C I M的互操作性及其深度融合

刘超，仇英辉

（华北电力大学，北京 102206）

系统与设备的效率和成本效益依赖于具有足够水平互操作性的接口。接口可能是专用的或者是基于明显偏向开放标准的接口。

一般的标准通常不支持插头与融合，当然也有一些支持，例如一些十分重要的融合设备，其他的一些标准更多的是面向企业融合，在某些情况下，标准仅仅是作为融合的参考[8]。

1 在本体联合中的CIM

当智能电网进行融合时，CIM可能会成为遇到的一个本体。这就证明，一个在域中使用的标准可能会利用特殊性作用于域[9-10]。

域有时有重叠使用的本体，产品同样也可以运用于其他域中，很大程度上产品的域独立。许多本体是由标准定义，还有许多是由生产厂商定义。许多供应商都有足够的优势，可以不去接受比较小的标准。

有许多方式去进行实现，管理和记录每一个本体，这些例子包括：

统一建模语言（UML）

XML模式

实体-关系模型（ERM）

RDF模式

Web本体语言（OWL）

特定域的XML语言

将一个公共语意模型作为一种超级模式协调所有存在重叠模型的想法就如同想煮沸整个海洋。即使全世界所有产品都采用公共语意模型，依旧存在互操作性的距离问题。相反，需要注意所需要的，这样也不会扼杀创新的利益。

2 信息交换

融合与互操作性的重点是交互组件间的信息交换。交互组件间的信息交换往往通过发送信息完成。图2是IEC 61968-9计量系统集成的例子。

图2 序列图Fig.2 The sequence diagram

信息交换所传达的信息集合是域模型定义下类、属性和关系的子集的典型代表。在IECTC 57中，被称为“上下文配置文件”。图3描述了信息模型、上下文配置文件与信息的关系。这些模型通常是标准化的，为接口提供标准定义。

目前有许多定义信息语法的方式，包括：

图3 信息模型、上下文配置文件与信息的关系Fig.3 The relationship between information models，contextual profiles and messages

XML模式

RDF模式

DDL数据库表定义

然而，在以上每种语言中都有很多可能的变化。在XML模式日益普及的情况下，导致命名与设计的规则多样化[11]。例如，UN/CEFACT已经开发了“命名与设计规则”规范。将这一规范应用于XML模型之中将会有许多限制，甚至限制或是禁止使用XML很多有用的功能。即使如此，仍有可能使2个独立的部分使用相同的域模型，相同的上下文配置文件，并使用相同的NDR规范，但得到的结果却是不同的，这是互操作性的障碍。

3 集成模式

集成模式是用来描述信息交换的公共模式。

最基本的是一种请求/应答模式，客户端向服务器发送请求信息，等待来自服务器的响应。另一种应用于公共电力系统模型（CPSM）与公共配电系统模型（CDPSM）的交换模式是简单的文件传输。通常会忽略的提取转换加载（ETL）是从一个数据库到另一个数据库交换信息的方式。

计量系统集成存在一些特别的问题，由于计量的通信基础设备的因素，发送的请求不能立即满足。由于这个原因，通常使用异步应答请求模式，这样就会出现客户点击请求几分钟后不能得到满足的情况。

4 界面设计

接口设计的方式有许多，以下是如何定义接口的一些例子：

语言相关的API

Web服务

REST服务

JMS信息

二进制协议

文件传输

IEC 61968-1描述了一个简单的方法，每一个信息传输其有效荷载。另外还有独立传输的，并有多方位全面开放的融合。对于一些大型实用集成方面的应用，IEC 61968最为适合。基于融合，有许多标准可以得到应用，例如OASIS，OPC UA和IEC 61850。图4是IEC 61968中XML模式传输的具体实例。

图4 IEC 61968 XML模式中的有效负荷Fig.4 IEC 61968 XML schema showing payload

61968XML模型将XML打包为一个文件，文件返回时也同样需要借助诸如Web服务和JMS技术打包传输。在这一点上同样存在着多种选择。例如，有许多将WSDL定义为Web服务的方式。JMS不具有线上的互操作性，所以需要选择一种特殊的操作手段。在所有情况下，安全性是首先需要解决的，需要认证两组件接口互联问题：

基于互联网保护的组件

组件内部

两组间已建立的信任关系与保护通信

基于互联网的两组件互联

还有一些类似处理错误等问题，例如发出请求得到错误回应，这就需要以下的：

准确而详细的成功/失败指示

给出详细的错误指示，给出每一个或多个错误的详细报告

用户可读的错误指示

有一点非常重要，就是XSD或者WSDL无法得到所有交换信息与接口语义。参与信息交流的每一个部分都必须拥有公共信息语义。有一个比较复杂的事情就是传输升级更新。例如，像工作优先级等复杂项目的更新升级就非常复杂。如果仅仅只有一种工作优先级，那么是否需要所有的更新部分提供完整的优先级呢？当2个部分同时提出更新请求时如何进行？如果添加一个新的项目那么如何添加与更新？当然接口和规则需要严格的设计与记录。

5 浅度融合

随着松散耦合与分层系统，浅度融合成为智能电网的一个原则。浅度融合提供服务的接口，客户使用客户端内部的模块进行互动与服务。

6 互操作性测试

虽然显而易见，但是必须得指出，互操作性测试是互操作性的关键。一般的标准是没有互操作性测试的计划。理想情况下，一个标准的最终实现是需要经过经验总结，纠正和消除歧义，最终将草案实现。图5所示为一个正在使用IEC 61968-9的集成总线进行互操作性测试[12]。

图5 IEC61968-9互操作性测试Fig.5 IEC 61968-9 inter-operability testing

IEC 61968-9互操作性测试允许设备商的差异性。使用Web界面，可以对每一个信息交换进行测试，跟踪，检索和分析。

产品可以进行链接服务和监听

产品可以使用JMS和Web服务进行通信

供应设备商选择实施模型（如J2EE，NET）

对接口进行互操作性测试还有一个好处就是可以对所有远距离部分进行测试，可以更容易以及更好地进行互操作性。

7 可扩展性与演进

虽然互操作性具有严格的定义保证，但是仍然需要扩展与演进。简单的扩展演进实例包括[13]：

模型的扩展以实现标准和产品的功能扩展，包括类、属性和关系。

新的枚举，定义类型，代码，状态值等

需要选择信息元素

采用何种方式通常是不明确的，尤其是基于XML模式的接口。例如UN/CAEFACT的命名与设计规则，就禁止使用任何类似于可扩展机制的元素。相比之下，由Multi Speak定义的接口则允许厂商定义扩展接口。

但是，使用RDF模式所定义的信息交换的三重结构，则是隐性的扩展性。借助于ICE 61970的优势，RDF可提供比XML更为清晰交换语义。

所有情况下，任何信息交换新元素的引入都需要各方协同公共性质与使用元素。同时，兼容性也是大家最为关注的。在网络服务方面，OASIS基于演进对接口进行定义，使用命名空间等。

8 未来发展

在过去几年中，每年都对CIM的部分标准进行测试，目前已经使用RDF文件传输以及分配模型交换等一系列技术提高与改进互操作性。这里的研究与测试为基于IEC 61968-9的ESB标准进行提高，使其也能达到类似水平的互操作性，并且可以对未来几代产品进行提高。

9 结语

总的来说，CIM仍停留在概念阶段，距离实现互联互通还有很长一段距离。文章没有提出综合解决方案。为了确保标准的发展进而实现智能电网的互操作性，互操作性测试就是极为关键的。

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