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分布式系统设计原则范文1
高可用HA（HighAvailability）是分布式系统架构设计中必须考虑的因素之一，它通常是指，通过设计减少系统不能提供服务的时间。
单点是系统高可用的大敌，单点往往是系统高可用最大的风险和敌人，应该尽量在系统设计的过程中避免单点。方法论上，高可用保证的原则是“集群化”，或者叫“冗余”：只有一个单点，挂了服务会受影响；如果有冗余备份，挂了还有其他backup能够顶上。
（来源：文章屋网 ）
分布式系统设计原则范文2
1 引言
多核处理器的出现大大提升了系统并行处理能力，使越来越多不同类型的应用可以同时在多核平台上进行高效的并行计算。现有成熟的操作系统经过长期的发展，对目前普通多核处理器大多能够提供较好的支持。但同时，多核处理器的核数迅速增长、结构日益复杂，也为未来多核操作系统的设计与优化带来了巨大的挑战。如何适应未来多核处理器的迅速发展，设计高可用、高并行、高可扩展的多核操作系统，是目前业界共同的奋斗目标。
2 现状与挑战
传统多核操作系统采用宏内核[（macro kernel，或称为大内核（monolithic kernel）]架构，其中以linux与windows操作系统为主要代表。宏内核相当于一个巨大的并发协同的进程组，主要使用单一数据结构，内核本身提供大多数系统服务。在多核处理器核数有限、结构并不复杂的情况下，传统宏内核操作系统基本能够充分利用多核处理器的并行处理能力，对外体现为一个紧耦合、高效的单一操作系统。
随着技术的进步，多核处理器在硬件性能和结构上达到了长足的发展。多核处理器的核心数持续增加，目前已有集成超过100个核心的芯片。同时，多核处理器的结构也越来越多样化，出现了异构多核与类numa多核。
多核处理器的核心迅速增长、结构日益多样化，为传统多核操作系统的设计带来了巨大的挑战。尽管操作系统已经针对类smp、类numa处理器结构对部分内核数据结构进行分布化，但它们本身与特定的同步模式以及数据布局紧密相关，其可扩展性受限于锁竞争、数据局部性以及对共享内存的依赖等。传统多核操作系统难以适应多核处理器的发展趋势，具体表现在两个方面。
首先，传统多核操作系统难以适应多核处理器核数的飞速增长。传统操作系统往往通过锁来保护共享数据，随着cpu核数的增加，进入内核的线程也会随之增加，对锁的竞争将更为激烈，影响系统的整体性能。
另外，核数增加时，传统多核本文由收集整理操作系统一般通过创建更细粒度的锁来增加内核的并发性，而调整锁粒度是一项异常复杂的工作。未来处理器核心数量指数增长的情况下，重新设计子操作系统的速度难以与之同步。
其次，类numa多核处理器以及异构多核处理器的出现给传统多核操作系统设计带来了新的困难。类numa微结构多核处理器的特点是，多个核在访问片上数据比如l2cache的时延是不同的，各个核部分共享l2cache或者私有l2cache。访问时延的不一致性使操作系统的设计更复杂，而且，当核数扩展时，为保证数据一致性所占用的操作系统开销将大大增加。异构多核处理器由一个或者多个主核以及其它从核组成，不同类型的核心给操作系统设计以及系统编程开发带来了很大的困难，其可扩展性也难以实现。
3 技术路线
为适应多核处理器的发展，可以利用分布式设计思想，从结构和功能上对传统多核操作系统进行分布式处理优化，将多核硬件划分为不同的子系统，尽可能降低各子系统之间的耦合度，从而提高多核操作系统的可扩展性。
目前，面向可扩展多核操作系统的研究主要可分为三种技术路线：1）改进传统宏内核架构，以适应多核体系结构，这是目前最广泛的研究方法；2）基于功能分布思想，将不同的核（或者核组）划分为不同的功能，不同功能之间通过共享内存或消息传递通信，开发功能分布式多核操作系统；3）借鉴分布式系统的数据分布思想以及消息通信机制，创新设计数据分布式多核操作系统。
3.1 改进传统宏内核架构
目前商业上应用最广泛的多核操作系统仍然是linux、windows等老牌操作系统。为改善系统的可扩展性，linux等传统操作系统一直没有停止过对多核处理器的优化支持。linux针对numa结构处理器修改了内存分配策略，cpu会优先选择当前节点的物理内存，不够时才寻找附近节点请求物理内存分配。微软的windows7移除了dispatcher锁，改动涉及50多个文件、6000多行代码。但限制可扩展性的根本因
素——锁与共享内存等，依然是传统操作系统的主要运作元素，因此，对于多核的优化，他们还有较大的改进提升空间。
corey操作系统是mit等组织在linux基础上修改操作系统接口实现的，其设计目标是针对当前主流的cache一致性smp多核处理器。其设计思想是“应用程序控制数据的共享”，即通过应用程序对内核间共享资源的控制，减少多核之间不必要的资源传递与更新，以达到更高效利用多内核的目的。
corey在linux中增加了三个新接口：1）地址范围，允许应用程序编程时决定私有地址与共享地址的范围；2）核心，允许应用程序制定特定的核心执行；3）共享对象，允许应用程序决定哪个对象对其它核心可见。corey系统相对linux系统性能提升明显，基于某amd16核处理器的实验表明，corey的map reduce性能较linux提高了25%。但是，corey改变了操作系统接口，普通应用程序需要经过修改才能在其上运行，其兼容性存在一定问题
3.2 功能分布式多核操作系统
传统多核操作系统的不同核心使用相同的宏内核，主要基于数据并行扩展多核性能，锁机制成为限制系统可扩展性的主要因素。功能分布式多核操作系统是一类将多核按照功能划分的操作系统，不同核心（core）所使用的内核（kernel）可以是宏内核或微内核。该类操作系统开辟了新的多核性能扩展路线，从原有的数据并行到新的功能分布，由于功能分布对数据的耦合度大大低于数据并行，因此可扩展性显著高于传统多核操作系统。
fos是mit开发的一种面向多核与云计算的操作系统，其设计宗旨是可扩展性以及自适应性。fos的设计原则主要是：1）空间复用取代时间复用，fos是在命名空间中进行调度，调度的资源是分布的多个核；2）操作系统分解成特定的服务，各操作系统服务分布在各服务器中，各服务器互相协作，彼此通过消息传递进行通信；3）错误自动检测与处理等。图1为fos的微内核架构，其中每个处理器核运行一个不同的微内核，分别提供不同的操作系统服务或者运行应用程序。应用程序进程通过高效的消息传递获得操作系统服务，不同的服务或进程间的通信也通过消息机制进行。fos对外提供单一系统映像（ssi，single system image），适用于传统操作系统的应用程序无需经过特定修改即可直接在fos上运行。fos系统具有良好的兼容性以及可扩展性。
3.3 数据分布式多核操作系统
异构以及类numa多核处理器的与传统多核处理器有明显的区别，即核间耦合度大大降低，主要表现在核间共享内存与cache的开销增加以及效率下降。传统紧耦合操作系统抑或linux类numa操作系统，难以很好的发挥新型处理器的特点。考虑到新型处理器的硬件分布式特点，借鉴分布式系统的数据分布思想，创新设计松散耦合的类分布式多宏内核操作系统，对于提高多核操作系统的可扩展性，无疑是另辟蹊径。
barrelfish系统基于multikernel体系结构，是由剑桥微软研究院与瑞士苏黎世联邦理工学院联合开发的新型操作系统，其设计目标是高效管理使用异构的硬件资源，适应多核处理器的发展，如图2所示。该系统中每个内核都运行自己的操作系统，很好的支持了内核的异构性。同时它继承了分布式系统的思想，将各内核作为独立的单元，单元通过总线上的消息传递进行通信。这种模型可以带来更好的模块化性能，并使得分布式算法可以直接应用于多内核系统中。
4 结束语
分布式系统设计原则范文3
[关键词] 分布式认知 异步网络化 学生社团管理
1、高校社团管理中存在的问题。
学生社团作为高校的重要组成部分，对于高校各方面的发展和提高有着特殊的作用。在对于提高学生科学文化素质和创新能力及培养学生的团队合作精神和提高社会适应能力等方面都发挥出了重要的功能；同时，在协助学校进行管理与教学，也做出了重大的贡献；而在发挥学生的特长，增强实践机会与平衡学生的情感，增强社交能力及锻炼学生的才干，丰富课余生活，更是起到了其他高校职能部门所不具备的作用。但是，在当前的高校社团管理过程中，还是存在着一系列的问题，主要包括以下几个方面：[1]
1） 社团的管理机制存在严重“真空”问题。
2）对社团的发展具有重要的意义的老师指导制，各类高校的情况不尽相同。
3）社团的档案资料保存不完整。由此造成社团活动成果不易保存，特色优势得不到保持。更谈不上总结、积累、沉淀优秀的社团文化。
2、分布式认知理论。
“认知规律”是指人们认识客观事物的性质与规律，它包括注意、感觉、知觉、记忆、思维、想象，以及人们认识客观事物时，还会产生的情感与意志。高校的学生社团开展工作本身就是一种学习认知过程，其主要表现在：独立性与依存性、冲动性与沉思性、辐合性与发散性等方面。因此，高校开展的社团活动既要符合学生（团体）之间个体间差异的认知规律，又要符合学生（社团）个体间相互协助的影响，才能取得良好的效果，而这正是分布式认知中的重要观点。
3、基于分布式认知的高校社团管理系统的结构与关系分析：
3.1 系统的维度结构。
3.2 系统关系分析。
4、基于多种理论建构的高校社团管理系统模型。
目前的网络理论中出现了众多的新思想和新理论，本系统在开发过程中除了结合上述的分布式认知的相关理论，还采用了基于browser/server的分布式系统，从而使得本管理系统能够异步地（当然也能同步）为各参与社团活动的团体和学生提供相同或不同的活动资源服务；不仅能保持对学生所关注社团活动过程的记录；还能够感知学生在完成或开展社团活动过程中的状态与遇到的困难，并能对常见的问题进行分析、引导、提示。
异步化管理系统模型的设计，主要包括以下几个方面：管理策略的设计、支撑环境的设计、管理模式的设计、活动情境的设计等。
5、社团管理系统的设计。
本管理系统采用“任务驱动机制”（此处的任务即：各社团负责人与团委根据学校规定并结合自身情况所指定的本社团工作任务），为了帮助各社团成员更好地完成其任务，基于以上分布式认知理论及异步网络化模型和系统结构与关系分析，设计完成了如下“高校社团管理系统”[5]。
5.1 系统设计的目标。
本系统主要以网站形式为本单位（山东大学软件学院）的社团管理工作提供服务，通过互联网也为其他教学与管理提供示范、资源共享、评价、交流和协作学习等教学辅助手段和环境。考虑到使用本系统学生群体不同，将整个学生群体分为：注册和非注册两个不同的部分，其主要的区别在于享受的服务范围不同；
5.2 系统建设原则。
易用性: 针对最终用户的应用水平,系统应具有简单清晰的操作流程、友好的界面和恰当的指引；
扩展性: 系统的设计既能满足当前教学课程的教学培训,同时为使系统可以应用于在将来其他教学培训课程,系统设计应具有一定的灵活性,使得系统在以后应用扩展以及系统升级容易实现；
迁移性: 由于系统需要在不同应用环境中进行使用,所以系统的安装和部署应该提供自动化的手段,同时对于系统的配置和维护应该相对简单；
统一性: 系统的数据层、应用层和表示层都统一设计,系统不同的应用模块下的用户制度统一。
5.3 开发平台介绍。
本系统首先采用了b/s结构，提高了系统的跨平台性；其次是采用了jsp＋macromedia dreamweaver＋tomcat与mssqlserver技术平台，其中jsp用于实现本管理系统的脚本编写；而macromedia dreamweaver 用于实现系统的前台，而tomcat与mssqlserver则用来实现系统后台数据库处理部分。
6、结论
如今，随着高校学生对于自我的认识加深，其社团管理工作已经成为各高校管理工作的重点之一，但是由于各团委负责此方面的教师和社团负责人普遍存在：管理人员少工作任务重等原因，在其实际工作过程中存在很多的难度。而分布式认知规律和异步网络化系统则由于首先尊重参与社团活动的主体的主动性，并强调个人认知之间的差异和相互协调等，从而会极大地增强其参与活动的主动性；其次，也注重社团活动的指导者和帮助者的重要作用，因此，根据分布式认知规律和异步网络化模型建构的高校社团管理系统更能符合目前的社团管理工作要求。本管理系统利用社团活动进行绩效考核，能够在促进社团成员自身积极性的同时，也能够帮助学生通过该系统建立一种相互分享、共同进步的关系。
分布式系统设计原则范文4
关键词：无接触供电；互感耦合系数；效率；解耦；品质因数
中图分类号：TM131
文献标志码：A
文章编号：1005-2615（2015）01-0125-07
无接触供电（ Contactless power transfer，CPT）系统由原边和副边两部分组成，作为一种新的供电方式，CPT实现了供电没备的物理分离，增加了设备的灵活性，弥补了传统移动供电中存在的磨损、积碳、电火花等缺陷。
为了分析系统的传输功效特性，需要对系统的磁路进行分析。通常采用的方法为互感模型，其互感参数由互感耦合系数与原边副边的电感决定。目前，在CPT系统应用场合，通常是一个或多个副边拾取线圈与同一个原边线圈耦合，形成一个分布式系统.例如导轨式CPT系统。由于传统的互感系数考虑的足系统总的磁感应效率，不能提供每个不同结构的副边拾电器参数，不能将拾电器独立于系统考虑.无法实现拾电器和原边电缆的分开独立设计，造成系统分析设计困难。
针对上述问题，提出了一种新的磁感应系数和基于恒流源电路的互感模型。采用该模型实现了原副边磁感应结构设计的解耦。基于这种新的磁感应系数，分析了系统整体特性.但未独立分析原副边各自能效特性，同时引入的导体间互感耦合系数（Inier conductor couplingfactor，ICCF）和磁阻难以理论计算，具有一定的局限性。
为了实现磁感应结构能效设计，提供功率和效率在磁耦合结构上的优化原则和方法，本文提出了一种适用于分布式CPT系统能效计算的新方法，完成了原、副边解耦和独立的能效设计。全面分析了绕组匝数、品质因数、截面积等磁耦合结构参数与功率和效率的关系，给出了原副边参数设计流程和能效优化设计方法。最后，以E型磁耦合结构为例，通过实验和仿真验证了理论分析的结果。
1 考虑内阻的副边能效
在CPT系统副边电路中，采用串联或并联电容的方式对副边线圈电感进行补偿，可有效提高系统的电能输出能力和效率。为了准确分析系统能效.考虑剐边线圈内阻，并对系统做如下近似：（1）忽略磁芯材料的非线性特性；（2）忽略绕组内外圈差异；（3）忽略趋肤阻抗的动态变化。
副边分别采用串联和并联补偿的等效电路如图1所示。考虑线圈内阻后，串联补偿电路仍然可以等效为串联谐振.而并联补偿电路难以简单等效为并联谐振电路。
设副边线圈感应的交流电压有效值为Ui。Ip为原边电流，原、副边互感为M，频率为ω，副边自验证各参数的可实现性，否则重新调整Q或磁芯儿何结构来改变kφ，再次计算，直到设计符合要求。
3.2 副边优化设计方法
3.2.1 品质因数Q的选择与优化
系统的有功功率与谐振电路的品质因素Q成正比。设计中Q的选择十分关键。CPT系统中，Q过人导敛多零相位解，使凋谐非常困难，而且系统对器件参数的变化过于敏感，具体表现为非阻元件电压流过大，无功分量过大。因此，在实际电路中，Q 一般为2～10之间。
由式（6，9）发现，无论串联还是并联，品质因数Q还可以表示电压放大率，即电容上电压与副边电感线圈开路电压之比，则实际系统中普通电容元件的耐压限值影响Q的提高。因此，设计完成后，需要对电容耐压做可实现性验证。在满足功率的前提下，较低的Q值，可以提高系统效率。此外，某些特殊工艺的电容由于耐压极高，则可采用高Q值电路，增强功率传输能力。例如MIT的无线供电，采用金属平板电容，其电路Q可以高达2 500。
3.2.2 副边的磁芯选择与优化
由以上分析可知，满足副边额定功率的条件下，提高副边Q 可以降低是kφ，从而减小副边系统磁芯体积和质量。因此，在原边参数确定的情况下，副边系统的设计可以通过逐步增加磁芯沿原边电路方向的宽度.多次计算求得副边磁芯结构的优化解。实现在给定原边参数的情况下，副边磁芯的优化设计，从而小剐边结构大小和质量。
另外，也可以寻求在不改变磁芯结构的条件下，通过调整磁耦合原边电缆走线、位置等，达到提高kφ的目的
4 系统实验与分析
为了验证本文公式的推导，以及匝数对副边功率、效率无影响的推断，选择两套副边电路进行实验。如图1（a）所示串联补偿，采用相同的E型磁芯，选择不同的副边匝数。将实验电路置于开发的具有原边恒流的无接触供电系统进行实验，如图 5所爪。
实验采用的副边磁芯材料为高频功率铁氧体PC40，主要参数：饱和磁通密度Bs为500 mT，矫顽力Hc为16A，/m，饱和磁场强度H为800 A/m。实验通过仃限元仿真分析的方法，求解磁芯在原边最大电流瞬时峰值IP为12 A的激励下的磁通密度，磁芯结构参数和仿真结果如图6所示。由图看出最大磁通密度约为2 mT，远远小于材料饱和磁通密度Bs，满足前文的似设条件。
实验采用原边电流参数：交流正弦电流峰峰值17 A，频率20 kHz。副边电路参数如表2所示，在保持副边线圈截面积相同的情况下.调节负载电阻，测量负载电流，从而计算出品质因数和功率用于分析。
由实验结果看出，考虑趋肤电阻后理论计算的功率与实验数据非常接近，验证了副边输出功率与匝数无关的结论和关于功率和效率的推导。同时发现，不考虑趋肤阻抗的理想曲线与实际出入较大，证明实验中存在较大趋肤阻抗。另外，比较两套副边电路发现，在品质因数较低的情况下，获得的实际功率略大于等效阻抗下的理论曲线，而在品质因数较高时，获得的功率小于理论曲线，并且功率相距较远。其原因是在高品质因数时，电流较大，趋肤阻抗增加所致。
趋肤效应产生的线圈内阻影响显著，当匝数多、电流大时，趋肤电阻大。因此，系统设计中，必须采用一些降低趋肤阻抗的方法。由本文结论可知，保证线圈导线总截面积不变，采用多股导线绕制副边线圈可以降低匝数及趋肤损耗，但是匝数少将需要更大的补偿电容，因此设计中需要做到兼顾。
分布式系统设计原则范文5
关键词：变电站，综合自动化，功能，智能单元
1．引言
近年来，随着电网运行水平的提高，各级调度中心要求更多的信息，以便及时掌握电网及变电站的运行情况，提高变电站的可控性，进而要求更多地采用远方集中控制，操作，反事故措施等，即采用无人值班的管理模式，以提高劳动生产率，减少人为误操作的可能，提高运行的可靠性。另一方面，当代计算机技术，通讯技术等先进技术手段的应用，已改变了传统二次设备的模式，为简化系统，信息共享，减少电缆，减少占地面积，降低造价等方面已改变了变电站运行的面貌。基于上述原因，变电站自动化由“热门话题”已转向了实用化阶段，电力行业各有关部门把变电站自动化做为一项新技术革新手段应用于电力系统运行中来，各大专业厂家亦把变电站自动化系统的开发做为重点开发项目，不断地完善和改进相应地推出各具特色的变电站综合自动化系统，以满足电力系统中的要求。
国外从80年代初开始进行研究开发，到目前为止，各大电力设备公司都陆续地推出系列化的产品。如ABB，SIEMENS,HARRIS等公司，90年代以来，世界各国新建变电站大部分采用了全数字化的二次设备；相应地采用了变电站自动化技术；我国开展变电站综合自动化的研究及开发相比世界发达国家较晚，但随着数字化保护设备的成熟及广泛应用，调度自动化系统的成熟应用，变电站自动化系统已被电力系统用户接受使用，但在电力部门使用过程中大致有两方面的原则：一是中低压变电站采用自动化系统，以便更好地实施无人值班，达到减人增效的目的；二是对高压变电站（220kV及以上）的建设和设计来说，是要求用先进的控制方式，解决各专业在技术上分散、自成系统，重复投资，甚至影响运行可靠性。并且在实际的工程中尚存在以下主要问题：
(1)功能重复，表现在计量，远动和当地监测系统所用的变送器各自设置，加大了CT，PT负载，投资增加，并且还造成数据测量的不一致性；远动装置和微机监测系统一个受制于调度所，一个是服务于当地监测，没有做到资源共享，增加了投资且使现场造成复杂性，影响系统的可靠性；
(2)缺乏系统化设计而是以一种”拼凑”功能的方式构成系统，致使整个系统的性能指标不高,部分功能及系统指标无法实现。
（3）对变电站综合自动化系统的工程设计缺乏规范性的要求，尤其是系统的各部分接口的通信规约，如涉及到不同厂家的产品，则问题更多，从而导致各系统的联调时间长，对将来的维护及运行都带来了极大的不便，进而影响了变电站自动化系统的投入率。
2．变电站综合自动化系统应能实现的功能
2．1微机保护：是对站内所有的电气设备进行保护，包括线路保护，变压器保护，母线保护，电容器保护及备自投，低频减载等安全自动装置。各类保护应具有下列功能：
1）．故障记录
2）．存储多套定值
3）．显示和当地修改定值
4）．与监控系统通信。根据监控系统命令发送故障信息，动作序列。当前整定值及自诊断信号。接收监控系统选择或修改定值，校对时钟等命令。通信应采用标准规约。
2．2数据采集
包括状态数据，模拟数据和脉冲数据
1）．状态量采集
状态量包括：断路器状态，隔离开关状态，变压器分接头信号及变电站一次设备告警信号等。目前这些信号大部分采用光电隔离方式输入系统，也可通过通信方式获得。
保护动作信号则采用串行口（RS-232或RS485）或计算机局域网通过通信方式获得。
2）．模拟量采集
常规变电站采集的典型模拟量包括：各段母线电压，线路电压，电流和功率值。馈线电流，电压和功率值，频率，相位等。此外还有变压器油温，变电站室温等非电量的采集。
模拟量采集精度应能满足SCADA系统的需要。
3）．脉冲量
脉冲量主要是脉冲电度表的输出脉冲，也采用光电隔离方式与系统连接，内部用计数器统计脉冲个数，实现电能测量。
2．3事件记录和故障录波测距
事件记录应包含保护动作序列记录，开关跳合记录。其SOE分辨率一般在1~10ms之间，以满足不同电压等级对SOE的要求。
变电站故障录波可根据需要采用两种方式实现，一是集中式配置专用故障录波器，并能与监控系统通信。另一种是分散型，即由微机保护装置兼作记录及测距计算，再将数字化的波型及测距结果送监控系统由监控系统存储和分析。
2．4控制和操作闭锁
操作人员可通过CRT屏幕对断路器，隔离开关，变压器分接头，电容器组投切进行远方操作。为了防止系统故障时无法操作被控设备，在系统设计时应保留人工直接跳合闸手段。操作闭锁应具有以下内容：
1）．电脑五防及闭锁系统
2）．根据实时状态信息，自动实现断路器，刀闸的操作闭锁功能。
3）．操作出口应具有同时操作闭锁功能
4）．操作出口应具有跳合闭锁功能
2．5同期检测和同期合闸
该功能可以分为手动和自动两种方式实现。可选择独立的同期设备实现，也可以由微机保护软件模块实现。
2．6电压和无功的就地控制
无功和电压控制一般采用调整变压器分接头，投切电容器组，电抗器组，同步调相机等方式实现。操作方式可手动可自动，人工操作可就地控制或远方控制。
无功控制可由专门的无功控制设备实现，也可由监控系统根据保护装置测量的电压，无功和变压器抽头信号通过专用软件实现。
2．7数据处理和记录
历史数据的形成和存储是数据处理的主要内容，它包括上一级调度中心，变电管理和保护专业要求的数据，主要有：
1）．断路器动作次数
2）．断路器切除故障时截断容量和跳闸操作次数的累计数
3）．输电线路的有功、无功，变压器的有功、无功、母线电压定时记录
的最大，最小值及其时间。
4）．独立负荷有功、无功，每天的峰谷值及其时间
5）．控制操作及修改整定值的记录
根据需要，该功能可在变电站当地全部实现，也可在远动操作中心或调度中心实现。
2．8人机联系
2．9系统的自诊断功能：系统内各插件应具有自诊断功能，自诊断信息也象被采集的数据一样周期性地送往后台机和远方调度中心或操作控制中心。
2．10与远方控制中心的通信
本功能在常规远动‘四遥’的基础上增加了远方修改整定保护定值、故障录波与测距信号的远传等，其信息量远大于传统的远动系统。
根据现场的要求，系统应具有通信通道的备用及切换功能，保证通信的可靠性，同时应具备同多个调度中心不同方式的通信接口，且各通信口及MODEM应相互独立。保护和故障录波信息可采用独立的通信与调度中心连接，通信规约应适应调度中心的要求，符合国标及IEC标准。
变电站综合自动化系统应具有同调度中心对时，统一时钟的功能，还应具有当地运行维护功能。
2．11防火、保安系统。从设计原则而言，无人值班变电站应具有防火、保安措施。
3．变电站综合自动化的结构及模式
3．1目前从国内、外变电站综合自动化的开展情况而言，大致存在以下几种结构：
1）．分布式系统结构
按变电站被监控对象或系统功能分布的多台计算机单功能设备，将它们连接到能共享资源的网络上实现分布式处理。这里所谈的‘分布’是按变电站资源物理上的分布（未强调地理分布），强调的是从计算机的角度来研究分布问题的。这是一种较为理想的结构，要做到完全分布式结构，在可扩展性、通用性及开放性方面都具有较强的优势，然而在实际的工程应用及技术实现上就会遇到许多目前难以解决的问题，如在分散安装布置时，恶劣运行环境、抗电磁干扰、信息传输途径及可靠性保证上存在的问题等等，就目前技术而言还不够十分成熟，一味地追求完全分布式结构，忽略工程实用性是不必要的。
2）．集中式系统结构
系统的硬件装置、数据处理均集中配置，采用由前置机和后台机构成的集控式结构，由前置机完成数据输入输出、保护、控制及监测等功能，后台机完成数据处理、显示、打印及远方通讯等功能。目前国内许多的厂家尚属于这种结构方式，这种结构有以下不足：前置管理机任务繁重、引线多，是一个信息‘瓶颈’，降低了整个系统的可靠性，即在前置机故障情况下，将失去当地及远方的所有信息及功能，另外仍不能从工程设计角度上节约开支，仍需铺设电缆，并且扩展一些自动化需求的功能较难。在此值得一提的是这种结构形成的原由，变电站二次产品早期开发过程是按保护、测量、控制和通信部分分类、独立开发，没有从整个系统设计的指导思想下进行，随着技术的进步及电力系统自动化的要求，在进行变电站自动化工程的设计时，大多采用的是按功能‘拼凑’的方式开展，从而导致系统的性能指标下降以及出现许多无法解决的工程问题。
3）．分层分布式结构
按变电站的控制层次和对象设置全站控制级（站级）和就地单元控制级（段级）的二层式分布控制系统结构。
站级系统大致包括站控系统（SCS）、站监视系统（SMS）、站工程师工作台（EWS）及同调度中心的通信系统（RTU）：
站控系统（SCS）：应具有快速的信息响应能力及相应的信息处理分析功能，完成站内的运行管理及控制（包括就地及远方控制管理两种方式），例如事件记录、开关控制及SCADA的数据收集功能。
站监视系统（SMS）：应对站内所有运行设备进行监测，为站控系统提供运行状态及异常信息，即提供全面的运行信息功能，如扰动记录、站内设备运行状态、二次设备投入/退出状态及设备的额定参数等。
站工程师工作台（EWS）：可对站内设备进行状态检查、参数整定、调试检验等功能，也可以用便携机进行就地及远端的维护工作。
上面是按大致功能基本分块，硬件可根据功能及信息特征在一台站控计算机中实现，也可以两台双备用，也可以按功能分别布置，但应能够共享数据信息，具有多任务时实处理功能。
段级在横向按站内一次设备（变压器或线路等）面向对象的分布式配置，在功能分配上，本着尽量下放的原则，即凡是可以在本间隔就地完成的功能决不依赖通讯网，特殊功能例外，如分散式录波及小电流接地选线等功能的实现。
这种结构相比集中式处理的系统具有以下明显的优点：
（1）可靠性提高，任一部分设备故障只影响局部，即将‘危险’分散，当站级系统或网络故障，只影响到监控部分，而最重要的保护、控制功能在段级仍可继续运行；段级的任一智能单元损坏不应导致全站的通信中断，比如长期霸占全站的通信网络。
（2）可扩展性和开放性较高，利于工程的设计及应用。
（3）站内二次设备所需的电缆大大减少，节约投资也简化了调试维护。
3．2基本的模式
1）．基本配置：
（1）集中处理集中布置：将集控式屏、台都集中布置在主控制室。
（2）分布处理集中布置：将分布式单功能设备集中组屏仍集中布置在主控制室。
（3）分布处理分散布置：将分布式单功能设备布置在一次设备的机柜内或采用就地就近组屏分散设置的方式。
2）．基本模式：
（1）对于新建变电站的自动化系统的设计方式：
A．对于容量较大、设备进出线回路数较多、供电地位重要且投资较好的变电站，可采用分层分布式结构的双机备用系统，辅之相应的保护、测量、控制及监测功能，并完成远方RTU的功能。
B．对于容量较小，主接线简单，供电连续性要求不高的变电站，宜取消常规的配置及前置机，采用单机系统，完成保护、测量、控制等功能的管理，并完成远方RTU的功能。
（2）对于扩建及改造现有的按常规二次系统设计的自动化系统设计方式：
A．改造项目可采用新配置的具有三遥（或四遥）功能的RTU,完成对老站保护动作信息、设备运行状态及部分功能的测量，并对原有的常规二次设备进行必要的改造或RTU增加数据采集板，使之能与增设的自动化设备构成整体。
B．当扩建项目的范围较大，用户对自动化的要求较高，投资又允许时，通常采用自动化系统方案。
4．几个问题的认识及探讨
4．1变电站自动化的基本概念
变电站自动化是指应用自动控制技术、信息处理和传输技术，通过计算机硬软件系统或自动装置代替人工进行各种运行作业，提高变电站运行、管理水平的一种自动化系统。变电站自动化的范畴包括综合自动化技术；变电站综合自动化是指将二次设备（包括控制、保护、测量、信号、自动装置和远动装置）利用微机技术经过功能的重新组合和优化设计，对变电站执行自动监视、测量、控制和协调的一种综合性的自动化系统，它是自动化和计算机、通信技术在变电站领域的综合应用。其具有以下特征：
1）．功能综合化：是按变电站自动化系统的运行要求，将二次系统的功能综合考虑，在整个的系统设计方案指导下，进行优化组合设计，以达到协调一致的继电保护及监控系统。‘综合’（INTEGRATED）并非指将变电站所要求的功能以‘拼凑’的方式组合，而是指在满足基本要求的基础上，达到整个系统性能指标的最优化。表现在：
（1）简化变电站二次设备的硬件配置，尽量避免重复设计。如远动装置和微机监测系统功能的重复设置，没有达到信息共享。
（2）简化变电站各二次设备之间的互联线，节省控制电缆，减少PT、CT的负载。力争克服以前计量、远动和当地监测系统所用的变送器各自设置，不仅增加投资而且还造成数据测量的不一致性。
（3）保护模块相对独立，网络及监测系统的故障不应影响保护功能的正常工作；对于110kV及以上电压等级变电站，由于其重要程度，应考虑保护、测量系统分开设置；而对于110kV以下低压变电站，就目前的技术应用水平及工程应用角度而言，可以考虑将保护与测控功能合为一体的智能单元，这样不但利于运行管理及工程组合，而且降低投资成本。
（4）减少安装施工和维护的工作量，减少总占地面积，降低总造价或运行费用。
（5）提高运行的可靠性和经济性，保证电能质量。
（6）有利于全系统的安全、稳定控制。
2）．系统构成的数字化及模块化：保护、控制、测量装置的数字化（即采用微机实现，并具有数字化通信能力），利于把各功能模块通过通信网络连接起来，便于接口功能模块的扩充及信息的共享。另外方便模块的组态，适应工程的集中式、分布分散式和分布式结构集中式组屏等方式。
3）．操作监视屏幕化：当变电站有人值班时，人机联系在当地监控系统的后台机（或主机）上进行，当变电站无人值班时，人机联系功能在远方的调度中心或操作控制中心的主机或工作站上进行，不管那种方式，操作维护人员面对的都是CRT屏幕，操作的工具都是键盘或鼠标。
4）．运行管理智能化：体现在无人值班、人机对话及操作的屏幕化、制表、打印、越限监视和系统信息管理、建立实时数据库和历史数据库、开关操作及防误操作闭锁等方面，能够减轻工作人员的劳动及人无法做到的工作。
4．2变电站综合自动化站内通信网络的建立
变电站内传送或交换的基本信息有：测量及状态信息；操作信息；参数信息。根据信息传送的性能要求，大致可分两类考虑，一类要求实时响应较高的信息，如事故的检出、告警、事件顺序记录和用于保护动作的信息，要求传送速度较高；另一类是对时间响应要求不高的信息，如用于录波、记录及故障分析的信息，可允许较长的传送时间。对于不同的数据亦有不同的安全性要求，站内通信网联系站内各个智能单元、后台监控及远方通信装置，是整个系统的关键，根据实际系统结构及工程实际需要，大致按以下原则考虑：
1）．电力生产的连续性和重要性，通信网的可靠性应放在第一位．一方面应具有较强的抗干扰能力，以满足温度、湿度和电磁干扰等环境要求，另一方面应考虑备用措施。
2）．站内通信网应根据通信负荷的特点合理分配，保证不出现‘瓶颈’现象，通讯负荷不过载，对于大型变电站考虑100~256个负载节点，一般中小型变电站考虑不超过60~100个负载节点。通讯距离设计考虑不超过1kM.。
3）．站内通信网应满足组合灵活、可扩展性好、具有较好的开放性以及调试维修方便的要求。宜采用总线形网络。
4）．通信媒介的选用原则是尽量采用光纤，考虑到工程的经济性，仍可采用电缆作为主要的通信媒介，但电缆接口一般设有隔离变压器，以抑制共模干扰．
5）．站内通信网的协议及规约应尽量符合国家及国际标准．
6）．站内通信网的站级通信网由于处于较佳的运行环境，其信息流较大（分布式集中布置），故可采用高速网；段级通信网根据实际工程需要，并且可能处于运行环境比较恶劣（分布式分散布置），因实际的信息量不是很大，可考虑慢速网（如现场总线或485通信方式）的环境。
4．3实际工程设计的考虑
为了使实际工程工作可靠，维护方便，扩展灵活，易于用户操作和管理，在系统不同的层次，需解决不同的问题。
1）．前置智能单元
前置智能单元是系统的基层，执行系统最基本的功能，如保护、测量、控制等。我们希望这些基层模块尽量不受网络状态的影响，特别是继电保护装置，要求在无网络的状态下能完成保护的基本功能，因此在设计基层装置时，尽量采用自成一体的办法。
为了提高基层功能模块的质量，尽量采用通用化的模块，因此硬件平台的模块化设计，在基层尤为重要。本着这种思想设计出有限品种的模块，拼装成不同的功能装置，这对模块设计成本的降低、生产的组织等均具有好处。
在实际应用中，为了减少基层模块软件对工程的依赖性（即工程有关部分的软件），一种办法将与工程有关的软件改成系统配置文件存于可擦写的存储器内，另一种办法是将与工程有关的（例如通信规约）软件用一个独立的模块来实现。
2）．网络通信层
为了保证网络层的完好，应该注意对网络层的监视，这可以从后台和前置两个层次来实现，在硬件条件比较好的地方，可以采取两个独立通讯网络工作，或同时工作，或者互为备用。
分布式系统设计原则范文6
论文关键词：soa:共享资源:构架:教学资源库
1.引言
在教育部、财政部关于实施国家示范性高等院校建设计划加快高等职业教育改革与发展的意见中，提到对于需求量大、覆盖面广的专业，中央财政安排经费支持共享型专业教学资源库建设。随着信息与网络等基础的逐步加强，各职业院校都开展了不同程度的教学资源整理或资料库建设，但各自建设所形成的重复建设、信息孤岛、缺乏交流也日益突出，以面向服务为架构指导，专业教学资源与应用平台设计遵循开放性、可扩展性和可持续性的原则，解决教学资源库共建共享的问题。
2.建设共享型专业教学资源库的意义
教学资源库是各种音频、视频、文字、网页等格式的教学资源的汇集，为提高教学水平服务，主要为教与学提供丰富的、多元化的网络资源，使用者可根据需要从库中找出多种资源用于教学等目的。教学资源库包含各类资源管理与共享、日常教学活动支持、教学管理、展示与评价等功能于一体的数字化教学支撑平台，实践中也发现，类似的应用层的差别正体现了高职高专院校与本科院校的区别。wwW.133229.cOm
共享型专业教学资源库突出了资源的专业特点和共享要求，由专业系列课程、知识点、专业资源子库构建而成。专业资源子库是按照现有系统的文件类型而建立的资源库，包括自主学习型网络课程库、讲授型网络课程库、专业大全库、专业信息文献库、专题特色资源库、多媒体课件库、专业图片库、专业视频动画库、试题库、案例库等。
采用数字化新技术对各种有价值资源进行有效的开发、利用，实现资源共享，是示范性高职教学部门的一项十分重要任务和职能。由于职业学校基础薄弱，文献积累有限，专业特色不明显，如果从各校自有的专业教学科研资源入手，建设教学科研成果数据库，一方面对学校珍贵的自有资源进行有效地开发、利用和保存，另一方面从人员、技术、设备等各方面摸索一些维护、应用、共建经验，为开展建设特色数据库奠定基础，还可促使专业教学资源库具有可持续发展的机制，对推动学院教学科研工作的发展，提高教学水平和教学质量具有实际意义。
3.面向服务架构概述
soa(service-orientedarchitecture，面向服务的体系结构或面向服务架构)指通过连接完成特定任务的独立功能实体或软件系统架构。soa是一个组件模型，它将应用程序的不同功能单元(称为服务)通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来，接口是采用中立的方式进行定义的，独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言，这使得构建在各种这样的系统中的服务可以以一种统一和通用的方式进行交互。soa体系结构由三个不同角色组成:服务提供者、服务和服务请求者。soa体系结构中的组件必须具有上述一种或多种角色，在这些角色之间使用了三种操作。
从功能角度分析，soa是一种构造分布式系统的方法，将业务功能以服务的形式提供给应用程序或其它服务。从软件结构角度分析，soa的重心是定义服务基础结构，要求实现粗粒度、松祸合的服务体系，其服务之间通过简单、精确定义的接口进行通信，不涉及底层编程接口和通信模型，使服务独立于技术且在技术之上。
soa可设计和构建松散祸合软件的解决方案，能够以程序化的、可访问软件服务的形式公开业务功能，以使其它应用程序可以通过己和可发现的接口来使用这些服务。通过应用soa，使用一组分布式服务来构成并组织应用程序，这样就能通过重用已有的资源和相关共享单位的业务功能来构造新的应用程序。
4.面向服务构建共享型专业教学资源库的实施
以soa软件框架为组装蓝图，以可复用软件构件为组装模块，提高了软件生产效率和软件应变能力。符合soa标准的构件块是分散、可重用的服务和架构元素，可以用于构成复合的应用程序和服务基础架构，每个构建块在实现之后就会被添加到soa功能的总体目录中。
作为教学资源单元的构件要成为“服务”，必须定义良好、自我包容的、具有可的接口，在理想情况下不依赖其它服务的状态和环境，运用构件式服务向最终用户交付应用功能的分布式系统，可以构建出其它服务。开发构件包括以下几个主要环节：实现标准的基本接口；实现或配置构件的功能(体现为属性、方法、事件、函数等对象元素)；元数据的定制和对构件的描述：实现构件的设计功能，如定制构件的属性、事件响应的用户界面等。
从服务的内涵看，教学资源库其实也是一个服务，此服务包含库资源和服务平台。库资源是教学资料的后台集合；服务平台是程序及文档集，包括前台的用户界面、操作数据库、服务库、构件库的软件环境，可细分为系统管理、服务模块、用户管理等。比如，系统管理实现安全控制、初始化、访问控制、扩展接口、故障管理等功能。教学资源库的建设是一个累积的过程，要与教学过程相辅相成，实施中主要采用调研法、建立模型、需求驱动及项目工程管理等研究方法。实施计划主要分为方案设计，资料收集及数据加工，系统开发，系统、评估与质量保证四个阶段。
(1)方案设计阶段。把soa策略落实到应用的分析中，在实践中应用理论研究的成果，提出资源库建设、管理、评价方案。资源共享是一个系统工程，以面向服务标准构造出共享资源的框架，在统一的规划下的整体信息利用，专业教学资源与应用平台设计要遵循开放性、共享性、可扩展性和高可靠性的原则，要有序建设、科学地策划和具有前瞻的意识。从建立资源单元起步，建立库资源建设的规划标准与架构模式，使构建的各个单项部分都能成为共享资源的有机组成部分。在一致的、标准的架构原则下，实现共享教学资源库，解决教学库资源建设的长效机制等问题。
(2)资料收集及数据加工阶段。确定资源建设的数据内容，专业教学资源库的单元建设关系到共享的最终效果，要以专业理论、教改方略、专业类别、学科范围、课程目录为指导，根据课程特点及教与学的需要设置体系，资料要体现出多元智能和学科的专业取向、结构，与学科知识紧密结合起来，以实现教与学的高效能、最优化。
采纳多级存储，多角度、多维度资源导航方式，实现资源分布式存储、检索信息集中统～管理，共享要运用一定的技术手段和方法优化，使数字资源得到合理组合，取得最好的组织结构和组织功能。通过提供多套存储方案，实现资源在任意地点部署，通过符合规范数据格式，在不同类型的资源库之间实现重构、交换资源数据，甚至与远程教学平台无缝连接。
(3)构造应用系统的框架。构造框架采取如下步骤：确定框架的约束条件，包括软件、硬件、性能及设计等；根据通用的高层设计，标识出高层的构件(在此为组成系统的各专业资源库)；确定高层构件间的接口。采用框架技术进行开发的主要优点是：结构一致性好；可以先设计框架、领域构件而不必陷于底层编程；大粒度的重用使得平均开发费用降低；采用参数化框架使得适应性增强。其它作为主体构件的各个专业教学资源子系统遵循一致性原则，遵守标准接口，符合面向对象的开发要求，实现功能处理的模块要松散耦合。
系统开发包括两大部分：高层部分与低层部分。高层部分面向资源库整体，解决总体规划与高层建模问题；低层部分面向专业领域，解决应用系统的分析、设计与建造问题；两个层次的工作不能混淆，而且要紧密衔接。主要有四个过程：系统总体规划、系统分析过程、系统设计过程和系统建造过程，是soa策略的核心应用。
(4)系统、评估与质量保证。以一个个专业资源库独立运作开始，并行、迭代开发，不断完善功能，然后接入共享的信息系统中，最终建立起扩展能力强的集成系统。有了比较完备的框架和构件库，通过可视化开发工具，将所选的领域框架和构件进行组合就能产生新的功能系统。评估与质量保证目的为资源的审查、分类提供依据，经过共享后的数字资源系统，要不断扩大服务范围，提升服务能力，以多样化的服务手段，产生最大的社会效益。
