水调自动化系统高性能数据处理软件设计

２］ 。 能通信管理和最佳的服务性能 ［
图形 、 高级应用 提 供 数 据 基 础 。 水 调 自 动 化 系 统 的 业务应用通过大量 历 史 数 据 引 用 ， 减少了实时数据 的引用 ， 降低了对数 据 库 系 统 和 网 络 系 统 资 源 的 消 耗， 从而提升了系统的稳定性与可靠性 。 数据处理软件在水调自动化系统中有着严格的 时序要求 。 正常情况下 ， 水情测报数据 （ 水位 、 雨量 ） 在 ２ｍ 数据处理软件进行实时数据 、 ｉ ｎ 内进入系统 ， 历史特征数据整编计算 ， 待数据处理完成后 ， 系统执 行相应的水务计算和高级应用计算 。 在大型电网水 调自动化系统或梯 级 流 域 水 调 自 动 化 系 统 中 ， 由于 数据量巨大 ， 数据处 理 软 件 需 要 在 短 时 间 内 完 成 整 编特征值的计算 。 因 此 ， 提升水调自动化系统数据 处理速度是软件设计必须考虑的问题 。 数据处理软件作为水调自动化系统的一个部 分， 必须正确无误地 实 现 水 调 系 统 特 征 数 据 整 编 功 能的计算 ， 在规定时间内高效可靠地完成业务计算 ， 并具备智能化处理能力 ， 合理使用系统计算资源 ， 协 调各软件模块提供分布式远程调用数据处理服务 。
４］ ， 软件架构 ［ 不但要满足自动计算业务需求 ， 而 且需 满足其他软件模块的远程调用 。
水调 系 统数 据 处 理软 件 可 提 供 远 程调 用 服 务， 包括同步调用模式与异步调用模式 。 同步调用模式 在软件设计中实现 简 单 ， 编写代码时可透明化远程 调用过程 ； 异步调用 模 式 在 系 统 中 需 使 用 消 息 中 间 件， 软 件 设 计 模 式 中 采 用 订 阅／发 布 模 式 ， 模块与模 块之间是松耦合模式 ， 可提升系统的集成性 。
１ 设计思路
高可用性应用 １ ． １ 高性能 、 数据 处 理 软 件 的 高 性 能 、 高可用性应用是在用 系统能够不中 户业务量增长或用 户 增 多 的 情 况 下 ， 断业务并提高运行效率 ， 因而要求具备伸缩性 、 高可 、 、 。 用性 负载均衡能力 失效转移能力和透明性 水调系统数据处理软件可采用负载均衡技术，
谢 凯 ，赵转社 ，胡少英 ，陶珏辉 ，吴家祺
（ ） 国网电力科学研究院／南京南瑞集团公司 ，江苏省南京市 ２ １ ０ ０ ０ ３
摘要 ：大型水调自动化系统的数据日益增多 ， 导致数据处理软件计算性能下降 。 针对此问题 ， 文中 从水调自动化系统历史数据应用出发 ， 分析了数据处理软件的目标与功能 ， 综合考虑了水调自动化 系统高性能 、 高可用性与面向服务的应用 ， 提出了水调自动化系统高性能数据处理软件的设计思路 与方法 ， 多层次 、 多方面地提升了数据处理软件的计算性能 。 关键词 ：水库调度 ；自动化系统 ；数据处理软件 ；负载均衡 ；多线程
线程同时运行时 ， 这样的执行模式成为并发执行模 式 。 使用多线程技术可最大限度利用 Ｃ Ｐ Ｕ 资源 。 １ ． ２ 面向服务的分布式应用 水调 系 统数 据 处 理软 件 应 具 备 业 务服 务 功 能， 为系统统一提供数 据 整 编 计 算 功 能 ， 保持系统数据 整编计算的一致性 ， 防止因多个软件模块的不同算 法而造成数据差异 。 数据处理软件基于面向服务的
（ ） ２ ０ １ ２， ３ ６ １
整编成小时 、 日、 旬、 月的特征数据 （ 整点值 、 平均值 、 。 数据处理软件功能如图 １ 所示 。 最大值 、 最小值 ）
应用层与服务层之 间 性 能 的 提 高 ， 可依据当前服务 层服务器多核多线 程 的 特 性 ， 并发计算任务和响应 远程调用 。 水调自动化系统数据处理软件在服务层高性能 ５］ 的应用可结合服务器端负载均衡算法 ［ 实现 。 针对 水调系统的应用 ， 目前优选的２种提高服务性能的 负载均衡算法如下 。 ） 轮叫调度算法 。 以轮叫的方式依次请求调度 １ 不同的服务 器 ， 即 每 次 调 度 执 行ｉ＝ （ ｉ＋１）ｍ ｏ ｄ ｎ （ ， 并 选 择 第ｉ 台 服 ｉ 为请求次数 ， ｎ 为 服 务 器 数 量） 务器 ， 其优点是简洁 ， 是一种无状态调度 。 ） 加权轮叫调度算法 。 按权值的高低和轮叫方 ２ 式分配请求到各服 务 器 ， 权值高的服务器比权值低 的服务器处理更多 的 连 接 ， 可以解决服务器之间性 。 能不一的问题 水调系统数据处理软件在应用层可依据计算任 合理使用多线程技术及线程池技术 ， 务功能的不同 ， 有效使用机器的系 统 资 源 ， 快速大量地计算数据以 提升数据处理性能 。 在软件设计时合理使用多线程 软件设计模式 ， 将计 算 任 务 队 列 提 交 给 并 发 的 线 程 处理 。 比较成熟的线 程 设 计 模 式 有 “ 每个消息一个 ［ ６］ ” （ ） ， 线程 ｔ 对应到数据处 ｈ ｒ ｅ ａ ｄ ｅ ｓ ｓ ａ ｅ 模式 ｅ ｒ －ｐ －ｍ ｇ 理软件中即每个计算任务对应一个线程 。 利用线程 池技术 ， 创建和销毁线程的开销几乎可忽略不计 ， 加 快了执行的响应时间 。
０ 引言
１］ 水调自动化系统 ［ 中历史数据的生成主要是由 数据处理软件依据固定算法形成 ， 为水调系统报表 、
将单个重负载的运算分解到多台应用服务器上进行 并行处理 。 负载均衡技术能够均衡所有服务器与应 用之间的通信负载 ， 根据实时响应时间进行判断 ， 将 以实现真正的智 任务交由负载最轻 的 服 务 器 处 理 ，
第３ ６ 卷 第 １ 期 ２ ０ １ ２年２月２ ０日
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ６ Ｎ ｏ ． １ Ｆ ｅ ｂ ． ２ ０， ２ ０ １ ２
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水调自动化系统高性能数据处理软件设计
水调 系 统 数 据 处 理 软 件 对 数 据 进 行 计 算 时 ， 可 依据当前计算机多 核 多 线 程 的 特 性 ， 将需要计算的 分配给多个线程进行计算 。 调度任务形成计算队列 ， 在多处理器计算机 上 ， 操作系统可同时执行多个线
３］ 。 同时 ， 程， 将极大提高计算机性能 ［ 软件设计中可 线程以乱序执行代码流程 ， 当多个 使用线程数据处理软件主要由实时数据处理与 历史数据处理两大部分组成 。 实时数据处理部分实 时接收到遥测水情数据后自动计算对应的实时计算 数据 ； 历史数据处理部分从实时数据中提取的数据 ， — ２ ３ —
；修回日期 ： 。 收稿日期 ： ２ ０ １ １ １ １ １ ９ ２ ０ １ １ １ ２ ２ ３ － － － －