统, 提供电网模型数据、断面数据、负荷数据等。管理模块包含负载均衡中间件和实例心跳的管理两个模块, 主要负责任务和数据的全局负载均衡、服务实例的心跳管理、分布式后台服务管理等。服务实例是基于FastDB内存数据库的数据平台, 支持按照IEC61970标准建模的公共信息模型 (CIM) 文件导入, 可以向外部数据源请求特定时间断面或者实时的电网断面数据、接收外部数据源推送的动态更新的遥信遥测数据, 该子系统包含计算任务切分、计算结果回收、拓扑分析等功能模块。执行进程是包含若干算法模块的程序, 如短路电流计算、遮断容量扫描、消弧线圈整定、潮流计算、状态估计、解合环分析、网络重构等。

目前电网调度自动化系统均包含多态应用[11], 如实时态、未来态、历史态, 其中未来态和历史态统称为研究态应用。对于不同模态的计算流程、算法都是完全一致的, 唯一区别就是服务实例的数据平台所加载的电网数据不同。实际部署中, 通常有两台DPAS服务器, 每台服务器各部署一个管理模块 (Master) 、一个实时态实例和若干研究态实例、若干执行进程、若干DPAS客户端, 外部数据源通常包含一主一备。为此本文利用ZeroMQ设计了图3所示的分布式通信架构, 以满足各子系统交互及分布式计算的需要。

如图3所示, 服务实例通过REQ-REP从外部数据源主动请求电网数据, 通过PUB-SUB被动接收电网实时更新数据;客户端通过DEALER-ROUTER向服务实例发起计算请求, 服务实例经拓扑分析、任务切分后生成子任务及计算所需数据, 子任务和数据集中PUSH至管理模块, 管理模块通过PUSH-PULL均衡派发给执行进程, 执行进程调用相应算法模块进行计算后通过PUSH-PULL返回给对应的服务实例, 服务实例将子任务计算结果进行组装后通知客户端计算完毕。客户端可以通过管理模块对后台服务程序进行管控, 通过REQ-REP套接字向管理模块发送启、停信号, 管理模块判断实例状态之后再对实例进行服务的启停。所有实例在启动之后必须向管理模块“注册”自己的实例信息, 包括加载的断面数据信息、所在机器的IP、绑定的端口号等。在注册之后, 所有实例将和管理模块通过REQ-REP进行心跳互检测。

由于DPAS需要获取电网静态和动态数据, 因此, 外部数据源 (DAS和EMS) 需要基于ZeroMQ进行少量改造:利用REP响应DPAS的数据请求, 利用PUB向DPAS主动推送数据。

该通信架构不仅满足了DPAS平台分布式集群的数据交互、分布式计算需求、模块间的相互配合。而且利用ZeroMQ消息中间件的特点, 通过不同套接字对间的配合, 使得整个分布式系统具有架构可伸缩、系统易部署、功能可扩展、健壮性提高等特点。

1) 架构可伸缩性设计

系统部署前, 用户可以根据需求配置管理模块、服务实例个数 (执行进程和客户端可任意部署) ;系统部署后, 管理模块、服务实例、执行进程可动态增删。

由于ZeroMQ的自动恢复连接机制[10]使得管理模块、执行进程运行时可动态增删。实例的动态增删则是通过管理模块的服务管理实现。每个服务实例在启动之初, 会将自己的绑定信息注册至管理模块。执行进程在启动后, 首先通过REQ-REP向管理模块请求连接实例, 再根据管理模块返回的实例绑定信息连接至所有实例。当有实例状态发生变化时, 如启动、停止了一个实例或者实例发生异常, 管理模块会通过PUB-SUB通知所有执行进程实例发生变化的消息, 执行进程随后会刷新本地连接, 从而达到系统运行时实例动态增删、执行进程动态连接的目的。

2) 架构健壮性设计

通过管理模块、服务实例、执行进程冗余的方式, 既提高了整个系统的计算能力, 又提高了系统的健壮性, 主要表现在消除系统单点故障、故障执行进程的删除、失败计算任务的重新派发3个方面。

由于ZeroMQ采用缓存、异步的方式处理消息, 可能出现任务丢失、结果未按时回收的情况。为此, 每个执行进程在收到管理模块派发的任务后, 首先通过REQ-REP与实例进行同步, 如果该执行进程未按时返回计算结果, 则实例可以通过PUB-SUB发送杀死信号删除此执行进程, 并重新启动一个执行进程, 再根据未返回子任务的任务号重新派发。如此一来, 对于一个复杂的计算任务, 如其中一个子任务计算失败, 该机制可以重复计算该子任务, 从而避免整个任务重新计算。

2 分布式通信消息格式设计

在整个DPAS平台中, 所有模块之间的配合与数据交互都是基于消息的。不仅消息类型多样化, 如控制消息、通知消息、计算请求与回复、计算数据、计算结果, 而且每种类型的消息所包含的数据也很复杂, 如潮流计算任务消息包含任务描述信息、参数配置信息、电网模型信息、电网断面信息, 每种信息又由若干种结构体构成。因此, 统一的通信消息格式的设计显得尤为重要。

ZeroMQ封装了zmq_msg_t类型的消息单元, 并支持多帧技术[10], 每一帧都是一个zmq_msg_t, 多帧传输具有整体发送、整体接收、分帧解析的特点。按照ZeroMQ消息的特点设计了如图4所示的消息格式, 整个消息由消息帧头、消息体、附加信息3个部分组成。

在数据帧头部分, 应用类型包含历史态应用、实时态应用、未来态应用。数据类型主要包含各类高级应用计算请求、各类结果回复、连接请求与回复、查询请求与回复、Hello消息、心跳消息、通知消息、错误告警消息、启停控制消息、遥信数据、遥测数据等。

在消息体部分, 消息体标识部分包含消息体各种数据块的类型及个数。消息体数据则与消息体标识一一对应起来。整个消息体在数据类型及数据个数上都是可扩展的, 适用于所有高级应用需要传输的数据。

附加信息部分则包含了附加信息类型和附加信息数据, 该部分可以用来传输告警信息、数据校验信息等。

3 应用实例

图5描述了整个DPAS系统服务器集群的初始化、计算任务请求的数据流向及时序关系。

如图5所示, 服务实例在启动后首先初始化电网模型数据 (CIM) 和断面数据 (SCADA) , 再向管理模块注册实例信息, 注册成功之后将持续不断地与管理模块做心跳互检测。执行端在启动后首先从管理模块获取实例绑定信息, 再连接至实例完成初始化。客户端首先连接至管理模块, 获取可用服务实例信息, 连接至实例以后即可在该实例的数据平台上做高级应用分析。服务实例收到计算请求之后完成任务分解, 再将数据和子任务发送至管理模块, 管理模块均衡派发至各个执行端, 执行端按照应用类型调用相应算法模块计算, 计算完毕直接返回至相应实例。实例在子任务结果收集完毕后进行结果组装, 结果写入Oracle后通知DPAS客户端计算完毕。

本文的设计及开发立足于工程实际, 以下是实际的验证结果。

1) 数据交互性能模拟测试

利用实验室15台PC机及百兆交换机测试了架构的通信性能, PC机的操作系统包含Red Hat (Linux 6.4) , Solaris 10, Win7, Windows XP。每台PC机处理器2.0GHz, 2GB内存空间。消息中间件为ZeroMQ 3.2, 内存数据库为FastDB 3.73。测试结果如图6、图7所示。

图6、图7测试了数据平台在复杂环境下的数据交互性能。图6显示了该数据平台进行大数据块通信时, 随着数据块大小的变化其通信速率的变化曲线, 当数据块大小超过1 000kB时, 通信速率已经接近局域网通信的上限。图7显示了大量小数据频繁交互时架构的通信性能 (单个数据块为100kB) 。在进行压力测试时, 通信时间随着交互次数的增加而线性增加, 证明在频繁交互时仍能保持较好的稳定性与通信性能, 这也是ZeroMQ可以支持任意大分布式程序[10]的良好体现。

2) 高级应用模块工程测试

配电网高级应用模块包括潮流计算、状态估计、短路分析、遮断容量扫描、消弧线圈整定等, 不同模块的算法特点不同。例如:遮断容量扫描算法由于仅仅是校核开关, 所以算法极其简单;状态估计预处理数据量较大且算法较为复杂;潮流计算核心算法由于迭代导致算法时间复杂度较高。限于篇幅, 本文以遮断容量扫描、状态估计和潮流计算3个模块为例, 测试DPAS与DAS的电网实时数据交互性能, 以及高级应用任务在分布式环境下的通信和计算性能。测试中采用济南市配电网数据, 包含249个电气活岛、27 905个节点, 测试结果如下。

实际工程应用中, DPAS服务器维护电网的实时断面数据, 需要与当前电网实时数据保持一致, 通过高级应用计算分析为调度人员提供实时、准确的决策信息。

表1为系统获取全断面数据所用时间及SCADA推送变化数据的时间。由于全断面数据获取由DPAS触发, 因此, 在测试中计时区间还包括了请求消息通信时间和SCADA服务器准备数据时间。系统全断面数据初始化可以在2s内完成, 动态更新时间为毫秒级, 保证了数据的实时性, 基本可以满足实际工程需求。

图8显示了不同高级应用算法和集群规模下的通信代价与核心算法用时分布图。

当集群中仅有一个执行端时, 所有子任务都是串行执行, 没有任何并行效果。随着集群规模的不断增大, 遮断容量扫描模块总计算时间维持在2~3s, 几乎没有变化, 而全网状态估计和全网潮流的计算时间随着执行端规模的增大而明显减少。全网潮流由串行的50s降至5s左右, 全网状态估计计算时间由串行的近60s降至9s, 加速后的效果满足实际工程需求。图9显示了通信代价换取的加速时间。

遮断容量扫描核心算法简单, 单个任务计算时间非常短 (通常在执行端单任务计算仅需0.001s) , 时间消耗大部分集中在全网拓扑分析、任务分解以及网络传输中, 多执行端并行计算时加速效果不明显。状态估计和潮流计算由于核心算法较为复杂, 串行计算时大部分时间均消耗在算法模块, 采用分布式计算时, 微小的通信代价可以换取非常大的加速时间。以全网潮流计算结果为例, 可并行化计算项包括不同馈线的普通潮流计算、损耗计算 (包括线路损耗和配电变压器损耗等) 、安全性分析 (包括线路重载检查和节点越限检查) ;不可并行化计算项包括计算任务请求、子任务派发、结果回收、通知客户端的通信代价, 以及服务实例端全网拓扑分析、任务分解、数据准备、结果组装 (统计馈线潮流和区域潮流) 、结果映射 (节点支路潮流映射为开关潮流或配电变压器潮流或区间潮流) 、结果写库等算法辅助部分, 其中不可并行化计算耗时约2s, 核心算法并行化计算时间约3s, 总耗时约5s。

综合上述测试结果可知:对于时间复杂度较高的高级应用算法, 该分布式架构可以大大降低算法的执行时间;对于遮断容量扫描这样较为简单的算法, 由于可并行化计算的时间很小, 所以几乎没有加速效果, 这也符合Amdahl定律。

4 结语

本文立足于工程实践提出了一种基于ZeroMQ消息中间件的分布式通信架构, 并且设计了满足各模块间交互的通用消息格式, 解决了配电网高级应用异构数据库的数据获取问题, 满足了配电网高级应用分布式计算平台的数据通信及模块间相互配合的需要, 为配电网高级应用分布式计算提供了支持。该框架的设计思想和方法不仅满足了当前配电网高级应用平台的建设需求, 同时也可以应用于其他基于数据级任务分解的分布式计算平台中。

参考文献

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先进通信计算平台论文 篇3

一、通信软交换机数据备份系统的概念

通信软交换机数据备份系统是在中国电信长途软交换网的组网和环境的基础上通过研究慢慢开发出来的新技术, 这系统的使用方向非常明确, 另外, 系统的拓展和市场推广也是需要受到关注的, 系统各功能部分都是一模块一模块进行程序编写的, 编写的时候只是用最为普遍的也是做容易理解的编程语言, 所利用的平台架构也是一般常见的, 力求以简洁易懂的方式向大家呈现这个系统, 这个系统还可以无限制进行移植, 对于需要的企业来说很方便, 只要进行一个简单的数据搬运就行, 减轻了集中维护模式下大规模数据备份工作的难度, 同时还提高了企业数据分析储存的能力。

通信软交换机数据备份系统的工作原理也是一般计算机工作人员所能看得懂的, 包括先是由各软交换的后台所使用到的SUN服务器在规定时间段内生成一些重要的数据, 并将这些数据文件进行备份, 然后将文件通过gz和jar方式将重要数据进行压缩和打包, 存放在本计算机所指定的目录下, 全部的过程用日志文件的方式进行记录;那些由多网元批发出命令然后实现骨干中继、信令网关 (HTGSG) 设备所导出的数据也同样保存在自己的机器上。然后由中心服务器借助Unix系统的定时执行机制, 将时间往后推迟, 自动远程登录到软交换和骨干中继、信令网关 (HTGSG) 的前、后台SUN服务器, 将后台SUN服务器所生成的备份数据文件和前台服务器上的最初的系统版本文件还有那些重要的系统数据一起传送到中心服务器的那个磁阵上去, 并将这些数据文件从原来的远程主机的指定目录复制到远程主机的历史目录下面, 这样就可以确保同一个文件不会被反复传送, 浪费时间也浪费精力, 当然, 文件若是在传送过程中失败还可以直接从历史目录搜索到并获取备份文件。

以前的数据备份工作都是需要工程师人工操作, 登陆远程的后台服务器之后, 将那些重要的数据进行备份, 然后再通过FTP传送到网管服务器, 最后就是将数据从FTP到所需要的计算机之间进行介质备份。人工操作的时候需要涉及到一系列的操作包括UNIX操作、数据文件生成的验证、FTP文件的传送等等, 这些操作都太复杂而且工作量也大, 所以在数据备份过程中往往会出现差错, 若是采用自动数据备份程序, 不仅可以提高操作的灵活性, 还可以减少出错率, 使之做到零误差。

二、通信软交换机数据备份系统的实现

通信软交换机数据备份系统包括五个模块, 这些模块之间工作顺序都是由程序在主机内部的先后次序决定的, 而具体的运行就要看时间而定。在中心服务器中包含了三个模块:第一个模块是通用接口模块, 这个模块是通过在中心服务器上启用定时任务远程登录到各设备, 下载数据并进行相关操作;第二个模块是日志收集处理模块, 这个模块主要是通过通用接口模块将后台执行程序的日志读取至本机并进行一个处理;第三个模块是人机接口模块, 这个模块主要是完成定时任务的更改和单项任务下发, 并提供日志查看的功能, 值班人员可以通过web的方式查看生成的日志;另外还有两个模块是在soft-Switch后台数据中, 通过crontab来运行数据库备份执行模块, 然后再运行文件处理模块, 这样就生成了dmp.jar.gz文件, 最终完成数据的生成, 这其中包含了16套后台数据。

先进通信计算平台论文 篇4

1 基于计算机平台实现通信软交换机的数据备份的设计思路分析

基于计算机平台实现通信软交换机的数据备份系统的实现, 必须以人工化备份作业为基础, 然后再借助计算机技术, 在多种设备之间实现智能化的软交换数据备份工作。通过大量的设备以及平台的建构方式, 虽然在很大程度上避免了由于机器出现故障而导致数据丢失的现象。但是, 一定程度上也加大了工作平台的设备维护的工作难度。

通过不断优化和配备计算机中心服务器设备的方式, 改变传统的DCN网络运行模式, 直接在CN2的运行模式中就可实现对软交换机数据、文件的获取。在当前条件下, 基于计算机平台建立的通信软交换机的数据备份系统的编写模式必须采用全模块形式, 这样是为了更好的确保整个数据系统具备较好的扩展性和维护性, 在这一实现过程中, 实现网速的大幅提高和通信软交换机的有效结合是必需的。在未来, 3G终端设备数据的备份作业的实现仅需要增加接口模块就可以。

2 通信软交换机数据备份系统

通信软交换机数据备份系统是在电信长途软交换网的组网环境的基础上逐步研究开发出来的新技术, 它有着非常明确的使用目标。系统的各功能部分分为了某几个模块, 程序编写也是按照模块来进行的, 并且是运用了最容易让人理解的编程语言。平台构架非常简单, 通过简单的数据搬运就可以无限制进行移植。

通信软交换机数据备份系统的工作原理非常简单, 大致过程是由软交换机的后台所使用到的SUN服务器在一定时间内生成一些数据, 然后将这些数据文件进行备份, 再将数据文件通过压缩的方式进行压缩打包, 存放在本计算机系统所指定的目录下, 备份过程将以日志文件的形式进行记录。除此之外, 由多网元发出命令然后实现骨干中继、信令网关设备所导出的数据文件也同样保存在自己的机器上。在上述过程中若是文件传输失败, 用户也可以直接在历史目录搜索并获取相关的备份文件。

通信软交换机数据备份系统的使用大大降低了工作人员的工作量, 人们不再需要像以前那样通过人工操作, 对重要的数据进行备份, 然后再通过FTP将数据传输到网络管理服务器, 最后所需要的计算机之间进行介质备份。人工操作程序太复杂, 工作量也大, 在数据备份的过程中往往会出现失误。通信软交换机数据备份系统的使用大大降低了失误率, 保证了数据的完整性、真实性。也在很大程度上减少了人工成本, 提高了操作的灵活性。

3 基于计算机平台的通信软交换机数据备份系统的实现

通信软交换机数据备份系统共有五个模块, 这些模块之间工作顺序是由程序在主机内部的先后次序决定的, 具体的顺序是由具体时间定的。通信软交换机数据备份系统在中心服务器有三个模块, 另外两个模块是在soft-Switch后台数据库中, 通过crontab来运行数据库备份执行模块。具体模块情况如下:

3.1 中心服务器的三个模块

⑴通用接口模块。这一模块通过在中心服务器上远程登录各设备下载数据。⑵日志收集处理模块。这个模块主要是利用第一个模块将后台执行程序的日志读取至本机并进行处理。⑶人机接口模块。这个模块主要任务是完成系统定时任务的更改和系统单项任务的下发, 还可以提供日志查看的功能, 值班的工作人员可以通过web的方式查看系统中生成的日志文件。

3.2 通信软交换机数据备份系统的另外两个模块

另外两个模块是在soft-Switch后台数据中, 借助crontab来运行备份执行模块, 然后接着运行文件处理模块, 这样就生成dmp.jar.gz文件, 最终完成数据文件的生成, 这其中包含了16套后台数据。但是, 这些数据都是静态数据。

4 结语

在当前环境中, 基于计算机平台的通信软交换机数据备份系统在电信运营中的地位越来越高, 作用越来越受到重视。针对当前运行环境中存在的缺陷和不足, 通信软交换机技术的应用, 在很大程度上避免了由于机器出现故障而导致数据丢失的现象, 它的自动备份功能使得数据在最大程度上得以完整保存, 大大降低了公司因丢失数据造成的损失。虽然, 基于计算机平台的通信软交换机数据备份技术已经非常成熟, 但是, 这项技术还需要在实践中继续得到优化和更新, 使之更好的服务人类。

摘要：随着计算机技术的飞快发展, 越来越多的公司开始使用先进的计算机系统来处理公司的日常事务, 尤其是计算机软交换技术。目前, 我国各大电信运营商皆在使用这种技术, 利用这种技术可以充分发挥计算机软胶网络的特点, 应对公司不断增长的业务需求。虽然计算机技术的普及率越来越高, 可是计算机系统在提高工作效率的同时也带来了更大的问题—数据丢失或者失效。通信软交换技术, 能够让重要的复杂的数据、文件自动进行备份。本文将介绍通信软交换机数据备份系统, 分析这一数据备份技术是如何实现的。

关键词：计算机平台,软交换机技术,数据备份

参考文献

[1]陈钜龙.基于计算机平台的通信软交换机数据备份的实现[J].新技术, 2012 (73) .

[2]赵永亮.探讨基于计算机平台实现通信软交换机的数据备份[J].科技创新论坛, 2012 (143) .