CN107180393B - 一种用于变电系统监控的集中式平台服务器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于变电系统监控的集中式平台服务器。本申请在变电系统监控中建立了集中式的服务器架构，该服务器对由变电系统监测的采集层生成并通过汇聚传输层传输的多种类型数据，定义了统一化的数据结构进行存储、调用和管理；并且针对变电系统监测各种通信交互、监测功能及网络化应用，定义了面向对象的、统一化的任务管理机制，在统一化的数据结构和任务管理基础上，实现了服务器分区资源的高动态性的分配与调度，保证了资源与任务的最优化配置。

Description

一种用于变电系统监控的集中式平台服务器

技术领域

本发明涉及配电网智能化监控技术，更具体地，涉及一种用于变电系统监控的集中式平台服务器。

背景技术

随着智能化程度的提升，无人值守型的变电系统在配电网当中越来越普及。变电系统监控用于实现对变电系统——特别是无人值守型变电系统——的运行状态、工作环境、安全防卫的实时监控，进行异常上报，并且根据远程指令执行必要的保护措施，是集多种类型的监控技术和网络通信技术于一体的综合平台。鉴于变电系统在电力供应当中的重要地位，变电系统监控要求保障变电系统现场信息采集的全面多样，以及保障采集信息传输、存储、调用的实时性与可靠性。

变电系统监控可以划分为采集层、汇聚传输层、站控层。采集层的各种传感器或监测装置部署于变电系统现场，采集系统运行状态参数、工作环境参数、现场监视视频、门禁感应信号、烟雾感应信号、漏水感应信号以及震动感应信号等。汇聚传输层一般包括数据采集器、数据集中器以及通信网络；数据采集器获得采集层的各个传感器或监测装置所生成的数据，并且一定数量的数据采集器所采集的数据通过本地通信网络或者是近场通信网络而被汇聚于数据集中器，数据集中器再通过远程通信网络将数据上传至站控层。站控层通过所述远程通信网络获得所采集的数据，并且对所采集数据进行存储和应用；站控层具体包括站控层服务器以及站控管理终端。

站控层服务器的基础性作用是承载与汇聚传输层的通信任务，对采集数据执行存储，调取和应用采集数据以便实现对变电系统监测和控制的功能。并且，站控层服务器还可以用于向更上层的监测控制单位(例如省域、城域一级的变电监测控制单位)上报采集数据或者是应用采集数据的分析处理结果。站控层服务器亦可以经由交换机、防火墙等通信设施而接入互联网，并且响应来自互联网的请求而提供对采集数据的调取应用，以便满足变电系统维护工程人员的远程办公、移动监测等需求。

基于以上功能设计，变电系统监控的站控层服务器可以采取分布式架构或者是集中式架构。

站控层采用分布式架构的服务器组时，可以根据各个服务器的功能，划分为数据服务器、应用服务器、通讯服务器、上层接口服务器以及网络服务器。数据服务器用于对汇聚传输层上传的采集数据执行存储，一般是以文件结构+数据库管理的方式来存储。应用服务器调用所存储的采集数据，执行对变电系统的工作状态、环境和安防等方面进行监测和控制的功能应用，例如设备异常报警、环境超限预警、闯入者追踪等。通讯服务器负责站控层与汇聚传输层大量的数据采集器以及数据集中器之间的通信任务，一般以进程的形式对通信过程进行建立、维持、管理和终止。上层接口服务器实现站控层与更高层级监测控制单位之间的数据交互以及指令传递。网络服务器负责站控层与互联网之间的通信过程，例如实现与工程人员手机的远程交互，从而进行移动办公。

站控层采用集中式服务器架构时,则设置一个统一的集中式平台服务器,负责与汇聚传输层及上级单位之间的上下行通信、数据存储和各方面的应用功能和网络交互。集中式平台服务器作为站控层的核心节点，数据集中由其存储和管理，所有的业务功能和任务也都由其集中处理。

变电系统监控的站控层采用分布式架构或集中式架构时，各有其优点和缺点。从系统实现的角度来看，分布式架构可以用若干台中小型服务器加以实现，各台服务器分别作为数据服务器、应用服务器、通讯服务器、上层接口服务器以及网络服务器而负责相应的功能。每台服务器的能力和容量可以相对较低，站控层整体的处理能力通过各台服务器的并行工作来实现；当出现性能不足时，主要是通过并入新的服务器而实现扩展。但是，分布式架构也意味着在站控层需要建设更多的机柜或机房，相应的，占地空间、冗余供电保障、环境温度调节、设备维护方面的成本也会增大，使得变电系统监测的建设投资变大。而且，虽然每台中小型服务器成本比较低，但总合起来实际上的设备成本并不比采用一台集中式服务器便宜很多，而且分布式的各台服务器之间更容易因任务不均衡而出现存储空间、处理能力闲置的情形，例如有可能出现应用服务器、数据服务器已经过载而同时上层接口服务器和网络服务器有资源闲置的情形；而且如果变更某台服务器的功能所需要的软硬件操作较多。

相对来说，集中式平台服务器在机柜、冗余电源、制冷空调等方面只需要一组，建设的成本和难度显著降低，投入运行之后在耗电、维护等方面都更为节约。现在性能优异的大型服务器的综合成本也在下调，虽然单价相比中小型服务器还是要贵，但是拿集中式架构所需的一台大型服务器和分布式架构所需的若干台中小型服务器总合相比较，考虑到后者的安装布线成本，则前者的价格劣势并不明显。

不过在集中式架构下，以一台集中式平台服务器的资源来满足站控层多方面的功能和应用需求，必然涉及到服务器的计算处理能力和数据存储空间在不同功能和应用之间分配。特别是，在变电系统监测这一具体适用领域下，对于变电系统监测相关的各项功能与应用来说，数据结构和任务需求的差异大，资源需求的波动性与不均衡性表现突出，如何实时保持最优化的资源分配模式是站控层的集中式平台服务器需要解决问题。

目前，现有技术中在变电系统监测的站控层所采用的仍然以分布式架构的服务器组为主，很少采用集中式平台服务器。少量采用集中式平台服务器的系统产品也都以采用整体资源超需求配置的方式以避免过载，没有提供更为高效的站控层集中式平台服务器及其资源分配模式。

发明内容

基于现有技术的以上需求及不足，本申请提出一种用于变电系统监控的集中式平台服务器。本申请对由变电系统监测的采集层生成并通过汇聚传输层传输的多种类型数据，定义了统一化的数据结构进行存储、调用和管理；并且针对变电系统监测各种通信交互、监测功能及网络化应用，定义了面向对象的、统一化的任务管理机制，在统一化的数据结构和任务管理基础上，实现了服务器分区资源的高动态性的分配与调度，保证了资源与任务的最优化配置。

本发明所提供的一种用于变电系统监控的集中式平台服务器，其特征在于，包括：硬件层，功能层与应用层；

所述硬件层为本服务器的硬件设施，包括处理器单元、内存条、硬盘等非易失性存储器、通信网口；

所述功能层属于本服务器操作系统的一部分，用于调用和控制硬件层的各种硬件设施，基于硬件层提供的存储空间和计算能力，执行采集数据在数据存储空间内的存取，进行采集数据调用和处理运算从而实现站控层监控的功能和应用，承载上下行通讯及站控层本地通讯开销；

所述应用层包括本服务器的操作系统之上运行的各种功能软件，用于接收针对变电系统监控的指令，响应这些指令而激活功能层执行对数据的存取、调用和处理运算以及上下行通讯，以及通过人机界面反馈结果；

其中，所述功能层的结构具体包括：计算资源分配模块、数据单元生成模块、任务对象定义模块、通讯接口模块；

所述计算资源分配模块用于建立一定数量的单位线程，为每个处于激活状态的单位线程固定分配本服务器的计算资源，所述计算资源包括处理器运算能力与内存缓存空间；以及，用于为每个任务对象调用一定数量的所述单位线程；每个任务对象所调用的单位线程构成一个分区；将每个任务对象所需要处理的数据分配至所调用的各个单位线程的缓存空间进行缓存，并且由单位线程的处理器运算能力执行对数据的计算，分区内各个单位线程并行工作以共同完成所述任务对象；

所述数据单元生成模块用于将从变电系统监控的汇聚传输层发送过来的各种采集数据转换为具有统一化数据结构的数据单元；

所述任务对象定义模块用于从功能层和应用层接收任务建立请求，响应所述任务请求而定义一个或多个任务对象及其属性值，然后将该任务对象发送给计算资源分配模块；

所述通讯接口模块用于控制本服务器上下行通信传输以及与站控层管理终端的本地通信。

优选的是，所述计算资源分配模块还用于开设与维持一定数量的休闲状态的单位线程，在服务器的操作系统中登记这些休闲状态的单位线程；所述休闲状态的单位线程不配备处理器运算能力和缓存空间；当需要增加激活状态的单位线程时，所述计算资源分配模块为休闲状态的单位线程分配处理器运算能力和缓存空间。

优选的是，所述计算资源分配模块包括：单位线程管理子模块、计算资源调度子模块、分区管理子模块、数据和计算分配子模块；

所述单位线程管理子模块用于向本服务器的操作系统登记开设的单位线程，设置单位线程的ID，并且维护各个单位线程的激活和休闲状态；

计算资源调度子模块用于检测本服务器的处理器运算能力和缓存空间的占用情况，获得可用的计算资源总量；计算资源调度子模块还用于所述单位线程管理子模块获得激活状态的单位线程列表，并且根据列表中的单位线程数量以及所述可用的计算资源总量，决定为每个单位线程分配的处理器运算能力和缓存空间的数量值；计算资源调度子模块还用于控制服务器硬件层中的处理器和内存按照该数量值划分可用的处理器运算能力和缓存空间，并且建立单位线程到实际的处理器运算能力和缓存空间的映射，通过映射表存储单位线程ID与所分配的运算处理能力和缓存空间的物理标识(如处理器计算单元标识、内存地址区间)之间的映射；

分区管理子模块用于从所述任务对象定义模块接收任务对象，根据任务对象的属性值，决定为该任务对象分配的单位线程数量；根据该数量选取激活状态的单位线程组成分区，在分区管理表单中登记分区对应的任务对象和分区包含的单位线程ID；

数据和计算分配子模块用于参照所述分区管理表单，将每个任务对象所需要处理的数据分配至分区的各个单位线程的缓存空间进行缓存，并且由单位线程的处理器运算能力执行对数据的计算。

优选的是，所述数据单元生成模块生成的每个数据单元具有具有一致的数据封装格式、数据大小以及数据属性描述方式。

优选的是，所述数据单元生成模块向任务对象定义模块发起原始数据处理的任务建立请求；任务对象定义模块根据该任务建立请求以及携带的参数，定义一个或多个原始数据处理的任务对象及其属性值，然后将原始数据处理的任务对象发送给计算资源分配模块，从而为原始数据处理的任务对象组成分区并安排相应的单位线程。

优选的是，所述数据单元生成模块包括：原始数据接口、数据分块子模块、数据封装子模块、数据描述子模块以及存储接口子模块；

原始数据接口用于获得由汇聚传输层采集并上传至本服务器的原始数据；将这些原始数据传输至数据分块子模块；并且，原始数据接口还根据所接收的原始数据量设置数据量参数，并且生成携带数据量参数的任务建立请求并发送至任务对象定义模块；

所述数据分块子模块用于针对各类型的原始数据执行数据分块处理，将原始数据进行组合或拆分，形成数据量大小基本相同的原始数据块；

数据封装子模块从数据分块子模块获得原始数据块，再从数据描述子模块获得针对每个原始数据块的数据属性描述值，封装原始数据块及其描述值，从而形成了所述数据单元；

数据描述子模块用于为每个原始数据块生成数据属性描述值。

优选的是，所述数据描述子模块为每个原始数据块生成数据属性描述值包括：数据类型、数据块大小、数据块序号。

优选的是，任务对象定义模块为任务对象定义的任务对象属性值包括：目标数据单元标识、目标数据单元数量以及任务响应类型。

优选的是，任务对象定义模块包括：任务请求分析子模块、任务属性定义子模块以及任务对象管理子模块；

所述任务请求分析子模块接收从应用层或功能层传来的任务建立请求及其携带的参数，并针对该请求分析确定作为其针对的目标的数据单元；任务请求分析子模块还用于决定对该任务的任务响应类型；

任务属性定义子模块基于任务请求分析子模块的分析，确定目标数据单元标识、目标数据单元数量以及任务响应类型各自的取值；

任务对象管理子模块用于建立任务对象，确定任务对象的ID，为该任务对象的各个属性值进行赋值，然后将该任务对象传递给计算资源分配模块的所述分区管理子模块。

本发明还提供了一种具有集中式服务器架构的变电系统监控系统，其特征在于，包括：采集层、汇聚传输层、站控层；

所述采集层包括部署于变电系统现场的监控节点；

所述汇聚传输层包括数据采集器、数据集中器以及通信网络；数据采集器用于获得采集层各个监控节点所生成的数据；数据采集器所采集的数据通过本地通信网络或者是近场通信网络而被汇聚于数据集中器；数据集中器通过远程通信网络将数据上传至站控层；

所述站控层包括：集中式平台服务器，以及站控管理终端和远程管理终端；其中，所述集中式平台服务器采用单一服务器主机实现；

所述集中式平台服务器包括：硬件层，功能层与应用层；

所述硬件层为本服务器的硬件设施，包括处理器单元、内存条、硬盘等非易失性存储器、通信网口；

所述功能层属于集中式平台服务器操作系统的一部分，用于调用和控制硬件层的各种硬件设施，基于硬件层提供的存储空间和计算能力，执行采集数据在数据存储空间内的存取，进行采集数据调用和处理运算从而实现站控层监控的功能和应用，承载上下行通讯及站控层本地通讯开销；

所述应用层包括集中式平台服务器的操作系统之上运行的各种功能软件，用于接收针对变电系统监控的指令，响应这些指令而激活功能层执行对数据的存取、调用和处理运算以及上下行通讯，以及通过人机界面反馈结果。

本发明为无人值守型变电系统的智能化监控提供了一种集中式的服务器架构，并且设计了适应该架构的集中式平台服务器。本发明对于由变电系统监测的采集层生成并通过汇聚传输层传输的多种类型数据，以及为了实现变电系统监控而需要的各种功能和应用，由单一的集中式服务器主机来负责执行相关的数据存取、分析计算和通信传输。本发明适应变电系统监控环境下数据、任务呈现多样化和时变性强的具体情况，定义了统一化的数据结构，采用了面向对象的、统一化的任务管理机制，在统一化的数据结构和任务管理基础上，实现了服务器分区资源的高动态性的分配与调度，保证了资源与任务的最优化配置。同时，本发明还具有配套机柜和设备数量少、建设的成本和难度降低，运行维护节约的优点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是应用本发明的变电系统监测总体架构示意图；

图2是本发明所述集中式平台服务器的总体层级结构示意图；

图3是本发明所述集中式平台服务器功能层结构示意图；

图4是功能层计算资源分配模块的具体结构示意图；

图5是功能层数据单元生成模块的具体结构示意图；

图6是统一化数据单元的组成部分示意图；

图7是功能层任务对象定义模块的具体结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例及实施例附图对本发明作进一步详细的说明。

图1是应用于变电系统监控的平台架构示意图，即本发明所述集中式平台服务器的应用环境。变电系统监控自下而上可以划分为采集层、汇聚传输层、站控层。

采集层的各种传感器或监测装置以监控节点N的形式，部署于变电系统现场。电力监测装置(如录波器)等类型的监控节点N分别采集变电系统中各类一次和二次设施的运行状态参数；环境传感器类型的监控节点N采集变电系统现场的温度、湿度等工作环境参数；视频摄像头类型的监控节点N录制现场监视视频；异常警报类的监控节点N包括红外门禁、烟雾报警器、水位监测器、震动传感器等，感应产生门禁感应信号、烟雾感应信号、漏水感应信号以及震动感应信号等。

汇聚传输层一般包括数据采集器C、数据集中器T以及通信网络；数据采集器C获得其所负责的一个变电系统站点或一定小区域的变电系统中位于采集层的各个监控节点N所生成的数据，并且一定数量的数据采集器C所采集的数据通过本地通信网络或者是近场通信网络而被汇聚于一个数据集中器T，数据集中器T再通过远程通信网络将数据上传至站控层。

站控层通过所述远程通信网络W2获得其所负责的整个区域中各个数据集中器T所采集的数据，并且对所采集数据进行存储和应用。站控层具体包括站控层服务器—即本申请提出的集中式平台服务器S，以及站控管理终端M和远程管理终端R。该集中式平台服务器S对汇聚传输层所采集并上传的数据执行存储，并且根据变电系统监控功能(例如工作和环境状态的分析预测、异常报警、闯入者检测等)的需要，或者响应站控管理终端M或者是来自互联网的远程管理终端R的请求，调取所存储的数据执行相关的处理计算，以便实现对变电系统监测和控制的功能。采集数据或者分析处理结果被该集中式平台服务器S传输给站控管理终端M或者远程管理终端R进行显示，并与操作这些终端的变电系统维护工程人员实现人机交互。并且，站控层的集中式平台服务器S还可以用于向更上层的监测控制单位(例如省域、城域一级的变电监测控制单位)上报采集数据或者是应用采集数据的分析处理结果。站控层集中式平台服务器S经由交换机、防火墙等通信设施而接入互联网，从而连接所述远程管理终端R，以便满足变电系统维护工程人员的远程办公、移动监测等需求。集中式平台服务器S也承担上下行通信的开销，包括面向汇聚传输层的下行数据收发、面向本层的站控管理终端M或者远程管理终端R的本地和远程通信，以及面向更上层的监测控制单位服务器的上行传输。

作为一种集中式的服务器架构，所述集中式平台服务器S在物理上采用单一的服务器主机实现。采用单台服务器主机，该集中式平台服务器S具有唯一的一套硬件平台和一套操作系统(OS)。站控层所有的功能和应用均作为任务在该单一服务器的软硬件平台上承载和执行。单一服务器使得在机柜、冗余电源、制冷空调等方面只需要一组，建设的成本和难度显著降低，投入运行之后在耗电、维护等方面都更为节约。

下面介绍该集中式平台服务器S的具体架构。如图2所示，变电系统监控的集中式平台服务器包括：硬件层、功能层与应用层。硬件层是该服务器平台的全部硬件设施，包括处理器单元、高速内存条、硬盘等非易失性存储器、通信网口等。功能层是服务器操作系统的一部分，该层用于调用和控制硬件层的各种设施。并且，基于硬件层提供的存储空间和计算能力，功能层实现的操作包括：执行数据在数据存储空间内的存取，为达到站控层各种监控功能以及满足应用需求而进行的数据调用和处理运算，上下行通讯及站控层本地开销的承载。关于功能层的具体结构将在下文中结合图3详加阐述。为了实现上述操作，功能层需要执行对数据结构的统一化转换，对服务器资源的统一化管理，以及对任务的响应、执行及相关资源的分配调度。应用层包括集中式平台服务器S的操作系统之上运行的各种功能软件，通过这些功能软件来实现站控层变电系统监控的功能与应用，包括接收管理人员对变电系统监控的指令，响应这些指令而激活功能层执行对数据的存取、调用和处理运算以及上下行通讯等操作，以及通过人机界面反馈结果。应用层的功能软件包括但不限于：变电系统工作状态监测、变电系统工作环境监测、系统状态预测、视频监控识别和闯入者报警、异常状况报警。

如图3所示，变电监控系统站控层的集中式平台服务器在功能层的结构包括：计算资源分配模块101、数据单元生成模块102、任务对象定义模块103、通讯接口模块104。

集中式平台服务器自身的资源主要包括处理器运算能力、内存的缓存空间、非易失性存储器的数据存储空间。其中，运算能力与缓存空间相结合，决定了对变电系统监测的汇聚传输层发送过来的数据的分析处理能力，用于执行变电系统监测当中的状态分析与预测、异常发现、告警响应等功能，以及承担上行下行的通信任务开销，满足网络应用的服务需求。将处理器运算能力与缓存空间共同视之为计算资源，由所述计算资源分配模块101实现分配与管理。

在集中式的架构下，由于各个类型功能和应用都交由该集中式平台服务器予以承担，服务器所执行的各种功能和应用对运算处理能力和缓存空间的需求是多样化的。例如，服务器对汇聚传输层发来的各类报警值需要高速响应，因而需要无延迟地分配处理器运算能力及所需缓存空间，但是此类任务所占用的运算能力和缓存空间的资源量并不需要很大，因为服务器一般只是将报警值转发给站控管理终端或者是远程的用户端，并不需要过多的计算和通信开销。相反，对于现场监视的视频画面数据进行闯入者检测等分析所需要的运算能力和缓存空间资源量就很大，同时，其实时性要求一般低于前述的报警功能，但是如果发现了闯入者，则实时性要求就会显著提高，这时候需要加大视频画面分析的并行性，也就是会出现资源需求的突变。对于变电系统的系统运行状态参数数据、工作环境参数数据的分析预测功能，在数据正常状态和数据异常状态下，其实时性的要求也会发生突变，但数据正常状态和异常状态的变化过程中，由于对状态数据的分析都是以串行方式来执行，因而资源需求的变化量则不明显。同时，集中式平台服务器一些非常驻任务也会产生新的资源占用，例如在异常状态下与站控层其它管理设备新建通信任务，服务器的资源开销会增大，需要进行变电系统运行状态的汇总、分析、预测时也需要为其分配资源，当这些非常驻任务结束后相关资源即需要回收和再分配。

传统的服务器为每个活跃的功能或任务建立一个线程，并且为每个线程分配处理器运算能力和内存缓存空间；每个线程占用的资源量是动态的；当线程所需的运算量增大或者缓存空间增加时，则服务器系统从当前空闲的处理器运算能力和可用内存空间中拿出一部分来，追加给该线程；相反，当线程活跃度下降，系统就回收该线程的一部分处理器运算能力和保留的内存空间。但是，如果将上述方式应用于变电系统监测的集中式平台服务器，由于该服务器承担功能和任务的多样性以及资源需求不稳定的状况，线程的管理非常复杂，资源需要经历反复分配与回收，而且难以保障所必需的实时性响应。

为此，在处理器运算能力、缓存空间资源的管理与分配机制方面，本发明的计算资源分配模块101建立一定数量的单位线程，为每个处于激活状态的单位线程固定分配对应的处理器运算能力和缓存空间，所分配的处理器运算能力和内存空间专属于该单位线程，不会被回收或被其它单位线程调用。计算资源分配模块101还维持一定数量的休闲状态的单位线程，这些单位线程不配备处理器运算能力和缓存空间；计算资源分配模块101在服务器的操作系统中登记这些休闲状态的单位线程，这样，当需要增加激活状态的单位线程时，只需要为休闲状态的单位线程分配处理器运算能力和缓存空间即可，这也就简化了新开线程的过程。

当集中式平台服务器执行变电系统监测的功能和应用所产生的任务时，计算资源分配模块101为每个任务调用一定数量的所述单位线程；每个任务所调用的单位线程构成一个分区；将每个任务所需要处理的数据分配至所调用的各个单位线程的缓存空间进行缓存，并且由单位线程的处理器运算能力执行对数据的计算，分区内各个单位线程并行工作以共同完成所述任务。

具体来看，如图4所示，该计算资源分配模块101包括：单位线程管理子模块1011、计算资源调度子模块1012、分区管理子模块1013、数据和计算分配子模块1014。单位线程管理子模块1011用于向服务器的操作系统登记开设的单位线程，设置单位线程的ID，并且维护各个单位线程的激活和休闲状态；根据服务器可用的计算资源总量情况，该单位线程管理子模块1011可以登记开设更多的单位线程，并将登记开设的单位线程设置为激活状态；当服务器可用的计算资源总量不足时，该单位线程管理子模块1011可以将一部分激活状态的单位线程调整为休闲状态单位线程，以减少对计算资源的占用。计算资源调度子模块1012用于检测服务器硬件架构中处理器和缓存空间的占用情况，获得可用的计算资源总量；计算资源调度子模块1012从所述单位线程管理子模块1011获得激活状态的单位线程列表，并且根据列表中的单位线程数量以及所述可用的计算资源总量，决定为每个单位线程分配的处理器运算能力和缓存空间的数量值；计算资源调度子模块1012控制服务器的硬件架构中的处理器和内存按照该数量值划分可用的处理器运算能力和缓存空间，并且建立单位线程到实际的处理器运算能力和缓存空间的映射，通过映射表存储单位线程ID与所分配的运算处理能力和缓存空间的物理标识(如处理器计算单元标识、内存地址区间)之间的映射。分区管理子模块1013从下文介绍的任务对象定义模块103接收任务对象，根据任务对象的属性值，决定为该任务对象分配的单位线程数量；根据该数量选取激活状态的单位线程组成分区，在分区管理表单中登记分区对应的任务对象和分区包含的单位线程ID；数据和计算分配子模块1014参照所述分区管理表单，将每个任务对象所需要处理的数据分配至分区的各个单位线程的缓存空间进行缓存，并且由单位线程的处理器运算能力执行对数据的计算。

数据存储空间主要实现由汇聚传输层发送过来的各种数据的存储，例如电压、电流、波动等系统运行状态参数数据、温湿度等工作环境参数数据、现场监视的数字化视频画面数据、门禁感应、烟雾感应、漏水感应以及震动感应产生的报警值等。

数据单元生成模块102负责将从汇聚传输层发送过来的各种数据转换为统一化的数据结构，即数据单元，并且将数据单元分配至数据存储空间进行存储。数据单元的统一化数据结构体现为：具有一致的数据封装格式、数据大小以及数据属性描述方式。统一化数据结构的优势在于：降低了数据分析处理的复杂性；对各个数据单元分析处理的计算量趋同，因而根据数据单元数量易于估计资源需求量；统一化的数据单元作为计算对象，能够与基于单位线程实现的统一化资源管理形成适配。

数据单元生成模块102对数据的转换处理也需要占用服务器的计算资源，故而，数据单元生成模块102可以根据需要处理的实时数据量或预估数据量，向任务对象定义模块103发起任务建立请求，该任务建立请求当中包含描述所述实时数据量或预估数据量的参数。任务对象定义模块103将如下文所介绍的，根据该任务建立请求以及携带的参数，定义一个或多个原始数据处理的任务对象及其属性值，然后将该任务对象发送给计算资源分配模块101的分区管理子模块1013，由该子模块为原始数据处理任务组成分区并安排相应的单位线程。

如图5所示，数据单元生成模块102包括：原始数据接口1021、数据分块子模块1022、数据封装子模块1023、数据描述子模块1024以及存储接口子模块1025。原始数据接口1021用于从通讯接口模块104的通信线程当中获得由汇聚传输层采集并上传至本服务器的原始数据；所述原始数据包括但不限于：电压、电流、波动等系统运行状态参数数据、温湿度等工作环境参数数据、现场监视的数字化视频画面数据、门禁感应、烟雾感应、漏水感应以及震动感应产生的报警值等。原始数据接口1021将这些原始数据传输至数据分块子模块1022。并且，原始数据接口1021根据所接收的原始数据量设置实时数据量参数，或者根据原始数据量在一定时段内的变化率(增长率、降低率)设置预估数据量参数，并且生成携带以上参数的任务建立请求并发送至任务对象定义模块103。数据分块子模块1022用于针对各类型的原始数据执行数据分块处理，将原始数据进行组合或拆分，形成数据量大小基本相同的原始数据块。其中，对于所采集的系统运行状态参数数据和工作环境参数数据，因每次上报的原始数据数据量一般达不到单个原始数据块的数据量，因此数据分块子模块1022对这些类型的原始数据执行数据组合操作。相反，对于上报的数字化视频画面数据，单帧数据量即可能超出单个原始数据块的容量，故所述数据分块子模块1022可将每一帧的数字化视频画面数据拆分为若干个子区域块并分别作为原始数据块。所生成的原始数据块被数据分块子模块1022发送至数据封装子模块1023实现封装。对于报警值类的原始数据，由于其属于突发性数据且对响应实时性的要求高，故而，数据分块子模块1022对其采用直接转发至数据封装子模块1023的方式，不再进行组合成块的作业。数据封装子模块1023从数据分块子模块1022获得原始数据块，再从数据描述子模块1024获得针对每个原始数据块的描述值，将采用统一的块结构封装各个类型的原始数据块及其数据属性描述值，从而形成了所述统一化的数据单元。如图6所示，数据单元包括单元头以及单元载荷，单元头记载了单元ID、数据属性描述值；单元载荷包括本单元封装的原始数据块。数据描述子模块1024为每个原始数据块所生成的数据属性描述值包括数据类型(如采用状态采样、视频数据、报警值等类型名或类型符来表征)、数据块大小、数据块序号(如果将具有共同关联性的一组原始数据—例如一帧视频画面—分为了若干个原始数据块，则描述数据块序号以标识这些原始数据块的共同组合顺序)。对于报警值类的原始数据，数据描述子模块1024同样生成描述值描述数据类型，并且由数据封装子模块1023将该描述值与报警值共同封装为数据单元；即报警值的数据单元也采用了相同的数据封装结构，仅数据单元大小上存在差异。存储接口子模块1025从数据封装子模块1023获得数据单元，并将数据单元存储到可用的数据存储空间。

本发明将为了实现变电系统站控层监控功能和应用而调用服务器的计算资源执行数据处理运算的过程定义为任务。任务请求可来自于功能层内部，即上文介绍的由数据单元生成模块102产生原始数据处理的任务建立请求。更多的任务请求来自于应用层，应用层的各个功能软件为了达到自身目标而需要进行数据的存取、调用和处理运算，即提出相应的任务建立请求。任务对象定义模块103从功能层和应用层接收任务建立请求以及任务建立请求所携带的参数，响应任务建立请求而定义一个或多个任务对象及其属性值，然后将该任务对象发送给计算资源分配模块101的分区管理子模块1013，由该子模块根据任务对象的属性值而组成分区并决定为该任务对象分配的单位线程数量。

任务对象定义模块103根据任务建立请求及其携带的参数，所定义的任务对象属性值主要描述以下两方面的因素：一是作为任务目标的数据单元的数量；二是任务执行的时间性要求。因此，任务对象属性值包括：目标数据单元标识、目标数据单元数量以及任务响应类型。

例如，对于应用层的变电系统工作状态或环境监测功能软件发来的状态反馈任务请求，以及该请求携带的参数，例如反馈状态类型(电压、电流、波动、电能质量、温度、湿度等中的一个或多个)、反馈状态时间或设备范围等，任务对象定义模块103根据这些参数，确定该状态反馈需要哪些目标数据单元，确定其标识，进而统计目标数据单元的数量，并且基于该请求本身是常规性应用的属性，定义任务响应类型为常规；进而，将该状态反馈任务请求定义为一个任务对象及其属性值。任务对象定义模块103将该任务对象传输给分区管理子模块1013。分区管理子模块1013获得反映目标数据单元数量的任务对象属性值，如前文所述，由于本发明的数据单元封装为统一化的大小和结构，因此针对每个数据单元处理需要的计算资源量趋同，分区管理子模块1013根据目标数据单元的数量，就能够准确判定该任务执行的计算量，结合任务响应类型为常规，则可以有效、快速和准确决定为该任务对象分配的单位线程数量。相类似地，任务对象定义模块103获得视频监控识别和闯入者报警功能软件的任务请求及其参数，定义该请求的任务对象及其属性值，包括所涉及到的视频数据的目标数据单元标识、目标数据单元数量以及任务响应类型。任务对象定义模块103将该任务对象传输给分区管理子模块1013。分区管理子模块1013获得反映目标数据单元数量的任务对象属性值，尽管视频数据的类型与状态监测参数存在较大不同，但由于均是以统一化的数据单元来表征，因此分区管理子模块1013可以用相同的方式与标准，判定该任务执行的计算量，结合任务响应类型为常规，则可以决定为该视频监控相关的任务对象分配的单位线程数量。当发现闯入者之后，该任务对象中的任务响应类型属性值由常规调整为紧迫，因而分区管理子模块1013可适应这一变化，重新确定为该视频监控相关的任务对象分配的单位线程数量。

任务对象定义模块103的具体结构如图7所示，包括：任务请求分析子模块1031、任务属性定义子模块1032以及任务对象管理子模块1033。其中，所述任务请求分析子模块1031接收从应用层或功能层传来的任务建立请求及其携带的参数，并针对该请求分析确定作为其针对的目标的数据单元，例如，根据视频监控识别和闯入者报警功能软件要求执行视频监控识别的时间起点和终点，明确作为识别目标的视频帧组所形成的目标数据单元；任务请求分析子模块1031还根据发来任务建立请求的功能软件自身的属性或者任务参数中对响应时间的规定，决定对该任务的任务响应类型是常规还是紧迫。任务属性定义子模块1032基于任务请求分析子模块1031的分析，确定目标数据单元标识、目标数据单元数量以及任务响应类型各自的取值，用于为任务对象的任务对象属性值。任务对象管理子模块1033建立任务对象，确定任务对象的ID，为该任务对象的各个属性值进行赋值，然后将该任务对象传递给所述分区管理子模块1013。

功能层的通讯接口模块104用于控制集中式平台服务器上下行通信传输以及站控层管理终端的本地通信。通讯接口模块104根据通信开销，同样定义各个通信进程的任务建立请求及其参数，例如数据吞吐量，并传输给任务对象定义模块103，定义为通信任务对象及其属性值，进而由分区管理子模块1013针对通信任务对象实现分区组成和单位线程的分配。

可见，本发明为无人值守型变电系统的智能化监控提供了一种集中式的服务器架构，并且设计了适应该架构的集中式平台服务器。本发明对于由变电系统监测的采集层生成并通过汇聚传输层传输的多种类型数据，以及为了实现变电系统监控而需要的各种功能和应用，由单一的集中式服务器主机来负责执行相关的数据存取、分析计算和通信传输。本发明适应变电系统监控环境下数据、任务呈现多样化和时变性强的具体情况，定义了统一化的数据结构，采用了面向对象的、统一化的任务管理机制，在统一化的数据结构和任务管理基础上，实现了服务器分区资源的高动态性的分配与调度，保证了资源与任务的最优化配置。同时，本发明还具有配套机柜和设备数量少、建设的成本和难度降低，运行维护节约的优点。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本发明还可以应用在其它设备中；以上描述中的尺寸和数量均仅为参考性的，本领域技术人员可根据实际需要选择适当的应用尺寸，而不脱离本发明的范围。本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于变电系统监控的集中式平台服务器，其特征在于，包括：硬件层，功能层与应用层；

所述硬件层为本服务器的硬件设施，包括处理器单元、内存条、硬盘、通信网口；

所述功能层属于本服务器操作系统的一部分，用于调用和控制硬件层的各种硬件设施，基于硬件层提供的存储空间和计算能力，执行采集数据在数据存储空间内的存取，进行采集数据调用和处理运算从而实现站控层监控的功能和应用，承载上下行通讯及站控层本地通讯开销；

所述应用层包括本服务器的操作系统之上运行的各种功能软件，用于接收针对变电系统监控的指令，响应这些指令而激活功能层执行对数据的存取、调用和处理运算以及上下行通讯，以及通过人机界面反馈结果；

其中，所述功能层的结构具体包括：计算资源分配模块、数据单元生成模块、任务对象定义模块、通讯接口模块；

所述计算资源分配模块用于建立一定数量的单位线程，为每个处于激活状态的单位线程固定分配本服务器的计算资源，所述计算资源包括处理器运算能力与内存缓存空间；以及，用于为每个任务对象调用一定数量的所述单位线程；每个任务对象所调用的单位线程构成一个分区；将每个任务对象所需要处理的数据分配至所调用的各个单位线程的缓存空间进行缓存，并且由单位线程的处理器运算能力执行对数据的计算，分区内各个单位线程并行工作以共同完成所述任务对象；

所述数据单元生成模块用于将从变电系统监控的汇聚传输层发送过来的各种采集数据转换为具有统一化数据结构的数据单元；

所述任务对象定义模块用于从功能层和应用层接收任务建立请求，响应所述任务请求而定义一个或多个任务对象及其属性值，然后将该任务对象发送给计算资源分配模块；

所述通讯接口模块用于控制本服务器上下行通信传输以及与站控层管理终端的本地通信。

2.根据权利要求1所述的用于变电系统监控的集中式平台服务器，其特征在于，所述计算资源分配模块还用于开设与维持一定数量的休闲状态的单位线程，在服务器的操作系统中登记这些休闲状态的单位线程；所述休闲状态的单位线程不配备处理器运算能力和缓存空间；当需要增加激活状态的单位线程时，所述计算资源分配模块为休闲状态的单位线程分配处理器运算能力和缓存空间。

3.根据权利要求1所述的用于变电系统监控的集中式平台服务器，其特征在于，所述计算资源分配模块包括：单位线程管理子模块、计算资源调度子模块、分区管理子模块、数据和计算分配子模块；

所述单位线程管理子模块用于向本服务器的操作系统登记开设的单位线程，设置单位线程的ID，并且维护各个单位线程的激活和休闲状态；

计算资源调度子模块用于检测本服务器的处理器运算能力和缓存空间的占用情况，获得可用的计算资源总量；计算资源调度子模块还用于所述单位线程管理子模块获得激活状态的单位线程列表，并且根据列表中的单位线程数量以及所述可用的计算资源总量，决定为每个单位线程分配的处理器运算能力和缓存空间的数量值；计算资源调度子模块还用于控制服务器硬件层中的处理器和内存按照该数量值划分可用的处理器运算能力和缓存空间，并且建立单位线程到实际的处理器运算能力和缓存空间的映射，通过映射表存储单位线程ID与所分配的运算处理能力和缓存空间的物理标识之间的映射；

分区管理子模块用于从所述任务对象定义模块接收任务对象，根据任务对象的属性值，决定为该任务对象分配的单位线程数量；根据该数量选取激活状态的单位线程组成分区，在分区管理表单中登记分区对应的任务对象和分区包含的单位线程ID；

数据和计算分配子模块用于参照所述分区管理表单，将每个任务对象所需要处理的数据分配至分区的各个单位线程的缓存空间进行缓存，并且由单位线程的处理器运算能力执行对数据的计算。

4.根据权利要求1所述的用于变电系统监控的集中式平台服务器，其特征在于，所述数据单元生成模块生成的每个数据单元具有具有一致的数据封装格式、数据大小以及数据属性描述方式。

5.根据权利要求1所述的用于变电系统监控的集中式平台服务器，其特征在于，所述数据单元生成模块向任务对象定义模块发起原始数据处理的任务建立请求；任务对象定义模块根据该任务建立请求以及携带的参数，定义一个或多个原始数据处理的任务对象及其属性值，然后将原始数据处理的任务对象发送给计算资源分配模块，从而为原始数据处理的任务对象组成分区并安排相应的单位线程。

6.根据权利要求1所述的用于变电系统监控的集中式平台服务器，其特征在于，所述数据单元生成模块包括：原始数据接口、数据分块子模块、数据封装子模块、数据描述子模块以及存储接口子模块；

原始数据接口用于获得由汇聚传输层采集并上传至本服务器的原始数据；将这些原始数据传输至数据分块子模块；并且，原始数据接口还根据所接收的原始数据量设置数据量参数，并且生成携带数据量参数的任务建立请求并发送至任务对象定义模块；

所述数据分块子模块用于针对各类型的原始数据执行数据分块处理，将原始数据进行组合或拆分，形成数据量大小相同的原始数据块；

数据封装子模块从数据分块子模块获得原始数据块，再从数据描述子模块获得针对每个原始数据块的数据属性描述值，封装原始数据块及其描述值，从而形成了所述数据单元；

数据描述子模块用于为每个原始数据块生成数据属性描述值。

7.根据权利要求6所述的用于变电系统监控的集中式平台服务器，其特征在于，所述数据描述子模块为每个原始数据块生成数据属性描述值包括：数据类型、数据块大小、数据块序号。

8.根据权利要求1所述的用于变电系统监控的集中式平台服务器，其特征在于，任务对象定义模块为任务对象定义的任务对象属性值包括：目标数据单元标识、目标数据单元数量以及任务响应类型。

9.根据权利要求1所述的用于变电系统监控的集中式平台服务器，其特征在于，任务对象定义模块包括：任务请求分析子模块、任务属性定义子模块以及任务对象管理子模块；

所述任务请求分析子模块接收从应用层或功能层传来的任务建立请求及其携带的参数，并针对该请求分析确定作为其针对的目标的数据单元；任务请求分析子模块还用于决定对该任务的任务响应类型；

任务属性定义子模块基于任务请求分析子模块的分析，确定目标数据单元标识、目标数据单元数量以及任务响应类型各自的取值；

任务对象管理子模块用于建立任务对象，确定任务对象的ID，为该任务对象的各个属性值进行赋值，然后将该任务对象传递给计算资源分配模块的所述分区管理子模块。

10.一种具有集中式服务器架构的变电系统监控系统，其特征在于，包括：采集层、汇聚传输层、站控层；

所述采集层包括部署于变电系统现场的监控节点；

所述汇聚传输层包括数据采集器、数据集中器以及通信网络；数据采集器用于获得采集层各个监控节点所生成的数据；数据采集器所采集的数据通过本地通信网络或者是近场通信网络而被汇聚于数据集中器；数据集中器通过远程通信网络将数据上传至站控层；

所述站控层包括：集中式平台服务器，以及站控管理终端和远程管理终端；其中，所述集中式平台服务器采用单一服务器主机实现；

所述集中式平台服务器包括：硬件层，功能层与应用层；

所述硬件层为本服务器的硬件设施，包括处理器单元、内存条、硬盘、通信网口；

所述功能层属于集中式平台服务器操作系统的一部分，用于调用和控制硬件层的各种硬件设施，基于硬件层提供的存储空间和计算能力，执行采集数据在数据存储空间内的存取，进行采集数据调用和处理运算从而实现站控层监控的功能和应用，承载上下行通讯及站控层本地通讯开销；

所述应用层包括集中式平台服务器的操作系统之上运行的各种功能软件，用于接收针对变电系统监控的指令，响应这些指令而激活功能层执行对数据的存取、调用和处理运算以及上下行通讯，以及通过人机界面反馈结果；

其中，所述功能层的结构具体包括：计算资源分配模块、数据单元生成模块、任务对象定义模块、通讯接口模块；

所述计算资源分配模块用于建立一定数量的单位线程，为每个处于激活状态的单位线程固定分配本服务器的计算资源，所述计算资源包括处理器运算能力与内存缓存空间；以及，用于为每个任务对象调用一定数量的所述单位线程；每个任务对象所调用的单位线程构成一个分区；将每个任务对象所需要处理的数据分配至所调用的各个单位线程的缓存空间进行缓存，并且由单位线程的处理器运算能力执行对数据的计算，分区内各个单位线程并行工作以共同完成所述任务对象；

所述数据单元生成模块用于将从变电系统监控的汇聚传输层发送过来的各种采集数据转换为具有统一化数据结构的数据单元；

所述任务对象定义模块用于从功能层和应用层接收任务建立请求，响应所述任务请求而定义一个或多个任务对象及其属性值，然后将该任务对象发送给计算资源分配模块；

所述通讯接口模块用于控制本服务器上下行通信传输以及与站控层管理终端的本地通信。

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