分布式系统设计原则精选(九篇)

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第1篇：分布式系统设计原则范文

【关键词】电商应用 分布式 系统架构 虚拟化 规划设计

1 系统设计原则与目标分析

分布式计算系统的研究一直是计算机技术领域的一个研究热点，随着云计算、虚拟化、物联网等应用的推广普及，分布式计算的理论研究也越来越受到研究者的重视。研究分布式计算的数学基础和理论，揭示与分析分布式系统的底层问题（资源调度、分配、通信、协调、同步及不确定等），研究基本的算法概念与实现技术变得非常重要。

随着淘宝、京东等电子商务平台的网络购物应用的快速发展，使得传统的网络服务模式从CS架构向着分布式平台架构演进。本文针对具有电商类业务应用特点的分布式架构平台进行分析，提出一种面向电商应用的分布式环境系统架构，以适应快速发展的电子商务应用。

2 电商应用的平台技术分析

淘宝、京东等电子商务平台，以及12306铁路订票系统等网站，其本质上是一种分布式请求应用，其应用的特点不同于网络搜索类应用。这类请求通常情况下是数据的实时检索，而相对应的网络搜索引擎的检索结果通常是通过蜘蛛程序预前爬取到的静态搜索结果。这类电子商务类应用，往往需要与电子商务的支付平台相连接，其连接需要通过加密的、经过安全认证的网络连接保证可靠性，可以把该类应用统称为“电商应用”。这类应用的数据库系统并不像搜索类业务复杂，但是其数据并发及数据间的协同互锁问题更重要，安全性、容错性和并行读写的问题更突出。在电子商务平台有类似优惠促销活动时，或网络购票系统定时开放票源的时候，表现出来的大数据量并发访问，会对系统架构造成较大的冲击。

本文针对具有电商类业务应用特点的分布式架构开展研究，对其分布式系统的体系架构、资源的分配调度、云端资源的虚拟化调度与配置等问题展开分析。

2.1 技术对比

在现有的分布式技术的理论研究和分析中，对底层资源的分配和调度处理多采用不同的技术手段。并行计算技术的实现通常是一台计算机，配备有多处理机，多处理机之间进行合作协同计算，最终结果由一台计算机来处理。分布式计算技术是多网的计算机，有各自的主机和处理器，通过网络分配共享计算任务和计算信息。云计算则是计算机通过网络发送计算命令给服务器，让服务器执行计算任务并将结果返还给发送命令的计算机。从处理对象的关系来看，并行计算是由单个计算机用户完成的，分布式计算是由多个计算机用户合作完成的，云计算是没有用户直接参与，而是交给网络另一端的服务器来完成资源的分配与调度。

2.2 平台分析

分布式环境的开放研究平台已有很多，比较有代表性的平台包括Hadoop、BOINC（Berkeley Open Infrastructure for Network Computing）、SETI@home等。其中有代表性的Hadoop架构是在借鉴Google的MapReduce框架体系的基础上发展起来的。

Hadoop实现了一个分布式文件系统（Hadoop Distributed File System），用户可以在不了解分布式底层细节的情况下，开发分布式程序。HDFS有着高容错性的特点，并且设计用来部署在低廉的硬件上，适合那些有着超大数据集（large data set）的应用程序。但在中间处理过程中，系统复杂度较高，map/reduce处理数据时对数据的并发性、互斥性及容错性考虑不足。本文提出一种新的架构，对于分布式大数据量并行计算的解决方案不同于复杂的hadoop，中间计算结果不依赖于hdfs，使用不同于map/reduce的设计模式解决问题。

3 电商应用的系统平台设计

3.1 平台业务流程设计

电子商务解决方案通常分为直销方案和供应链集成方案。直销方案常用于商业零售，一个商业组织通过虚拟商店来招揽客户，客户通过浏览器获得想要的产品。供应链集成方案的目标是传送一个动态的数据流，以实时数据联系各地的贸易伙伴。为了实现这一目标，所有参与供应链解决方案的参加者必须采用统一的数据标准，从而实现数据的流畅和无缝传输。

电子商务应用系统提供网上交易和资金转帐等服务。根据商务规则进行用户数据处理，定单处理，信息交流，促销和广告；对商务数据存储及检索，提供目录管理，安全性管理和通信服务，提供开发组件、企业数据库等必需的工具。

普通的分布式处理应用一般是显示事先编写好的静态数据，数据变化较小，网页内容更新速度慢。如搜索引擎业务应用，其搜索结果通常是根据之前其他用户曾经提交的搜索关键词，由系统预先在后台通过蜘蛛程序的抓取，在整个互联网中获取到有用的页面数据，该数据经分类处理后保存在google的数据库系统中，新用户的搜索过程只是在系统数据库中将已建立起来的数据关系重新在web页面呈现。再比如gmail的邮箱服务，由google公司开发的gmail邮箱服务将用户的邮件保存在不同的分布式存储系统，用户的邮件内容更新较慢，数据量较小，这些特点决定了，普通的分布式处理在数据库的设计过程中并不需要过多的考虑数据的并发性、互斥性及容错性等特点。

而电子商务类网站不同于普通的分布式应用，其以商务数据处理为主，数据类型复杂，数据流入量大、数据交换频繁，因此数据库的运行效率直接影响整个电子商务系统的效率，数据的安全性也直接影响着系统的正常安全运行。

基于以上的分析，可以看到，分布式应用从早期的分布式计算任务分配、发展到分布式数据爬取、再到分布式数据的大规模并行处理，其核心体系架构针对不同的应用，表现出不同的特征。

3.2 平台架构实现

分布式系统架构设计在性能上要求：

（1）数据分布式存储。

（2）请求分布式调度。

（3）多结点分布式部署。

（4）双重备份、热切换等。

系统设计中最重要的是网络架构、分布式资源分配及模块间资源调度通信等问题。本文提出的分布式框架，提供并行计算模式，用于利用多机多核处理器的计算能力；提供分布式缓存用于使用多机内存能力；提供远程文件操作用于利用远程多机硬盘存储能力；提出完整的分布式协同和锁，用于实现多机的协作和通讯。框架提出简单易用的API接口，实现对多台计算机处理器、内存、硬盘的统一利用，从而获取较大的计算能力解决复杂问题。

设计的架构在系统设置“商”，“生产者”，“仓库”的几个核心概念。“生产者”为一个计算节点，可以部署在多个机器，它由开发者实现，计算时，“生产者”到“仓库”获取输入资源，再将计算结果放回“仓库”返回给“商”。“商”负责承包一个复杂项目的一部分，可以理解为一个分配任务和调度程序，它由开发者自己实现，开发者可以自由控制调度过程，比如按照“生产者”的数量将源数据切分成多少份，然后远程分配给“生产者”节点进行计算处理，它处理完的中间结果数据不限制保存在hdfs里，而可以自由控制保存在分布式缓存、数据库、分布式文件里。如果需要结果数据的合并，可以新建立一个“生产者”的任务分配进行完成。多个“生产者”之间进行责任链式处理。总的来说，是将大数据的复杂分布式计算，设计为一个链式的多“商”环节去处理，每个环节包括利用多台“生产者”机器进行并行计算，无论是拆分计算任务还是合并结果，都可以设计为一个单独的“生产者”环节。这样做的好处是，开发者有更大能力去深入控制并行计算的过程，去保持使用并行计算实现业务逻辑的完整性，而且对各种不同类型的并行计算场景也能灵活处理，不会因为某些特殊场景被map/reduce的框架限制，并且链式的每个环节也方便进行监控过程。

对分布式协同方面，简化树型结构，用两层结构取代；简化回调多线程等待编程模型，用更直观的容易保证业务逻辑完整性的内容变化事件以及状态轮循取代；简化临时节点和序列节点等类型，取代为在创建节点时是否指定保持心跳，心跳断掉时节点会自动删除。系统提出没有单点问题，可以有任意多个复本，它的复制不是定时而是基于内容变更复制。实现领导者选举算法，在领导者服务器当机情况下，会自动将请求切换到备份服务器上，选举出新的领导者。基于该框架可实现分布式配置信息、集群管理、故障节点检测、分布式锁、等协同功能。

对文件的处理方面，提供对集群文件的操作支持，包括：

（1）元数据访问，添加删除，按块拆分， 高性能并行读写等。

（2）对集群文件的解析支持。

（3）对整形数据的高性能读写支持。

（4）两阶段提交和事务补偿处理。

4 结束语

本文针对具有电商类业务应用特点的分布式架构平台进行分析，所设计的系统平台实现了分布式协同，用两层结构取代树型结构，用直观的保证业务逻辑完整性的内容变化事件以及状态轮循取代回调多线程等待编程模型。

参考文献

[1]张丽，刘彦良，季峰. 面向大数据的分布式系统设计关键技术研究[J].电子技术与软件工程，2014（17）：210.

[2]田文洪，赵勇.云计算资源调度管理[M].北京：国防工业出版社，2011.

[3]罗红，穆德俊，邓智群等.网格计算中任务资源研究综述[J].计算机应用研究，2005，5（1）：16-19.

第2篇：分布式系统设计原则范文

关键词：变电站　综合自动化系统　结构

1、系统结构

1.1　面向间隔的分布式系统

将变电站的输变电路线分为许多间隔，如进线间隔、变压器间隔、出线间隔等。各间隔设备相对独立，仅通过站内通信网络互联，并同站级计算机进行通信。每一间隔层按遥测、遥信、遥控、保护等多CPU分布配置，且在设计上引入计算机局域网络技术，功能分配采用尽可能下放的原则，这种结构虽然可靠性大大提高，任一间隔故障不会影响其它间隔，但是对于每一间隔来说可靠性就比较低，如果间隔内任一个发生故障，则会影响整个间隔。

1.2　面向对象的分布式系统

即一个单元对一个对象，每一根进线、每一根出线、每台变压器、电容器等都可作为对象。这是一种真正的全分布式的变电站综合自动化系统，它打破了原有二次设备的功能界限，根据变电站综合自动化的要求重新组合。这种面向对象的分布式系统符合国际电工委员会的技术规范，是今后的发展方向。它具有以下特点：系统可靠性大大提高，局部故障不影响系统运行；模块间相对独立，互相影响小；数据共享性好；系统运行效率高；多功能的综合控制方式，使得设备的运行管理十分简单，维护量少；抗干扰能力强；可扩展性好；站内二次设备所需电缆大大减少，节约投资。

2、双网络与单网络总线结构

站级管理层与保护监控层之间的数据及命令传递，可采用双网络或单网络结构。对110　kV枢纽变电站，采用双网络结构便于在数据流量很大时保证能快速传递各类信号，并提高其可靠性。采用双网络方式时，通常将监控和保护独立组网，在输电线路或电气设备故障保护动作后，可利用保护网快速传递录波数据。由110kV及以下变电站规模较小，数据流量不大，110kV及以下变电站采用单网络即可很好地满足数据传输的要求。

3、RS485或CAN现场总线网

3.1　RS485　总线

RS2485　总线较早应用于变电站综合自动化系统，目前仍为许多系统所采用，其缺点主要有：对于较小规模系统，有足够的传输率，实时性有保证，但随着系统规模的扩大，系统性能迅速降低。抗干扰及安全性较差，一般只适宜于在控制室内部使用，不能用于开关场及开关间隔内，即不适用于分散安装的分布式系统。从结构网络上只能有一个主节点，其余均为从节点，各I/O单元横向通信必须经过站级计算机进行，系统灵活性差。数据通信方式是命令响应式，节点只有在收到主节点的命令后才能响应，一些重要的变位信息得不到及时上送，实时性较差。无检错纠错功能。通信规约由各厂家自定，不同系统设备间难以互联。

3.2　CAN　总线型网络

采用短帧传送，且每帧均有CRC　校验和其它检错措施，抗干扰能力强，只需采用廉价的双绞线传输就可保证误码率≤10-11。网络直接通信距离最远可达10km，此时传输速率为5kbit/s，而当传输距离为40m时，传输速率可达1Mbit/s。按多主方式工作，网络上任一节点均可在任意时刻向网络上其它节点发送信息，而且还可按点对点、一点对多点和全局广播等方式传送信息，通信方式灵活。网络上的节点可以设置成不同的优先级别，并采用非破坏性总线裁决技术，当有两个节点同时向网络上传送信息时，优先级低的节点会自行暂停发送，但优先级高的节点却不受影响继续发送，从而大大地节省了总线冲突裁决时间，以保证整个系统的实时性。网络上某个节点异常时，有自动关闭总线的功能，切断该节点与总线的联系，以保证总线上其它操作不受影响。CAN网络符合ISO11898技术规范，具有良好的开放性和硬件支持环境。

4、后台操作系统

4.1　WindowsNT操作系统

硬件向上兼容性好，不需要人工进行硬件的优化配置。支持软件多，可移植性强，易于二次开发和功能扩展。有全方位多功能的系统配置组态功能，包括系统配置、图形、报表、曲线、事件处理方式等，使系统生成修改极为快捷、灵活、方便；多种报表配置生成及输出，全部基于Excel　电子报表，便于管理并与其他工具接口；标准的大型数据系统SQL　Server　或Sybase　作为实时及历史数据库，系统容量大，保证了数据完整性和一致性，易于维护并能与其它系统无缝连接。界面直观，通用性强，用户普遍会使用，减少培训的工作量。系统运行的稳定性略差，有时由于任务多易发生死机。安全性不高，易受计算机病毒的侵入。基于该操作系统的应用软件有的具有识别码，从保密的角度限制了它的使用范围。

4.2　SCOUN　IX　系统

硬件兼容较为严格，　一般的PC　机显卡在图形环境下不能兼容，即使兼容，其分辨率也较低，大多≤1024×768。需要对系统进行优化配置，这项工作一般使用人员难以胜任。支持软件较少，应用系统组态软件要自行编制。操作系统为英文环境，对国内用户来说较难掌握。有较长时间的运行经验及完善改进，稳定性好，安全性高，军工、金融等行业对可靠性要求较高的网络普遍采用。

5、变电站自动化系统应能实现的功能

5.1　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。

5.2数据采集及处理功能

5.2．1　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、事故跳闸总信号、预告信号等。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。

5.2.2　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，　电流和有功、无功功率值。馈线电流，电压和有功、无功功率值。

5．3　控制和操作功能

操作人员可通过后台机屏幕对断路器，　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。

5.4　系统的自诊断功能

系统内各插件应具有自诊断功能，　并把数据送往后台机和远方调度中心。对装置本身实时自检功能，方便维护与维修，　可对其各部分采用查询标准输入检测等方法实时检查，　能快速发现装置内部的故障及缺陷，　并给出提示，　指出故障位置。

5.5　人机联系系统的自诊断功能

系统内各插件应具有自诊断功能，　自诊、断信息也像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与远方控制中心通信。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。还应具有同调度中心对时，　统一时钟的功能和当地运行维护功能。

参考文献

第3篇：分布式系统设计原则范文

关键词：CORBA; DII; Java

中图分类号：TP311文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2008)06-11010-02

The Design and Implementation of the CORBA Server Interfaces Test Tool

BI Xue-jun,XIAO Qing,HAO Na

(Department of Information Engineering of Academy of Armored Force Engineering,Beijing 100072,China)

Abstract: The paper introduces the design and implementation of the CORBA server interfaces test tool CTester. It is independent of platform, providing a graphic user interface,supporting for script definition and dynamic invocation. It provides an easy way to test distribute system.

Key words: CORBA(Common Object Request Broker Architecture); DII (Dynamic Invocation Interface); Java

1 引言

随着Internet的广泛运用，将应用扩展到局域网、广域网甚至Internet上已成为用户的普遍需求，为此分布式计算成了新的热点。在分布式计算环境中，异构性是一个十分明显的特点。一个典型的分布环境包括有大型主机、UNIX工作站和PC机，各种机器所采用的操作系统和网络通信协议也是千差万别，在这样的异构环境下实现信息和软件资源的共享将十分困难，而一个健壮的分布计算框架将为分布应用软件的开发带来极大的好处。为了实现这一目标，OMG组织于1991年提出了公用对象请求程序结构的技术规范CORBA[1]（Common Object Request Broker Architecture，通用对象请求体系结构）。CORBA规范充分利用了现今软件技术发展的最新成果，在基于网络的分布式应用环境下实现应用软件的集成，使得面向对象的软件在分布、异构环境下实现可重用、可移植和互操作。

要想编写一个良好健壮的CORBA应用程序，首先需要进行有效的测试。一般的测试过程是，开发人员编写完CORBA服务器程序后，首先花费一定的时间开发客户程序来调用CORBA服务器对象。如果要针对大量的各种输入数据进行测试，那么客户端测试程序的开发工作量将会很大。因此需要研制开发CORBA服务器接口测试工具，进行有效的CORBA对象接口测试，验证CORBA接口实现的正确性。

2 系统设计

该CORBA服务器接口测试工具以下简称为CTester，它能够向CORBA对象调用指定的操作，获取或设置CORBA对象的属性，验证CORBA接口的实现，其参数设置方便，测试结果显示直观。支持测试脚本定义，用户熟悉IDL就可以编写测试脚本，测试脚本建立简便，可重复使用。该工具完全采用java编写，遵从CORBA2.3规范[2]，工作平台为IONA公司的orbix2000[3]。

2.1 设计原则

Ctester测试工具在开发过程中，遵循以下几个原则：

1)平台无关性：测试工具的运行应保证与操作系统无关，因此系统采用JAVA语言实现；

2)使用简便灵活：采用图形化GUI界面，使用简便灵活，显示结果直观，操作易于掌握；

3)支持脚本定义：用户熟悉IDL就可以编写测试脚本，测试脚本建立简便，可重复使用；

4)采用动态调用DII：动态方式允许对任意对象进行操作，借助接口库，动态方式可以在运行时刻查询各对象所支持的操作，无论是操作的对象、发起调用的参数，还是发起调用的次数等等都可以由客户程序在运行时刻视当时环境和需要而决定。因此，采用动态方式相对静态方式而言灵活性大大增强。

2.2 系统结构

整个系统结构按功能划分为六个模块，分别是测试控制模块、脚本定制模块、脚本解释模块、测试驱动模块、动态调用模块、结果处理模块。其中测试控制模块提供了一个总的控制界面，进行测试过程的控制和管理，测试人员输入指令，进行任意指定参数的操作或属性调用。在调用结束后，由测试结果处理模块处理并显示返回值及输入/输出参数，结果也可以保存在文件中。

脚本定制模块采用IDL格式定义测试脚本，能够编辑、管理测试脚本文件。用户熟悉IDL就可以编写测试脚本，测试脚本的解释由脚本解释模块进行。通过测试脚本可以向CORBA对象调用指定的操作，也可以获取或设置CORBA对象的属性。

在测试执行过程中，测试驱动模块和动态调用模块从接口存储库载入被测CORBA对象IDL细节。为了保持测试工具的灵活性，采用动态调用方式。系统结构如图1所示：

3 CTester工具实现的关键技术

3.1 动态调用技术DII

CORBA服务器接口测试工具CTester从Client/Server模式看，实际上相当于客户端，客户程序对远端对象的调用，有两种方式：静态方式和动态方式。本测试工具需要对任意CORBA服务器的属性/操作进行调用，因此采用动态调用DII[4]的方式，相对静态方式而言，该种方式有以下几个优点：

(1)灵活。动态方式允许对任意对象进行操作，所需要的只是目标对象的对象引用。借助接口库，动态方式可以在运行时刻查询对象所支持的属性/操作信息，大大提高了程序的灵活性。

(2)客户程序的可移植性增强。由于DII与客户之间的接口是标准的，因此由动态方式实现的代码具有良好的可移植性。

(3)可执行程序的“体积”小。与静态方式不同，DII不需要为每个接口生成码根和框架，无论程序中使用多少接口，所需要的只是一套支持DII的接口库，这样可执行程序的“体积”会相对较小。

当然，与静态方式相比，动态方式有以下的缺点：

(1)使用复杂。使用静态方式时，对目标对象的操作都施加在一个本地的对象上，相应对象支持的所有操作及格式都已经预先定义在这个对象中，因而使用方便。在动态方式下，程序员需要自己动手，“临时”构建一个请求并发送，同时程序还需要查询接口库以获得属性/操作必要描述信息，这些过程都较静态方式复杂。

(2)速度缓慢。由于静态方式下类型信息都是确定的，因此速度较快；而动态方式实现时，类型信息都是动态获知，速度不可避免要慢一些。此外，程序要花去大量时间来查询接口库，尤其当被查询的接口定义存放在远端时，这些查询还会引发远端调用，致使动态方式的速度变得更慢。

鉴于上述动态调用速度缓慢的缺点，为避免程序每次调用都去查询接口库来获得属性/操作的描述信息，我们采用预先将接口库中所有数据类型的接口定义对象转化为本地用java实现的类对象，这样程序就不必花费大量的时间来查询接口库，而只需调用所需类的属性或方法即可，大大提高了调用执行的效率。

动态调用的过程简要归纳如下：

(1)获得接口名，将目标对象接口信息注册到接口库中；

(2)从接口库的对象中，找到所要调用的操作（或方法）的描述；

(3)建立调用参数表，并逐一填入参数；

(4)创建请求，请求中应包括目标对象的引用、方法名、参数表和返回值；

(5)调用请求，并作结果处理。

3.2 采用面向对象的系统实现系统采用面向对象的思想，将接口库中各种数据类型对象一一转化为用java类实现的对象，对CORBA服务器属性/操作的调用变成了对相应java类的属性方法调用，提高了接口库查询效率，使得程序结构更加合理，易于维护。启动CTester工具后首先要执行“Load-ifr”命令，将接口库中所有IDL文件详细描述信息装入CorbaRepository类[5]，其中也包括要测试的CORBA服务器IDL描述文件信息，然后再调用“attribute”或“operation”命令对CORBA服务器中的属性、参数进行设置/获取，对CORBA服务器中的操作进行调用，获得inout/out参数结果和返回值，验证结果返回值是否正确。

4 总结

本课题在对CORBA服务器接口测试技术经过大量的研究后，开发了相应的测试工具来验证CORBA接口的实现，该工具可以为分布式系统的开发提供测试手段。

参考文献：

[1] 汪芸．CORBA技术及其应用[M]．江苏：东南大学出版社，1999.1-12.

[2] 朱其亮,郑斌．CORBA 原理及应用[M]．北京：北京邮电大学出版社，2001.15-37.

[3] Orbix 2000 Programmer’s Guide Java Edition[EB/OL]．．2004-09-16.

第4篇：分布式系统设计原则范文

关键词:集散控制系统;机柜集成;管理信息系统;专家数据库

中图分类号:TP291文献标识码:A

文章编号:1009-2374 (2010)22-0026-03

0引言

20世纪70年代后,信息技术的发展引起了多个技术领域的深刻变革,这场变革对传统自动化行业的影响也是巨大的,过程控制技术在这场变革中有了质的飞跃。经过几十年的发展,当前过程控制技术已有了巨大的进步。

虽然DCS技术有了巨大的发展,国内外很多企业都已掌握了成熟的技术,但是应用于DCS的机柜集成信息技术几乎依然处于空白状态。目前许多企业已经认识到利用管理信息系统对DCS机柜集成流程的改造,能够使传统DCS企业适应激烈竞争环境并取得主导地位。但是这些企业对于机柜集成的管理研究还处在起步阶段,在实现项目管理信息化的过程中,还存在许多认识和方法上的误区。

1DCS机柜特点分析

1.1DCS系统简介

DCS是一类分散控制、集中管理的仪表计算机控制系统。它具有连接方便、采用软连接方法使控制策略更改容易、显示方式灵活、显示内容多样和数据存储量大等优点。DCS由被控对象、用于生产过程的参数检测与变送仪表、控制站、执行机构和报警部件等组成。它的各组成部分是各自为政的自治和协调系统。自治系统指这些系统能完成自己的功能和独立工作,协调系统指这些组成部分用通信网络和数据库相互连接,信息数据相互交换,既有分工又相互制约,在系统协调下工作。

正是因为DCS系统的复杂程度高而导致了用于系统载体的机柜具有特殊性和多样性。

1.2控制站机柜多样性描述

现场控制站是一套可独立运行的计算机检测控制系统,由机柜、电源、I/O模块和控制处理器等组成。DCS系统的硬件基本上都安装在机柜中,不同厂商的DCS控制系统在硬件结构上相差很大,即使是同一厂商的产品也会不断升级换代,而且根据用户的需求,针对不同的用户在硬件配置上也不尽相同,这就需要不同的控制柜。

现场控制站的机柜内部均装有二次结构,以供安装I/O模块、电源、继电器及各种接线端子。控制站的机柜按照功能划分可以分为主机柜、I/O柜、继电器柜和端子柜等。不同类型的机柜都有各自的特点。主机柜内部的控制设备需要提供完善的电磁屏蔽,活动部分之间要保证有良好的电气连接;端子柜中交直流和信号线都需要隔离走线;本安机柜和非本安机柜的汇线槽和接线端子颜色需要区分开来。这些不同的技术规范就要求机柜内部结构多样化。

由于硬件配置原因,机柜内部结构很难做到标准化,这样造成了机柜多样性,使DCS项目机柜集成变得非常复杂和繁琐。

2机柜集成现状

目前机柜集成的时间节点是从销售部把拿到的订单移交给工程部开始,到制造部把集成后经过测试的机柜发运给用户结束。中间经过的主要环节有工程软硬件配置、材料清单确定、零部件采购和机柜装配与接线等。下面把以上提到的环节作展开说明:

2.1工程软硬件配置

这个过程一般由项目经理负责。其根据系统项目要实现的功能和信号来配置系统软硬件,但对于机柜和其他结构件不作选型,也就是说用于系统项目的控制类标准件比较容易确定,但是其他辅料等非标件难以定型,项目经理需要就这个问题不断和工艺工程师去讨论。如果有一个专家数据库系统,项目经理可以在软硬件配置阶段直接完成整个系统设计。

2.2材料清单确定

这个环节原来应由项目工程师完成,和上述工程软硬件配置以及下面要谈到的机柜二次结构设计一样,如果在软硬件配置阶段,有一个专家数据库,材料清单就可以产生。目前这个工作通常由工艺工程师完成,工艺工程师按照项目经理提供的典型图纸和自己的经验来完成详细材料的配置。

2.3零部件采购

目前机柜集成除了装配图纸生成和材料清单不能在很短的时间内完成之外,还有一个很大的问题就是缺料。由于DCS系统的特点,DCS系统所用到的机柜内部安装材料,包括控制器、I/O模块、电缆,风扇,空气开关和接线端子等,都具有小批量多品种的特征,这给采购带来了巨大的挑战。解决这个问题需要有一个管理系统,可以对交货期长的零件、项目之间材料调用、材料需求预测和库存看板进行统一管理。

2.4机柜装配与接线

在这里出现的问题主要是生产调度。在生产现场的每一个项目都不相同,生产调度无法做到一个静态调度,由于缺料、图纸更改和生产过程中的突发事件等各种原因,很难对生产资源、机柜集成次序、机柜集成过程和质量进行管理,要实现精益生产必须要有一个统一的管理系统。

3管理系统设计原则

对于上面描述的DCS机柜特点和目前DCS机柜集成中出现的问题,可以设计一套管理信息系统来解决。下面详细说明五条设计原则:

3.1系统性

机柜集成的管理是一个统一的整体,从母公司到子公司需要全局考虑,从工程部门到制造部门需要协同合作,管理信息系统在设计过程中必须从系统的整体角度出发进行设计。从整体角度考虑各个子系统的相互协调相互平衡的关系,可以使每个子系统的所有信息进行共享,设计的系统性必须按照机柜集成的电气规范、安全标准和各种防护等级。

3.2可变性

DCS系统项目本身是一个不断完善的系统,机柜集成同样如此。管理信息系统是个庞大的系统,它需要保持较长的生命周期,所以要求它具有很强的环境适应性,要具有较好的开放性和结构可变性。在管理系统设计中,按照机柜设计、生产流程、材料采购和质量管理进行模块化处理,并且要提高各模块的独立性,使各个模块之间的相互依存度降到最低。这样可以按照每个模块修改管理系统,以后可以单独增加功能。

3.3可靠性

DCS项目从和用户开工程会开始,留给集成供应商的时间并不很充裕,所以要求在做系统项目的过程中不能出差错。机柜集成管理系统也必须做到这一点,一定要有很强的抵御外界干扰的能力和失效后恢复正常使用的能力。

3.4高效性

DCS项目工期很短,机柜集成处于整个项目的前期,如果机柜集成效率低下,势必造成后期的系统组态和调试相当紧张,有可能造成延期发运。所以管理信息系统在规定的时间内处理事务的能力较强,能够迅速地对处理请求做出响应。

3.5经济性

在金融危机之下,每个企业都在提高工作效率,同时也在降低生产和管理成本。机柜集成管理系统要在满足需求的前提下,尽可能减少系统开销。一方面在硬件投入上做到简洁且符合系统要求;另一方面设计不要过于复杂,各个模块在保证功能的情况下减少开发费用。

4管理系统框架

系统设计原则确定下来以后,然后需要考虑管理系统的框架设计,这是管理信息系统开发过程中一个非常重要的阶段。

4.1总体布局

一般信息系统总体布局分为集中式和分布式两种,DCS系统机柜的管理系统设计必须按照分布式进行。分布式系统可以运用局域网、广域网、局域网和广域网混合形式及互联网、内联网、外联网及其混合形式,利用这些计算机网络把分布在不同地点的计算机硬件、软件和数据等资源联系在一起进行联机处理。

4.2专家数据库

由于机柜具有零件众多、装配工艺复杂和设计多样等特点,要成功开发一个管理信息系统必须要配备专家数据库系统。专家系统的数据库是经特别设计的计算机程序,用来复制自动化工程领域机柜集成专家的推理和决策过程。专家系统按照实际项目要求,可以对机柜集成知识库中的知识和数据库中的数据加以智能性分析、判断,得出结论以供设计人员参考。根据这个专家系统可以开发各种工具,如图纸生成器、材料清单生成器和工程更改通知单等一系列工具。有了这样一个面向应用者的专家系统数据库,相关机柜集成工程师可以很容易地利用它报价、选型和计算机模拟装配。

4.3硬件配置设计

由于机柜集成管理系统按照分布式设计,通过网络实现,所以在硬件上有两方面需求,即计算机系统配置和网络平台设计。关于计算机的选型要考虑系统未来的升级可能和第三方软件的支持,使管理系统具有延续性。另外硬件配置要考虑数据处理能力、存储功能和通信功能。由于管理系统是一个全球性的系统,每个子系统都要利用这个管理系统,所以网络平台要考虑实用性、先进性和开放性。

4.4软件设计平台

信息系统软件平台是指支持系统开发和运行的软件平台。开发一个全球性的庞大的信息系统要保证开发维护简单易行,而且开发的系统运行要高效可靠。机柜集成对于一个跨国公司来说,要做到标准化和统一性。软件平台必须符合开放式的发展方向,要与其他系统互联及互操作性。一个跨国公司花了大量的人力物力,要保证这个管理系统建设成功、生存和发展。这个管理系统所设置的软件平台必须支持必要的软件开发工具,比如数据库开发工具、界面开发工具和应用工具等。另外这个软件平台要有对新技术的支持能力。DCS技术还在不断发展之中,机柜集成也随着DCS的发展也在不断变化之中,管理信息系统也需要跟着改变。只有支持新技术能力的平台才能适应系统今后发展的需要。

5结语

由于DCS机柜集成的多样化和非标准化等特点,传统机柜集成孤岛模式已不适应当前快速响应的市场要求,因此应用管理信息系统已成了机柜集成发展的必然趋势。管理信息系统把项目运行过程中的信息技术、生产技术和企业的各种生产与经营活动有机高效地结合起来,能够保证机柜集成企业有效地运转,去创造最大的经济和社会效益。

参考文献

[1] 俞金寿.信息科学与工程[M].北京:科学出版社,2008.

[2] 方康玲.过程控制与集散系统[M].北京:电子工业出版社,2009.

[3] 何衍庆,黄海燕,黎冰.集散控制系统原理及应用[M].北京:化学工业出版社,2009.

[4] 黄桂梅.计算机控制技术与系统[M].北京:中国电力出版社,2008.

[5] 罗焕佐,宋国宁,王晓峰.流程企业智能计划调度技术[M].辽宁:东北大学出版社,2004.

[6] 陈京民.管理信息系统[M].北京:清华大学出版社,北京交通大学出版社,2006.

第5篇：分布式系统设计原则范文

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。

转贴于 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。

3）．后台监控

第6篇：分布式系统设计原则范文

关键词:燃料管理；J2EE 架构；信息系统

一、前言

以燃煤为主的火电发电企业，燃料（主要指煤炭）作为其生产经营主要原材料，其具有消耗量大、占用资金量大（约占70％－80％）和燃料的各个特性指标必须满足锅炉的设计需要等特点；燃料的质量和价格、运输方式对电厂的经济性影响很大，因此，火电厂的燃料管理是无疑是降低成本、提高效益、抗御市场风险的有效方式，是提高企业管理水平，提高燃料质量，降低燃料成本的重要环节，在生产过程中有着举足轻重的地位。

在“厂网分开、竞价上网”为主要内容的电力体制改革后，原来计划经济条件下以发电车间形式存在的经营管理模式彻底改变，电厂成为独立经营的市场经济主体。在市场经济规律下运行的发电企业，本着对燃料少投入、多产出的基本原则，在保证机组安全运行的基础上，运用现代的经济管理手段，通过煤质分析、成本核算、煤耗分析、经济活动分析对燃料的供应、耗用和存储进行全面管理，降低发电成本，使企业获得良好的经济效益。

二、燃料管理系统的设计目标

火力发电厂燃料管理是一项复杂的系统工程，涉及燃料订货、采购、接卸、验收化验及车辆管理、费用结算、配煤燃烧、煤场管理、统计核算等一系列工作。建立从供应、存储到消耗，贯穿燃料使用过程的一体化燃料管理服务平台是系统设计的基本思想。本系统建立的设计目标有以下几个：

（一）降低生产经营成本

由于发电企业生产的连续性，燃料在生产经营中占用资金比重大的特点，通过对燃料库存的动态管理，在满足生产经营需要的前提下，保持合适的库存量，降低整体的库存成本；财务结算子系统通过加快资金周转速度和降低资金占用的方法，保证利用同样的资金使企业获取更高的经济效益。

（二）优化资源分配

通过对燃料的供应、存储和消耗的有效监管，可以合理的利用资源，减少资金、人力和物力的占用，降低燃料的采购成本、储存成本、经济使用的效能成本，使其能量能够被高效利用，保证锅炉安全稳定燃烧，满足锅炉变负荷的需要等。

(三)及时交流信息

充分利用电厂的网络平台，快速准确地收集电厂的燃料信息；提供与外部有关系统连接的数据接口，使燃料管理系统融入整个电厂的信息系统；更好的为电厂相关人员提供信息服务；为生产经营提供及时准确的信息服务，为领导决策提供可靠的依据。

二、基于J2EE的燃料信息系统的总体设计

（一）系统的体系结构

该系统是构筑于J2EE平台上的企业级分布式系统，采用三层J2EE架构设计模式，其体系结构图如图一所示。

在客户表现层利用OCX、DLL等技术实现客户端的应用模块，利用SOAP调用远程服务；在业务逻辑层采用JBOSS作为应用服务运行的中间件环境，使用WebService方式向外提供数据支持服务，同时驻留在中间件服务器上的高性能的EJB组件承担着全部业务逻辑和数据访问任务；数据库管理系统选用Oracle 9i，数据库连接采用通过JDBC从数据库连接缓冲池中获得；系统还提供了与外部遗留系统联系的接口。

（二）系统主要总控模块简介

1 计划合同模块：

该模块是为了及时准确的保证发电企业所需的符合锅炉燃烧特性的燃料。根据发电计划和发电标煤消耗率制定出燃料的采购计划，根据对燃料供应商的评价选择结果，制定采购合同，签订采购单，安排供应商交货进度等功能，有效管理整个企业的采购业务。用来控制和提高企业的经营活动效率，降低采购成本，节约采购资金。

2 调度管理模块：

该模块主要根据燃料合同、电厂燃料的供应、库存和耗用情况和燃料矿点供应情况进行调整运输计划，实现调配、接车和卸车管理；根据发电生产情况和煤场存煤煤质情况，对入炉煤进行调配、调度管理。对汽车衡、轨道衡和皮带称的过衡管理，将衡器和皮带的计量数据自动转换至管理系统中；并对矿点进行催交、催运管理，保证电厂的燃料供应充足，能够稳定生产。

3 库存管理模块

该模块主要是对燃料的耗用情况、现存燃料的定期与不定期的盘点情况进行管理和维护，根据燃料的入厂情况，使管理人员对现存燃料的盈亏情况进行查询和管理，有利于燃料的调运和统计核算。

4 统计核算模块

该模块根据燃料的供应、耗用和库存情况，以及入厂煤、入炉煤的化验结果等信息进行汇总统计，提供供货率及盈亏情况，为燃料计划管理提供信息；根据来煤量、化验结果、矿点情况等数据，以及合同和价格指标进行核算，对煤量、发热量盈亏等情况进行索赔，并按一定的结算方式办理结算手续；对统计核算的结果，用图形的方式展示，为燃料的成本核算和分析提供依据。

5 煤质管理模块

该模块主要实现对某段时间内同一矿点一定数量的入厂煤进行一个批次的采样、制样，或对入炉煤根据规定定期进行采样、制样，然后由化验员对煤质进行化验，实现对入厂煤、入炉煤的采样管理和煤质化验管理，为分析燃料变化原因提供依据以及对燃料的核算、分析以及计划调整提供支持。

结束语

燃料管理是发电企业提高效益的重要环节。本文提出的基于J2EE架构的设计方案，不仅加强了燃料的信息化管理，更重要的是加强了对燃料的购、存、耗的有效监管，使管理人员能够随时了解燃料的供存情况，为决策人员的决策提供有效的支持和帮助。

参考文献：

[1] Deepak Alur. J2EE 核心模式[M]. 刘天北, 译. 北京: 机械工业出版社, 2005

[2] 刘晓华等.J2EE企业级应用开发[M].北京:电子工业出版社,2003.

第7篇：分布式系统设计原则范文

电力行业是关系到国计民生的基础性行业，在改革开放30年中，电力行业发展取得了巨大的成就，电力硬件设备急速增长的同时，员工数量也得到了壮大，对人员的管理提出了更高的要求，特别是对具有特殊资格证的人员要求更高。目前的管理方式还处于比较落后的人工和半人工管理阶段，特别对野外施工人员的管理更不到位，经常发生串岗、替岗事件的发生，给安全生成带来很大的安全隐患，特别是输电检修人员没有登高资格证也上塔冒险作业，发生人身伤亡事故责任划分不清的问题出现。为了解决串岗、替岗事件的发生，同时也为了加快电力行业信息化建设步伐，迫切需要研发人员唯一性身份认证系统，对电网的安全运行具有重大的实际意义。

2研究的目的和意义

2.1电力工程施工现场人员持票状态智能核查系统目的

利用计算机网络通信、无线通讯网和模数信号处理以及无线射频智能识别等技术的最新成果实现施工人员唯一性身份管理，规范施工单位施工中用人规范性管理，防止串岗和没有资质的人上岗违规施工。

2.2电力工程施工现场人员持票状态智能核查系统意义

电力工程施工现场人员持票状态智能核查系统可实现智能电网状态检修人员身份认证从传统管理方式向电子信息化管理方式转变，实现智能电网状态检修人员唯一性身份认证，杜绝没有资格的人员上岗，同时也可以防止串岗的情况发生。电力安监督察员通过便携识别仪识别出施工人员或检修人员是否违规操作。为事故划分清责任提供了唯一性证据。对违规施工、违规用人起到了震慑作用。

3系统的研究与实现

3.1三层结构的B/S体系模式

3.1.1三层体系构造

关于三层体系成分的作用，它基于以前的二层结构体系之上，同时进行开发和不断进步的。在以往应用系统研发时，二层的CLIENT/SERVER体系结构应用得很广泛。其特点为：一般在于客户和服务器的两端，有分布着应用程序逻辑，同时还能看到在客户端，有数据资源访问的要求，于是在服务器端，把结果向客户端进行返回。然而，此方法Client/Server组成中存在构成体系上，存在着很多的问题。例如：（1）服务器端的功能在客户端数目激增时会因为负载过重而大大效率降低。在服务器和客户两端，其于应用需求有了变化的时候，应用程序一般都要进行修复，这样，就给维护，还有升级，都产生了很大的不方便。（2）因为数据传输的增多，使网络负载也变得越来越重了。三层体系结构于数据库和客户端间，有一个“中间次层”的加入。通常三层体系表示的是物理三层，而不是简单地把三个层次叠加起来；三层体系层次，不单是B/S的应用，不是说只有这样才能算得上三层体系结构。其应用程序为数据访问、业务规则的处理、合法性校验等方面的应用，同时在中间层次进行这些应用的处理。通常条件下，用户端通过Com/Dcom通讯与中间层建立连接，再经由中间层和数据库做交互，而不直接与数据库进行交互。

对三层体系结构的支持

以前我们使用ASP，把WEB页面表现和处理逻辑相互结合起来。如此，一方面对于编辑的调试非常不利，二方面对于扩展也不方便。有两个好处，一是很快地进行编译的执行，二是能够进行页面与代码分离，更有其支持事件的每一样的WEB组成。此形式与和相比于以往的编写网页的方法，明显有了质的飞跃。现在，分布式的对象技术慢慢变得进步了很多，多层分布式的应用，这一体系方式得到了很大的应用，非常广泛。应用系统利用于多层次的分布式的变化，后来就能够把C/S组成上的难题给解决了。利用分布式这一技术，可以把异构平台达到这个目的，它把在对象之间的相互通信变成了可能。把应用系统在分布式系统的情况下集成，如此，把可扩展性也增加了，因为高效性的系统也有了保障。“应用服务器”是于多层次分布式的应用里面，还有于服务器与客户端的当中，有一层或者二层往上的应用服务程序的加入。利用应用的商业逻辑置于中间层上，开发人员能够把应用的业务逻辑和用户显示界面一一进行区别出来。基于客户端功能的保证，使用户有了一个方便的界面能够显示得出来。从而降低了技术开发人员的工作量，相对的提高技术开发人员的工作效率。让开发人员能把所有的心思都放在对于应用系统关键的业务逻辑的掌握、研发上，使得应用系统的更新、升级和研发变得不那么紧要了。

3.2系统可行性分析

电力工程施工现场人员持票状态智能核查系统投入使用后能带来很高的直接和间接经济效益、社会效益。有效的防止了没有施工资质的人员施工检修，有效防止违规施工及时发现和排除安全事故隐患，减少人为事故和人身伤亡事件的发生。保证了施工的进度，保证了施工质量。保证了供电线路的安全运行。电力工程施工现场人员持票状态智能核查系统的研究研制成功并稳定上线运行具有很强的复制性，电力系统任何单位和部门对人员身份要求严格或苛刻的都使用本系统，因为本系统对人员认证唯一性，而且腕带射频标签设计成手表模样，带上美观大方，戴到手腕上后不能自己摘下除非暴力拆除，但是一旦暴力拆除标签立即报警并失去腕带标签内存储的个人身份信息，此标签不能在使用必须从新写入个人身份信息并赋予权限才可以从新使用，不能暴力拆除但可以被授权能打开的人员顺利打开。杜绝身份标签被借用，完全做到唯一本人使用。特别适合无人变电站巡视员，高危险需要特殊资质的人员等等。对电力系统内部安保有重大意义。

3.3开发方法及总体架构设计

电力工程施工现场人员持票状态智能核查系统软件的开发是一项涉及管理科学、信息科学、计算机通讯科学与自动识别技术等多个学科深入交叉的系统工程开发课题，需要一套科学、合理、实用的包括人员的组织与管理、系统开发方法等在内的工程化开发方法和管理制度。确立科学、合理的工程化开发方法，目的在于减少或消除系统开发的风险，保证系统开发成功。智能电网状态检修备件智能管理系统采用自顶而下设计、自底而上实施的原则，开发方法是采用生命周期法和快速原型发相结合的方法，最大限度保证系统开发成功。

3.3.1关于防拆卸报警标签的设计与实现

防拆卸报警标签实现主要采用技术成熟的无线射频识别技术实现。防拆腕带采用手表表带型设计，腕带内部有电路一旦被非法打开就立即报警并且这个标签内存储信息丢失标签失去作用，必须从新写入信息才能使用。腕带卡扣采用电子密码锁或机械锁设计只有授权的人员才能打开。

3.3.2关于电力工程施工现场人员持票状态智

能核查系统中间件的开发与实现电力工程施工现场人员持票状态智能核查系统中间件是位于平台(硬件和操作系统)和应用之间的通用服务，这些服务具有标准的程序接口和协议。针对不同的操作系统和硬件平台，它们可以有符合接口和协议规范的多种实现。要具有通用性和可扩展性，方便以后跨平台复制。电力工程施工现场人员持票状态智能核查系统无线射频识别中间件扮演射频标签和应用程序之间的中介角色，从应用程序端使用中间件所提供一组通用的应用程序接口（API），即能连到射频标签读写器，读取射频识别标签数据。这样一来，即使存储射频识别标签的数据库软件或后端应用程序增加或改由其他软件取代，或者读写射频识别标签读写器种类增加等情况发生时，应用端不需修改也能处理，省去多对多连接的维护复杂性问题。电力工程施工现场人员持票状态智能核查系统无线射频识别中间件遵循EPCglobal标准和OSGi构件化标准的无线射频识别中间件构件化方案，基于Eclipse开发环境与OSGi框架实现无线射频识别中间件开发平台，提出了模块化划分方法、构件化设计和实现策略，构建了中间件与典型应用的基础构件库。本平台将支持CBSD流程的各种功能集成到统一的桌面环境中，包括：构件选取、组装、与部署等，支持对无线射频识别中间件产品及基于无线射频识别中间件的应用系统的开发以及二次开发。

4总结

电力工程施工现场人员持票状态智能核查系统投入使用后能带来很高的直接和间接经济效益、社会效益。有效的防止了没有施工资质的人员施工检修，有效防止违规施工及时发现和排除安全事故隐患，减少人为事故和人身伤亡事件的发生。保证了施工的进度，保证了施工质量。保证了供电线路的安全运行。项目研制完成后投入试运行，重点检验和完善系统的精确度和稳定性，产品改进成型后，通过专业技术杂志宣传及文章交流和研讨会等形式使广大电力局负责人了解该系统，吸引更多单位试用该系统。

作者:邱灿树 张健权 余少杰 单位:广东电网潮州潮安供电局

参考文献

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[5]刘赛君,常,刘海丰.基于javaEE技术的网络课程资源管理系统设计[D].天津工程师范学院,2008(03).

第8篇：分布式系统设计原则范文

关键词:协同;电子政务;多Agent;CORBA

中图分类号:TP391文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2009)20-093-04

Research on E-government System Based on Multi-Agent Technology

YANG Yucui,SUN Hongbing

(Huaiyin Teachers College,Huaian,223001,China)

Abstract:Implementation of E-government can promote the construction of government information and optimize the Government's organizational structure and business processes.E-government system design requires excellent software systems support.In this paper,a complex E-government system is researched based on multi-agent technology.It is decomposed into a number of modules which are easy to be realized.These modules are designed as society agents.Through the collaboration among these agents,the function of E-government system is achieved.The design idea and system model of E-government system are proposed in detail.

Keywords:collaboration;E-government;multi-Agent;CORBA

0 引 言

在当前网络化、信息化、全球经济一体化的趋势中,政府信息化作为国家信息化的基础,直接影响国家的竞争力和社会经济的发展进程。一个国家的信息化发展水平直接关系到该国在未来世界经济和政治格局中的地位,信息化建设事关国家的核心竞争力,我国在失去工业化先机的前提下,能否抓住信息化的后发优势,是举国关注的焦点。政府是信息化进程的先导,必然要求电子政务先行。

电子政务就是以政务信息资源的开发和管理为切入点的,通过集成和应用现代信息技术,以增强政府的调控能力,改进决策质量,降低行政成本,改善工作效率和提高廉洁程度为重点,优化政府的组织结构、业务流程和工作方式,以直接、非接触和虚拟的方式,向社会提供全方位与跨部门、超越时间与空间、行为规范与透明、符合法律与国际惯例要求的管理和服务。电子政务的过程就是工业时代的政府(即传统政府)向信息时代的政府(即现代政府)转变的过程[1-3]。

从技术的角度看,电子政务是基于Web技术、数据库技术、全文信息检索技术、GIS技术、RS技术、GPS技术、数据仓库和数据挖掘技术、空间数据挖掘技术、空间决策技术、数据通信技术、标准化技术、信息安全技术和信息共享技术等于一体的政务信息管理系统。电子政务是科技创新的核心内容,其技术渗透作用对生产力要素、生产方式创新的影响的最为深刻。它为企业、行业或领域信息化提供良好的配套环境,提高社会公众对信息化的认知程度,实现信息增殖效应。随着信息技术的发展,各个政府部门纷纷建立了自己的电子政务系统。但是由于各个电子政务系统之间不能相互交流,产生了很多“信息孤岛”。为了消除“信息孤岛”,创建电子政务应用系统平台是很关键的[4]。需要围绕机关中对产生的信息资源进行采集、整合、交换、管理、、检索与内容挖掘。以分布式数据库为主体,通过统一标准交换协议与关系数据库网关全面整合、管理,并共享各种信息资源,建立政府机关基础政务办公信息资源库、政府公共信息资源库和统一的数据交换平台,构筑分布式、“一站式”的电子政务应用系统平台,实现各异构政务系统平台之间的互联互通,实现各类信息资源库的全面共享与互操作,达到政府机关信息服务个性化与智能化的目的。另外,在电子政务系统开发过程中还必须考虑病毒、黑客的入侵与破坏,设计时必须考虑相关的安全策略。传统的开发技术对这样大型复杂系统的开发面临着许多困难,如各种信息的实时传输与处理、多个功能模块的协调工作等[5]。人工智能领域的多主体(Multi-Agent)协作技术不仅能有效处理分散的、分布的、不同种类的在线信息资源,而且可作为构造大型、复杂、强健的分布式信息处理系统的框架结构。为此,将多主体技术引入电子政务系统的开发领域,成功解决了各功能模块的协作难题及入侵检测难题,对电子政务系统的开发有一定的借鉴意义。

1 多主体技术简介

Agent一词的中文意思是“”或“主体”,是一种在分布式系统中能够自动、自主地感知环境,并作用于环境的硬件或软件实体,其主要作用是提供一种易于理解和使用的操作界面,接受用户的指令,代替用户完成某些复杂繁琐的工作,或为用户提供帮助。其概念最早出现于20世纪70年代的人工智能中,80年代后期开始受到重视。Agent可以实现分布式查询和计算,实现高层服务的低层分解,它还可以自定义一种Agent脚本语言,供用户提供高层要求,Agent在运行时可以进行效率的权衡,从而避免瓶颈效应。此外,Agent能利用元数据与其他Agent 一起协同工作。从人机工程的角度考虑,赋予电脑或程序更多人性化色彩,如支持语音合成输出信息、语音识别输入指令、智能提示、动画等,能够充分提高人机交互的有效性和易用性,提高信息处理的柔韧性[5-7]。

多主体(Multi-Agent)技术是为解决大规模复杂问题的智能求解而发展起来的。其基本思想是把大的复杂系统分解为许多小的、可以实现相互通信、能够彼此协调工作的自治系统(Agent),然后通过这些自治Agent的交互、协作等智能行为完成复杂的任务求解。国内外学者已在Multi-Agent技术应用方面做了尝试,并取得了一些成果。美国NASA Ames研究中心与JPL联合构造出了用于深空1号航天器的远程诊断Agent,能实现航天器自主诊断和修复功能。Kenvin P.Logan等人于2003年提出了针对分布式机械健康监测和诊断系统的智能软件主体[8-10]。由于多Agent 可以很好地处理分布式事务,在此尝试利用多Agent的这一特性对电子政务应用系统平台分解,以得到利于实现的功能模块(Agent),从而得到一个基于多Agent的电子政务应用系统平台模型,并对系统的安全性进行必要的设计与分析。测试结果表明,该系统能满足电子政务系统中各角色的协作与信息交互,能够有效检测并抵御不良入侵。

2 基于多主体技术的电子政务系统设计

2.1 电子政务的行为主体及工作模式

在电子政务系统开发过程中,必须先进行需求分析,再确定系统功能及系统角色(即行为主体)。针对我国政府业务的具体情况,电子政务中的行为主体主要是四个:政府,从中央政府到地方政府;政府雇员;企业及事业单位;社会公众。由这四个主体形成了电子政务系统应用的四种不同工作模式:

(1) 政府对政府(Government to Government,G2G)。它是异级、异地或异职能部门之间的电子政务,即通过政府之间和机构部门之间的信息交流沟通,打破机关部门的垄断和封锁,加速政府内信息的流转和处理,从而达到共享公共资源,促进协同办公的目的。其内容包括:电子公文系统、电子法规政策系统、电子司法档案系统、电子并联审批系统、电子财政管理系统、电子办公系统、电子培训系统、电子资料库、电子邮递等。

(2) 政府对公务员(Government to Employee,G2E)。它指政府和公务员之间为提高政府效率服务而建立的基于Intranet的有效行政办公体系,其目的是通过借鉴产业界的先进经验(如供应链管理、财务管理和知识管理),更好地利用信息技术减少政府支出,改善政府机构的行政管理,使各机构能提高工作效率和改进绩效,消除工作拖沓现象,同时改善公务员的满意度和忠诚度,营造和谐良好的组织文化。其基本内容包括电子公文、电子邮件、电子人事及电子财务等。

(3) 政府对企业(Government to Business,G2B)。它是政府通过网络为企业提供的公共信息资源,实施基于网络系统的业务监管与服务,以及电子采购与招标。企业通过获取政府公开的各种信息资源,可以避免发展的盲目性,将更为容易地找到更多商机。政府对企业业务的监管与服务网络化,有利于营造公平的竞争环境,最大限度地减少暗箱操作及权钱交易。政府的电子采购与招标,有利于体现公平公正的原则和防止腐败,大大节约政府部门的运行成本。其基本内容包括:电子采购与招标、电子税务、电子证照办理、信息咨询服务、中小企业电子服务。

由此可见,电子政务不仅是电子商务的基础支撑和环境保障,而且G2B模式的电子政务还能成为电子商务的业务增长点,实现电子政务与电子商务的共同发展。

(4) 政府对公众(Government to Citizen,G2C)。它是政府通过网络系统为公民提供的各种服务。它以公共利益为目标,以社会公众的客观需求为尺度,通过以互联网为平台的网络系统,尊重公民意愿,建立和发展广泛的社会回应机制与公共责任机制,为公民提供各种满意的公共产品和公共服务,进而提高政府的透明性,强化公民的民主参与和多元监督,促使政府运转高效低耗和公务员的廉洁自律,其主要内容包括:教育培训服务、就业服务、电子医疗服务、社会保险网络服务、公民信息服务、交通管理服务、公民电子税务服务以及电子证件服务等。

2.2 电子政务系统体系结构设计

依据上述电子政务系统所需提供的功能及各行为主体,结合电子中的几种工作模式,将整个系统优化分解为易于实现的子系统,这些子系统由相应的智能主体(Agent)来实现。设计的基于Multi-Agent 技术的电子政务应用系统平台体系结构如图1所示。

图1 基于多主体的分布式电子政务系统体系结构

其中,按层次分为政府各级部门提供服务的政府Agent、企业Agent以及面向公众的公众Agent。对政府Agent进行细化设计了14种主要的Agent,包括用户认证Agent、智能处理Agent、档案管理Agent、智能管理Agent、会议管理Agent、工商审批Agent、管理Agent、决策信息Agent以及信息服务Agent等。各Agent通过CORBA进行协作与信息交流。将企业Agent进行细化,设计了5种主要的Agent,包括用户接口Agent、招标采购Agent、数据管理Agent、工商税务Agent以及企业服务Agent等。将公众Agent进行细化,设计了5种主要的Agent,包括用户接口Agent、事务办理Agent、公共服务Agent等。

2.3 主要Agent设计及系统工作过程

在图1所示的电子政务系统中,各Agent的作用各不相同,限于篇幅,仅介绍几个主要的Agent功能及作用。

(1)用户认证Agent。由于系统的用户包括政府的公务员、社会公众以及企业等,不同的用户具有不同的权限。为此,用户认证Agent 需要通过用户密码或者用户的IP地址等信息对用户赋予其相应的操作权限。

(2) 智能管理Agent。该Agent 对系统资源进行有效的管理与协作,并对各种事务进行分类,根据类型将事务发送到不同的Agent 进行处理。

(3)信息服务Agent。该Agent 能将用户端传来的信息搜索请求提交给数据库Agent,并进行相应的查询操作,将查询结果以约定的形式返回给用户。

(4)决策信息Agent。该Agent 利用数据挖掘、神经网络、人工智能等方法,将信息服务Agent、公众信息管理Agent等送来的信息进行综合处理,给出用户所需的决策信息,或者辅助政府机关的各级领导就某一事务进行决策,避免或减少失误。

(5)公众信息管理Agent。该Agent 负责实现公众提交的意见及建议等信息的有效管理,对其进行分类、存储和组织。并将这些信息传递到数据库进行存储,同时送决策信息Agent,以辅助政府部门就某一事件进行决策。

(6)用户接口Agent。该Agent 的功能主要是在政务系统与用户之间架起联系的桥梁与纽带。用户通过该Agent可以向系统提交请求、意见及建议等信息,同时政府部门的一些反馈信息、建议、意见以及事件的处理结果也通过用户接口Agent返回给用户。

(7)数据库Agent。电子政务系统要处理大量的信息,这些信息包括政府信息和企业及社会公众的信息。如何对这些信息进行有效的存储与管理,这对系统的工作速度及稳定性至关重要。一般认为,关系数据库系统(如Oracle,SQL Server,Foxpro等)适合传统数据类型(结构化信息)的表示和存储,但是对复合文档数据的处理并非能够完全表达。因此,“面向Agent的存储技术”的概念就被引入电子政务系统的数据库领域,其目标就是针对新出现的需求,高效率地表达和存储管理“复合文档数据”。当然,传统数据的存储和处理也是系统的重要部分。

当用户端(即公务员或者公众或者企业等)通过互联网或政务内部网访问该电子政务应用系统平台时,首先通过认证Agent 对访问者的身份或者地址IP 进行认证,认证通过后,事务交由智能管理Agent 进行处理。如果是查询事务,则将该事务发送给信息服务Agent。信息服务Agent 向分布式数据库Agent提交搜索请求,如果搜索成功返回结果;如果搜索不到所需数据,将通过数据挖掘等方法对分布式数据库进行更复杂的算法搜索,搜索成功,结果返回用户端,同时将结果传递给智能管理Agent及数据库Agent 进行相应的信息记录分类,进而存储到相应的数据库站点中。如果事务为需要处理的政务事件,将事务发送给相应的处理Agent,如工商审批Agent、会议管理Agent、管理Agent等进行处理,处理结束后将处理结果返回给用户端,同时也将结果传递给政务智能管理Agent进行相应的信息记录分类,进而存储到相应的数据库站点中。如果该事务是用户提交的一些反馈信息、建议、意见等,则将该事务发送给公众信息管理Agent,由该Agent 负责对信息进行分类处理,处理结果返回用户端。对系统进行了实际测试。结果表明,系统能够有效实现设定的功能。

3 结 语

通过对电子政务系统行为主体及工作模式的分析,在对复杂的电子政务系统进行功能分解的基础上,用对应的智能主体来实现分解后的子系统,通过这些智能主体的自主运行及相互间的协调协作,有效实现了系统功能。利用ORG的CORBA来实现各智能主体之间的通信,可以有效实现跨平台操作,为系统的实现及后期升级带来便利。

参考文献

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第9篇：分布式系统设计原则范文

关键词：学生档案管理；数据库设计；需求分析；客户端/服务器模式

中图分类号：TP315文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)35-2486-04

The Design and Implementation of Hotan Teachers College Students' Records Management System

ADIL Gulam

(Department of Physics, Xinjiang's Hotan Teachers College, Hotan 848000, China)

Abstract: A new method of student's scores management system forHotan Teachers College is introduced in this paper. combining the design and implementation of student's scores management system ,we have made research on the distributional application system. many universities have been trying to develop an opened and distributed student's scores management system on their campus networks. In this paper, the optimum solutions on scores management system according to the characteristics of Xinjiang special regions are discussed by considering the relations between the network architecture and score management systems.

Key words: scores management system; database design; needs analysis; client/server model

1 引言

学生档案管理系统是教育单位不可缺少的部分。一个功能齐全、简单易用的学生档案管理系统不但能有效地减轻学校各类工作人员的工作负担，其内容对于学校的决策者和管理者来说也至关重要。所以学生档案管理系统应该能够为用户提供充足的信息和快捷的查询手段。但一直以来人们使用传统人工的方式管理文件档案、统计和查询数据，这种管理方式存在着许多缺点，如：效率低，保密性差，人工大量浪费；另外时间一长，将产生大量的文件和数据，这对查找、更新和维护都带来了不少困难。随着科学技术的不断提高和计算机科学日渐成熟，其强大的功能已为人们所深刻认识，它已进入人类社会的各个领域并发挥着越来越重要的作用。

基于校园网的学生档案管理系统完成后可以降低工作量，提高办公效率，学生管理人员、教师和学生都不受时间和地点的限制查询学生资料，而目前使分散的学生管理得到集中管理，这对减轻管理工作负担，提高管理水平，实现学生管理的现代化、系统化、规范化具有重要意义。本文结合和田师范专科学校学生档案管理工作的实际情况，在需求分析、系统分析的基础上，对和田师专学生管理系统做出总体设计、详细设计和程序设计，并进行系统测试。

2 需求分析

这个阶段的任务是确定“为了解决这个问题，目标系统必须做什么”，主要是确定目标系统必须具备哪些功能。对于需求分析不仅是软件定义时期的最后一个阶段，而且是软件开发期的第一个阶段，也是关系到软件开发成败的关键步骤。只有通过需求分析才能把软件功能和性能的总体概念描述为具体的软件需求规格说明，从而奠定软件开发的基础。在本阶段所研究的对象是软件项目的用户要求，且必须全面理解用户的各项要求，但又不能全盘接受所有的要求。为了达到这一目的，必须对其中模糊的要求进行澄清，然后才能决定是否可以采纳。而且准确地表达被接受的用户要求，也是需求分析的另一个重要方面，只有经过确切描述的软件需求才能成为软件设计的基础。

2.1 学生档案管理系统的功能

学生档案管理系统旨在提供一贯可以操作的，方便管理，提高工作效率，易于修改的辅助管理系统。考虑到我校校园网落的实际情况，本系统采用Visual Basic+SQL Server 2000 结构。

考虑到系统所要实现的功能以及系统的安全性，在用户进入系统之前进行合法用户检测。所以系统中应该有一个用户名和密码检测的模块，当然与此相对应，还必须有操作员管理模块，它必须能够进行操作员的增加、删除和修改，并且能够进行授予相应的操作权限。系统中必须有一个默认的管理用户，它在应用系统刚安装好就能够使用该用户进入，该用户能够建立其他用户。同时还必须有密码修改的模块。普通用户能够修改自己的密码，但系统管理员用户能够修改所有的资料。

大中专学校的学生档案管理内容十分丰富，工作繁多，所以本例规定开发的学生档案管理系统只处理每学年的招生信息导入、新生学籍注册、学生档案管理和其它管理。

在招生信息导入管理方面提供的服务功能如下：

1) 导入新生的民族、籍贯、专业代码；

2) 录入院系信息和生成班级信息；

3) 导入招生数据和新生图片；

4) 统计和清除新生数据；

5) 修改密码。

在新生学籍注册管理方面应提供的服务功能如下：

1) 新生入校学籍注册；

2) 新生专业调整；

3) 新生统计与报表生成以及报表打印；

4) 修改密码。

在学生档案管理方面应提供的服务功能如下：

1) 录入学生每学期的情况；

2) 生成学生鉴定表；

3) 生成回执单；

4) 档案查询及打印；

5) 修改密码。

学生档案管理系统的直接用户有学生、教师和教学管理员。管理员有权操纵数据库的数据，进行添加、更新、删除等操作。学生和教师一般只查询信息。本校的各部门，教研室、学生几乎有PC机，学校全部计算机已经连网。

2.2 学生管理主要工作流程分析

学生管理的各项工作之间有严格的顺序性，这就要求在开发时对学生管理的业务流程有明确的了解。学生管理工作中的运行管理是核心工作，就对运行工作中涉及的业务流程进行分析。具体的业务流程图如图3、图4所示。

3系统设计

3.1 设计思路

基于C/S的学生档案管理系统的设计是一个不断改进和反馈的过程。图8是进行基于C/S的学生档案管理系统的设计思路图。

1) 系统界定

首先必需对系统进行界定，即划分系统的范围，分析系统与其他系统之间的关系、系统与环境的关系。如图5，这个过程产生对系统的一个清晰的描述，确定研究的问题。

2) 系统规划、分析和方案设计

针对一个已经界定清楚的系统，下面的工作便是进行系统的规划和分析及设计方案。在这个过程中，首先对系统进行规划，进行了子系统的划分和系统的实施计划的设计，同时对系统进行分析，这些分析包括系统的特性和结构的分析、需求分析、系统的可行性分析等内容，系统规划和分析经常交织在一起。另外，在这个阶段还完成系统方案的设计和选择工作。

3) 系统概要设计

系统概要设计主要是对系统业务进行流程分析，完成系统的特性设计以及系统的功能划分和初步设计，并对系统具体结构和技术方案进行设计。

4) 系统详细设计

系统详细设计包括数据流的设计、数据库的设计、系统模块的详细设计、界面设计、程序流程的设计等内容。

5) 代码开发

代码开发是按照详细设计的要求进行代码的编写工作。

6) 系统测试

系统测试是在系统投入使用前，对系统的需求分析、设计规格说明和编码的复审。

7) 系统修改、运行和维护

维护系统的运行，保证系统有效、可靠的运转。

8) 系统评价和总结

对系统的完成和运行情况进行评价，总结系统开发过程中的得失，有些好的体会、思想和资源可以积累下来，并且这个过程还可以对系统的改进和再设计进行分析。实际上，以上这些过程并不要求严格按顺序的，前后过程之间存在反馈，这些过程之间并不一定存在明显的界限。

3.2系统功能模块设计

对上述各项功能进行集中、分块，按照结构化程序设计的要求，学生档案管理系统需要完成的主要功能有以下几大模块：

1) 招生信息导入

新生数据和图片导入、新生数据统计，输入院系和班级信息，导入民族、专业、籍贯信息，查询新生信息以及密码管理等功能。

2) 新生学籍注册

学籍注册，分班，自动生成学号，图片下载，手工输入，调动学籍、学籍统计和查询，打印个人信息表和统计表、密码管理等功能。

3) 学生档案管理

学生档案查询、统计、生成花名册、打印个人信息表、打印学生证、打印花名册、打印统计表、回执单以及自定义表格打印

3.3 数据库设计

进行数据库的概念设计，首先必须选择适当的数据模型。用于概念设计的数据模型既要有足够的表达能力，可以表示各种类型的数据及其之间的联系和语义，又要简明易懂，能够为非专业人员所接受。可供选择的数据模型不少，比如各种语义数据模型、面向对象数据模型等，目前应用最广泛的是E-R数据模型（Entity-Relationship data Model）。必须根据需求分析，确定E-R模型中的实体、联系和属性。

首先要确定学生档案管理的实体，从前面章节的分析中可以看出，所有的活动都是以学生基本信息（Student）展开的，初步确定有以下实体：用户（UserID）实体、专业代码实体、地区代码实体、民族代码实体、院系代码实体、政治面貌代码实体、班级实体，其中专业代码实体、地区代码实体、民族代码实体、院系代码实体、政治面貌代码实体、班级实体、完全依赖于设备实体的存在而存在，所以属于弱实体的范畴。

其次要确定学生管理中各实体的键、属性、属性的数据类型及取值范围。在确定实体的主键时，要确保这个主键可以唯一的标识这个实体。在概念模型的设计中，经常会遇到这种情况，最简单的解决方法就是对实体集合中每个实体有一个互不相同的学号，选择这个学号作为实体集合的关键字。因此在学生基本信息实体中增加了学生学号这个属性，这种增加学号属性也是设计中常用的一种确定实体键的方式。在确定实体的属性及其数据类型时，要考虑到系统的可扩展性以及特殊情况。在确定属性代码的时候，要避免同一概念数据模型中出现相同的属性编码，同时还要使人一目了然。在这里给出各实体的属性和主键，以下划线标识出主键。

学生基本信息实体：考号、学号、院系代码、专业代码、现在专业、班级编号、现在班级、姓名、性别、出生年月、政治面貌编号、婚姻状况、家庭出身、户口性质、毕业中学、考生设备名称特长、家庭地址、联系电话、邮编、入学日期、高考成绩、Picture.

专业代码实体：专业代码、专业代号、录取专业、院系。

地区代码实体：区号、籍贯。

民族代码实体：民族代码、民族。

院系代码实体：院系代码、院系、院系主任。

班级实体：班级编号、院系、录取专业、班级、班主任。

用户实体：用户名、密码、权限。

第三要确定实体之间的联系。实体与实体之间的联系除了一对一、一对多之外，还存在有多对多的形式。可以将联合理解为构建于M:N联系实体之间的一个桥梁，通过它将这个M:N联系转化为两个1:N联系。完成了学生档案管理模块的概念数据模型之后，可以用相同的步骤来完成系统中其他模块的概念模型的设计，在这里就不一一赘述。

4 系统实现

系统的实现选用Microsoft Visual Basic 作为前台开发工具。Visual Basic 是一套完整的开发工具，提供了企业级模板。系统采用多层结构设计，可以生成具有高度可伸缩性和灵活性的应用程序。使用Visual Basic架构开发，生成可编程Exe窗体，Visual Basic界面与代码相分离。

4.1用户注册与登录模块的实现

每个模块的登陆界面以及密码算法是统一的，但是所运行的模块不同，所访问的数据库不同，因此登陆用户身份以及密码不同，如图7。

4.2 招生信息导入模块的实现

界面实际上是系统与用户之间的接口，也是控制和选择信息输入输出的主要途径。界面设计规定界面的布局、风格、色彩等约定，界面设计应该坚持友好、简单、实用、易于操作等的原则。

这个模块的主要功能是，把招生的信息导入到招生数据库中，以便于学生学籍注册时使用。

4.3 学籍注册模块的实现

这个模块的主要功能是，新生到校报名时，根据考号调用相关信息，并分班，同时自动生成学号后，保存到学生档案数据库中，以便于学生档案管理时使用。

图9 学籍注册模块的实现

4.4 学生档案管理模块的实现

这个模块的主要功能是，输入学生每学期奖惩情况、政治思想状况、以及修改、查询学生相关信息。打印院系学生花名册、个人信息表、回执单等，如图10。

5 结束语

本论文结合和田师专学生档案管理系统的设计与实现，研究了基于C/S的分布式应用系统原理、设计和实现的问题。首先，论文概述了和田师范专科学校学生档案管理系统的应用背景，对学生档案管理系统进行了需求分析。在此基础上提出了基于C/S的分布式应用系统的解决方案。接着，论文对学生档案管理系统的解决方案─基于C/S的分布式应用系统的结构和原理进行了深入研究，并从系统的角度对基于 C/S 的分布式系统的特性进行了分析。在论文中，结合笔者实际研究过程中的经验，对基于 C/S 的分布式应用系统的设计方法进行了研究，提出了基于校园网的一些安全和复合密码算法思想，并给出了基于 C/S 的分布式应用系统的设计流程。最后，论文对学生档案管理系统进行了详细设计和实现，重点分析了学生档案管理系统的技术方案设计和应用平台选择、系统设计以及系统的实现。

参考文献：

[1] 王行言,俞盘祥.计算机信息管理系统[M].北京:高等教育出版社,2000:58-153.

[2] 邓亚平.计算机网络安全[M].北京:人民邮电出版社,2004:284-287.