专利名称：基于云技术的开放式电力系统数值仿真系统及其仿真方法
技术领域：
本发明涉及一种电力系统仿真系统，尤其涉及一种基于云技术的开放式电力系统数值仿真系统及其仿真方法。
背景技术：
目前电力系统数值仿真软件已经在诸多方面有了很大的提高和改善，仿真规模不断扩大、计算速度和精度不断提高、新功能以及新模型不断增加、用户界面更加友好、自定义功能日渐完善，但软件系统的开放性依然不足，软件的系统结构依然有诸多限制。同时，互联网中大量计算机资源处于闲置状态，利用率很低。具体而言，首先，目前的大多数电力系统数值仿真软件未能提供很好的应用程序接口 API，不能使用户充分利用现有的软件核心(计算引擎)，通过二次开发实现自己的高级分析任务。其次，软件依然是传统的集中式安装模式，即软件完全安装于用户的计算机上。一方面，用户计算机性能水平高低将影响软件工作的效率；另一方面，软件计算引擎的更新和升级十分繁琐，且容易发生不兼容的情况。最后，对于用户而言，购买一套商业的电力系统数值仿真软件价格依然昂贵，尚无一种将电力系统数值仿真计算作为服务提供给用户使用的平台，更没有考虑到利用网络中大量闲置的计算资源来构建这样一个平台，使得用户能够以极低的成本甚至免费使用电力系统数值仿真计算系统。在各类组织或机构中，大量的硬件资源和软件资源长时间处于闲置状态，即普遍存在资源利用率低的问题。就硬件资源而言，一般来讲，一台计算机的平均CPU利用率能达到20%已属高利用率。实际情况是有大量的服务器利用率一直保持在10%到15%之间，不仅浪费了大量的计算资源，更消耗了相当的电力能源，造成了极大的浪费。就软件资源而言，各类组织或者机构，尤其是高校各个学院，都有自己研发的应用软件。这些软件大多数尚未达到商业软件的标 准，组织机构无法对外出售获利，同时亦不愿将软件完全赠送给他人使用。然而这些软件确实有一定的应用价值，可惜除了拥有者自身使用之外，没有能够提供一个平台，开放这些软件的应用，使这些软件资源得到更好的利用。所以，应当考虑在不影响资源提供者正常工作的情况下，实现各类资源的共享，提高硬件设备和软件资源的利用率。云计算资源共享的理念和服务方式为解决上述问题提供了思路:将各种硬件和软件计算资源放入云端的资源池，云端负责对计算资源进行监控和管理，让客户端的用户通过网络实现远程云服务的申请和使用。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种基于云技术的开放式电力系统数值仿真系统及其仿真方法。—种基于云技术的开放式电力系统数值仿真系统，它分为客户端和云端，所述云端由调度中心和资源池组成；其中调度中心包括若干监控员模块、监控管家模块和接待员模块；接待员模块接收来自客户端的服务申请，并按照服务申请队列向监控管家模块发送信息，监控管家模块与各监控员模块通信；所述资源池包括若干可用资源设备，每台资源设备上都安装了电力系统数值仿真计算引擎，同时包括至少一个服务接口 ；各服务接口与调度中心的各监控员模块一一对应；监控员模块监视服务接口所在资源设备的CPU利用率和内存利用率的实时信息，并在必要时将监控管家模块的命令发送给服务接口；监控管家模块负责管理所有监控员模块，在调度中心显示各服务接口的具体信息，并在收到接待员模块发来的服务申请时为其查找出当前可用的最空闲资源设备；接待员模块负责为服务申请队列中的客户端向监控管家模块查询可用资源设备，当查到有可用资源设备时，即将包含资源设备IP地址、服务端口、验证码的密匙发送给客户端，同时此验证码由监控管家模块通过监控员模块发送给服务接口 ；当没有可用资源设备时，返回无可用资源设备即无法提供服务的信息；客户端仅在申请服务时才与调度中心交互，申请成功后便只与实际的资源设备交互，通过发送计算命令调用资源设备上的电力系统数值仿真计算引擎，完成高级分析任务。所述资源设备可设置服务接口的监听状态，即在连接到调度中心的情况下，决定是否提供服务；当服务接口被设置为不监听状态时，调度中心不会把服务任务交给该资源设备。所述客户端和资源设备均包含:函数单元和通讯单元；而资源设备还包含一个服务单元；其中，函数单元采用接口函数API，定义了所有可供用户调用的函数，这些函数的集合即为制定结构的数据库:一张规范化的函数表；通讯单元负责将函数单元按统一规约整理好的消息发送至对端，并处理资源设备服务接口暂不可用的情况；资源设备负责运行计算引擎、管理数据、生成数据文件工作。所述资源设备包括计算引擎、数据文件、数据管理三大模块；计算引擎部分包含各种电力系统分析程序的EXE和DLL，它们根据需要替换；数据文件部分包含需要的输入文件和输出文件；数据管理部分负责这些数据文件的输入和输出工作，以及内部原始数据、中间数据、结果数据的保存和修改；根据用户的具体命令，资源设备或是完成对计算引擎中的具体分析程序的调用，或是通过数据管理模块实现对各类数据的设置、读取和修改，最终将结果打包成消息返回。一种采用基于云技术的开放式电力系统数值仿真系统的仿真方法，它的工作流程分为服务申请阶段和服务提供阶段两个过程:服务申请阶段:客户端发出请求命令，送入调度中心；调度中心根据现有各资源设备的使用情况即各资源设备发送来的本机CPU利用率和内存利用率信息，利用可用计算能力指标选出当下计算能力最强的资源设备，并把包含有此资源设备IP地址、监听端口和校验码的密匙发送给客户端，同时也把此校验码发送给选中的资源设备，校验码用于确认服务提供阶段客户端与选中资源设备连接是否正确；服务提供阶段:客户端与分配到的资源设备直接交互，通过发送计算命令调用资源设备上的电力系统数值仿真计算引擎， 完成高级分析任务。所述云端调度中心根据计算机计算能力指标和计算机可用计算能力指标选出当下计算能力最强的资源设备；其具体过程为:为了比较不同资源设备的性能，采用实际工作负载驱动测试的方法进行比较:在申请调度中心监听连接成功后，除服务接口外关闭其他可以暂时退出的应用程序，然后向调度中心申请本资源设备的计算能力测试，调度中心将在等待一小段时间后开始模拟客户端完成所有应用程序接口 API的调用，本资源设备将会响应API提供对应的服务，与此同时，调度中心记录下本次测试的起止时刻以及工作时间段内的CPU利用率和内存利用率，最后根据式(I)计算出该设备在最大空闲状态下的计算能力指标值:
权利要求
1.一种基于云技术的开放式电力系统数值仿真系统，它分为客户端和云端，其特征是，所述云端由调度中心和资源池组成； 其中调度中心包括若干监控员模块、监控管家模块和接待员模块；接待员模块接收来自客户端的服务申请，并按照服务申请队列向监控管家模块发送信息，监控管家模块与各监控员模块通信； 所述资源池包括若干可用资源设备，每台资源设备上都安装了电力系统数值仿真计算引擎，同时包括 至少一个服务接口 ；各服务接口与调度中心的各监控员模块一一对应； 监控员模块监视服务接口所在资源设备的CPU利用率和内存利用率的实时信息，并在必要时将监控管家模块的命令发送给服务接口； 监控管家模块负责管理所有监控员模块，在调度中心显示各服务接口的具体信息，并在收到接待员模块发来的服务申请时为其查找出当前可用的最空闲资源设备； 接待员模块负责为服务申请队列中的客户端向监控管家模块查询可用资源设备，当查到有可用资源设备时，即将包含资源设备IP地址、服务端口、验证码的密匙发送给客户端，同时此验证码由监控管家模块通过监控员模块发送给服务接口；当没有可用资源设备时，返回无可用资源设备即无法提供服务的信息； 客户端仅在申请服务时才与调度中心交互，申请成功后便只与实际的资源设备交互，通过发送计算命令调用资源设备上的电力系统数值仿真计算引擎，完成高级分析任务。
2.如权利要求1所述的基于云技术的开放式电力系统数值仿真系统，其特征是，所述资源设备可设置服务接口的监听状态，即在连接到调度中心的情况下，决定是否提供服务；当服务接口被设置为不监听状态时，调度中心不会把服务任务交给该资源设备。
3.如权利要求1所述的基于云技术的开放式电力系统数值仿真系统，其特征是，所述客户端和资源设备均包含:函数单元和通讯单元；而资源设备还包含一个服务单元；其中，函数单元采用接口函数API，定义了所有可供用户调用的函数，这些函数的集合即为制定结构的数据库:一张规范化的函数表；通讯单元负责将函数单元按统一规约整理好的消息发送至对端，并处理资源设备服务接口暂不可用的情况；资源设备负责运行计算引擎、管理数据、生成数据文件工作。
4.如权利要求1或2或3所述的基于云技术的开放式电力系统数值仿真系统，其特征是，所述资源设备包括计算引擎、数据文件、数据管理三大模块；计算引擎部分包含各种电力系统分析程序的EXE和DLL，它们根据需要替换；数据文件部分包含需要的输入文件和输出文件；数据管理部分负责这些数据文件的输入和输出工作，以及内部原始数据、中间数据、结果数据的保存和修改；根据用户的具体命令，资源设备或是完成对计算引擎中的具体分析程序的调用，或是通过数据管理模块实现对各类数据的设置、读取和修改，最终将结果打包成消息返回。
5.一种米用权利要求1所述的基于云技术的开放式电力系统数值仿真系统的仿真方法，其特征是，它的工作流程分为服务申请阶段和服务提供阶段两个过程: 服务申请阶段:客户端发出请求命令，送入调度中心；调度中心根据现有各资源设备的使用情况即各资源设备发送来的本机CPU利用率和内存利用率信息，利用可用计算能力指标选出当下计算能力最强的资源设备，并把包含有此资源设备IP地址、监听端口和校验码的密匙发送给客户端，同时也把此校验码发送给选中的资源设备，校验码用于确认服务提供阶段客户端与选中资源设备连接是否正确； 服务提供阶段:客户端与分配到的资源设备直接交互，通过发送计算命令调用资源设备上的电力系统数值仿真计算引擎，完成高级分析任务。
6.如权利要求5所述的仿真方法，其特征是，所述云端调度中心根据计算机计算能力指标和计算机可用计算能力指标选出当下计算能力最强的资源设备；其具体过程为: 为了比较不同资源设备的性能，采用实际工作负载驱动测试的方法进行比较:在申请调度中心监听连接成功后，除服务接口外关闭其他可以暂时退出的应用程序，然后向调度中心申请本资源设备的计算能力测试，调度中心将在等待一小段时间后开始模拟客户端完成所有应用程序接口 API的调用，本资源设备将会响应API提供对应的服务，与此同时，调度中心记录下本次测试的起止时刻以及工作时间段内的CPU利用率和内存利用率，最后根据式(I)计算出该设备在最大空闲状态下的计算能力指标值:
7.如权利要求5所述的仿真方法，其特征是，所述客户端只通过两条应用程序接口API命令，即可完成资源申请和释放的所有工作。
全文摘要
本发明涉及一种基于云技术的开放式电力系统数值仿真系统及其仿真方法。客户端用户首先向云端调度中心提出服务申请，申请成功后才能获得具体服务，服务由资源池中被选中的资源设备提供。云端调度中心的任务分配策略基于所提出的计算机可用计算能力指标，平衡了资源池中各资源设备上的负载，使资源提供者在不影响自身工作的情况下，实现空闲硬件资源的共享，同时，软件计算引擎也具有维护升级十分方便的优势。因此，这种基于云理念的开放式电力系统数值仿真系统不仅能大大提高电力系统高级分析程序二次开发的效率和灵活性，更有利于提高各类硬件和软件资源的利用率。
文档编号G06F9/50GK103246546SQ201310165139
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月7日 优先权日2013年5月7日
发明者张恒旭, 吕文欣 申请人:山东大学