智能电网中云环境下的虚拟化技术

智能电网中云环境下的虚拟化技术

毛正雄 罗华峰

云南电网有限责任公司信息中心 云南昆明 650217

摘要：在智能电网背景下，供电公司的信息管理系统面对海量化的数据，出现了处理效率低、相应速度慢、数据安全风险高等一系列问题。这些问题的存在，无论是对供电公司当前的经济效益还是将来的竞争发展都是极为不利的。在云时代，将虚拟化技术应用到电力信息系统中，将原来在物理服务器上运行的应用软件和管理系统，转移到虚拟服务器上，具有节约资源、降低成本、稳定高效等优势。本文首先概述了云环境下虚拟化技术的主要类型，随后分析了基于虚拟化系统的组成架构和运作流程，最后总结该技术的实际应用效果。

关键词：智能电网；云环境；虚拟化技术；桌面虚拟化

引言：在云环境下，云存储、云计算等技术的成熟，为服务器虚拟化提供了技术支持。相比于完全开放的互联网环境，云环境具有更强的安全性和隐私性。运用虚拟化技术，将原来必须依靠实体服务器运行的各类软件、系统，全部迁移到云环境下的虚拟服务器上。近年来，虚拟化技术在各个领域的信息管理系统中得到了广泛使用，并展现出了强大的应用优势。在智能电网建设背景下，供电公司也必须积极探索虚拟化技术的应用，才能更好的支持电网信息化、智能化管理的需求。

一、云环境下的虚拟化技术

1、服务器虚拟化

物理服务器在运行过程中，存在资源消耗高、CPU利用率低，以及多台物理服务器之间兼容性差等问题。在智能电网覆盖面积不断扩大的背景下，通过实现服务器虚拟化，在保证各项功能、业务、软件不受到干扰的前提下，将其运行环境从物理服务器转为虚拟服务器。服务器的虚拟化需要借助于虚拟机来实现，经过转化后，不同的虚拟服务器之间可以做到数据的无障碍传输，有利于实现各类信息、数据资源的整合利用。另外，为了加强对虚拟服务器的统一管理和有效配置，还会设置一台终端控制服务器，切实提高不同服务器之间的协同性。

2、网络虚拟化

电力信息系统在运行中，需要频繁的进行数据、信息的传输，传统的网络系统由于存在较多的安全隐患，很容易出现涉密数据在网络传输过程中被拦截的情况，给供电公司造成了经济损失。网络虚拟化技术是利用VPN构建一个可以在虚拟环境下运行的内部网络，与外部的互联网独立开来，从而有效杜绝了来自互联网上的非法访问或恶意入侵，达到了保护虚拟网络安全性的目的。利用网络虚拟化技术，还可以减轻数据传输给网络带来的运行压力，对提高整个虚拟服务器的响应速度和降低运行负载也有一定的作用。

3、存储虚拟化

智能电网背景下，电力信息系统中产生的海量化数据，除了对系统的传输速度、处理能力提出了更高的要求外，还需要提供一个大容量的数据库，才能满足数据的存储需要。存储虚拟化将原来分布于不同主机上的存储空间，通过虚拟化引擎进行整合，形成一个超大容量的虚拟存储池，具备了更强大的数据存储能力。虚拟存储池还具有易于扩展的特点，随着供电公司业务的增加，电网信息系统的日益复杂，必然会需要使用更多的存储空间。而存储虚拟化技术可以很方便的进行扩容，具有较强的实用性。

二、基于云环境的电网信息系统虚拟化优势

相比于以往独立、分散的电网信息系统，基于虚拟化技术构建的智能电网管理系统具有如下优势：（1）实现了电网系统内部信息的无障碍、实时化传递，通过资源共享提高了对整个智能电网的管控力度，为电力用户提供了更具针对性的高质量服务。服务器虚拟化还可以解决不同服务器之间，以及不同的应用软件之间，可能存在的兼容性差等问题，也保证了数据的利用率。（2）极大的提高了硬件、软件的利用率，间接的给供电公司创造了经济效益。以往的电网信息系统中，受到物理服务器运行负载的限制，应用软件不能全部启动，系统运行效率不高。相比之下，虚拟化技术的运用，则能够实现硬、软件资源的100%利用，具有较好的经济性。（3）改善了电网系统的运行稳定性。虚拟化技术可以实现对系统运行工况的动态检测，做到对突发故障的及时诊断和智能处理，将突发故障的损失降至最低。

三、基于虚拟化技术的电力信息系统改造

1、虚拟化系统的组织机构

（1）客户层

客户层支持接入的设备除了有台式机外，还包括各类移动终端，例如PAD、智能手机等，均采用“瘦客户端”。这样就保证了大量终端设备接入虚拟化系统后，对系统运行带来的负载压力相对较小。根据性能的不同，又可以将其分为“全瘦客户端”和“半瘦客户端”两种类型。前者就是整个客户终端上，不提供任何操作系统，只是作为虚拟化系统的一个动作执行单元，接受来自代理层的各项调控指令，进而根据这些指令完成相应的功能；后者安装了操作系统，但是不提供相应的应用软件。在做出动作和完成功能后，将结果反馈给虚拟服务器。

（2）代理层

代理层是位于客户层与服务层的中间结构，根据信息传输来源的不同，承担了双重职能：面向客户方面，主要负责收集客户信息，然后将其反馈到虚拟服务器上；面向服务器方面，则将服务器发送的各项指令或是提供的各项服务，再反馈给客户。代理层主要包含了四个部分，分别是：认证中心：引入了3A认证机制，包括认证、授权、计费；服务端代理：接受各种用户的任何时间任何地点的发送请求；网络监控中心：主要负责实时监控各服务器的运行状况和负载率；调度中心：主要是负责把用户定位到对应的服务端，同时根据各服务器的负载率，进行用户的重定位切换。为了防止客户集中访问时服务器出现无响应的问题，在虚拟代理服务器的基础上，还需要额外设置一台热备服务器。用于实现访问流量的分流，或是在虚拟代理服务器因故障停运后暂时替代，保证各项业务的连续性。

（3）服务层

服务器均采用16插槽的刀片服务器，比如Hp的c7系列。每台刀片服务器安装2-4个刀片，且分别安装配置安装VMWare和XDENTOP。每台服务器分别有一台热备服务器(物理配置和主服务器一致)，做为负载均衡使用。根据电网信息系统的功能不同和运行需求，服务层所需的虚拟服务器数量，以及承担的虚拟化任务也有较大的差异。例如，整个服务层需要的虚拟服务器数量为3台，1#虚拟服务器主要承担人力资源管理方面的业务，包括供电公司职工的培训系统、考核系统等；2#虚拟服务器主要承担用户服务方面的业务，包括面向电力用户的营销管理系统、用电采集系统等；3#虚拟服务器主要承担内部管理方面的业务，包括财务管理系统、物资调配系统等。在虚拟服务器实际运行中，如果检测到负载接近设定阈值，则自动完成投切，将一部分负载分担到热备服务器上，保证虚拟服务器的运行稳定。

（4）数据库层

数据层中存储的数据主要分为两类：其一是虚拟化系统运行必需的程序；其二是电网系统运行中产生的海量数据。在整个数据资源池中，可以根据数据来源不同，划分为若干个独立的子数据库。后期在调用数据时，可以提高数据的识别效率和利用率。数据库层与服务层之间采用双向传输通道，实现了数据存储（输入）和调用（输出）的互不干扰，避免了大流量数据传输过程中出现通道堵塞的问题，极大的提高了虚拟化系统的运行稳定性。可以支持多种数据库形式，例如Oracle、Sybase等。近年来随着云技术的发展，云存储也逐渐成为虚拟化系统进行源数据及备份数据存储的一种常用形式。

2、虚拟化系统的运作流程

（1）面向智能电网调度方面

该调度系统在云计算和虚拟化技术的基础上，结合面向服务架构（SOA）的理念，用系统整体结构化的思想将传统电力系统中的IT数据信息和电网中的基础设备相连接。该平台通过数据服务总线和调度中心相连接。同时，该系统平台包括实时动态负载均衡和资源调配、集成计算引擎以及数据存储系统这3大功能模块。模块之间采用虚拟化网络完成数据的同步传递，保证了系统响应速度。不同的调度中心，相互之间无法进行数据交互，需要通过云计算平台完成统一的资源分配。同时，为了帮助管理人员随时掌握虚拟化系统的运行情况，在该系统中也引进了实时监控模块。通过运行工况的数据采集，然后由虚拟服务器进行分析、统计，下达相应的指令，完成对系统前端设备的调控。调控信息及结果也会同步的在用户界面展示，增强了电网调度的智能化水平。

（2）面向用电采集方面

对于电力用户用电信息的及时、准确采集，既是维护供电公司自身利益的有效手段，也是向电力用户提供更加优质服务的必要举措。基层供电公司的电力用户，往往具有分散分布的特点，传统的用电采集具有效率低、精度差的问题。利用虚拟化系统进行用户用电信息采集，可以解决这些问题。其流程为：

客户需要把用户名及登录密码发送到代理客户端。服务端代理接受请求，把用户，密码，IP地址等信息传送给认证中心进行用户授权确认。认证服务器审核后，识别访问的业务类别，并把客户定向到因业务服务器的通信接口。该接口收到通知后，识别请求任务，发送移动桌面给客户端。客户端接收移动桌面，然后进入用电采集系统页面进行手工召测数据。由用电采集系统后台进程对终端召测数据。数据召测完毕保存到数据库，同时用电采集系统后台进程发送成功消息给客户端通信接口。客户端通信接口把成功信传给客户端桌面。

四、虚拟化技术在智能电网中的应用效果

通过虚拟化改造，电网信息系统真正实现高运行效率和低运维成本的统筹兼顾。在虚拟化系统的运行方面，CPU利用率从原来了5%-10%提升到了40%，最高可以达到60%。无论是在系统资源的优化利用，还是提高系统业务及数据处理能力方面，均有了明显的提升；在运维成本方面，原来需要投入较多的人力、物力，针对电网系统中几十台实体服务器分别进行维护，由于经常需要进行常规维护、应用升级，因此维护成本高，维护任务重。而虚拟化系统由一台主服务控制，只需要做好虚拟化系统所在的主服务器维护工作即可，成本可以节约80%以上。除了给供电公司带来直接的效益外，实体服务器数量的减少，也降低了电能消耗和设备占用，符合“绿色IT”的理念。

结语：在建设智能电网背景下，供电公司要想不断提高电网信息系统的运行效益，必须要关注前沿技术，不断进行技术创新，以更低的成本投入、更少的资源消耗，取得最优化的经济效益。在云环境下，虚拟化技术可以大幅度精简电网信息系统，构建虚拟化系统成为云时代供电公司的一种必然选择。现阶段，虚拟化技术在电力行业中已经取得了一定的应用效果，特别是在电网智能调度、电力用户服务方面，既可以减轻供电公司的管理压力，又能够实现资源的集约化利用。今后还需要继续探究和开发虚拟化技术在智能电网中的应用，推动电力事业的可持续发展。

参考文献：

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