多站融合智慧能源站数据搬移共享系统设计

温纪营，陈 雪，刘 成，曲 锐，王焕忠

（1.广东电网有限公司佛山供电局电网规划中心，广东佛山 440605；2.广东南海电力设计院工程有限公司系统咨询部，广东佛山 440605）

多站融合智慧能源站就是诸多智慧应用中的一环。基于能源站的数据的多样性与重要性、数据系统之间的搬移与共享效果，直接决定着能源站的安全。加之近年来各种新能源的开发利用，能源站之间的数据联系更加紧密，数据搬移处理量成本增加，无线网络通信技术的引入，在提供数据交互便利的同时，也对数据搬移共享条件提出了更高的要求[1-2]。在此环境条件下，传统数据搬移系统已无法适应海量数据的高速搬移，且兼顾搬移数据的共享资源处理任务。数据搬移共享效率大幅度降低。为了适应上述复杂的应用环境，有必要提出一种能够适应多站融合智慧能源站数据搬移共享系统，从而在根源上解决上述问题。

1 系统框架设计

多站融合智慧能源站数据搬移共享系统框架功能实现原理如图1 所示。

图1 多站融合智慧能源站数据搬移共享系统框架功能实现原理

系统功能实现包含硬件功能设计与软件功能设计，详细设计如下：

1）多元化能源数据采集处理硬件。其主要针对多站融合的智慧能源站数据特点，采用多路数据同步并发结构，利用并发信号传感器、远程信号增益设备以及多任务高浮点计算处理芯片构建数据采集处理端[3-4]。通过多路并发传感器将搬移数据高速载入，快速远程转出，在最短的时间下，完成本地数据转载，为下一步软件层的远程数据搬移对拷任务处理提供数据资源与计算支持。

2）数据搬移共享处理软件。其主要用来应对硬件本地转载数据与远程对拷搬移数据传输过程中的协议处理以及远端服务器对拷过程的资源同步共享协议下放任务。通过利用SQL 数据库搭建本地数据段与远程对拷服务器之间的联系，利用交叉搬移算法对搬移数据传输建构进行量化，同时配合引入的共享调整算子，实现数据高速搬移下的资源同步共享效果[5-6]。

2 系统硬件设计

2.1 多元化能源数据采集硬件设计

多元化能源数据采集硬件包括功能性器件如下：AD455 多路并发数据采集端子6 个、PQ48H21 数据信号并发传感器一枚、无线信号增益电路、TC1446IS8微功处理主控MCU、FM332B电源微控IC。器件排列结构设计采用高阵列集成排列结构。具体硬件结构如图2 所示。

图2 多元化能源数据采集硬件结构

多元化能源数据采集硬件设计功能实现流程概述如下：

首先通过6 个AD455 多路并发数据采集端子与多站融合智慧能源数据本地存储设备进行接口对接，并搭建数据转载信道；然后通过PQ48H21 数据信号并发传感器对数据信号进行感应式接收，同时调整信号电路的电流大小，以此控制数据转载速度，转载数据经过无线信号增益电路进行输出信号的放大处理；最后将处理后的信号数据经过TC1446IS8微功处理主控MCU的数据写入阵列排列处理、类型数据节点划分等一系列数据搬移处理后，导入下一处理单元。其中FM332B 电源微控IC 负责上述数据搬移采集过程的微电路控制。

2.2 多元化能源数据处理硬件设计

多元化能源数据处理硬件设计主要针对数据信号的多路并发电路，在电路设计中，包含数据流L1处理电路，数据流L2 整合处理电路与数据流L3 调整电路3 部分。数据流L1 处理电路与数据采集器件相连接，用于数据采集信号的多路信号分组；分组数据流信号由数据流L2 整合处理电路进行信号节点转载信号流程的调整，统一信号频段、周期等参量后，由数据流L3 调整电路数据包封装，然后按照协议编码逻辑输出，完成电路全局数据流处理计算过程。

3 系统软件设计

3.1 数据搬移远程对拷服务协议程序设计

文中对设计系统的硬件进行功能软件的适配设计。首先针对数据搬移共享系统的数据搬移任务进行相关功能的软件设计。考虑到数据搬移过程中，数据整体结构形态会按照一定数据结构进行分解，通过节点信号的形式传输至远端服务器，在服务器端需要获得认证授权，才能获得数据在新存储设备上的写入权限，完成数据搬移。因此，与远程服务器之间的协议授权控制效果，决定着搬移数据能够成功以及搬移数据的传输速率[7-8]。

针对此问题，系统设计了数据搬移远程对拷服务协议程序，通过搬移算子算法(MBO 算法)完成数据搬移过程与远程对拷服务器协议处理问题[9-10]。设计程序功能具体实现步骤如下：

首先，令数据搬移总量为IQ，数据扇区1 与2空间内的存储扇面分别为IQ1=ceil(q×IQ) 与IQ2=IQ-IQ1，其中，q代表存储扇面搬移数据的效率比，ZMP 搬移算法定义阈值关系为q=8/15；ceil(c)代表晋级到大于或等于c的最佳非零系数。扇区1的子存储扇面定义为subpopulation 1。扇区2的子存储扇面定义为subpopulation 2。由此可得到搬移算子需要处理的数据量为：

其中，代表cn在y+1时间点下的第l维；代表ct1在y时间点下的第l维；代表ct2在y时间点下的第l维；当前数据对拷扇区的读写次数由y表示。扇区t1与t2分别从subpopulation 1 与subpopulation 2中动态选择。t=rand×peri，其中peri代表数据搬移周期，在ZMP 算法中定义peri=1.6，rand为[1,3]的不定值动态量[11-12]。

调整算子，其目的是更新subpopulation2 中扇区的位置。

考虑到上述计算过程中扇区存储扇面数据转载读取与远程服务器对拷数据搬移写入协议的频发切换，其对应的变量计算过程会增加程序缓存负担。因此程序设计中，直接利用数据维度参量替代数据读写权限参量，仅对数据的最终状态进行协议处理，提升数据搬移处理不同扇区的处理效率。更新后的程序执行计算式为：

其中，数据状态维度因子v=rand，w=rand×F。

对远端对拷服务器协议对应扇区维度因子进行数据扇面搬移,选择阈值的取舍定义，定义阈值仅保留协议节点握手指数为1的变量值[13-14]。

3.2 搬移数据同步资源共享协议程序设计

在完成数据搬移程序设计的基础上，进行搬移数据同步资源共享协议程序设计。程序设计计算流程需要调用上述计算公式及其对应的数据变量信息。具体程序功能实现原理如下：

调用式（3）对应的数据信息，并对数据信息中的有关数据资源权限信息进行提取，获得扇区数据资源搬移后对应扇区写入与读取的信息授权式[15-16]。其计算公式如下：

其中，代表搬移数据在新存储器中读写权限的最大值cbest在y时间点下的第l维信息；rand为[1,3]的权限变量。

4 设计系统性能对比实验

对设计的多站融合智慧能源站数据搬移共享系统数据搬移效果与搬移数据共享效果进行对比实验。主旨在于通过两个性能数据对比，证明多站融合智慧能源站数据搬移共享系统具有提升数据搬移共享处理效率的效果。

4.1 设计系统与传统系统的数据搬移性能实验

设计系统与传统系统的数据搬移性能实验的步骤如下：

1）在设定好的实验设备中应用基于SQL 数据库的数据搬移系统性能测试程序。

2）在测试程序中创建新测试项目，并在多站融合智慧能源站搬移数据中抽选10 TB 数据作为样本导入。

3）在测试程序中创建两个相同测试环境，并分别接入设计系统与传统系统。

4）在测试环境中，开始设计系统与传统系统对导入样本的数据搬移处理；并对每TB 数据完成时间进行记录。

5）根据记录数据，如表1 所示，得出实验结论。

表1 设计系统与传统数据搬移系统对比测试结果

由表1 数据中反映的10 组数据搬移用时可以发现，设计系统在每TB 数据搬移处理上所用的时间，均比传统数据搬移系统每TB 数据处理时间缩短近一半以上，在传输数据总量不变的前提下，也就是说设计系统的单位数据搬移传输速率高于传统数据搬移系统。因此，设计系统具有提升搬移数据效率的效果。

4.2 设计系统与传统系统的搬移数据共享性能实验

在上述测试不变的前提下，同步完成设计系统与传统系统的搬移数据共享性能实验。实验步骤1～3 同上，不做过多累述。步骤4 在测试环境中，开始设计系统与传统系统对搬移后的数据共享性能测试；步骤5 对数据共享程度验证中本地共享权限与远程访客权限的验证结果进行记录；步骤6 根据验证结果，得出实验结论，如表2 所示。

由表2 数据可以看出，设计系统在数据共享方面，不论远程资源共享访问权限，还是本地数据共享访问权限，开放程度均高于传统数据搬移系统。因此，在该实验中，设计系统通过了实验设定项目，满足设计要求。

表2 设计系统与传统系统的搬移数据共享性能实验结果

综上所述，文中提出的多站融合智慧能源站数据搬移共享系统，在数据搬移处理方面，具有数据搬移传输速率高、用时短、整体效率高的特点，达到了设计系统的预期效果。

5 结束语

针对能源站的智慧化、融合化的发展趋势与实际数据搬移应用中的需求，以及传统数据搬移系统存在的问题，提出了多站融合智慧能源站数据搬移共享系统设计。通过采用软硬件统一设计的思路，利用多路并发器件与相关适配算法，完成了对提出系统的功能设计；通过数据对比证明了提出系统在数据搬移效率与共享资源控制上的优越性。提出的系统设计具有较高的推广性与应用性，丰富了当下多站融合智慧能源站数据搬移共享的解决方案。