专利名称：电力计算网格应用系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种计算机应用技术领域的系统，具体的说，涉及的是一 种电力计算网格应用系统。
背景技术：
网格是一种分布式计算技术，利用网络将计算机与其所在网络的其它网元 设备集中在一起，共享网络中的资源，以提升处理能力。网格的主要特点是共享 资源和动态架构，只有充分共享网格内的软硬件资源，搭建网格才有意义；而且， 共享对象不仅包括网格内超级计算机的计算能力或资源，还包括共享网格内的其
它各种资源(如各种软件资源、存储资源、数据库资源、贵重仪器等等)。实际 应用中，网格就是在高性能计算机之间组建网格环境，实现这些计算机的相关资 源的充分共享，为网格中的资源消费客户端(即瘦客户端)提供服务。
目前，电力系统稳定性计算可分为三大类暂态稳定、静态稳定和电压稳 定。暂态稳定分析检查电力系统对大扰动例如故障或失去发电机组的响应。此类 分析是典型非线性的，主要关注系统中的发电机维持同步运行的能力。静态稳定 分析检査稳态平衡点对无限小扰动的响应的定性特性。这种分析应用详细的动态 模型的线性化形式，关注线性系统的特征值和控制系统的响应。电压稳定性分析 检査电力系统响应突然的和渐进的扰动时维持可接受电压水平的能力。这种分析 主要采用稳态模型，尽管有些分析可能会考虑电压控制的动态过程。
经对现有技术文献的检索发现，中国专利申请号200410064857.6，发明 名称电网运行状态评估系统及调度决策系统，公开号CN 1752958，该专利对
电网运行的三大要素稳定、可靠、经济进行综合分指标的评估和综合评估，并
得到相关的量化指标，该系统充分反映了三大要素之间的内在联系和各自相对的 独立性，并综合反映了电网运行系统的性能。该电网运行状态评估系统及调度决
策系统(1)对于需要大量计算的状态评估，由一个计算机服务器执行处理，执
行时间较长，未能将任务分发到各个计算服务器进行并行和分布式处理。(2)由
于计算资源的限制，计算结果的精度不够，未能精确反映电网运行状态。(3)不 具有远程接口单元，均在局域网内的一台机器上运行，无法跨越时间和地域上的 限制，满足远程操作，远程研究的目的。(4)从使用该系统的长远角度看，无法 将该系统移植到其他平台。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电力计算网格应用系统， 使其充分发挥网格的优势，构建完全异构性的电力网格应用系统，能够整合广域 网范围内不同物理域和安全域内的电力应用，为不同应用研究和工业用户提供完 整的电力计算的通用服务和部分特有服务。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括四层资源层，网格中间 件层，电力网格服务层，网格门户层。所述的资源层包括了构成电力计算网格的 硬件部分；所述的网格中间件层管理异构的网格资源，提供了网格服务访问网格 资源的一条途径，它为异构的计算资源提供了统一的接口；所述的电力网格服务 层调用网络中间件层提供的接口，为网格门户层提供电力应用服务；所述的网格 门户层是一个以Web形式表示的页面，以友好的界面面向用户；用户在网格门户 层中设置要执行的任务，网络门户层根据任务属性把任务发送到电力网格服务层 或者网格中间件层，网格中间层根据用户信息和参数信息把任务封装起来，并把 封装后的任务传输到网格中间层，网格中间件层分析资源层的负载信息和当前任 务的负载要求，把任务分配到资源层不同的计算节点，由计算节点进行计算和处 理，任务计算完成后，由资源层反馈到网格中间件层，收集结果文件并拼装，将 完整结果返回给电力网格服务层，最终通过网格门户层通知用户任务执行结果。
所述的网格中间件层包括四个模块服务监控与发现模块、数据管理模块、 资源监控模块、任务调度模块，这四个模块一起管理异构的网格资源，使其在用 户看来是一个单一的虚拟的高性能计算环境。服务监控和发现模块连接网格门户 层中和电力网格服务层，从网格门户层中接收新的注册信息，为电力网格服务层 提供网络服务的地址信息。数据管理模块通过访问资源层的存储资源，把存储信 息发送到网格门户层。资源监控模块从资源层收集硬件信息，然后保存在数据库 中，供任务调度模块和网格门户层使用。任务调度模块管理远程任务的初始化、 调度、监控、执行，它接受电力网格服务层的任务信息，通过分析存储在数据库 中的负载信息，得出最合适执行任务的计算节点，然后把任务分发到位于资源层
的结算节点中。
所述的电力网格服务层包括潮流计算服务模块、小干扰分析服务模块、暂 态稳定分析服务模块、静态电压稳定分析服务模块。所有这些服务模块都是基于 MPI (Message Passing Interface,消息传递接口)的并行算法来开发。根据任 务的不同，电力网格服务层把潮流计算服务、小干扰分析服务、暂态稳定分析服 务、静态电压稳定分析服务分派对应的服务模块进行计算，这四个模块先从网格 门户层的任务管理模块得到任务的用户信息和参数信息并进行拼装，然后把任务 信息传回网格中间件层的任务调度模块。
所述的网格门户层包括登陆模块、任务管理模块、数据访问模块、资源显 示模块、服务注册管理模块。电力网格门户层以友好的界面面向用户，定制了资 源显示和任务管理功能操作，用户只需在网页上操作即可利用平台提供的各种服 务。登陆模块负责管理用户的登陆和注销，用户需要登录网格系统时，登陆模块 使用资源层中数据库服务器中保存的用户信息，验证登陆信息的有效性。数据访 问模块从网格中间层的数据管理模块中得到数据文件并提供给用户下载。任务管 理模块连接网格中间件层中的任务调度模块和电力网格服务层，把用户提交任务 参数提交到电力网格服务层中，同时通过读取网格中间件层的任务调度模块的信 息，向用户显示任务的状态和结果文件。资源显示模块从网格中间件层的资源监 控模块中读取硬件资源信息，向用户显示了网格资源的实时状态和历史状态。服 务注册管理模块的功能是让网格管理员添加和删除资源层中的服务提供节点，然 后把该信息传送到网格中间件层的服务监控与管理模块。
本发明能够提供完整的电力计算的通用软件服务和部分特有服务，为用户 提供可视化界面，基于服务方式，具有通用性和兼容性好，可扩展性强，维护开 销小的特点。用户在登陆该电力应用网格平台后，可以可视化的新建一个任务， 也可以对上次提交但还没有完成的任务进行监控。采用服务概念，基于服务标识 语言和统一描述、注册、发布等国际标准，不同的电力计算应用被封装和部署为 网格服务，便于未来的扩展和可复用，易于集成和融合其他网格计算应用，适应 了未来网格计算和电力应用的需要。
与现有技术相比，本发明效果如下1)良好的通用性和扩展性，系统基于-服务思想，采用服务标识语言和统一描述、注册、发布等国际标志。2)适用面 广，本发明可以即插即用的方式与其它网格计算应用集成和融合，适应网格计算和电力计算发展的需要。3)可视化，本发明为用户提供可视化的交互工具，操 作简单，用户可以可视化的新建一个任务，也可以随时对执行的任务进行监控。 4)处理能力强，系统将用户的任务划分为各个子任务，并部署到各个高计算能 力的计算节点上，可以对任务进行分布式和并行处理。以2005年全国电力联网 数据为例，暂态稳定分析的并行程序在8个CPU的计算节点上的计算时间，是具 有1个同等CPU的计算节点使用时间的八分之一，实现了线性加速比。5)跨平 台性，本发明可以部署到目前主流的linux/unix和windows平台上。
图1本发明的总体系统架构图
图2本发明的示意框图
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方 案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保 护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括资源层，网格中间件层，电力网格服务层， 网格门户层。用户在网格门户层中设置要执行的任务，网络门户层根据任务属性 把任务发送到电力网格服务层或者网格中间件层，网格中间层根据用户信息和参 数信息把封装起来，并把封装后的任务传输到网格中间层，网格中间件层分析资 源层的负载信息和当前任务的负载要求，把任务分配到资源层不同的计算节点， 由计算节点进行计算和处理。任务计算完成后，由资源层反馈到网格中间件层， 收集结果文件并拼装，将完整结果返回给电力网格服务层，最终通过网格门户层 通知用户任务执行结果。
所述的资源层包括了构成电力计算网格的硬件部分，如PC机，数据库服务 器，计算服务器，应用服务器等。
所述的网格中间件层在系统中起着核心的作用，提供了网格服务访问网格 资源的一条途径，它为异构的计算资源提供了统一的接口。
所述的电力网格服务调用网络中间件层提供的接口，实现了电力网格系统 的不同应用服务，包括潮流计算服务，小干扰分析服务，暂态稳定分析服务，静 态电压稳定分析服务。
所述的网格门户层是一个以Web形式表示的页面，给用户提供了友好的界
面，定制资源显示和任务管理功能操作。
1. 网格中间件层管理异构的网格资源，使其在用户看来是一个单一的虚拟 的高性能计算环境。网格中间件层由服务监控与发现模块，数据管理模块，资源 监控模块，任务调度模块组成。服务监控和发现模块连接网格门户层中的服务注 册管理模块和电力网格服务层，从网格门户层中的服务注册管理模块接收新的注 册信息，为电力网格服务层提供网络服务的地址信息。数据管理模块通过访问资 源层的存储资源，把存储信息发送到网格门户层的数据访问模块。资源监控模块 从资源层收集硬件信息，然后保存在数据库中，供任务调度模块和网格门户层资 源显示模块使用。任务调度模块接受电力网格服务层的任务信息，通过分析存储 在数据库中的负载信息，得出最合适执行任务的计算节点，然后把任务分配到位 于资源层的结算节点中。
a) 服务监控与发现模块，是一系列服务的集合，它使得网格用户能够发现
网格系统中的资源和服务，管理网格中存在的服务，包括添加，查询，删除操作， 并定时地检査提高服务的计算节点是否可用。
b) 数据管理模块，利用FTP协议访问资源层的存储设备，管理数据的定位、 传输以及分布式数据的管理，为电力网格服务层和网格门户层提供存储操作的接 □，
c) 资源监控模块，收集资源层的资源信息，如CPU负载，内存使用情况等， 保存在数据库中。这些数据将会被任务调度模块和网格门户层中的资源显示模块 使用。
d) 任务调度模块，管理远程任务的初始化、调度、监控、执行，使用资源 监控模块输出的数据，根据资源层的实时和历史状态以及任务属性，把任务调度 到合适的计算节点上。
2. 电力网格服务层，使用网格中间件层提供的接口，为网格门户层提供电 力应用服务。电力网格服务层由潮流计算服务模块，小干扰分析服务模块，暂态 稳定分析服务模块，静态电压稳定分析服务模块组成。根据任务的不同，电力网 格服务层把任务分派对应的服务模块进行计算。这四个模块先从网格门户层的任 务管理模块得到任务的用户信息和参数信息并进行拼装，然后把任务信息传回网 格中间件层的任务调度模块。
a)潮流计算服务模块，使用用户通过网格门户输入的参数，利用基于MPI
的并行算法，得出潮流计算的结果。
b)小干扰分析服务模块，使用用户通过网格门户输入的参数，利用基于MPI 的并行算法，得出小干扰分析的结果。
C)暂态稳定分析服务模块，使用用户通过网格门户输入的参数，利用基于 MPI的并行算法，得出暂态稳定分析的结果。
d) 静态电压稳定分析服务模块，使用用户通过网格门户输入的参数，利用
基于MPI的并行算法，得出静态电压稳定分析的结果。
3.网格门户层，以友好的界面面向用户，定制了资源显示和任务管理功能 操作，用户只需在网页上操作即可利用平台提供的各种服务。网格门户层由登陆 模块，任务管理模块，资源显示模块，数据访问模块组成。登陆模块读取资源层 中数据库服务器中保存的用户信息，验证登陆信息的有效性。数据访问模块从网 格中间层的数据管理模块中得到数据文件并提供给用户下载。任务管理模块连接 网格中间件层中的任务调度模块和电力网格服务层，把用户提交任务参数提交到 电力网格服务层中，同时通过读取网格中间件层的任务调度模块的信息，向用户 显示任务的状态和结果文件。资源显示模块从网格中间件层的资源监控模块中读 取硬件资源信息，向用户显示了网格资源的实时状态和历史状态。服务注册管理 模块的功能是让网格管理员添加和删除资源层中的服务提供节点，然后把该信息 传送到网格中间件层的服务监控与管理模块。
a) 登陆模块，负责管理用户的登陆和注销，用户通过身份认证登录网格系 统后，关于用户的各种信息会从数据库中读出，包括用户曾提交的任务的状态。
b) 任务管理模块，负责管理用户提交的任务，提供任务提交，任务状态查 询，和删除任务等操作。
c) 资源显示模块，如图2所示，与网格中间件层的资源监控模块相连，读 取硬件资源的实时数据和历史数据并显示在页面上。
d) 服务注册管理模块，如图2所示，与网格中间件层的服务监控与发现模 块相连，提供新服务注册和旧服务删除等操作。
e) 数据访问模块，如图2所示，与网格中间件层的数据管理模块相连，提 供访问计算结果文件和参数文件等操作。
本实施例能够提供完整的电力计算的通用软件服务和部分特有服务，为用户 提供可视化界面，基于服务方式，具有通用性和兼容性好，可扩展性强，维护开
销小的特点。用户在登陆该电力应用网格平台后，可以可视化的新建一个任务， 也可以对上次提交但还没有完成的任务进行监控。采用服务概念，基于服务标识 语言和统一描述、注册、发布等国际标准，不同的电力计算应用被封装和部署为 网格服务，便于未来的扩展和可复用，易于集成和融合其他网格计算应用，适应 了未来网格计算和电力应用的需要。
权利要求
1、一种电力计算网格应用系统，其特征在于包括资源层、网格中间件层、电力网格服务层、网格门户层，其中所述的资源层包括了构成电力计算网格的硬件部分；所述的网格中间件层管理异构的网格资源，提供了网格服务访问网格资源的一条途径，它为异构的计算资源提供了统一的接口；所述的电力网格服务层调用网络中间件层提供的接口，为网格门户层提供电力应用服务；所述的网格门户层是一个以Web形式表示的页面，以友好的界面面向用户；用户在网格门户层中设置要执行的任务，网络门户层根据任务属性把任务发送到电力网格服务层或者网格中间件层，网格中间层根据用户信息和参数信息把任务封装起来，并把封装后的任务传输到网格中间层，网格中间件层分析资源层的负载信息和当前任务的负载要求，把任务分配到资源层不同的计算节点，由计算节点进行计算和处理，任务计算完成后，由资源层反馈到网格中间件层，收集结果文件并拼装，将完整结果返回给电力网格服务层，最终通过网格门户层通知用户任务执行结果。
2、 如权利要求1所述的电力计算网格应用系统，其特征是，所述的网格中 间件层包括四个模块服务监控与发现模块、数据管理模块、资源监控模块、任 务调度模块，服务监控和发现模块连接网格门户层和电力网格服务层，从网格门 户层中接收新的注册信息，为电力网格服务层提供网络服务的地址信息；数据管 理模块通过访问资源层的存储资源，把存储信息发送到网格门户层；资源监控模 块从资源层收集硬件信息，然后保存在数据库中，供任务调度模块和网格门户层 使用；任务调度模块接受电力网格服务层的任务信息，通过分析存储在数据库中 的负载信息，得出最合适执行任务的计算节点，然后把任务分配到位于资源层的 结算节点中。
3、 如权利要求2所述的电力计算网格应用系统，其特征是，所述的服务监 控与发现模块是一系列服务的集合，它使得网格用户能够发现网格系统中的资源 和服务，管理网格中存在的服务，包括添加、査询、删除操作，并定时地检查提 高服务的计算节点是否可用。
4、 如权利要求2所述的电力计算网格应用系统，其特征是，所述的数据管 理模块利用FTP协议访问资源层的存储设备，管理数据的定位、传输以及分布式 数据的管理，为电力网格服务层和网格门户层提供存储操作的接口。
5、 如权利要求2所述的电力计算网格应用系统，其特征是，所述的资源监 控模块收集资源层的资源信息，包括CPU负载、内存使用情况，保存在数据库中， 这些数据将会被任务调度模块和网格门户层中的资源显示模块使用。
6、 如权利要求2所述的电力计算网格应用系统，其特征是，所述的任务调 度模块管理远程任务的初始化、调度、监控、执行，使用资源监控模块输出的数 据，根据资源层的实时和历史状态以及任务属性，把任务调度到合适的计算节点 上。
7、 如权利要求l所述的电力计算网格应用系统，其特征是，所述的电力网 格服务层包括潮流计算服务模块、小干扰分析服务模块、暂态稳定分析服务模块、 静态电压稳定分析服务模块，这些服务模块都是基于消息传递接口的并行算法来 开发的，根据任务的不同，电力网格服务层把潮流计算服务、小干扰分析服务、 暂态稳定分析服务、静态电压稳定分析服务分派对应的服务模块进行计算，这四 个模块先从网格门户层的任务管理模块得到任务的用户信息和参数信息并进行 拼装，然后把任务信息传回网格中间件层的任务调度模块。
8、 如权利要求7所述的电力计算网格应用系统，其特征是，所述的潮流计 算服务模块，使用用户通过网格门户输入的参数，利用基于消息传递接口的并行 算法，得出潮流计算的结果；所述的小干扰分析服务模块，使用用户通过网格门户输入的参数，利用基于 消息传递接口的并行算法，得出小干扰分析的结果；所述的暂态稳定分析服务模块，使用用户通过网格门户输入的参数，利用基 于消息传递接口的并行算法，得出暂态稳定分析的结果；所述的静态电压稳定分析服务模块，使用用户通过网格门户输入的参数，利 用基于消息传递接口的并行算法，得出静态电压稳定分析的结果。
9、 如权利要求l所述的电力计算网格应用系统，其特征是，所述的网格门 户层包括登陆模块、任务管理模块、数据访问模块、资源显示模块、服务注册管 理模块，登陆模块读取资源层中数据库服务器中保存的用户信息，验证登陆信息 的有效性，数据访问模块从网格中间层的数据管理模块中得到数据文件并提供给 用户下载，任务管理模块连接网格中间件层中的任务调度模块和电力网格服务 层，把用户提交任务参数提交到电力网格服务层中，同时通过读取网格中间件层 的任务调度模块的信息，向用户显示任务的状态和结果文件，资源显示模块从网 格中间件层的资源监控模块中读取硬件资源信息，向用户显示了网格资源的实时 状态和历史状态，服务注册管理模块的功能是让网格管理员添加和删除资源层中 的服务提供节点，然后把该信息传送到网格中间件层的服务监控与管理模块。10、如权利要求9所述的电力计算网格应用系统，其特征是，所述的登陆模 块负责管理用户的登陆和注销，用户通过身份认证登录网格系统后，关于用户的 各种信息会从数据库中读出，包括用户曾提交的任务的状态；所述的任务管理模块负责管理用户提交的任务、提供任务提交、任务状态査 询和删除任务操作；所述的资源显示模块与网格中间件层的资源监控模块相连，读取硬件资源的 实时数据和历史数据并显示在页面上；所述的服务注册管理模块与网格中间件层的服务监控与发现模块相连，提供 新服务注册和旧服务删除操作；所述的数据访问模块与网格中间件层的数据管理模块相连，提供访问计算结 果文件和参数文件操作。
全文摘要
一种计算机应用技术领域的电力计算网格应用系统，包括资源层、网格中间件层、电力网格服务层、网格门户层，用户在网格门户层中设置要执行的任务，网络门户层根据任务属性把任务发送到电力网格服务层或者网格中间件层，网格中间层根据用户信息和参数信息把任务封装起来，并把封装后的任务传输到网格中间层，网格中间件层分析资源层的负载信息和当前任务的负载要求，把任务分配到资源层不同的计算节点，由计算节点进行计算和处理，任务计算完成后，由资源层反馈到网格中间件层，收集结果文件并拼装，将完整结果返回给电力网格服务层，最终通过网格门户层通知用户任务执行结果。本发明能够提供完整的电力计算的通用软件服务和部分特有服务。
文档编号H04L29/08GK101114937SQ20071004448
公开日2008年1月30日 申请日期2007年8月2日 优先权日2007年8月2日
发明者李明禄, 杰 杜, 翁楚良, 江 边 申请人:上海交通大学