基于云計(jì)算的電力調(diào)度軟交換系統(tǒng)研究及其實(shí)現(xiàn)

陳永衛(wèi)1，張中華2，吉曉佳2

《電力系統(tǒng)通信》第33卷 第241期

(1. 湖南省電力公司調(diào)度通信局，湖南 長沙 410007 ；2. 深圳市震有科技有限公司，廣東 深圳 518057 )

摘要：軟交換技術(shù)是電力調(diào)度交換網(wǎng)的發(fā)展方向和趨勢，文章提出了一種可行的將調(diào)度軟交換交換和云計(jì)算技術(shù)相結(jié)合的方法，并重點(diǎn)介紹了云調(diào)度平臺的架構(gòu)設(shè)計(jì)和功能組件。文章最后探討了基于云計(jì)算的電力調(diào)度軟交換系統(tǒng)的應(yīng)用場景和實(shí)現(xiàn)方式，為電力公司調(diào)度軟交換系統(tǒng)的建設(shè)提供思路和建議。

0 引言

隨著下一代通信技術(shù)的高速發(fā)展，以及電信運(yùn)營商N(yùn)GN網(wǎng)絡(luò)的多年可靠運(yùn)行，基于軟交換的調(diào)度通信技術(shù)已逐漸成熟。與此同時，電力通信傳輸網(wǎng)的大規(guī)模建設(shè)和完善也解決了調(diào)度軟交換傳輸帶寬的瓶頸問題，為調(diào)度軟交換的發(fā)展提供了必要條件。因此，建設(shè)以NGN技術(shù)為基礎(chǔ)的調(diào)度軟交換系統(tǒng)，已成為電力通信調(diào)度必然的發(fā)展方向和趨勢。

　　調(diào)度軟交換系統(tǒng)具有寬帶化、多媒體、應(yīng)用擴(kuò)展性、業(yè)務(wù)融合性等特性，可以實(shí)現(xiàn)與視頻監(jiān)控/會議、SCADA、電子操作票、電力態(tài)勢標(biāo)繪系統(tǒng)等其他相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行互通和綜合調(diào)用，打造可視調(diào)度、應(yīng)急調(diào)度和協(xié)同調(diào)度等符合未來智能電網(wǎng)調(diào)度通信需求的新業(yè)務(wù)。但是隨著業(yè)務(wù)的不斷增多和技術(shù)的不斷發(fā)展，以及電網(wǎng) “三集五大”的戰(zhàn)略推進(jìn)，調(diào)度軟交換系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)和信息也將呈現(xiàn)爆炸性的增長，這無疑為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和業(yè)務(wù)應(yīng)用帶來巨大挑戰(zhàn)。

　　云計(jì)算具有分布式的計(jì)算和存儲特性，易于擴(kuò)展和管理，因此在調(diào)度軟交換系統(tǒng)中引入云計(jì)算技術(shù)，構(gòu)建云調(diào)度系統(tǒng)，對調(diào)度軟交換系統(tǒng)和其他調(diào)度通信業(yè)務(wù)相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源和處理資源進(jìn)行整合，從而大幅提高調(diào)度軟交換系統(tǒng)的綜合處理能力和實(shí)時控制能力，具有重要的研究價值和意義。

1 云計(jì)算在調(diào)度軟交換中的實(shí)現(xiàn)方式

　　云計(jì)算最基本的特征是在網(wǎng)絡(luò)上將資源當(dāng)作服務(wù)來提供，包括應(yīng)用程序、計(jì)算能力、存儲能力、網(wǎng)絡(luò)、編程工具，甚至通信服務(wù)和協(xié)作工作等。云計(jì)算是一種能夠?qū)�動態(tài)伸縮的虛擬化資源通過IP網(wǎng)絡(luò)以服務(wù)的方式提供給用戶的計(jì)算模式，云計(jì)算的資源是動態(tài)擴(kuò)展且虛擬化的，終端用戶不需要了解云中基礎(chǔ)設(shè)施的細(xì)節(jié)，不必具有專業(yè)的云技術(shù)知識，也無需直接進(jìn)行控制，只關(guān)注自身真正需要什么樣的資源以及如何通過網(wǎng)絡(luò)來獲得相應(yīng)的服務(wù)。

　　調(diào)度軟交換遵循NGN業(yè)務(wù)與控制分離、承載與接入分離的分層分塊的體系結(jié)構(gòu)，因此可以在業(yè)務(wù)應(yīng)用層快速提供新的擴(kuò)展業(yè)務(wù)，為了實(shí)現(xiàn)對業(yè)務(wù)的集中管理以及調(diào)度通信業(yè)務(wù)與其他諸如視頻、會議、監(jiān)控、監(jiān)測系統(tǒng)的融合互通，可通過以調(diào)度業(yè)務(wù)為核心，應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)，構(gòu)建基于云計(jì)算的電力綜合信息調(diào)度軟交換平臺（以下簡稱云調(diào)度平臺），實(shí)現(xiàn)對語音業(yè)務(wù)，視頻監(jiān)控、視頻會議等視頻業(yè)務(wù)，以及短信、郵件、遙感遙測數(shù)據(jù)、預(yù)案、電子工作票等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的整合，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)的聯(lián)動，如音視頻聯(lián)動調(diào)度、語音/視頻/定位信息的聯(lián)動調(diào)度等。云調(diào)度平臺可以幫助調(diào)度員實(shí)現(xiàn)對各類業(yè)務(wù)子系統(tǒng)資源的統(tǒng)一調(diào)用與管理，有效地實(shí)現(xiàn)各類業(yè)務(wù)子系統(tǒng)間的聯(lián)動和數(shù)據(jù)共享。

　　云調(diào)度平臺位于整個軟交換調(diào)度體系的業(yè)務(wù)應(yīng)用層，其通過OCP協(xié)議（Operator Communication Protocol）與調(diào)度軟交換設(shè)備通訊，進(jìn)行協(xié)議解析與構(gòu)建以及負(fù)責(zé)處理具體的調(diào)度業(yè)務(wù)邏輯，同時通過南向業(yè)務(wù)接口與錄音錄像、網(wǎng)管、視頻會議等其他業(yè)務(wù)層的系統(tǒng)對接。云調(diào)度平臺的客戶端（調(diào)度臺）是調(diào)度業(yè)務(wù)的呈現(xiàn)界面，為調(diào)度員提供調(diào)度操作界面。云調(diào)度平臺同時支持基于C/S和B/S的組網(wǎng)架構(gòu)，每個云調(diào)度平臺服務(wù)器可以下掛多個調(diào)度終端，并支持對調(diào)度終端進(jìn)行分級操作，實(shí)現(xiàn)多級大規(guī)模調(diào)度組網(wǎng)。另外多臺云調(diào)度平臺服務(wù)器之間可以通過數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)服務(wù)總線，基于動態(tài)負(fù)載均衡策略和統(tǒng)一資源調(diào)配機(jī)制，將分布在不同物理地點(diǎn)的調(diào)度軟交換機(jī)和相關(guān)電力調(diào)度通信基礎(chǔ)設(shè)施用結(jié)構(gòu)化的方式整合在一起，構(gòu)成一個高可靠、高性能的云調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對電力調(diào)度通信業(yè)務(wù)的快速、高效的分析處理。應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)的調(diào)度軟交換系統(tǒng)組網(wǎng)邏輯拓?fù)淙鐖D1所示：

圖1 云計(jì)算在調(diào)度軟交換中的應(yīng)用

Fig.1 Application of Cloud computing in Dispatching Soft-switch

2 基于云計(jì)算的調(diào)度軟交換架構(gòu)設(shè)計(jì)

　　一般來講，云計(jì)算的主要思路是對基礎(chǔ)資源虛擬化以形成的資源池，進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度和管理，并為用戶提供包括從下到上的3個層次的服務(wù)：基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）、平臺即服務(wù)（PaaS）和軟件即服務(wù)（SaaS），每一層服務(wù)既可以對上一層次提供服務(wù)，也可以為用戶提供信息服務(wù)。云調(diào)度平臺在通IP網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上提供各種業(yè)務(wù)資源的統(tǒng)一管理和動態(tài)分配而實(shí)現(xiàn)云計(jì)算，并利用 SOA 架構(gòu)為用戶提供安全、可靠、便捷的各種應(yīng)用和服務(wù)，用戶可以在任何時間、地點(diǎn)，用任何可以連接到網(wǎng)絡(luò)的終端設(shè)備來訪問這些服務(wù)。
云調(diào)度平臺的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)可分為三個邏輯層面，系統(tǒng)拓?fù)淙鐖D2所示：

圖2 云調(diào)度平臺架構(gòu)設(shè)計(jì)

Fig.2 Architecture Design of cloud dispatching

　　1) 基礎(chǔ)資源層

　　基礎(chǔ)資源層位于架構(gòu)的最底層，包括物理資源和虛擬資源，是云計(jì)算服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施。其作用是為上層提供云計(jì)算資源，包括計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等硬件資源以及調(diào)度軟交換、視頻監(jiān)控、定位、監(jiān)控檢測等業(yè)務(wù)子系統(tǒng)，為被調(diào)度用戶和調(diào)度指揮人員員提供IaaS服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對硬件資源和各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)快速的訪問和管理。

2) 平臺業(yè)務(wù)層

　　平臺業(yè)務(wù)層位于基礎(chǔ)資源層之上，實(shí)現(xiàn)基于基礎(chǔ)資源層提供的業(yè)務(wù)資源，提供一個高可用的、可伸縮的、易于管理的云平臺服務(wù)器中間件，本層為整個云調(diào)度系統(tǒng)的核心，平臺業(yè)務(wù)層包含以下重要組件：

系統(tǒng)服務(wù)總線：基于云計(jì)算的特性以及電力系統(tǒng)大規(guī)�？鐓^(qū)域組網(wǎng)的需求，云調(diào)度系統(tǒng)是一個大規(guī)模分布式的組網(wǎng)架構(gòu)，需要支持靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)�，可以根�?jù)系統(tǒng)需求將多個云調(diào)度平臺服務(wù)器靈活地組建為樹型、網(wǎng)狀、星型等結(jié)構(gòu)，并可以動態(tài)地調(diào)整，實(shí)現(xiàn)多級調(diào)度應(yīng)用。系統(tǒng)服務(wù)總線通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)和控制信息的整合，加入了高效的消息排序、同步、狀態(tài)遷移和容錯機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對分布在各處的云調(diào)度平臺服務(wù)器的有機(jī)整合，實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間超低時延的可靠的消息傳輸和底層業(yè)務(wù)資源功能共享，構(gòu)建統(tǒng)一的云調(diào)度系統(tǒng)。

負(fù)載均衡服務(wù)器：基于云計(jì)算的調(diào)度軟交換系統(tǒng)是一個包含有為數(shù)眾多且承擔(dān)不同角色和任務(wù)的大型網(wǎng)絡(luò)，為此，加入動態(tài)負(fù)載均衡及資源調(diào)配機(jī)制可以很好的解決大規(guī)模系統(tǒng)的有效管理問題。在系統(tǒng)中部署負(fù)載均衡服務(wù)器實(shí)時地偵測全網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，收集重要節(jié)點(diǎn)和區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的壓力負(fù)荷信息，基于這些信息，系統(tǒng)可以動態(tài)地調(diào)整和均衡全網(wǎng)范圍內(nèi)不同區(qū)域資源的壓力負(fù)荷。特別在某些節(jié)點(diǎn)失效,或是網(wǎng)絡(luò)小面積故障的情況下，失效部分的角色功能可以由臨近節(jié)點(diǎn)暫時承擔(dān)。在故障網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)之后, 按照系統(tǒng)設(shè)定的策略重新接管自己的處理功能。

業(yè)務(wù)子系統(tǒng)邏輯模塊：業(yè)務(wù)子系統(tǒng)邏輯模塊通過主動或被動的接口，將各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)接入平臺，并將各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)功能進(jìn)行虛擬化，封裝成抽象的業(yè)務(wù)功能單元，實(shí)現(xiàn)整個云調(diào)度平臺的資源池的構(gòu)建與部署，最終將業(yè)務(wù)功能提供給全平臺用戶使用。業(yè)務(wù)子系統(tǒng)邏輯模塊可以實(shí)現(xiàn)對資源池進(jìn)行管理，包括資源的申請、分配、檢測、調(diào)度、回收等。同時，業(yè)務(wù)子系統(tǒng)邏輯模塊提供平臺與子系統(tǒng)交互數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)及管理，提供各業(yè)務(wù)模塊數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)及存儲，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一協(xié)作能力。

通信層/接口模塊：接口服務(wù)器作為平臺的通信層，負(fù)責(zé)綜合云調(diào)度平臺與調(diào)度軟交換等各類子系統(tǒng)的通信，維護(hù)平臺與第三方系統(tǒng)的接口單元及平臺提供給子系統(tǒng)的開放接口，以及開放接口調(diào)試用的沙盒環(huán)境。
數(shù)據(jù)庫：提供用戶、設(shè)備等數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)及存儲；提供各業(yè)務(wù)模塊數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)及存儲；提供平臺與子系統(tǒng)交互數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)及管理。

公共服務(wù)模塊：為業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供靈活的部署、運(yùn)行與管理環(huán)境，公共模塊主要包括維護(hù)管理、數(shù)據(jù)配置、日志查看、安全策略等功能。

3) 界面呈現(xiàn)層

　　界面呈現(xiàn)層的作用是為終端用戶消費(fèi)云調(diào)度服務(wù)提供統(tǒng)一規(guī)范的接口，終端用戶（調(diào)度臺）通過專用入口通道進(jìn)入云調(diào)度平臺服務(wù)器，訂制和消費(fèi)其所需的服務(wù)，調(diào)度員可以在統(tǒng)一界面中調(diào)用各類資源，實(shí)現(xiàn)指揮調(diào)度、語音通信、視頻監(jiān)控、GPS定位、軌跡追蹤、告警聯(lián)動等功能。云調(diào)度平臺的界面呈現(xiàn)部分同時支持B/S和C/S架構(gòu)，調(diào)度界面可以運(yùn)作在專業(yè)的多媒體觸摸屏調(diào)度臺，也可以定制在MID等智能移動終端上，統(tǒng)一門戶為平臺的使用者提供統(tǒng)一的操作環(huán)境，系統(tǒng)根據(jù)用戶的權(quán)限分配不同資源以實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)功能。

在通訊系統(tǒng)保障的前提下，對電力調(diào)度指令等重要調(diào)度操作進(jìn)行錄音錄像，完整的記錄下調(diào)度臺及調(diào)度通訊電話的通話記錄，可以為日后的事故分析及日常管理提供原始數(shù)據(jù)，是調(diào)度系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)。然而錄音錄像系統(tǒng)在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生大量的實(shí)時數(shù)據(jù)，并且在長期的應(yīng)用過程中積累下海量的數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致一系列存儲和管理問題。云調(diào)度系統(tǒng)基于云調(diào)度平臺和高速分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，有效的整合網(wǎng)絡(luò)上獨(dú)立的存儲節(jié)點(diǎn)，在不增加新設(shè)備，不改變硬件物理位置的情況下，實(shí)現(xiàn)了錄音文件的云端存儲，解決了海量信息的存儲和管理問題，充分保障了全網(wǎng)錄音錄像存儲空間的有效利用和錄音文件的安全，為電力調(diào)度通信部門查找事故責(zé)任、監(jiān)督工作質(zhì)量提供重要手段和依據(jù)。

3.2 負(fù)載均衡和多機(jī)冗余

　　調(diào)度軟交換設(shè)備的核心部件一般都采用了1+1冗余熱備的方式，能有效的保證設(shè)備的可靠性，但是在不可抗性因素前，調(diào)度軟交換設(shè)備或者云調(diào)度平臺的故障會造成整個本地調(diào)度通信系統(tǒng)的癱瘓。在采用云技術(shù)的電力調(diào)度軟交換組網(wǎng)中，調(diào)度軟交換設(shè)備和云調(diào)度平臺同時與負(fù)載均衡服務(wù)器直接通信，負(fù)載均衡服務(wù)器監(jiān)控到某個或幾個節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)失效，從全網(wǎng)中按照地域優(yōu)先尋找工作負(fù)荷較低的其他節(jié)點(diǎn)，把失效節(jié)點(diǎn)的工作內(nèi)容轉(zhuǎn)移過來，當(dāng)故障恢復(fù)的時候，計(jì)算能力重新遷移回來。同時，云調(diào)度平臺服務(wù)器之間通過系統(tǒng)服務(wù)總線進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)同步，保證業(yè)務(wù)遷移時，調(diào)度用戶和調(diào)度指揮人員原有的數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)、使用習(xí)慣的一致性，提高系統(tǒng)的高穩(wěn)定性和實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對故障的透明處理。

3.3 多業(yè)務(wù)子系統(tǒng)聯(lián)動

　　虛擬化技術(shù)是云計(jì)算基礎(chǔ)框架的基石，云調(diào)度平臺基于虛擬化技術(shù)將物理資源進(jìn)行抽象封裝以供上層業(yè)務(wù)調(diào)用，因此云調(diào)度平臺不僅僅可以實(shí)現(xiàn)多個廠家的調(diào)度軟交換設(shè)備接入，還支持跨業(yè)務(wù)系統(tǒng)的資源調(diào)用，并通過平臺內(nèi)的業(yè)務(wù)子系統(tǒng)功能邏輯模塊實(shí)現(xiàn)各個業(yè)務(wù)子系統(tǒng)資源的聯(lián)動，提供集成的消息和統(tǒng)一協(xié)作能力。比如在云調(diào)度平臺中融合視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)在調(diào)度臺上查看視頻監(jiān)控畫面和控制攝像機(jī)云臺，還可以通過對監(jiān)控攝像機(jī)和調(diào)度電話在數(shù)據(jù)庫中的映射，使得當(dāng)調(diào)度臺和調(diào)度電話進(jìn)行通訊時，會自動在調(diào)度臺上彈出該調(diào)度電話周圍的視頻監(jiān)控畫面，實(shí)現(xiàn)視頻聯(lián)動。另外還可以通過云調(diào)度平臺和預(yù)案數(shù)據(jù)庫以及SCADA系統(tǒng)的聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)實(shí)時遙感遙測數(shù)據(jù)查詢，以及突發(fā)情況時的自動告警和緊急聯(lián)動調(diào)度。

3.4 并行計(jì)算/集成計(jì)算引擎

　　云調(diào)度平臺支持大規(guī)模多系統(tǒng)接入組網(wǎng)，通過并行計(jì)算模式和集成計(jì)算引擎，可以實(shí)現(xiàn)全調(diào)度軟交換系統(tǒng)內(nèi)的狀態(tài)資源共享和大規(guī)模數(shù)據(jù)的實(shí)時處理。當(dāng)發(fā)生緊急情況時，調(diào)度一線的常備調(diào)度人員無法確保所有的緊急呼叫均能被及時處理，此時可以通過權(quán)限許可，將一線的調(diào)度業(yè)務(wù)進(jìn)行并行顯示、并行處理，由其他節(jié)點(diǎn)的調(diào)度臺進(jìn)行協(xié)同調(diào)度，體現(xiàn)云調(diào)度系統(tǒng)全網(wǎng)資源共享的優(yōu)勢，為有效控制災(zāi)難提供支援。

　　另外當(dāng)調(diào)度軟交換系統(tǒng)進(jìn)行全網(wǎng)會議/群呼等這種大業(yè)務(wù)量應(yīng)用操作時，系統(tǒng)內(nèi)的大量數(shù)據(jù)和計(jì)算，從最底層的調(diào)度軟交換設(shè)備及云調(diào)度平臺向調(diào)度指揮中心進(jìn)行逐級處理和提交，把傳統(tǒng)方式難以完成的計(jì)算轉(zhuǎn)換成可解決的小規(guī)模計(jì)算問題，同時對大量數(shù)據(jù)的分布處理，也可以有效降低傳輸網(wǎng)絡(luò)的帶寬壓力，避免執(zhí)行大業(yè)務(wù)量應(yīng)用時的網(wǎng)絡(luò)擁塞。云計(jì)算技術(shù)賦予調(diào)度軟交換系統(tǒng)的這種強(qiáng)大的計(jì)算處理模式，可以為調(diào)度員提供更快的、更有效的調(diào)度管理操作。

3.5 便攜式調(diào)度臺

　　云調(diào)度系統(tǒng)由云調(diào)度平臺提供統(tǒng)一界面呈現(xiàn)入口的云端特性，使得調(diào)度臺客戶端不僅僅可以使用專業(yè)的觸摸屏調(diào)度臺，還可以定制在PC機(jī)、便攜電腦、平板電腦、智能手機(jī)等終端上，實(shí)現(xiàn)調(diào)度臺備份、突發(fā)情況時領(lǐng)導(dǎo)的遠(yuǎn)程指揮以及以及現(xiàn)場快速部署調(diào)度系統(tǒng)等應(yīng)用。

4 結(jié)語

　　云計(jì)算以共享云中各節(jié)點(diǎn)的計(jì)算資源和存儲資源為根本目的，以給終端用戶提供所需的業(yè)務(wù)能力為主要職能。通過在調(diào)度軟交換系統(tǒng)中引入云計(jì)算技術(shù)，可以極大的提高調(diào)度軟交換系統(tǒng)的業(yè)務(wù)處理能力、資源優(yōu)化能力、應(yīng)用調(diào)控能力，為電力調(diào)度軟交換系統(tǒng)的建設(shè)提供了一個可行的發(fā)展思路，為進(jìn)一步全面建設(shè)智能電網(wǎng)提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

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