变电站虚拟设备

变电站虚拟设备（共7篇）

变电站虚拟设备 篇1

1、引言:

变电站虚拟场景主要由虚拟的变电站设备组成, 这些虚拟设备可以被虚拟的操作, 可视化的反映电力仿真的结果, 然而基于传统虚拟现实技术 (如VRML、Cult3D) 实现的变电站虚拟设备, 逐渐暴露出了真实感不高, 速度缓慢及交互性不强等问题, 很大程度上削弱了仿真的功能, 不同程度上降低了技能培训的效果。

为了解决基于传统虚拟现实技术实现变电站虚拟设备所存在的问题, 提出了基于3D引擎实现变电站虚拟设备的思想, 对引擎实现变电站虚拟设备概括出了“几何特性+行为特性+交互特性”的实现方法。

2、变电站虚拟设备实现方法

基于3D引擎的变电站虚拟设备实现是指以3D引擎的虚拟现实技术为基础展现出逼真、动态、实时、可交互的变电站设备。变电站虚拟设备实现方法基本思想是设计基于3D引擎实现变电站虚拟设备的实现框架, 该框架用于实现相关的VR技术的协调和集成。并以此为基础, 通过建模技术及引擎脚本技术实现变电站虚拟设备, 变电站虚拟设备的实现这里主要体现在, 实现变电站虚拟设备的几何特性、行为特性及交互特性。

3、变电站虚拟设备实现过程

变电站虚拟设备实现过程利用建模工具构建变电站设备外观, 在将建模工具生成的模型数据转换为引擎定义的数据结构。通过3D引擎使引擎各相关VR技术协调工作, 形成一个多技术联动的引擎框架, 虚拟模型管理器存储静态及运动变电站设备模型, 是虚拟现实的数据来源。引擎内核与操作系统进行通信交互, 负责虚拟设备的初始化、更新。脚本控制模块定义及调用3D引擎中的各个函数库来完成虚拟设备的信息模型及信息交互。变电站虚拟模型展示界面结合3D引擎渲染技术实现变电站设备虚拟显示, 最终展示出具有“几何特性+行为特性+交互特性”的变电站虚拟设备。

4、变电站虚拟设备几何特性实现

变电站虚拟设备几何特性的实现是将真实的变电站中使用的主要设备进行几何建模。

针对变电站设备多数外形不规则, 结构相对复杂的特点, 这里采用分割重组法来生成设备模型, 即将复杂的设备分解为许多相对独立子部分, 实现各个子部分的建模, 然后再集成为整体设备。

在实际几何建模过程中, 结合变电站设备的特点, 利用3Ds Max高级建模技术分类实现变电站设备的几何模型, 具体的4类分别为: (1) 对变压器等设备的外壳进行物理建模时, 采用拉伸建模技术, 通过为二维截面增加厚度, 从而生成三维模型。 (2) 对断路器的开槽和缺口建模时, 采用布尔运算建模技术, 通过几何形体间的布尔运算来构造更为复杂的三维几何模型。 (3) 对绝缘子串建模时, 采用旋转建模技术, 选一条曲线为母线, 绕旋转轴旋转形成一个三维模型。 (4) 对变电架构建模时, 采用放样建模技术, 创建模型截面和路径, 把路径作为一个主干把不同截面图形连接在一起而形成三维模型。

5、变电站虚拟设备行为特性实现

实现变电站虚拟设备行为特性的核心是结合引擎的脚本, 采用面向对象语言建模技术对变电站设备进行抽象定义。使用引擎脚本语言对变电站设备进行抽象的一个基本思路是通过触发设备内部的活动事件, 以及设备对这些活动的反应, 调用相应的行为动画。这首先需要定义设备的属性, 本文将设备属性分为以下几类:

(1) 几何属性:包含了设备形体的几何信息和拓扑信息

(2) 管理属性:包含了设备的管理信息, 如设备的名称、编号等。

(3) 技术属性:用于描述设备在线路中的约束关联, 它反映变电站设备的“五防”操作, 或设备所处线路的位置约束或设备的操作行为模式。

(4) 状态属性:用于描述设备在操作前后的状态, 如隔离开关的“断开”、“闭合”等。

6、变电站虚拟设备交互特性实现

交互算法是提高虚拟设备交互特性的核心, 针对目前3D引擎的包围盒树交互方法作为一种整体交互方法, 交互性不强、不适于应用在变电站虚拟设备的问题, 本文提出了基于变电站虚拟设备的交互算法。

当视点处于变电站设备节点网格外时, 如果有处于设备包围盒以内的零件 (叶子节点或子树) , 则在包围盒碰撞检测前将叶子节点或子树从遍历过程中删除, 遍历完成后恢复为保留的树型结构。当视点位于当视点处于变电站设备节点网格内时, 则在包围盒碰撞检测前将设备从遍历过程中删除但保留设备的叶子节点和子树, 并将设备节点用一个空节点, 空节点不含任何几何实体, 遍历完成后恢复为保留的树型结构。修改后的算法可以只处理视点相关的设备或零件, 减少了求交的实体数, 有效的提高了变电站碰撞检测的效率, 同时基于设备的碰撞检测技术, 可以根据视点对设备作出多种处理, 有效的增加了模型的交互性。

7、结束语

本文提出了基于3D引擎技术生成变电站虚拟设备的方案, 概括出了“物理特性+行为特性+交换特性”的实现方法, 进一步提高了变电站虚拟模型的真实感和交互性, 解决了传统培训软件变电站设备虚拟展示的弊端, 有效的提高了培训效率。

参考文献

[1]张照彦, 段新会, 王兴武等.虚拟现实在变电站仿真中的应用.计算机仿真, 2008, 25 (2) :252-256

[2]张炳达, 张瀑.虚拟现实开发平台在变电站仿真系统中的应用.高电压技术, 2008, 34 (2) :338-341

[3]贺庆, 龚庆武.变电站仿真中虚拟现实场景与实时监控的连接.系统仿真学报, 2006, 18 (5) :1406-1410

[4]单业才, 朱传柏, 郭创新等.城市电网空间三维可视化信息平台技术构架.电网技术, 2007, 31 (3) :29-34

[5]陈佳, 孙宏斌, 汤磊等.电力系统控制中心三维可视化技术及其实时应用.电力系统自动化, 2008, 32 (6) :20-24

变电站虚拟设备 篇2

1 电力系统仿真培训的现状

随着计算机技术、网络技术和多媒体技术的发展, 电力企业对其从业人员的培训在传统培训手段的基础上开始借助于计算机和网络进行仿真培训。电力系统的培训仿真从二十世纪七十年代开始发展, 早期的培训仿真系统主要运用在火电厂机组中, 之后相继扩展到电网、变电站的仿真培训。电网故障培训仿真系统[1]可以帮助运行人员全面了解网络的设备配置、运行状况, 提高他们判断和处理事故的速度和准确性, 帮助运行人员积累经验;变电站仿真培训系统[2]根据实际变电站的状况, 运用必要的仿真技术, 构建一个虚拟运行的变电站作为培训环境。此外, 针对电气设备结构及检修培训学习的需要, 出现了基于Web的电气设备多媒体培训系统[3], 该系统用课件技术、动画技术、流媒体技术等, 构建了一个开放式、分布式的多媒体远程培训软件平台。近年来, 虚拟现实技术逐渐渗入到变电站培训仿真系统的研发中。虚拟现实技术将软件仿真和物理仿真的优点完美地结合在一起, 使得变电站培训仿真系统的真实感、沉浸感得到极大的提高[4]。

目前国内研究的电气设备多媒体培训系统和变电运行与检修岗位培训系列软件主要运用动画、声音、图像等多媒体手段进行演示讲解, 仍然是灌输式教学, 检修人员不能进行学习练习, 影响了其培训效果;此外, 软件并没有专门针对检修人员进行系列培训。

2 虚拟现实技术

虚拟现实是用计算机技术生成一个逼真的三维视觉、听觉、触觉或嗅觉等感觉世界, 让用户可以从自己的视点出发, 利用自然的技能和某些设备对这一虚拟世界客体进行浏览和交互考察。虚拟现实技术的基本特征有[5]:

a.沉浸感:沉浸是指用户作为主角在虚拟环境中感受到的环境真实程度。

b.交互性:交互是指用户对虚拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度。

c.想象力:想象是指用户沉浸在多维信息空间中, 依靠自己的感知和认知能力全方位地获取知识, 发挥主观能动性, 寻求答案, 形成新的观念。

产生虚拟环境的基本方法有两种[6], 即基于图像的方法和基于模型的方法。基于模型的方法是以几何实体建立虚拟环境。几何实体可采用计算机图形学技术绘制, 也可用已有的建模工具如AutoCAD, 3DMAX等建立模型, 然后以统一数据格式输出, 进行实时渲染。建立虚拟现实模型后, 通过加入事件响应, 实现移动、旋转、视点变换等操作, 从而实现交互式虚拟环境。

3 Virtools开发工具

Virtools软件是一款多功能的三维开发软件, 由开发模块、生成模块和发布模块组成。开发模块包括创作应用程序和软件开发工具包。Virtools Dev是创作应用程序的主要开发平台, 生成模块主要包括行为引擎和渲染引擎。发布模块主要包括EXE生成器和WEB播放器, 此外制作的整个作品还可以VMO文件格式保存并发布到网络上。Virtools还提供一套具有丰富互动行为模组的即时3D环境虚拟现实与多媒体互动编辑软件, 互动行为模组可利用Drag&Drop拖放的方式将互动行为模组赋予适当的物件或角色上。Virtools的特点如下[7]:

a.Virtools提供的转换插件支持主流的三维建模软件工具;

b.Virtools开放的架构极其灵活, 可以利用Virtools自带的行为模块, 还可用SDK和VSL通过相应的API接口创建自定义行为模块, 从而制作出功能强大的三维交互产品。

c.Virtools平台中集成的强大渲染引擎, 可使用多种高级的渲染技术, 由此可制作出高品质图形效果和视觉特效的产品。

d.Virtools引进了基于PCS平台, 用于企业互联网配置的两种新产品, 可应用于局域网中, 3D Life Player (Virtools自带的网页播放器) 可应用于互联网。

4 变电设备检修虚拟培训系统总体设计

基于虚拟技术的变电设备检修培训系统总体结构如图1所示。

虚拟培训系统运用三维立体虚拟技术、多媒体技术、Web技术、数据库技术和网络技术, 提供变电设备的三维立体模型, 能够模拟演示每种设备的检修作业程序, 同时提示检修难点、重点、及危险点分析;培训软件还提供检修专业题库, 实现对学员的检修测试, 并对检修记录进行管理分析。具体内容如下:a.变电设备三维立体模型的建立。变电设备主要包括变压器, 断路器, 电压电流互感器, 电容器, GIS, 电抗器, 隔离开关, 接地变等设备模型。b.变电设备标准化检修作业流程的建立。变电设备标准化检修作业流程的模拟及检修难点、重点、及危险点分析提示。c.变电设备检修百科。提供变压器, 断路器, 电压电流互感器, 电容器, GIS, 电抗器, 隔离开关, 接地变等设备的检修知识浏览。d.变电设备检修虚拟场景。提供变压器, 断路器, 电压电流互感器, 电容器, GIS, 电抗器, 隔离开关, 接地变等设备标准化检修作业流程的虚拟场景演示。e.变电设备检修视频动画。提供变压器, 断路器, 电压电流互感器, 电容器, GIS, 电抗器, 隔离开关, 接地变等设备标准化检修作业流程的视频动画演示。f.试题数据库的维护与修改。主要是试题的录入与修改。该部分属于管理员对数据库的维护与修改。g.学员检修在线测试。提供自动组卷、在线答卷功能。h.检修测试结果分析。分析被培训员工的正确率, 某题目的总体得分情况, 总结得分比较低的地方等, 汇总检修经验、教训。i.用户权限管理。从电力系统的安全性和协作培训需要的角度而言, 不同的用户有不同的权限, 对数据的使用也需进行一定的限制。用户权限管理就是为了验证用户登录用户名和密码, 以此为根据使其具有不同的权限。

变电设备检修虚拟培训系统基于B/S模式实现, 其中, 变电设备标准化检修作业流程, 按照检修的步骤制作模型的分解和整合, 其制作工具选用Virtools软件;存储试题和学员检修记录的数据库采用微软的SQL SERVER 2005数据库管理系统;试题数据库的维护与修改、学员的检修测试等基于ASP技术实现。ASP技术可以实现动态网页和数据库访问有关的功能。变电设备检修视频动画采用Flash软件绘制。

本系统的特点是:a.利用虚拟现实技术、三维立体模型实现变电设备检修作业流程的形象逼真的演示。b.培训和测试结合在一起, 可以及时检验学员学习效果, 发现学员在检修中存在的问题和弱点。c.基于B/S模式的虚拟变电设备检修培训软件可以同时允许多个学员在不同地点不同时间进行自主学习和练习。

5 结论

构造变电设备立体模型, 模拟演示标准化检修作业程序, 以加强对检修人员的培训;同时配置检修考试题库, 以满足检修人员取得从业资格的需要。本培训系统突破了传统培训手段上的局限, 使抽象变得具体形象, 从而提高培训效果, 对电力企业检修人员培训、考核及实际检修工作都具有重要意义。

摘要：变电设备随着技术进步不断更新, 需要检修人员不断学习变电设备的检修知识, 提高检修水平。运用三维立体、视频动画、虚拟技术研制变电设备检修培训软件可以突破传统培训手段上的局限, 使抽象变得具体形象, 从而提高培训效果。本文设计了一个基于虚拟技术的变电设备检修培训系统, 包括变电设备三维立体模型与变电设备标准化检修作业流程的建立, 变电设备检修在线培训、变电设备检修在线考试等部分, 介绍了本系统的优点和特色, 本系统对电力企业检修人员培训、考核及实际检修工作都具有重要意义。

关键词：虚拟技术,变电设备,检修培训

参考文献

[1]宋丹.电力系统故障仿真培训系统的设计与开发[D].大连:大连理工大学, 2007.

[2]贺蓓.变电站仿真培训系统支持平台的研究与完善[D].北京:华北电力大学, 2008.

[3]马杰, 王邦志.电气设备多媒体培训系统的研制与开发[J].广东输电与变电技术, 2006, (3) :67-70.

[4]张瀑.虚拟现实变电站仿真培训系统[D].天津:天津大学, 2007.

[5]袁林.基于虚拟现实技术的三维建模方法研究[D].乌鲁木齐:新疆大学, 2008.

[6]刘向铜, 熊助国, 曹秋香.基于3Dmax的虚拟现实的建立过程的探讨[J].西部探矿工程, 2009 (2) :78-81.

基于虚拟设备的虚拟交换机设计 篇3

虚拟化技术已经改变了我们的计算方式,例如,许多数据中心完全虚拟化用以提供快速配置,基于虚拟化的云计算可以更好的利用资源。通过虚拟化可以对包括基础计算机设施、计算机系统和软件等资源进行统一管理和抽象,以此来提供弹性可扩展的云服务[1]。

随着虚拟化技术的发展,一个新的网络接入层被引入用以建立虚拟机内部的网络连接,提供许多与物理层相同的功能。服务器虚拟化技术目前发展已经相对成熟,而虚拟化在网络方面的进展才刚刚开始。特别是服务器虚拟化对网络的可移动性,弹性扩展以及网络隔离的要求远远超出了目前物理网络的处理能力[2]。

数据中心可以负载成百上千的虚拟机,因此多租户之间的网络隔离要求变的愈加重要。

网络虚拟化还提供一些附加功能,使网络管理更容易。例如,在虚拟化环境中,虚拟化层可以提供有关虚拟主机动态迁移的相关信息。

本文的其余部分安排如下:第一节描述了虚拟机内部的网络结构;第二节描述了实际物理网络与虚拟网络环境的不同之处;第三节介绍软件实现的虚拟交换层设计;第四节是虚拟交换机的主要应用场景。

1 基于流的虚拟交换技术

基于流的网络交换技术提供了一个有效的网络交换方案[3],采取用软件定义网络的方式,使得用户可以忽略底层硬件的具体情况,直接对流量进行管理并设置数据报文以何种方式通过网络。

用软件来统一管理物理设备,借鉴网络TCP/IP协议的数据链路层桥接原理和网络层协议的设计思想,利用软件实现和硬件实现结合的方式对现有的网络结构予以重新定义,在系统上实现一个虚拟的交换层,除了具有高效的传输能力还可以为云基础网络提供智能的监控服务。

用软件实现的方式具有强壮的伸缩性,灵活性和移动性,方便系统扩展。

2 流分组交换的层次结构

流分组交换分为两层,物理设备虚拟化和网络协议层虚拟化。

2.1 物理设备虚拟化

物理设备虚拟化是指利用软件来对网卡设备进行抽象,使用用户层软件对物理网卡实现逻辑划分,划分后的设备既可以实施流量控制和负载均衡策略又能高效的利用设备资源,虚拟化后的网卡设备具有和物理网卡一样的功能,硬件实现的资源划分不易动态扩展,软件虚拟以后可以按照需求动态进行资源划分。

通过虚拟技术将一台或多台独占物理设备虚拟成至少一台逻辑设备,供多个用户进程同时使用,通常把这种经过虚拟的设备称为虚拟设备.虚拟设备一定和实际的物理设备绑定才可以使用。

2.1.1 虚拟设备模型

虚拟设备是建立在一个或者多个真实设备之上的抽象。合理使用虚拟设备可以在一个物理设备上构建多个逻辑上的虚拟设备,通过软件的配置,这些虚拟设备可以实现硬件所具有的功能。虚拟设备和真实设备可能的模型有如下几种,实际上应用可根据需求选择其中几种模式。

虚拟设备的建立和管理需要统一的虚拟软件的支持。在虚拟软件的控制下,物理设备可以根据上层需求灵活高效的配置组织出虚拟设备。这可以极大的提高硬件设备的利用率,在规模上可以化大为小又可以积少成多。

2.1.2 虚拟设备的管理

虚拟设备管理分为两个部分:

用户态虚拟平台管理,可以用来配置和查看设备的状态,用户可以在用户空间查看和修改虚拟设备的属性文件。

通过内核模块编程管理,由内核直接管理,主要负责物理设备运行和数据通信。

2.2 网络协议层虚拟化

利用软件抽象的灵活性重新定义数据链路层和网络层结构,引入一个虚拟管理层来实现数据链路层和网络层,把传统定义的OSI七层协议的网络层和物理链路层压缩为虚拟网络层。

这样就可以把数据链路层和网络层的数据整合成一个数据流,扁平化了网络结构。每个经过虚拟网络层的数据报文均被重新标记。这个数据报文既包含了链路层信息又包含了网络层信息,基本可以对每个数据报文按照逻辑链路准确分类。

网络中的数据报文就可以组织成一个一个的数据流,组织成数据流的好处在于用户可以根据需要对每个数据流进行属性定义,比如Qo S策略定制,数据报文的检测和隔离,网络负载均衡等等。

报文基于流分类,就不再需要在物理链路层运行生成树协议,减少了数据报文的转发延迟,降低了网络的流量负载。

3 流分组交换

应用基于流分组交换技术对已有的网络协议不用改动,所有的交换工作都在内核协议栈部分完成,大大增加数据交换效率,但是需要在内核协议栈数据结构上添加一些关于数据流控制相关信息用以标识当前处理的数据报文属于哪个数据流。

经过标记后的逻辑数据报文头部结构如下,逻辑报文的生存时间TTL是为了防止逻辑报文在网络中过久滞留而导致网络队列太长而溢出,同时也能保证数据帧不会在成环的链路中被无限次转发,这是实现两点之间多路径转发的基础。

虚拟机的虚拟网卡对每个发出的数据报文的控制信息进行标记,与之相连的交换节点接收到数据包后,会根据全局控制器的数据建立一张虚拟连接表,交换节点根据数据报文的控制信息查找虚拟表然后将数据报文转发到目的端口完成一次数据报文交换。

每条虚拟连接可以包含多个虚拟端口,这些虚拟端口被划分为一个逻辑组。有了这个逻辑组可以进行更复杂的交换功能,例如多路径转发,快速路由,链路集成,负载均衡,流量整形,例如图x所示,每个数据流会根据流量使用多个端口,以加快数据报文的转发,多个虚拟连接的数据流可以转发到具有同样操作需求的端口。

基于流的分组交换可以在虚拟机内部网络通信时设定较大的MTU数据包来提高数据报文的转发效率,因为在内核协议栈可以避免IP分组和重装的过程,降低了数据报文的转发延时。

对于每个虚拟端口和虚拟连接,可以自由配置匹配规则用以对数据报文进行匹配和过滤。比如某个端口限制IP地址为10.0.0.*的数据包发送,如果接收到类似的数据包,就抛弃掉。

流分组交换需要维护一张虚拟连接表,每个表项唯一标识了一条数据流、应用在经过该数据流的报文需要执行的操作和该数据流的统计信息。

虚拟连接表表项组成

匹配规则

这个域可以唯一的确定一条数据流,里面包含数据报文的物理地址,IP地址,虚拟局域网ID等等。

虚拟连接计数器

该域定义了一组计数器,用来统计该虚拟连接接收和发送数据包总数,连接的端口总数等等。

虚拟连接规定执行的操作

这个域定义了数据报文经过该虚拟连接时需要执行的操作,例如,匹配规则的修改,数据报文转发,数据报文丢弃等等,用户可以自定义。

3.1 流分组交换控制

流分组交换可以实现的重要前提就是流分组交换控制器。流分组交换控制器负责建立和移除虚拟连接表,虚拟连接表的规则设置,物理虚拟设备的参数配置,数据统计信息获取,Qo S设置,虚拟防火墙配置,VLAN划分等等。

流分组交换控制器负责监控所有的虚拟连接表,这样虚拟机内部网络的流量状况就可以全方位的被监测,凭借以前的物理设备这是做不到的。

基于流交换的数据报文若不与外界通信,则数据报文就可以不用经过物理网卡而直接在内存中进行交换,这个机制也非常大的提高了交换的性能,提高了报文的转发速度。

传统的数据链路层需要运行生成树协议来去除回环通路,MAC地址学习也占用了数目可观的网络流量,现在可以用控制器来为所有的虚拟设备维护一个全局的转发路径,这就省去了生成树协议造成的数据帧转发的延迟以及增加的额外网络流量。

流交换分组控制器要根据配置文件生成虚拟连接表,创建或者移除虚拟连接,维护虚拟端口和虚拟连接的存储队列,为虚拟连接和虚拟端口配置数据报文处理规则。

3.2 流分组控制协议

流分组交换控制器通过Netlink套接字和内核进程通信通信,也是网络应用程序与内核通信的最常用的接口。Netlink是一种异步通信机制,在内核与用户态应用之间传递的消息保存在socket缓存队列中,发送消息只是把消息保存在接收者的socket的接收队列,而不需要等待接收者收到消息。

流分组交换控制器和流分组交换模块之间通过Netlink建立一个普通的TCP连接,是一种基于进程间通信机制。流交换控制器和交换模块之间信息交换采用自定义的一套协议。

协议头结构:

控制信息事务ID用以标识同一对流分组交换控制器和流交换模块之间的配置过程,例如本次A发送给B的控制信息,B必须要用同一个事务ID来回复A的请求,以区分A发送给B的另外的控制信息。

控制信息类型:

控制信息大致分为下列几种:

配置信息主要是通知流分组交换模块端口配置数据,端口队列配置数据等等。流分组交换控制器通过控制协议获取各个交换模块和内置的虚拟端口信息,可以对虚拟连接表进行全局性操作,又可以高效的检测网络的状态,未来的工作还会实现根据网络监控结果自动化的调节各个交换节点的配置信息。

4 结论

利用虚拟网络设备的特性以及软件抽象的灵活,构建虚拟交换机来实现可扩展的数据链路层。虚拟化技术在一般的网络基础设施本身方面还有很多工作要做。旨在获得虚拟化的优势,如隔离性,灵活性和流动性。可实现弹性、安全、自适应以及易管理的云计算基础网络。

摘要：网络虚拟化为共享在同一主机上的多个虚拟机创造了一个新的网络接入层。传统模式网络部署方式已经不能满足虚拟化部署环境对网络的要求。这个新的虚拟网络接入层合理的隔离了系统软件和实际的物理设备,虚拟网络接入层还提供了物理网络层不具有的优势,例如灵活的软件配置,弹性的功能扩展。设计虚拟网络交换机,通过采用虚拟设备引入一个软件抽象层,该抽象层将流量从物理网络元素中分离出来。通过这些虚拟设备可以合理动态的管理虚拟化网络资源,有效的整合这些虚拟网络元素。介绍虚拟交换机是如何设计的,可以用来解决虚拟环境中虚拟机跨子网的流动性和虚拟主机之间流量的逻辑隔离等问题。

关键词：计算机应用技术,网络虚拟化,虚拟交换机

参考文献

[1]《虚拟化与云计算》小组.虚拟化与云计算[J].北京:电子工业出版社,2009

[2]吴朱华.云计算核心技术剖析[J].北京:人民邮电出版社,2011-5

变电站虚拟设备 篇4

为保证变电站安全可靠地运行,对变电站工作人员进行接近实际操作情况的培训,以减少各种人为操作事故是非常必要的[1,2,3]。目前的各类培训系统,大多以文字、接线图、数字图表或简单的漫游方式进行实际系统的仿真,无法逼真地模拟人与设备的实时交互功能,培训过程的真实度不够[4,5,6,7,8,9]。文献[10-13]实现了三维仿真及动态操作,但由于只是场景、设备的变化,场景中没有“人”的操作,沉浸感不够。

本文采用虚拟现实技术和虚拟人技术构建的三维变电站仿真培训系统具有明显的优越性。在该系统中,不仅对变电站的各个设备,如主变、断路器、隔离开关等,进行了三维建模,还加入了设备状态的变化,定义了各类虚拟人行为,实现了通过虚拟变电站操作人员在三维场景中完成设备巡检、倒闸操作等。系统中的虚拟人是决策任务的实际执行者,其通过接收受训人员的指令来仿真实际的操作过程;受训人员是变电站操作中的决策者,其在虚拟变电站中进行巡视和形势评估,做出决策,发布各种指令来控制虚拟人的行为。受训人员能在没有任何危险的情况下,高效地模拟变电站运行中的各种操作,这大为加强了学员的直观感受,增强了培训效果。

1 仿真培训系统框架

三维变电站仿真培训系统的框架由3个部分组成,即几何建模、行为建模和场景驱动,如图1所示。首先定义变电站设备、其他物体和虚拟人的三维几何模型;然后对虚拟人和动态设备进行行为描述,制作关键帧动画;最后根据三维几何模型信息和行为信息,设计场景驱动引擎,渲染场景并读取静态模型和动态模型文件,完成场景的各类驱动功能,最终形成完整的虚拟仿真培训系统。

2 几何建模

几何建模是通过几何方式对物理或数学物体的形状进行描述。本文通过二维几何模型和三维几何模型对变电站设备和虚拟人进行表示。

2.1 变电站设备模型创建

变电站设备模型采用3ds Max软件制作。首先单独建立各种设备的模型,如隔离开关、断路器、操作箱、变压器、控制柜等;然后构建场景环境,如围墙、大门等;最后将各个设备放置到场景中,并为墙体、控制柜等贴上图片来表现真实的变电站场景。

2.2 虚拟人模型创建

虚拟人是人的各种特性(如几何、行为、感知、情感、心理和社会性等)在虚拟空间中的数字化表示,它是完全由计算机系统生成的三维图形实体,能够在虚拟世界中模拟真人的各种特征。虚拟人模型采用Poser软件制作,Poser软件具有丰富多彩的人体三维模型,免去了人体建模的繁琐工作。但利用Poser制作的虚拟人模型的面片数很多,影响了三维仿真场景的漫游速度。将Poser模型以3ds格式导入到3ds Max软件中,并对其进行简化,以提高漫游速度。虚拟人制作的具体步骤包括:利用3ds Max软件的Multi Res修改器,大幅度减少人体模型的三角面片数;利用3ds Max软件的unwrap修改器,对模型进行平面展开,并导出512×512的坐标图;将坐标图导入到Photoshop中,制作虚拟人的衣服、安全帽、鞋、脸、手等贴图;通过行为建模完成虚拟人的行为动画。虚拟人的制作流程如图2所示。

3 行为建模

虚拟人行为仿真是一种计算机动画技术,包括虚拟人体模型的构建、人的动作过程仿真、语言交流和面部表情等的仿真。本文主要研究虚拟人的人体模型构建和虚拟人各种行为的模拟。变电站场景中的虚拟人行为主要有站立、行走、蹲下以及操作变电站设备等。虚拟人的各种动作通过骨骼动画技术和关键帧技术实现。首先,利用Milk Shape 3D软件,对虚拟人进行关节驱动,通过关节的旋转和移动实现虚拟人动画,进而实现虚拟变电站场景中虚拟操作员各种动作的模拟。系统中的行为设计可归纳为操作员行为设计和设备的动作设计2部分,如表1和表2所示。操作员行为与设备动作的关系如图3所示。

4 场景的驱动

场景驱动执行引擎负责实现虚拟人和物体的交互,并使虚拟场景活动起来。为了实现场景的驱动,需要定义虚拟人如何在三维虚拟场景中进行行动以及虚拟环境如何发生变化。考虑该部分的复杂性,将其分解为行为控制、运动控制和路径规划3个模块。虚拟人和设备的行为和运动控制过程如图4所示。

4.1 行为控制

行为控制模块具有决策功能,它负责确定虚拟人要执行的下一个命令,并且决定虚拟人行为与其相关设备动作的对应关系,以确保虚拟人对设备操作时,相应的设备会与之交互。行为控制模块还负责实现用户的操作:当受训人员选择某种操作时,相关命令被传递给行为控制模块,它将虚拟人的行为与设备的动作发送给运动控制模块来完对成相应的动作。

4.2 运动控制

行为控制模块决定虚拟人的行为选择,而运动控制模块负责实现该行为的具体动画序列。运动控制模块利用几何模型文件、动画模型库实现场景中的动画,采用同时播放虚拟人行为的动画序列与受相应行为影响的设备的动画序列来实现对场景的动态、交互式操作。

4.3 路径规划

路径规划在虚拟人自动操作演示中是必不可少的。针对特定的演示项目,系统预先给虚拟人设置若干关键点的坐标,在虚拟人到达某关键点后自动演示某项变电站操作。

系统采用的路径规划方法只考虑了系统的X-Z平面。设虚拟人的空间位置信息为(x,y,z),取其第1维和第3维分量,将虚拟人映射到X-Z平面上,从而将虚拟人的行走简化为二维平面上的质点的运动。

下面对算法的基本步骤进行说明。

a.根据虚拟人的移动方向和虚拟人的行走步长确定虚拟人的下一位置,并与目标位置相比较。若与目标位置的距离差为零,则结束,否则执行步骤b。

b.当与目标位置的距离小于步长时,根据距离差对步长值进行修正,减小下一步的步长值。

c.返回步骤a继续执行。

5 结论

系统仿真结果分别展现了虚拟操作员的站立、行走、按按钮、扳刀闸、旋转开关和蹲下等典型行为,具有较强的真实感,较好地模拟了变电站场景和虚拟人的各种操作。

系统具有良好的交互性,强调人与虚拟环境之间的协调,具有实时、动态的特点,适用于针对变电站操作的仿真培训。

摘要：为提高变电站仿真培训系统的真实感,对变电站虚拟场景中虚拟人的行为模型进行了研究,设计出了基于虚拟人行为的三维变电站仿真培训系统。系统框架由几何建模、行为建模和场景驱动3个部分组成。几何建模部分采用二维和三维几何模型对变电站设备和虚拟人进行了表示。行为建模部分通过动画技术对虚拟人的行为和设备的行为进行了仿真。场景驱动执行引擎负责实现虚拟人和物体的交互,以及虚拟场景的渲染和漫游。

基于移动设备的虚拟结算研究 篇5

随着新医改政策的推行, 医院的数字化、信息化程度, 直接关系着医疗服务的效率和质量, 很大程度上决定着新医改的成败。为了为民众提供更多的便利, 很多公司, 相关管理部门和医院都提出了很多的解决办法, 但是这些方法也存在着一定的问题。比如, 存在反复缴费的过程, 资金沉淀的问题[2,3]。

在这种情况下, 很多自助设备由银行与医院签订合作协议, 由银行通过自助机向患者定向发卡, 这张卡同时也有就诊卡的功能, 内置了患者的医保账号。这样, 患者就可以用这张金融卡到医院就诊, 并通过银行代扣的方式完成就诊付费了, 而钱仍然存在银行, 保证了流通[4,5]。

但是, 这里仍然存在一个问题, 各个医院的合作银行不同, 去各个医院就诊, 就需要各个银行开通账户, 这会让患者手里的银行卡越来越多, 也从其它方面带来了一定的不便利性。虚拟结算系统, 就是在利用银行与医院在现有设施的基础上, 发挥网络虚拟银行的优势, 为用户解决这些方面的困扰。

1 移动设备系统环境分析

移动设备的系统不同于医院信息系统, 自助设备是内网环境, 但是掌上设备是一个位于公网的环境, 对网络速度, 信息安全方面都有一定的要求, 基于各方面的综合考虑, 整个系统可以分为服务器端和客户端两个主要模块。

1.1 服务器端

云服务商上硬件环境:CPU为8 核, 内存为8G, 带宽为5M。

服务器虚拟机:2cpu, 内存为8G, 操作系统是32 位win2003r2, 数据库是oracle。

虚拟机集群:5 台, 型号是dell R910, CPU为4 颗e7-4850, 内存256G, 存储是compellent ssd和10k带分层的混合存储, 虚拟化操作系统是vmware esxi 5.5。

软件环境:采用Strut2 + My Batis为主框架, strut2 负责处理来自客户端的请求, My Batis负责与数据库My Sql交互。以A-pache Tomcat为容器, 以Jenkie为自动打包部署环境。整个服务器部署在云上, 操作系统为64 位操作系统Cent OS;

1.2 客户端

自助设备:酷睿处理器2g内存xp系统oracle客户端

掌上系统:支持各种型号的移动设备, 包括phone和pad, 主流设备信息如下:

IOS系列:IPhone 6, IPhone5/5S, IPhone 4/4S

Andorid系列:魅族MX4Pro (双4G) , 三星Galaxy Note4, 华为荣耀6, 小米3。

开发语言:IOS为Objective C;Andorid平台为Java;

1.3 虚拟系统硬件配置

根据不同的访问数量级别, 服务器端的配置有不同的等级, 大致如下表所示:

在日均访问量不同的情况下, 服务器端要求各有不同, 主要的差异在于处理器, 内存, 带宽三个指标。

2 虚拟结算系统的设计[1]

在传统的自助设备的结算过程中, 银行和医院是直接交互的, 所有的业务由用户在自助机上发起, 通过医院的HIS系统跟银行进行相关的结算。医院的HIS系统一般只会跟某个银行达成协议, 集成该银行的结算功能, 从而会给用户带来各种“就诊卡”。 其大致的结构图1 所示。

在传统的结算结构中, 加入了一个“结算平台”模块, 由它去负责和各个平台进行结算, 从而一方面降低了医院HIS系统的复杂性 (可以把HIS系统的结算功能放到虚拟结算模块中) , 另外一方面给用户增加了付款的多重选择, 提高了便利性。其大致的结构图2 所示。

当用户就诊结束, 进入结算阶段时候, 在传统模式中, 只有医保卡和银联卡两种模式可供选择, 更是和某个银行呈绑定的模式, 用户无法选择其它银行, 增加了很多的不便利性。而现在支付宝, 微信支付等支付方式已经逐渐普遍, 市场占有率逐年上升, 在维持原有的支付方式上, 增加对支付宝, 微信支付等方式的支持, 也是大势所趋。

虚拟结算的大致流程如图3 所示。

3 虚拟结算系统的实现

3.1 虚拟系统架构

虚拟结算系统的架构采用MVC模式, Server端的Strut2, Jakson, Validation属于控制层, 而后台的Mybatis, Freemarker, 以及My Sql都属于数据层。

Struts2:以Web Work为核心, 采用拦截器的机制来处理用户的请求, 这样的设计也使得业务逻辑控制器能够与Servle-t API完全脱离开, 所以Struts 2 可以理解为Web Work的更新产品。由于Struts2 的Action是一个请求对应一个实例 (每次请求时都新new出一个对象) , 所以没有线程安全方面的问题。

Jakson:将Java对象转换成json对象和xml文档, 同样也可以将json、xml转换成Java对象, 方便数据的存储和传递。

Validataion: 这是自定义的模块, 完全自主设计, 主要负责数据安全性方面的工作, 比如对客户端的请求进行校验, 对无效的请求进行过滤等;

3.2 虚拟结算系统部分实现代码

服务器端的实现代码, 主要工作点在于和各个平台的交互, 以支付宝平台为例, 我们需要做以下事情。

(1) 完成与支付宝服务器的签名验证;

(2) 根据协议, 转发客户端请求到支付宝服务器, 并返回结果;

(3) 将返回结果进行数据处理, 返还给客户端。

签名验证部分代码:

交易请求部分实现代码如下所示:

4 小结

虚拟结算系统在扩展了支付宝, 微信支付等方式后, 为移动设备用户在结算的时候提供了更多的选择, 适应了市场的变化。另外它通过银联网络结算的方式, 解绑了银医之间的固定关系, 对用户是纯封闭的, 一定程度上解放了用户。同时, 它能减轻医院HIS系统的负担, 提供了更加纯粹的结算功能, 易于扩展和移植, 为系统的扩容和变更带来更多的便利性。

摘要：本文针对当前数字化医院的要求, 结合我院移动设备的的具体情况, 详细研究了移动设备与银行、社保局之间的结算方式, 详细介绍了虚拟结算系统的系统环境、详细设计和具体实现。

关键词：移动设备,IOS,Andorid,虚拟结算

参考文献

[1]谢新鹏;王淑珍.医院综合自助系统的设计与应用[J].医疗卫生装备.2012 (02)

[2]段绍斌.“诊疗一卡通”自助模式在门诊医疗服务中的应用[J].中国医院管理.2012 (09)

[3]周毅.自助设备在我院的应用[J].中国医疗设备.2013 (01)

[4]张丽君.“银医一卡通”项目的实施及需要关注的问题[J].中国医院管理.2012 (12)

变电站虚拟设备 篇6

变电站综合自动化系统能够实时的反应一次、二次设备运行情况,是生产、调度、管理人员必不可少的重要技术手段。国内外电力企业都在积极地致力于规范检验方法, 研制检测装置, 探索高效、实用的现场检验手段, 以提高变电站综合自动化系统的健康运行水平。

目前,国内厂家生产的通用性综合自动化系统检测装置有:北京博电提供的L336型综自系统测试装置、南京丹迪克生产的DK-51测试仪及长沙永程公司生产的RTS-100A测试仪等。这些测试装置功能大同小异,普遍存在以下特点:

1 .硬件电路采用模块化设计, 可根据用户的要求进行灵活的组合。

2.多采用DSP高速处理器,速度快、精度高。

3.功率放大器不经变压器输出,暂态响应好、可靠性高、线性度好。

4.可以将符合C O M T R A D E (美国电力系统暂态数据交换标准)格式文件的数据还原成与文件数据波形完全一致的模拟量输出,再现实际系统中的暂态数据波形。

上述检测装置虽然在运算速度、测试精度、运行可靠性上满足测试要求, 但在实际使用过程中发现, 检测调试设备仍然存在着一些问题,如在通道不具备的情况下,无法实现主站与厂站间联调、数据网联调和规约解析等功能。本文阐述的移动式综合自动化虚拟调试系统为面向调度自动化主站系统及变电站综合自动化系统的专业测试分析系统,可实现对变电站综合自动化系统功能、性能及可靠性的全面测试,保证系统的建设质量, 也可为调试和运行维护提供便利。

长期以来,对变电站综合自动化系统进行测试一直停留在简单、不科学的水平,用户对系统的真实性能的了解只能停留在厂家提供的技术手册上。移动式综合自动化虚拟调试系统具备了虚拟主站和厂站、虚拟调度数据专网及规约分析等功能,可全面解决系统在投入实际运行前因缺乏必要及完备的工具模拟现场正常运行和事故状态下的运行环境[1],而无法进行有效、可靠测试的问题。同时,使用该虚拟调试系统对现行的变电站综合自动化系统进行定期测试, 可及早发现隐患, 采取应对措施。

2 系统的主要功能与特点

移动式综合自动化虚拟调试系统可安装于笔记本电脑或台式机中,通过IP网络接口实现对主站系统和变电站综合自动化系统功能及性能的测试分析。测试时各系统和设备的连接如图1所示。该虚拟调试系统能够对S O E分辨率和系统遥测、遥信、遥控响应时间等进行检测,能够实现遥信变位和遥测突变虚拟上传及规约分析,并能够对系统遥信风暴和雪崩状态处理性能进行测试[2、3]。

2.1 虚拟厂站功能

在虚拟厂站功能中,系统主要在高精度信号源和标准表的功能基础上,扩展时钟同步、多路开出、网络通信等功能模块,在测试调度自动化主站系统时, 调试系统可根据需求模拟单个子站与被测的主站进行通信。可虚拟实现的子站功能为: 虚拟产生遥测量、遥信量、事件顺序记录(SOE)数据和遥控、遥调的返校和执行过程。能够对系统遥信风暴和雪崩状态处理性能进行测试,遥测量的取值范围及变化方式、遥信量的变化频率及方式、SOE数据的产生方案及所采用的通信规约种类均可自由定义, 各类数据的变化时间和数据、规约报文也有详细记录, 从而达到对调度自动化主站系统的规约解析、数据处理等各功能模块的正确性、有效性进行测试的目的。系统针对不同类型的现场检验分别提供相应的标准检验程序,能够大大提高现场测试的规范化和自动化水平。

2.2 虚拟主站功能

在虚拟主站功能中, 在测试变电站自动化系统时, 该调试系统可模拟主站, 按照设定的规约与被测的子站进行通信。可模拟实现的主站功能: (1) 实时数据接收及命令下发。模拟产生遥控和遥调操作, 可人工发送自定义的命令报文并对报文进行跟踪与分析; (2)历史数据记录。对接收到的子站实时数据进行时间间隔为3s的历史数据记录。 (3) 通信内容的监视与记录。利用以上功能即可对子站系统的时效性、数据的正确性如遥信响应时间、遥测响应时间、遥测精度、遥控响应时间和SOE准确度等进行测试。解决了变电站自动化系统在建设期间由于通道问题无法进行自动化系统实际联调的问题, 节约了自动化系统的调试时间, 可为变电站综合自动化系统的调试提供便利条件。

由于虚拟主站功能是由虚拟调度数据专网与虚拟主站软件组合,形成的虚拟主站系统。在接入调度数据专网时,必须确保接入数据网设备与调度数据网已完全断开,否则会造成全网IP地址冲突。

2.3 虚拟调度数据专网功能

虚拟调度数据专网功能是开发针对220k V变电站和66k V变电站不同数据网的互联,在虚拟核心路由器上根据电力调度数据网的实际情况编制路由表。从而达到在不更改二级、三级数据网接入路由器配置的情况下虚拟核心路由器模拟汇聚路由器并且均能与其建 立连接,实现了虚拟主站软件与厂站端设备的通信。虚拟主站和虚拟厂站功能也是在通过虚拟调度数据网建立连接的基础上发送和解析上行信息与下行信息的报文实现的。

变电站实际运行的数据网网络工作原理为三级数据网内实时业务和非实时业务通过实时V P N通道和非实时VPN通道在三级数据网内传输;二级数据网内实时业务和非实时业务通过实时VPN通道和非实时VPN通道在二级数据网内传输。二三级数据网间通讯时,BGP动态路由协议将业务数据通过调度主站的华为NE16路由器和中兴T128核心路由器传输到对端网络。为了在厂站端完成调度主站的数据网间传输功能,我们经过多次试验最后设计用三级数据网内实时业务和非实时业务通过实时VPN通道和非实时VPN通道在三级数据网内传输;二级数据网内实时业务和非实时业务通过实时VPN通道和非实时VPN通道在二级数据网内传输。三级数据网和二级数据网共用相同的汇聚层路由器后,三级数据网的实时业务和非实时业务通过汇聚层路由器与二级数据网实时业务和非实时业务直接通讯,简化了网络结构,减少了数据传输环节,实现了在厂站端的二级、三级数据网互联。

虚拟调度数据专网能通过与原故障数据网设备做整体或局部的仿真替换与检测,达到检测数据网运行状态、助查故障的目的,彻底解决了因设备故障、突发性灾难事故等原因造成与主站数据网长时间中断问题。

2.4 规约解析功能

在规约解析功能中,由于远动信息的规约种类繁多, 即使采用同一标准的规约, 实际应用中也会在帧结构、信息字组合等方面存在差异。移动式综合自动化虚拟调试系统可支持IEC60870-5-101、IEC60870-5-104、CDT等多种远动规约, 并可对规约的参数进行灵活设置。接入远动信息后, 调试系统即可作为主站监视各通道传送到主站的信息报文或从主站下发到子站的报文。系统还可提供各种规约的标准配置测试模块及规约的单步调试功能, 可对通信内容进行实时翻译和错误统计, 在人机界面上以不同颜色区分上、下行报文内容及显示遥信实时信息和遥测一次值。调试人员无需关心通信内容的真正涵义, 即可进行规约测试。所有通信内容均可作为历史记录保存, 供调试人员进行各种分析。

3 实际应用情况

(1)襄平220k V变电站综合自动化系统新建工程的应用。使用该虚拟调试系统模拟了设计接入的主站和实时数据量,不仅对新系统的各项功能及性能指标进行了全面测试,还模拟电网事故情况下的遥信风暴和雪崩试验测试, 使新系统隐藏的问题和缺陷得以及时发现, 有效减少了系统投运后的安全隐患。

(2)耿家220k V变电站无人值班改造工程中的应用。利用该虚拟调试系统的虚拟主站功能,在变电站自动化系统的改造中完成了大量的调试和试验工作,如规约调试、遥控试验等,并对改造后的系统进行了确认测试和性能指标测试。既避免了调试过程中对主站系统的影响,也确保了远动信息准确无误地接入主站系统。

(3) 在设备异常处理过程中。2 0 1 3年3月兰家220k V变电站66k V兰山甲线定检传动过程中,发现模拟线路永久故障时,丢失开关位置合位遥信报文。在使用虚拟调试系统的规约监测及分析功能后,再次模拟故障后发现变电站主控单元重复帧传输时间间隔定义有误, 在更改传输速率时间间隔后故障消除, 保证了变电站综合自动化系统的正常运行。

4 系统功能的展望

移动式综合自动化虚拟调试系统作为一个灵活方便、功能齐全、操作简便的测试工具, 满足了对自动化主站及厂站的虚拟功能、通信规约及调度数据专网进行专业化、标准化测试和分析的要求。该虚拟调试系统不仅可应用在变电站综合自动化领域, 对于TMR远方抄表与计费系统、D M S配网自动化系统、A G C自动发电控制系统等多种涉及信息传输与处理应用的领域都有广泛的应用前景。在今后的研究工作中, 我们将在该系统上进一步实现对于调度自动化高级应用软件如S E状态估计、N A网络拓扑、A V C无功优化等模块的测试及CIM公用信息模型的互操作性测试[4,5]。

5 结束语

移动式综合自动化虚拟调试系统投入使用后,系统简洁实用, 操作便捷, 在变电站综合自动化系统的新建及改造工程中发挥了重要的作用,并在快速判断变电站综合自动化系统、通信系统故障,解决运行中出现的异常事故的基础上, 对专业技术人员技能和效率的提高、二次系统与一次系统的同步投运具有重要意义。

摘要：本文主要介绍移动式综合自动化虚拟调试系统的主要功能和实现方式。该虚拟调试系统使用简单,功能完善,实用性强,能够实现虚拟主站、虚拟厂站、虚拟调度数据网及规约解析四大功能。实际应用表明,该系统在变电站综合自动化系统的新建、改造工程及运行维护中均起到了重要作用,具有很好的推广前景。对提升专业人员的技术水平,确保电网安全和可靠运行具有重要作用。

网络设备虚拟技术的探讨 篇7

一、常用的四种虚拟化方法

实现虚拟化的方法不止一种, 有几种方法都可以通过不同层次的抽象来实现相同的结果, 以下介绍Linux系统下常用的四种虚拟化方法及其特点, 其中宿主机表示真实计算机, 客户机表示虚拟计算机。

1. 硬件虚拟化

最复杂的虚拟化实现技术无疑是硬件虚拟化, 在这种方法中, 可以在宿主机系统上创建一个硬件虚拟机来仿真所想要的硬件。硬件虚拟化分为硬件指令虚拟化和硬件资源虚拟化, 硬件指令虚拟化目的是将客户机发出的指令翻译成所在主机平台的指令, 从而实现对客户机指令的模拟执行。硬件资源虚拟化将虚拟资源映射到物理资源, 并在虚拟机计算中使用本地硬件。硬件虚拟化技术的优点是可以仿真一个与宿主机指令不同的系统。例如可以在X86的宿主机上可以虚拟仿真出MIPS或者Power PC架构的系统来, 而且X86宿主机不需要任何修改;其缺点是由于对指令的虚拟仿真, 使得虚拟机的运行速度大大降低, Dynamips就是这个技术的代表产品。

2. 完全虚拟化

这种方法使用一个Hypervisor或者VMM在客户机操作系统和宿主机的裸硬件之间提供一种协调。宿主机的特定受保护指令必须被分离出来并在Hypervisor中进行处理, 底层硬件也通过Hypervisor共享被其客户机使用。虽然完全虚拟化的运行速度比硬件虚拟化的速度要快, 但是由于中间经过了Hypervisor的协调过程, 故其性能要低于硬件虚拟化。完全虚拟化的优点是对宿主机的操作系统无需修改就可以直接运行客户机, 唯一的限制是客户机必须要受到宿主机硬件的支持。

3. 超虚拟化

超虚拟化不仅使用了一个Hypervisor来实现对宿主机硬件的共享, 而且将与虚拟化有关的代码都集成到了客户机的操作系统中, 这样不再需要分离或重新编译特权指令, 因为宿主机和客户机的操作系统在虚拟化进程中会相互协作。超虚拟化技术缺点是要为Hypervisor来改客户机操作系统, 但优点是提供了与未经虚拟化的系统相接近的性能。与完全虚拟化相类似地, 超虚拟化技术也可以同时支持多个不同的操作系统, Xen是一个超虚拟化的免费开源解决方案。

4. 操作系统级别的虚拟化

这种技术在操作系统本身之上实现服务器的虚拟化。这种方法支持单个操作系统, 并可以将独立的服务器相互简单地隔离开来。操作系统级的虚拟化要求对操作系统的内核进行一些修改, 但是其优点是可以获得原始性能, Linux-VServer是一个操作系统级虚拟化解决方案。

二、模拟和仿真

对于虚拟化技术, 不能不提到模拟仿真的概念, 这两个词分别是由Simulation或者Emulation翻译过来的, 关于Simulation和Emulation的定义在计算机科学里有很多的争议, 一般认为Simulation是指在计算机上用软件的方式去模拟系统的一个功能, 并不要求系统功能的实现细节等问题, 只要保证在同样的输入下, 软件的输出和所模拟部分的真实输出保持一致相似, 而对具体实现过程并不注重。Emulation一般是指在计算机上用软件或者少量硬件去模拟仿真出系统的各个部件, 真实的体现出所仿真系统的运行机制, 这就要求开发者先建立真实系统的模型, 即真正了解真实系统的内部结构, 这样才能用编程等方法实现各个部件的模型。相比Simulation、Emulation方法更注重了实现过程, 而且其输入输出结果更能真实反映真实系统的输人输出, 因此Emulation、Emulation更接近真实系统。而我们中文的模拟的含义大多数指的是用在一个平台上用软件其实现另一个平台程序运行, 这个含义同时包含了Simulation和Emulation的概念, 仿真的含义大多数指结合硬件来实现另一个平台上程序的运行。

三、三种虚拟计算机网络设备比较

按照对于虚拟技术—Simulation和Emulation的分析, 我们对虚拟计算机网络设备三种软件进行分类:Boson Net Sim和Packet Tracer是从软件结果上模拟了CISCO设备的功能, 即给出部分相关的输人能得到相应的输出, 但中间如何实现和原真实设备无关, 属于Simulation的范畴;而Dynamips是从真实设备各个部件的模型出发实现了虚拟设备, 输入输出和真实设备运行过程相关, 属于Emulation的范畴。因此从网络设备的虚拟效果来看, Dynamips更能真实的反映实验效果。另外路由器、交换机等网络设备主要采用MIPS或者Power-PC架构, 而我们的宿主机一般是X86架构, 因此对这些网络设备的虚拟化技术一般才用硬件虚拟化技术实现, 而Dynamips正是硬件虚拟化技术的一个代表产品, 因此仿真度高的网络设备虚拟化技术主要采用Dynamips仿真器来实现。

摘要：随着虚拟化技术的发展, 各种硬件都已用软件仿真来实现。本文对仿真和模拟技术进行了分析, 阐述了虚拟化技术常用的四种虚拟化方法, 并对常用的虚拟计算机网络设备进行了分类和比较研究, 对高校建设虚拟计算机网络实验室有一定的指导意义。

关键词：虚拟化,网络设备,仿真

参考文献

[1]刘艳, 程景清, 朱恒民, 丁可柯, 孙科学.一种虚拟AAA服务器实现方法的研究与实现[J].计算机技术与发展, 2014 (05) .

[2]郑勇.计算机虚拟机的应用领域分析[J].计算机光盘软件与应用, 2013 (23) .