虚拟化技术在电厂信息系统中的应用

任寅东

摘 要：通过虚拟化技术能够使管理人员更加宏观的、全局的、实时观测和判断电厂的实际运行状态，能够按照电厂系统资源的情况进行相应的调配和规划。当电厂设备发生故障或者破坏的时候能够及时的响应，满足急需的同时又可以使电厂管理部门了解节点的状态信息、掌握通信的网络状况，并能够与电厂调度自动化等管理系统联动。根据各种管理系统的协同运作以及对现有通信系统进行改造和更新，确定最佳的通信状态，增加设备利用效率。

关键词：电厂系统；管理系统；虚拟化技术

中图分类号：TP309 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）08-0093-03

1 概 述

电厂信息管理系统是电厂管理自动化的组成部分并发挥重要作用，随着现代电子通信技术的发展，硬件以及软件的不断更新，不仅充分保障了通信能力而且能够与其他系统协调合作[1]。为了适应电厂管理功能的需要，新老设备更替，电厂急需建立基于虚拟化技术的电厂管理系统，建立以网络为基础的通信规划，建立既有层次分布的又有拓扑功能结构的电厂管理系统，能够使管理人员宏观的、全局的、实时的观测和判断电厂的实际运行过程[1]。电厂管理人员根据电厂设备的状态以及提供的资源情况可采取有效的信息传递方式和通信手段。在电厂设备发生故障或者破坏的时候，系统能够建立应急的通信通道，满足急需的同时又可以使电厂管理部门了解节点的状态信息、掌握通信的网络状况，并能够与电厂调度自动化等管理系统联动。电厂管理人员可以根据各种管理系统的协同运作对现有管理系统进行改造和更新，确定最佳的通信状态，增加设备利用效率[2]。

目前电厂管理系统随着电网的不断扩大而出现了反应速度慢的问题，在电厂管理系统有高负载的情况下，电厂管理系统的反应会下降，电厂管理人员的体会将得到明显下降。为了提高系统的相应速度，在很多电厂中都使用大量的虚拟化技术来完成了电厂后端服务器的集群和负载均衡。在部署电厂信息系统的时候使用了VMware技术，极大的简化了后端应用系统的部署，提高了系统的安全性和稳定性。

2 虚拟化技术介绍

虚拟化顾名思义就是通过软件模拟硬件的操作逻辑，这样就可以在同一的硬件上实现多套操作系统，实现了对硬件资源的高效利用，便于实现不同的应用场景。虚拟化允许具有不同操作系统的多个虚拟机在同一物理机上独立并行运行。通过虚拟化技术后，就可以完成在同样的硬件平台上，实现多种类型的操作系统，多个操作系统的同事运行。虚拟机首先分析了常见的操作系统需要的各种设备，如内存，网络，USB，硬盘等，然后通过软件技术来实现对这些资源的模式，最后再通过特殊的方式实现对真实的硬件的操作。通过多年的虚拟化技术的发展，主要形成了硬件虚拟化技术、并行虚拟化技术和操作系统虚拟化技术。下面对这几种技术进行项目的讨论。

2.1 硬件虚拟化

硬件虚拟化简单的说就是硬件上支持虚拟技术，如intel架构的CPU，ARM架构的CPU等。这些硬件支持特殊的虚拟运行状体，保证了在同一硬件上可以运行多种操作系统。硬件虚拟化中比较成功的产品有VMware。VMware上可以同时运行通过操作系统如主机运行WIN7系统，虚拟机中运行ubuntu系统。

2.2 并行虚拟化

并行虚拟化和硬件虚拟化在技术上大同小异，都是证了在同一硬件上可以运行多种操作系统。 硬件虚拟化是类似的，因为在概念上它支持在一台服务器上实现多种操作系统。并行虚拟化中比较成功的产品有XenSource。与硬件虚拟化不同的是，在并行虚拟化技术中大量的使用了并行计算技术，提高了主机和虚拟机的运行效率，最大化的弱化了对硬件资源的要求。

2.3 操作系统虚拟化

操作系统虚拟化是对操作系统层的虚拟化，也就是在操作系统上面在做一层操作系统，实现了对市场上常见的操作系统的支持。操作系统虚拟化中比较成功的产品有，SWsoft 的Virutozzo和Sun的 Solaris Container。 Solaris Containers 显然只支持Solaris，而Virtuozzo同时支持Linux和Windows。SWsoft的Linux版Virtuozzo服务器支持在虚拟服务器上实现同版本内核的不同Linux发行版。这种操作系统由一个比较明显的问题，就是它不支持在一台服务器上实现多种操作系统。

目前在电厂信息系统中使用的最普遍的是VMware vSphere软件，该软件是VMware公司推出的电厂行业解决方案。VMware vSphere软件可以提供丰富的虚拟化技术，支持多种硬件体系机构，支持多种网络模型，支持多种数据迁移模式。通过构建电厂虚拟管理系统，可以很好的完成电厂自动化管理系统的部署，可以很好的实现电厂运维管理系统的部署，提高整个电厂系统的管理效率。

3 虚拟化技术的应用

3.1 系统构造

在构建虚拟化电厂信息系统的时候，需要构建虚拟平台的控制管理中心，该中心上安装有VMWARE Vsphere6软件，并通过网络连接到各个服务器上，这样就构建了电厂信息系统的硬件平台。

3.2 部署虚拟存储系统

虚拟化电厂管理系统部署，如图1所示。

在虚拟化电厂管理系统中，系统的服务器可以安装在多个机房中，如图1所示的机房A和机房B中，每个机房都由多个服务器和网络设备构成。在系统中的一台安装了系统的虚拟VMWARE Vsphere6平台。这样构建的系统硬件结构有如下优点：

①通过TCP/IP协议实现了网络的连接，保证了系统中各个功能部件都可以通过TCP/IP实现数据的获取和发送。

②本系统的网络布局使用分层管理，即可以确保了内网的安全，也可以确保数据可以通过外网进行收发。

③本系统的网络结构简单，而且通过使用双网结构大大提高了网络的健壮性。

各功能服务器推荐配置如下：

④数据库服务器：建议数据库服务器使用双机热备份。CPU：双Pentium4 2.0G或以上的CPU；主板：支持双Pentium4 2.0GCPU的主板；内存：8G DDR或以上；硬盘：500 GB或以上；网卡：百兆或千兆网卡；光驱：8速或以上刻录光驱；显卡：4X AGP显卡或以上；显示器：15寸CRT或液晶；电源：350 W或以上；

⑤web服务器：实现系统业务代码的部署。CPU：intel i7 2.3Ghz或以上的CPU；主板：支持Pentium3 800 Mhz或以上CPU的主板；内存：8 GDDR或以上；硬盘：300 GB或以上；网卡：百兆网卡；光驱：4速或以上光驱；显卡：AGP显卡或以上；显示器：17寸CRT或以上，支持1 024X768分辨率、增强色16位下70赫兹或以上刷新率；

⑥虚拟中心务器：CPU：双Pentium4 2.0GHz或以上的CPU；主板：支持双Pentium4 2.0GHz CPU的主板；内存：8G DDR或以上；硬盘：40GB或以上；网卡：百兆或千兆网卡；光驱：8速或以上光驱；显卡：4X AGP显卡或以上；显示器：17寸CRT，支持1 024X768分辨率、增强色16位下70赫兹或以上刷新率；电源：350 W或以上；

⑦节点交换机：采用的是华为的S7806，它是万兆以太网交换机，它支持三层MPLS VPN，支持二层MPLS VPN： VLL和VPLS，支持PE和P功能。S7806设备支持多种网络过滤方式，如常见的基于IP地址的过来，基于MAC地址的过滤，基于端口的过滤，基于内容的过滤，支持IEEE 802.1X 认证，支持按照连接的过滤，支持多种过滤方式的组合。

⑧路由器：本系统采用的是TL-R4000路由器，它是各种网络中使用的最多的一款路由器。它整体配置高，性能出众，价格低廉。TL-R4000采用了Intel IXP网络处理器，主频高达533 MHZ，4CPU分布处理，IP包转发能力达到快速以太网100 MB线速的极限值148 810 pps（64Byte包），并且可以通过交换机级联下去，达到5 000台计算机的连接。

4 应用效果

通过上述构建的虚拟化系统，可以实现如下的功能。

4.1 实现负载均衡

通过实施虚拟化技术可以将服务器的负载被分发到集群的不同节点上。基于负载均衡策略，应用不再在单一的服务器上执行，而是在动态选择的服务器上？当客户请求服务，一个或多个协作服务器处理这个请求？负载均衡为集群提供单一的入口，就如直接和独立的Web或者应用服务器交互一样，这对客户来说是透明的。

4.2 实现服务器性能优化

在部署前的Web压力测试发现，本系统在同时在线人数大于200人的时候，系统的反应速度明显变慢，一般要到10s才可以打开网页，通过查看服务器上的performance工具，知道系统的CPU利用率非常的高，这个也就解释了系统慢的原因，由于系统中所有的请求都要经过该服务器导致该服务器的CPU占用率过高。通过部署后不需要替换更加高速的CPU，只需要增加两个原来的2.4 G处理器就可以提高系统的反应速度。再次通过Web压力测试发现可以到500人同时在线，过了500人系统的反应速度再次变慢。通过这样不断的增加服务器，就可以满足电厂的管理规模的不断增长。

4.3 提供高质量、高可靠性服务

基于虚拟化的电厂管理系统提供了安全的数据存储方式，能够保证数据的可靠性。用户无需担心软件的升级更新、漏洞修补、病毒的攻击和数据丢失等问题，从而为用户提供可靠的信息服务。基于虚拟化的电厂管理系统能够向用户提供满足要求的服务，能够根据用户的需求对系统作出调整，如用户需要的硬件配置、网络带宽、存储容量等。

4.4 具有高扩展性、可用性和可扩放性

基于虚拟化的电厂管理系统能够无缝地扩展到大规模的集群之上，甚至包含数千个节点同时处理。

基于虚拟化的电厂管理系统可从水平和坚直2个方向进行扩展基于虚拟化的电厂管理系统必须保证向用户提供可靠的服务，保证用户能够随时随地地访问所需要的服务，并且用户的系统规模变化时，云计算系统能够根据用户的需求自由伸缩。

4.5 具有廉价性

基于虚拟化的电厂管理系统将数据送到超级计算机集群中处理，这样无需对计算机的设备不断进行升级和更新，仅需支付低廉的服务费用，就可完成数据的计算和处理，从而大大减少了成本资金。

4.6 具有自治性

基于虚拟化的电厂管理系统是一个自治系统，系统的管理对用户来讲是透明的，不同的管理任务是自动完成的。系统的硬件、软件、存储能够自动进行配置，从而实现对用户按需提供。

5 结 语

建立以网络为基础的通信规划，建立层次分布的、又有拓扑功能结构的电厂管理系统，能够使管理人员宏观的、全局的、实时观测和判断通信的过程。根据电厂系统设备的状态以及提供的资源情况，采取有效的信息传递方式和通信手段。当电厂设备发生故障或者破坏的时候能够建立应急的通道，满足急需的同时又可以使电厂管理部门了解节点的状态信息、掌握通信的网络状况，并能够与电厂调度自动化等管理系统联动。根据各种管理系统的协同运作对现有通信系统进行改造和更新，确定最佳的通信状态，增加设备利用效率。

本文首先介绍了电厂信息管理系统的建设背景，然后介绍了虚拟化技术的详细原理，接着介绍了虚拟化技术构建的电厂信息管理系统的细节，最后介绍了通过实施虚拟化技术对原有的电厂信息管理系统的改善。通过这样的说明可以很好的理解虚拟化技术在现代电厂管理系统的应用，有助于该技术在现代电厂中的应用。

参考文献：

[1] 杨建华，金笛，李烨，等.集群虚拟服务器的仿真建模研究[J].电子技术应 用，2006，（4）.

[2] 马松.面向虚拟服务器的动态迁移框架[J].硅谷，2013，（15）.

[3] 牛海彬.虚拟机和虚拟服务器的管理[J].华南金融电脑，2009，（7）.

[4] 谭生龙.存储虚拟化技术的研究[J].微计算机应用，2010，（1）.

[5] 卢凯，迟万庆，刘勇鹏，等.高效能计算机系统虚拟化技术研究[J].计算机 工程与科学，2010，（7）.

[6] 杨眉，潘晓雷.虚拟化技术助力医院实现服务器整合[J].医疗卫生装备，

2015，（3）.

[7] 巴江波，陈江，淡攀东，等.VMware虚拟软件在医院数据中心建设中的 应用研究[J].中国医疗设备，2015，（2）.

[8] 陈兰，赵子鹏，彭建，等.基于VMware的服务器虚拟技术在医院信息化 建设中的应用[J].中国医疗设备，2014，（6）.

[9] 马锡坤，吴艳君，王鹏.基于云计算的数据中心容灾系统的建设[J].中国 医疗设备，2014，（1）.

[10] 沈碧飞.利用虚拟化技术构建医院数据中心[J].医学信息学杂志，2014，

（1）.

[11] 岳文华，许建荣.浅析电厂负荷管理系统在供电企业中的应用[J].科 协论坛（下半月），2013，（11）.

[12] 马浩.浅析服务器集群的设计、实现与测试[J].信息系统工程，2012，（3）.

[13] 许海成，傅锦伟.服务器集群负载均衡的建模与仿真研究[J].计算机 仿真，2012，（3）.

[14] 崔荣波，许晓兵，陆颖.一种虚拟化的服务器集群模型[J].计算机系统 应用，2011，（3）.

[15] 温少君，陈俊杰，郭涛.一种云平台中优化的虚拟机部署机制[J].计算 机工程，2012，（11）.

[16] 郭涛，温少君，陈俊杰.基于个性化的云平台虚拟机部署机制的研究 [J].太原理工大学学报，2012，（2）.