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黄伟，王小波，乔蓓蓓
（大唐富平热电有限公司，陕西富平 711799）
随着互联网技术的不断发展，电网营销信息系统也在不断发展完善，该系统中存在着用电信息、抄核收信息、电网线损信息、用电稽查监控信息等，在采集这类信息时，需要保证电厂运行数据的完整性与有效性，因此对电厂运行数据进行迁移，可以实现电厂历史运行数据的转换与集中处理[1-2]，但是由于传统的电厂运行数据迁移系统采用了数据集中存储方式，导致电厂运行数据迁移效率较差，如基于云计算的电厂运行数据并行迁移系统，该系统充分发挥了云计算快速处理电厂运行数据的优势，对电厂运行数据进行动态配置与提取，并在云计算环境下对电厂运行数据进行数据分析与挖掘，虽然该系统实现了电厂运行数据的快速采集与整合，但是该系统存在较高的延时，不符合电厂的运行要求。基于敏感元组的电厂运行数据并行迁移系统采用敏感元组对电厂数据库进行读写操作，将系统服务器与运行数据库进行同步分离，该系统能够充分保证电厂运行数据迁移的安全性，但系统的数据迁移速率较低。
为了解决以上问题，该文设计了基于混合云架构的电厂运行数据并行迁移系统，分别对硬件与软件进行了设计，最后通过实验研究，验证了该文所设计的基于混合云架构的电厂运行数据并行迁移系统的实际应用效果。
该文设计的混合云架构的电厂运行数据并行迁移系统硬件结构如图1 所示。
图1 电厂运行数据并行迁移系统硬件结构
1.1 电路模块设计
电路模块主要功能是放大电厂双极性信号[3-4]。电路模块中的放大电路，其核心设备为三星公司生产的SDB5467 放大器，采用1.8～3.3 V 电源供电，特点是功耗较低、可进行集成运放，含有双通道，电路中的静态电流为1.8 A，在电路中需要对双极性信号进行放大增益，因此需要在电路中构建负反馈[5-6]。电路模块如图2 所示。
图2 电厂运行数据并行迁移系统电路模块图
为了提升电厂运行信号采集效率与质量，需要降低放大器的失调电压，扩大宽电源电压范围，将失调电压降低到1.2 V，宽电源电压调节到1.8～8.8 V。为了提高电路的抗电磁干扰能力，在放大器的输入端输入直流偏置电压，输出端则会输出基准电压，电压值为1.8 V，电路模块中的电阻为低噪声电阻，可以降低电厂双极性信号噪声，通过电路模块可实现电厂双极性信号的放大处理，并对整个系统提供供电服务[7]。
1.2 单片机模块设计
该文系统的单片机模块主要负责对电厂运行数据进行控制，模块中的单片机是迁移系统的主控制器，该款主控制器由美国的ADI 公司生产，其型号为ADN7632，单片机的内部设有存储器，电厂运行数据采集完毕后会临时存储到单片机的存储器中，等待传输。另外，单片机具有丰富的外设与接口，具有多个SPI 接口、SDI 接口、USB 接口以及串行接口等，以方便电厂运行数据的传输。单片机根据时钟周期数将电厂运行数据转换成时钟信号，除了具有丰富的外设，其运算能力也较为突出，大量的通信接口使其功能较为全面，而单片机模块的外围电路简单，与单片机通过SDI 相连，外围电路的单端电压为2.2 V，主要为单片机外设供电，最高瞬时电压可达3.3 V，额定电流值为1.2 μA，通过系统的单片机模块可实现对电厂运行数据传输过程的控制[8-9]。
1.3 传感器模块
普通的传感器在收集电厂信息时具有较大的局限性，这是由于电厂运行线路不稳定，容易受到温度、高压等因素的影响，因此该文采用的传感器模块设置了多个传感器，以实现电厂运行数据的迁移与传输，方便电厂工作人员掌握电厂运行的状态[10-12]。传感器模块如图3 所示。
图3 传感器模块
观察图3 可知，传感器模块含有的传感器有光敏传感器、红外传感器、霍尔传感器，这些传感器可以协助并行迁移系统检测电厂在运行过程中发生故障时的电压、电流、温度等信息，将这些信息进行转换变成电信号，传输到系统的单片机中，利用单片机对电厂运行数据传输过程进行控制。传感器传输电厂运行信息的方式为同步方式，这种传输方式可以确保电厂运行数据在单片机与传感器之间的同步传输[13]。
1.4 处理模块设计
该文系统的处理模块主要负责电厂运行数据的处理，其核心设备为微处理器，这款微处理器是由三星公司生产的STN5349，是增强型16 位处理器，该款微处理器功耗较低、价格便宜，时钟频率为82 MHz，具有大量的I/O 端口以及丰富的外设，在微处理器的芯片上集成了258 kB 的Flash，通过I/O 端口与之相连，微处理器外部除了具有大量的I/O 端口外，还有多个通信接口，包括USB 接口、SPI 接口以及USRT接口，在微处理器的内部设有6 个DMA 通道、两个8位计时器，当处理电厂运行数据时，采用串行单线进行调试，电厂运行数据处理速率最高可达280 bit/s，数据处理性能较好[14]。处理器电路图如图4 所示。
图4 处理器电路图
混合云能够将公有云和私有云有效融合，以混合的形态展示软件形式。应用混合云架构将电厂内部的管理数据、应用数据、网络数据和机房数据融合到一起，实现互通管理。混合云架构如图5 所示。
图5 混合云架构
基于混合云架构的电厂运行数据并行迁移系统的软件流程如图6 所示。
图6 基于混合云架构的电厂运行数据并行迁移系统的软件流程
电厂运行数据并行迁移系统的软件流程：首先，将电厂原始运行数据进行转换与迁移，此时在私有云中，需要先将电厂原始数据采用同步传输方式传输至源数据库中，经过源数据库的整合与提取后将其迁移至新数据库中，在新数据库中提取有效的电厂运行数据，根据数据转换格式进行有效数据转换，并对其进行验证与迁移。由于数据迁移量较大，需要保证有效运行数据与原始运行数据的一致性。迁移时间计算公式如下：
式中，T表示计算的迁移时间；
{T1,T2,…,Tn}表示访问的数据集。
然后，将数据传递到公有云中，对迁移、转换后的原始电厂运行数据进行数据同步。电厂原始运行数据在转换与迁移后，采用数据同步技术将数据同步至目标数据库中，在目标数据库中对有效运行数据进行访问与备份，根据有效运行数据的长度确定访问频率，并选择数据同步方式，如果访问频率大于设定的阈值，为了保证运行数据的迁移效率，需要采用数据同步方式提升数据传输效率，一旦访问频率小于设定的阈值，此时需要选择增量数据同步方式，数据同步方式选择完后，对目标数据库中的有效运行数据进行压缩与加密，在混合云架构下对压缩、加密后的有效运行数据进行迁移。时间访问频率计算公式如式（2）所示：
式中，R表示时间访问频率，{r1,r2,…,rn}表示访问的时间集。
最后，在公有云和私有云内部同时对数据进行分析，对电厂运行数据进行并行迁移。在电厂运行数据同步完成后，在目标数据库中输入电厂运行数据，对运行数据源进行校验，校验工作完成后将其输出，采用串行数据迁移方式将电厂正式运行数据分配至目标数据库的目录中，建立迁移函数如式（3）所示：
式中，F表示迁移函数；
D表示数据集。按照迁移顺序与转换方式对正式运行数据进行转换与并行迁移时，在中间库中创建同步队列，将遗漏或缺失的运行数据输入进去，对这些遗漏或缺失数据进行数据编码，使这些数据的数据格式与迁移过的电厂运行数据保持一致，数据编码完成后，实现电厂运行有效与无效数据的并行迁移[15-16]。
为了验证该文设计的基于混合云架构的电厂运行数据并行迁移系统的实际工作效果，将传统的基于云计算的电厂运行数据并行迁移系统作为对比系统进行实验。实验中的相关运行数据来自某电厂数据库中的运行数据，数据量为200 个。
首先对比该文系统与传统系统的数据迁移速度。将采集的200 个电厂运行数据按照转换格式转换到目标数据库中，经过目标数据库的验证与数据编码后，采用两种迁移系统将验证、转换后的电厂运行数据迁移至中间库内，该文系统与传统系统的数据迁移速率结果如图7 所示。
图7 迁移速度实验结果
观察图7 可知，该文设计实验运行次数共有8次，从整体来看传统系统在8 次不同的运行模式下，迁移响应速度呈现下降趋势，该文设计的基于混合云存储的并行迁移系统响应速度产生了较大的波动幅度，但是后期系统迁移的速度波动相对平稳。尤其是在前期阶段，该文系统迁移过程稳定性较差，但是迁移速度优于传统系统；
在后期阶段，该文系统迁移过程能够保持稳定，迁移速度始终在传统系统之上，迁移能力更好。
系统延迟实验结果如图8 所示。
图8 系统延迟实验结果
由图可知，虽然在测试过程该文系统和传统系统都产生了一定的波动，但是该文系统的整体延迟都低于传统系统，传统系统的最高延迟高达3.8 s，而该文系统的最高延迟仅有1.5 s，系统稳定性更好，整体能力更高，适用于电厂运行。
该文利用混合云架构设计电厂运行数据并行迁移系统，并分别对系统硬件和软件进行了详细设计。实验结果表明，该文设计的基于混合云架构的电厂运行数据并行迁移系统优于基于云计算的电厂运行数据并行迁移系统，数据迁移速率更高，系统延迟符合电厂的实际要求。
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