（电力系统及其自动化专业论文）基于saas的继电保护定值管理系统的研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 随着互联网技术的发展和应用软件的成熟，s a a s ( 软件即服务) 是2 1 世纪兴 起的一种完全创新的软件应用模式。本文研究了s a a s 模式的特点及优越性，将现 有的继电保护定值管理软件在s a a s 模式下实现，对于企业来说，消除了企业购买、 构建和维护基础设施和应用程序的需要；对于软件开发商来说，不用去现场就可以 满足用户的升级维护的需要。该软件用w c f 技术对服务进行封装，用s q ls e r v e r 2 0 0 5 关系数据库实现单实例多租户的数据模型，使用a d a m 与、a s p n e t 2 0 m e m b e r s h i p 来实现用户和角色的安全管理。在这种模式下，电力企业可以通过互联 网低廉、便捷地取得所需软件，不需要大量的软硬件投入、人员维护等，从而节省 大量成本。对没有时间去现场的高校的开发者来说，可以更好的开发相关领域的应 用软件的。 关键词：继电保护，定值管理，s a a s ，w c f a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n t0 fi n t e r n e tt e c h n o l o g ya n dm a t u r e da na p p l i c a t i o n ，s a a s i s 姐e n t i r e l yn e wm o d eo fs o f ；c w a 托a p p l i c a t i o n si nt h e2 l s to c n t u r y i nt h i sp a p e r ，w e s t l l d i e ds a a sm o d e l 粗di t sa d v a n t a g e s ，a l l dp 砒t h ce x i s t i n g f t w a r c0 fr e l a yp r o t e c t i o 鱼 s e t t i n gm a n a g e m e n ti n t os a a sm o d e l f o re n t e r p r i s e s ，i te l i m i n a t e st h eb u s i n e s st ob u y ， b u i l da n dm a i n t a i nt h ei n f t a s t m c t u r c f b rs o f t w a r ed e v e l o p e r s ，t h e yd 0n o th a v e 旬0g o o n - s i t et 0u p g r a d ea n dm a i n t a i nt om e e tt h eu s e r s n e e d s w eu s ew c ft op a c ks e r 、，i c e s ， u s es q ls e r v e r2 0 0 5t or e a l i z es i n g l e - i n s t a n c em u l t i - t e n a n td a t am o d e l ，u s ea d a ma n d a s p n e t 2 om e m b e r s h i pt or e a l i z eu s e rr o l ea n ds e c u r i t yi nt h es o f 时a r et e c h n o l o g y i n t h i sm o d e ，t l l r o u g ht h ei n t e m e t ，t h ep o w e rc o m p a n i e sc a nb ei n e x p e n s i v ea n de a s yt 0 o b t a i nt h er e q u i r e ds o f t w a r ea n dh a r d w a r ew h i c ht h e yd on o tn e e dal o to fi n p u t ， m a i n t e n a n c ep e r s o n n e ls 0t h a tt h e yc a nc o s ts a v i n g si ns u b s t a n t i a l f 0 rt h ec o l l e g e0 f d e v e l o p e r sw h 0d 0n o th a v et i m et og ot ot h es i t e ，t h e yc a nb eb e t t e rd e v e l o p i n gt h e a p p l i c a t i o n si nt h e i rr e l a t e df i e l d g a ok u n j i n g ( e l e c t r i cp o w e rs y s t e m sa n da u t o m a t i o n ) d i f e c t e db yp f o f s o n gw e i k e y w o r d s ：r e l a yp r o t e c t i o n ，s e t t i n gm a n a g e m e n t ，s a a s ，w c f 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于s a a s 的继电保护定值 管理系统的研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下 进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和 致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示 了谢意。 学位论文作者签名：日期： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用 影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被 查阅或借阅；学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意 学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期： 导师签名： 日期： 华北电力大学硕士学位论文 1 1 课题的背景及意义 第一章引言 继电保护部门是电力系统中的一个重要部门，根据电网实时数据，完成全网继 电保护装置的整定计算，下发保护定值，部署电网继电保护装置与安全自动装置， 以保证全网安全稳定运行。定值管理是电力系统继电保护工作中的重要环节，管理 设备参数、运行状态等各方面数据，并及时收集和更新数据，以反映系统供电方式 的改变、设备检修、新设备的投运等电网实时状况。继电保护部门的定值管理为各 种继电保护应用系统提供数据支持，辅助继电保护专业人员进行系统分析、短路电 流计算、保护定值计算及保护投退方案的确定等工作。在日常继电保护业务工作， 继电保护部门使用的数据要求其具有一致性和正确性，即当前继电保护数据库中数 据真实表达了现阶段电网实际状况，数据的精度满足整定计算、故障计算等分析计 算的要求。在定值管理过程中，稍有不慎就会出现差错和漏洞，影响继电保护计算 分析的效率和结果的准确性，严重的会影响电力系统安全和经济运行，造成巨大的 损失。因此，合理、高效的继电保护定值管理是电力系统继电保护部门各方面工作 正常进行、保证电网安全可靠稳定运行的基础。 目前，我国电力工业的发展从大电网、大机组阶段，进入了全国联网，电力市 场运行的新阶段。在这个阶段，技术条件各异，参数差别极大的各种发、输、变电 新型设备陆续挂网运行，对旧设备改造更换在频繁进行。电网的规模不断扩大，电 网的结构越来越复杂，一方面改善了电力的运行环境，全网各个保护部门信息资源、 硬件资源共享，比起分散的管理方式，大大减少了人力财力，提高了资源利用率， 提高了继电保护运行管理工作的可靠性，满足经济建设需求；另一方面使得电力系 统的数据成为海量数据，电网的定值管理和维护越来越困难。电力系统数字化、集 成化的发展方向也使得继电保护部门的定值管理的内涵大大扩展，新的发展阶段给 继电保护部门的定值管理带来新的挑战。 随着网络技术的快速发展，传统的以数据为中心的软件被越来越多的松耦合应 用系统替代，在广泛分布的i n t e r n e t 环境下运行。s a a s ( 软件即服务) 是 s o f t w a r e - a s a s e i c e 的简称，是随着互联网技术的不断发展和成熟以及应用软件的 成熟，在2 1 世纪开始兴起的一种完全创新的软件应用模式。从企业的角度来看， s a a s 模式消除了企业购买、构建和维护基础设施和应用程序的需要。在这种模式下， 企业可以通过互联网低廉、便捷地取得所需软件，不需要大量的软硬件投入、人员 维护等，从而节省大量成本，同时还能享受及时升级的服务。对企业来讲就是省时、 省精力、还省心。s a a s 将服务作为用户购买软件永久l i c e n s e 的替代品，用户不具 华北电力大学硕十学位论文 有软件的所有权，而只有使用权，用户无需再去关心产品的升级维护，而直接锁定 服务。s a a s 软件开发商将应用软件部署在统一的服务器上，只需负责服务器端的软 硬件、网络等基础设施的部署、升级和维护工作，就能及时满足租户用户的软件需 求。这种软件开发模式，对于没有时间去现场的高校开发者来说，软件的维护升级 变得非常方便。 为此，要求我们对继电保护部门的定值管理进行进一步的研究，思考将定值管 理功能从各应用系统中独立出来，建立s a a s 模式下电力系统继电保护定值管理软 件。该软件是将继电保护业务工作所涉及到的数据集中存储，在网络环境下进行统 一管理，为各种继电保护应用系统提供数据支持的信息系统。定值管理系统具有开 放性、健壮性和可扩展性，提供标准的数据接口，既能够支持各应用系统的数据访 问，又能够实现在网络环境下与其他部门或其他地区继电保护部门的数据交互。基 于s a a s 继电保护定值管理系统的建立将从根本上满足企业对定值管理的需求，产 生全新概念的网络化企业。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 继电保护定值管理系统的研究现状 上世纪九十年代以来，电力企业相继建立了自己的内部局域网并与英特网相 连，给电力系统软件的分布式开发与应用提供了必要的网络条件。当前软件网络分 布式开发的体系结构主要分为客户端服务器结构和浏览器服务器两种，这两种体 系结构都已在电力系统分布式软件的研究与开发中获得了应用。 文【1 】采用了c s 与b s 相结合的结构，将信息管理分为数据层、应用服务器、 浏览器和客户层，四层共同组成一个完整的应用；研究了w 曲服务器与m i c r o s o f t s q ls e r v c r2 0 0 0 等数据库的连接技术，并建立了基于w 曲的继电保护管理信息系 统。 文【2 】基于u m l 模式并能轻松完成对大量用户的授权管理工作并基于x m l w 曲服务，解决了传统授权方式的繁琐和不足，并能大大提高系统的安全性能；该 系统充分利用了电力系统现有的网络设备及计算机设备，能够使得多个用户同步共 享信息，减少了系统使用人员的劳动强度及管理工作。 文【3 】利用w 曲技术实现了远程的网络数据传输、网上数据信息的查询、编辑 等功能。并且采用了数据仓库技术，在较好地解决了现有管理信息系统数据量大， 有用信息贫乏这一问题的同时，充分地利用现有的数据。该软件系统具有易维护和 易扩充的优点。 文【4 】针对不同厂家生产的同一原理的保护在名称和整定计算方法上的差异造 华北电力大学硕士学位论文 成的通用性问题，采用s u a lb a s i c6 o 与s q l s e r v e r 结合的方法，提高了软件的通 用性。 文【5 】采用a c t i v e x 数据对象( a d o ) 组件技术动态连接后台数据库，将原始数据 参数、故障计算数据及整定计算数据写入数据库，利用树形结构管理数据库中的参 数表，方便、直观、效率高。 文【6 】采用分层结构设计的模式，以人机交互界面和后台数据库为基础，按照模 块挂接的方式实现各功能的连掺。系统主要包括图形建模、故障分析、保护整定和 定值单管理等功能。其中对模块的划分具有一定的借鉴意义。 近年来，网络技术特别是光纤通信、同步数字体系( s d h ) 、异步传输模式( a t m ) 、 i p 交换技术等宽带数据网络技术日新月异，人们越来越希望通过i n t e m e t 网络来共 享信息，基于网络的各种软件也应运而生，蓬勃发展起来。继电保护的定值管理步 入网络自动化管理阶段，各种继电保护应用系统的定值管理开始采用客户机朋艮务器 模式来实现网络应用，共享继电保护数据。客户机服务器模式使应用系统任务分解 清晰，并促进了数据共享，加强数据统一管理，成为专业软件网络应用的主要模式 提出了新的要求。 1 2 2s a a s 模式下软件的研究现状 最早提出s a a s 的是马克贝尼奥夫在1 9 9 9 年创立s a l e s f o r c e 公司时说的一句话， “软件就是服务 。在国外市场，s a a s 已经有众多实际应用。根据i n f o w b r l d 对 软件托管方案进行的调查，发现基于s a a s 模式的软件主要集中在以下四类软件中： 后台办公应用软件( e r p 、采购、h r 系统等) 、即时消息、托管集成服务和c r m 应 用。 文【1 0 】介绍了s a a s 的模型和高水平的s a a s 的架构，讨论了发展s a a s 的优点和 挑战，文中对元数据服务、安全服务、授权和m u l t i t e n a n t 架构的处理有借鉴意义。 文【1 1 】对m u l t i t e n a n t 应用软件确定了三个方法来管理m u l t i t e n a n t 的数据，从 中选择一种实现了m u l t i t e n a n t 数据架构。 文【1 2 】详细介绍了c r a b ，它是一个物流报关领域s a a s 应用软件，主要实现了 从工厂或货运代理公司到中国海关报申报系统之间业务流程，其中主要实现了订 单，申报，定箱，配车等比较复杂的功能。 s a a s 应用包括g o o g l e 的企业级在线应用软件套装a p p s ，a d o b e 公司的在线编 辑器b u z z w o r d 以及微软通过l i v e o f f i c e 和h o t m a i l 提供的电子邮件和即时通讯服 务。友商网将在线会计、在线供应链、在线理财、在线c r m 等服务统称为在线管 理服务，其目标是通过网络技术和s a a s 交付模式，为中小企业，尤其是小企业提 供基于互联网的集内部管理和外部商务为一体的一站式服务【2 1 。截止到今年6 月份， 华北电力大学硕士学位论文 友商网已经有2 0 0 0 多家付费用户。软件互联网应用也可以被定义为s a a s 软件，如 e m a i l 服务、网络游戏，甚至从某些角度讲，杀毒软件也符合s a a s 的特征，很多 杀毒软件按月按年付费( 租用) ，通过互联网提供病毒库更新服务。 中国的s a a s 行业则是从模仿s a l e s f o r c e 提供c r m 服务的x t o o l s 、八百客等企 业开始的，他们进入s a a s 行业的2 0 0 4 年可以认为是中国s a a s 的起步年。2 0 0 7 年 是s a a s 介入的一个高峰年。2 0 0 8 年，包括以金蝶为代表的传统管理软件企业和以 提供互联网服务为主的阿里巴巴、神码在线、铭万等企业，都开始全面介入s a a s 行业【引。中国目前的s a a s 企业提供的服务主要有在线管理( 金蝶友商网等) 、在线 c r m ( x t o o l s 和八百客) 、在线h r ( 明基逐鹿、铭万) 、s a a s 服务平台( 阿里软件) 、s a a s 开发平台( s a l e s f o r c e c o m 中国) 等。 1 3 本文的主要工作 本文在研究电力系统继电保护定值管理系统的发展和存在的问题的基础上，针 对继电保护定值管理软件开发的现状，结合s a a s 模式下软件的特点，开发了基于 s a a s 的继电保护定值管理系统。本文主要侧重于对单实例多租户数据模型的数据库 的研究和定值管理的模块设计和编程工作，主要工作如下： ( 1 ) 研究s a a s 软件体系结构基础上，实现s a a s 模式下继电保护定值管理系统的 框架设计与建模。 ( 2 ) 实现了单实例多租户的可扩展数据模型的数据库设计。该系统采用s q l s e r v e r2 0 0 5 实现单实例多租户的数据模型，采用名称值对的数据结构，使用元数据 对数据库进行扩展，满足不同用户对数据库中字段的定义的需求。 ( 3 ) 用w c f 技术将定值管理的功能封装为服务，编程实现s a a s 模式下继电保护 定值管理系统。用户角色和安全管理方面，使用a d a m ( 活动目录应用模式) 技术与 a s p n e t2 om e m b e r s h i p 实现用户租户的认证与授权。 4 华北电力大学硕士学位论文 第二章s a a s 模式下继电保护定值管理系统的框架设计与建模 2 1s a a s 简介 传统软件业发展到今天，软件的商业模式开始面临一个新的挑战，这就是互联 网和w e b2 o 对软件行业的挑战和冲击。互联网对于软件产业产生了巨大的影响， 并由此产生了一些新的软件发展模式。 s a a s “软件就是服务 这是马克贝尼奥夫在1 9 9 9 年创立s a l e s f o r c e 公司时说的 一句话。s a a s 是s o f t 、) l ，a r c 弱a s e r v i c e ( 软件即服务) 的简称，是随着互联网技术的 发展和应用软件的成熟，而在2 1 世纪开始兴起的一种完全创新的软件应用模式【1 0 1 。 s a a s 是指软件商将软件部署在网络上，用户进行个性化订制和租用，软件商负责软 件的升级维护和数据托管的一种新的软件服务模式。从本质上讲，s a a s 是一种新的 商业模式，它从根本上冲破了传统的软件行业的销售模式和赢利模式的束缚，实现 了软件的网络化部署和网络化租用。 s a a s 模式主要是商业模式中的规模效应。商业模式下，软件的转变将涉及到1 1 0 】： 软件的所有权从客户转移至外部提供商；技术基础设施和管理等方面的责任从客户 重新分配给提供商；通过专业化和规模经济降低提供软件服务的成本；降低软件销 售的最低成本，针对小型企业的长尾市场做工作。 s a a s 服务提供商为企业搭建信息化所需要的所有网络基础设施及软件、硬件运 作平台，并负责所有前期的实施、后期的维护等一系列服务，企业无需购买软硬件、 建设机房、招聘i t 人员，只需前期支付一次性的项目实施费和定期的软件租赁服 务费，即可通过互联网享用企业需要的软件系统。企业节省了大量用于购买i t 产 品、技术和维护运行的资金，从而大幅度降低了企业信息化的门槛与风险。 因为s a a s 模式下的软件有上述优点，所以我们有必要研究基于s a a s 的继电保 护定值管理系统，将这一软件应用模式应用到电力系统中来。 2 1 1 基于s a a s 继电保护定值管理系统的成熟度选择 s a a s 应用的成熟度从低到高分成四个级别f l o j ，如图2 1 所示。 第一级成熟度模型其实就是第一次互联网中一度流行的a s p 模式，每个租户使 用一个独立的数据库实例和应用服务器实例，数据库中的数据结构和应用程序的代 码根据租户需求，定制化修改。这种模型相对于传统软件，差别就仅仅在于商业模 式。这种模式下，对于每个租户需要为其定制开发、单独部署等，很难达成规模效 应。 华北电力人学硕士学位论文 第二级成熟度，每个租户依然使用一个独立的数据库实例和应用服务器实例， 但是应用程序已经考虑到了可扩展性，针对每个租户的定制化可以通过配置的方式 实现，而不需要通过定制代码、数据库结构来实现，它是一套应用程序。由于其部 署、维护还都是独立的，还是很难达成规模效应。 第一级成熟度 甲甲甲 实例( 租户元数据) 0 代码( 可配置) 第三级成熟度 租户a 工 实例l 租户b 工 实例2 租户c 工 实例3 垡堡! 里墼墨! 第二级成熟度 甲甲甲 租户负载平衡 实例a 实例b ( 租户元数据) ( 租户无数据) 代码( 可配置) r 第四级成熟度 图2 1s a a s 的成熟度模型 第三级成熟度是单实例多租户【1 1 】，所有租户共享一个数据库实例和一个应用服 务器实例，数据库通过增加t e n a n t 表、t e n a n t i d 字段和登录逻辑中记录用户所属的 t c n a n t i d 来解决识别租户的问题。这时也是一套应用程序。 第四级成熟度是多实例多租户。多个应用服务器实例，最终租户通过负载均衡 被分配到不同的应用服务器实例，并且该租户携带业务数据库实例信息，应用服务 器动态链接到相应的业务数据库。此时也时一套应用程序。多租户应用最适合的数 据拆分方案是按照租户进行拆分，数据的水平拆分，增加了系统的复杂度。 因此，s a a s 应用的第三级成熟度的软件架构是实现多租户的最简单的方案，具 备一定的可伸缩性，一般支持数十万到数百万租户，已经能够满足基于s a a s 的继 电保护定值管理系统的需求，并且实现了s a a s 应用的规模效应。基于s a a s 的继电 保护定值管理系统采用单实例多租户的s a a s 应用模式。 2 1 2 基于s a a s 的继电保护定值管理系统的架构要点 基于s a a s 的继电保护定值管理系统采用单实例多租户的s a a s 应用模式。s a a s 模式的特性是软件的多租户特性，即s a a s 服务通常基于一套标准软件系统为成百 上千的不同客户( 又称租户) 提供服务。s a a s 模式支持多个租户，同时每个租户又有 很多用户，这对支撑软件的基础设施平台的性能、稳定性、扩展性提出很大挑战。 与传统的继电保护定值管理软件相比，s a a s 模式下的特殊要求是继电保护定值 6 里 华北电力大学硕士学位论文 管理软件部署为托管服务，通过因特网存取。设计出色的s a a s 模式下的继电保护 定值管理软件要具有可扩展、高效的多用户支持、可配置的特点。 1 可扩展意味着高效地利用系统资源，从而最大程度地提高并行性。当现有的 服务器资源确实无法满足不断增加的用户数量时候，可以很方便的通过提升硬件性 能或增加硬件数量来提高整个系统的并发处理能力。 2 高效的多用户支持是指当一个用户试图通过基于s a a s 的继电保护定值管理 软件来访问该租户的数据时，它所连接的软件可能正同时被来自不同租户的成百上 千的最终用户所使用，此时所有用户完全不知道其他并发用户访问的存在。这是 s a a s 应用中极为常见的，要求基于s a a s 模式的系统可以支持在多用户间最大程度 共享资源的同时严格区分和隔离属于不同客户的数据，这对数据的安全性提出了更 高要求。 3 可配置性即设计s a a s 模式下的继电保护定值管理系统的是要确保配置过程 本身是简单且易于为租户使用，而且无需考虑付出任何额外的开发和维护成本。基 于s a a s 的继电保护定值管理使用环境中，业务应用的任何部分被修改，都要不影 响所有当前用户的使用。 2 2 单实例多租户的数据模型 基于s a a s 的继电保护定值管理系统一个应用实例被多个租户所使用，该系统 用数据库s q l s e r v e f2 0 0 5 实现单实例多租户的数据模型。 2 2 1 数据库的选择 一 随着用户数量的增加和用户数据量的积累，数据库服务器将日益成为多租户架 构应用的性能瓶颈。数据库采用大容量的s q ls e e r 2 0 0 5 ，因为s q ls e n r e r 2 0 0 5 是 支持6 4 位的数据库，且可以使用更多内存。 从编程能力到管理能力，s q ls e r v e r2 0 0 5 都优于其他版本的产品，并且它还对 s q ls e r v e r2 0 0 0 中已经存在的特性进行了加强。数据库设计方面s q ls e e r2 0 0 5 引入了v a r c h a r ( m a x ) n v a r c h a r ( m a x ) 字段类型，大大的提高了编程的效率。 借助c l r ( c o m m o nh n g u a g er u n t i m e ，通用语言运行时) 的集成s q ls e r v e r 2 0 0 5 可以用任何n e t 语言建立存储过程、触发器、用户自定义函数、用户自定义 类型、用户自定义聚合。由于c l r 运行于托管环境，所以s q l s e r v e r2 0 0 5 提供了 更好的安全性。 使用服务代理( s e n r i c eb r o k c r ) 处理以松耦合方式进行联系的发送者和接收者之 间的消息。消息被发送、处理和回答，完成整个事务。大大扩展了数据驱动应用程 序的性能，符合工作流或客户业务需求。 华北电力大学硕士学位论文 多活动结果集( m u l t i p l e a c t i v er e s u l ts e t s ，即m a r s ) 允许从单个的客户端到数 据库保持一条持久的连接，以便在每个连接上拥有超过一个的活动请求。它允许开 发人员让用户在使用s q ls e r v e r 2 0 0 5 工作的时候拥有新的能力，如它允许多个查 询，或者一个查询的同时输入数据，即一个客户端到数据库的连接可以同时拥有多 个活动的进程。 2 2 2 数据库设计模式的选择 数据库这二层的设计模式，有3 中方案：一是独立数据库；二是共享数据库独 立模式；三是共享数据库共享模式【n 】。 2 2 2 1 独立数据库 独立数据库是用户在彼此独立的数据库中存储数据，这种数据模型的s a a s 系 统中，大部分系统资源和应用代码由所有的租户共享使用，但物理上每个租户有自 己的一整套数据，而且单独存放。 系统用元数据( m e t a d a t a ) 来记录哪一个数据库属于哪一个特定租户，租户数据 也不会被其它租户意外的访问到，安全性比较好。如果系统出现异常情况需要将历 史备份数据重新恢复也是一项轻而易举的工作。但这种数据模型的最大问题是部署 和维护成本高，硬件资源消耗高，一台服务器只能支持有限数量的客户；数据库连 接的利用率不高，性能问题大。 2 2 2 2 共享数据库独立模式 共享数据库独立模式是所有租户使用同一数据库，各自拥有自己的表集，这些 表集组合存在于单独的模式中。这种独立模式方式相对比较容易实现，而且从数据 扩展性而言，客户可以相对自由地对其中的数据结构进行新增和修改。 这种独立模式既借助数据库共享使得一台服务器就可以支持更多的租户，又在 物理上实现了一定程度的数据隔离以确保数据安全。不利之处就是当系统出现异常 情况需要将历史备份数据重新恢复时，流程将变得相对复杂且耗时，无论该租户的 数据是否受损或是否需要做数据恢复，数据库内所有租户的数据将一同被恢复。独 立模式方法适用于数据库表格数量相对较少的应用，每个用户的表格约为1 0 0 或更 少。 2 2 2 3 共享数据库共享模式 共享数据库共享模式是用一个数据库和一套数据表来存放所有租户的数据，数 据表中包括以任一顺序存储的多个租户用户的记录，租户i d 列将每条记录与相应 租户关联。 由于所有租户使用同一套数据表，因此需要数据安全性上花费更多的开发成 8 华北电力大学硕士学位论文 本。不利之处和独立模式一样，当系统出现异常情况需要将历史备份数据重新恢复 时，流程将变得相对复杂且耗时，无论该租户的数据是否受损或是否需要做数据恢 复，数据库内所有租户的数据将一同被恢复。共享模式具有最低的硬件成本和维护 成本，而且每台服务器可以支持最大数量的租户。 由于共享模式具有最低的硬件成本和维护成本，而且每台服务器可以支持最大 数量的租户，因此，基于s a a s 的继电保护定值管理系统中数据库设计模式选择共 享数据库共享模式的数据模型实现单实例多租户。 2 3 多租户可扩展的数据结构 s a a s 模式下，不同的租户对继电保护定值管理的数据类型有着各自独特的需 求，而僵化的、没有延伸性的默认数据模型是无法解决这些具体问题的，要求数据 库的数据结构具有可扩展性，即可扩展数据类型，增加或变更原来数据类型。租户 能延伸默认的数据模型同时又不会影响其他租户对数据模型的使用的方法有三种 即预分配字段、定制列和名称值对( n a m e v a l u ep a i r ) 1 1 1 】。 2 3 1 预分配字段 实现数据模型可延伸性的方法是在希望实现用户可延伸性的每个表格中创建 一定预设数量的定制字段即预分配字段。同一数据库表格中存放不同租户的记录， t c n a n t i d 字段将每个记录与相应的用户( 租户) 相关联。数据库表格中除了一组标准 的字段外，还有一系列预分配字段，每个用户可决定如何使用这些字段，以及如何 使用这些字段定制收集数据。 预分配字段模式是用户扩展定制数据模型的一种简单方式。这种方案存在一定 的局限性，即在给定表格中决定提供多少定制字段需要进行综合权衡。如果定制字 段太少，用户就会感到定制扩展的局限性；如果太多，数据库又会变得太大，造成 浪费，并且很多字段都得不到利用。在极端情况下，两种情况都会发生，有的用户 定制字段剩余过多，有的用户则不够用。 2 3 2 定制列 可延伸数据模型中最简单类型是直接向用户的表格中添加列。因为这种方法不 需要分别跟踪数据延伸，从数据模型的角度看这是最简单的一种。从应用的体系结 构角度看，这种方法可能更难实施，因为其会允许用户更改表格中列的数量。这种 模式适合独立数据库或独立模式的应用。 2 3 3 名称值对 预分配字段有一定的局限性，定制列扩展模式适合独立数据库或独立模式，因 9 华北电力大学硬l 学位论文 此，基于s a a s 的继电保护定值管理系统采用名称值对f n a m e v a l u ep a j r ) 的方式进行 基于元数据概念的数据存储来进行定制数据的扩展。 可扩展数据结构的数据模型由实体预定义元数掘，实佛实例数掘，和租户扩展 元数据组成，如图2 2 所示。元数据由d a l a n o d e s 和d a t a p f o p e m c s 表格组成，其中 表格中的字段的设置如表2 1 ，表2 2 所示。d a t a n o d e s 和d a 【a p r o p e r t l e s 构成了数 据字典，d a t a n o d e s 通过p a r e t i d 连接成一棵树，d a t a p r o p e n i e s 用来描述d a t a n o d e s 的属性，实体和字段的定义都对应到d a t a n o d e s 。h o d e t v d e 用米区分d a l a n o d e s 是 用来描述实体还是实体的字段。每个d a t a n o d e s 的行都有t e n a n l i d ，t c n a n t i d 为n u l l 代表系统预定义的元数据。t e 柏n i i d 不为n u l 】代表是片j 户扩展的元数据。同样， 在d a t a p r o d e r u c s 表格中，n n a n t i d 为n u i l ，代表系统预定义的h 点属性，t e n a n l i d 不为n u l l 代表某个t e n a n t 扩展的结点属性。 一 图22 叫扩展的数蚶模型 在该系统中，我们用到了两种n o d e h p e ：e n t i t y 和e n t j t vf i e l d 。n o d e u p e 为1 表示是e n t i y ，n o d e t y p e 为2 代表e n t i 。yf i e l d 。用户可以根据玑有的框架做扩展， 定义更多的元数据类型。 字段名类型说明 1 n a n t i d u n i q u ei d c n t i n e r ( n u l l ) 拥有元数据结点的租户 i d u l q u el d e t i f i e r ( n o in u l l )元数据结点的唯标识 p a r e n i i d u n j q u ei d e n l 】丘e r ( n u l l ) 元数据结点的父结点 n o d e t y p ei n t 3 2 ( n o tn u l l ) 元数据结点的类型f 实体字段) 结点的名字，( p a r e n t l d ，n a m e ) 的组 n a m e n v a r c h a r ( 5 0 )( n o tn u l l ) 合必须是难的 表2 - 2d a t a p 呻p e n i e s ( 元数据结点属性表) 华北电力大学硕十学位论文 字段名类型说明 t b n a n t i d u n i q u ei d e n t i f i e r ( n u l l ) 拥有结点属性的租户 i d u n i q u ei d e n t i f i e r ( n o tn u l l ) 结点属性的唯一标识 拥有属性的结点i d ，这是 p a r e n t i d u n i q u ei d e n t i f i e r ( n o tn u l l )d a t a n o d e s 表的外键，指向 d a t a n o d e s 表的i d 字段 这是属性的类型，( p a r e n t i d ， p r o p e r t y l y p ei n t 3 2 ( n o tn u l l )p r o p e r t y t y p e ) 的组合必须唯 v a l u e n v a r c h a r ( 2 5 6 ) ( n u l l ) 属性的值 字段名类型说明 r e c o r d l d u n i q u ei d e n t i f i e r ( n o tn u l l )实体实例的唯一标识 扩展字段的唯一标识。 e x t e n s i o n i d u n i q u ei d e n t i f i e r ( n o t 聃1 1 )( r e c o r d i d ，e x t e n s i o n i d ) 的组 合必须唯一 v a l u e n v a r c h a r ( 2 5 6 ) ( n u l l ) 扩展字段的值 创建定制数据时，元数据表格中的d a t a n o d e s 表中n a m e 字段中保存的是扩展 字段的标记( 名称) ，而在d a t a p r o p e n i e s 表p r o p e r t y t y p e 字段中保存的是扩展字段的 数据类型。定值字段的值转换成字符串后存入扩展表格( e x t e n s i o n v a l u e s ) 的v a l u e 字 段中，其字段设置如表2 3 所示。 当用户使用定制字段保存记录时，首先，记录本身在相对应的数据表中被创建 或更新；同时系统为记录创建唯一的标识符，保存到r e c 0 r d i d 字段中，保存所有 预定义字段的相关值，但不会保存定制字段的相关值。其次，在延伸表 ( e x t e n s i o n v a l u e s ) 中创建一个包含下列信息的新的行：相应数据表格中与记录关联 的r e c o r d i d ；与定制字段定义相关联的延伸e x t e n s i o n i d ，e x t e n s i o n l d 与元数据 d a t a p r o p e r t i e s 表中的p a r e n t i d 字段相关联；将被保存到记录中的定制字段的值转换 成字符串存入延伸表( e x t e n s i o n v a i u e s ) 的v a i u e 字段中。 上述方案使用户都能根据需要创建尽可能多的定制字段，以满足业务需求，并 同时保持了采用共享数据库的成本优势。这种方案的主要弱点在于，其会增加索引、 查询以及更新记录等数据库功能的复杂程度，业务逻辑都要有相应的扩展，这样应 用才能使用定制数据，同时也要求配置逻辑的扩展，这样用户才能输入定制数据并 获得输出。使用共享数据库同时让用户在延伸默认的数据模型时具有相当大的灵活 性，这种方法通常是最可取的。 华北电力大学硕士学位论文 2 4 开发工具和编程语言 该系统采用v i s u a ls t u d i o2 0 0 5 ( v s 2 0 0 5 ) 作为开发工具，它是微软公司推出的全 新软件开发工具，其核心n e tf r a m e w o r k 提供了一种全新开发环境，强调了分布式 应用程序是未来的趋势，及处理过程分布在客户机和服务器上。 编程语言选择c 撑，c 群是一种专门用于n e t 的语言和具有新起点的语言，它是 一种简单、现代、面向对象、类型安全的编程语言，涵盖了对现代语言所能纳入的 结构式、组件式、面向对象式编程的支持，同时具备了v b 的易用性、高性能、c + + 的低级内存访问性，具有对n e t 框架的全面支持，摒弃了c + + 中的安全隐患，是 一种安全，强大的开发语言。 2 5s a a s 模式下继电保护定值管理系统的系统框架 s a a s 应用的形式有w 曲形式和智能客户端( s m a nc l i e n t ) 形式。s a a s 模式下继 电保护定值管理适合w 曲形式，智能客户端适合处理逻辑复杂的情况。 单实例多租户的继电保护定值管理系统架构需要实现一系列的服务，如安全和 共享服务以及s a a s 数据模型。图2 3 为继电保护定值管理在s a a s 模式下的框架， 这个框架提供了宿主多租户使用单个应用实例的支持同一套后端服务器，分为w 曲 层，应用层和数据库层。 网页 w e b 层l查重竖堑jl窒型坚墅 安全服务服务代理 目录服务ll 共享服务k _ 核心模块k 叫元数据服务 应用层 中央用户账 户数据库 共享数据库 和共享模式 中央疆卢_ 元数 据数据库一 图2 3s a a s 模式下继电保护定值管理的系统框架 2 5 1 各模块的功能 该系统中的每一个租户，应用软件提供注册一个管理员并分配一个唯一的用于 华北电力大学硕士学位论文 安全服务租户识别码( i d ) 。租户管理员可以创建用户账户和注册用户。 w e b 层中部署应用软件中的表示服务和定制服务。表示服务动态创建和生成个 性化网页。 应用层部署服务代理、安全服务、目录服务、共享服务、元数据服务和核心服 务。所有的服务都通过服务代理调用。共享服务负责对租户使用软件的费用的计量 和结算。目录服务和安全服务认证和授权租户用户的访问请求。元数据服务负责用 户扩展数据。核心模块负责继电保护定值管理相关的服务。 数据库层包括一个中央用户账户数据库、中央租户元数据数据库和共享数据库 和共享模式。共享数据库和共享模式用来存储所有继电保护定值管理的数据。租户 的信息通过元数据服务存储在中央租户元数据数据库而最终用户的信息通过目录 服务存储在中央用户账户数据库中。租户与定制扩展有关的数据通过元数据服务存 储在中央租户元数据数据库中。 2 5 2 系统各层的通信问题 通过对s a a s 模式下应用软件的研究，本系统采用m i c r o s o f 【n e tf r a 】m e w o r k3 o 中的w c f ( w i n d o w sc o m m u n i c a t i o nf o u n d a t i o n 即w i n d o w s 通信基础) 技术将继电保 护定值管理的各种功能封装为服务，实现系统各层的通讯。 w c f 是微软推出的n e t 平台下的框架产品，代表了软件架构设计与开发的一 种发展方向，解决通讯问题1 1 3 】w c f 是基于w i n d o w s 平台下开发和部署服务的软 件开发包，用于使用典型的c u 公共语言运行库) 编程结构来构建w i n d o w s 面向服 务的应用程序。w c f 编程模型把n e tf r 锄e w o r k2 0 中的w e b 服务，n e t 远程技 术，分布式事务和消息队列统一到单个面向服务的编程模型中，建立单一的应用程 序通信基础，允许程序与同一台计算机或网络上的或跨越互联网的其它程序实现通 讯，从而实现真正意义上的分布式计算。 华北电力大学硕士学位论文 第三章s a a s 模式下继电保护定值管理的数据库 s a a s 模式下继电保护定值管理系统，管理多租户数据采用共享数据库共享模式 的数据模型。对于数据库多个租户的数据存储到一起，租户用户的数据识别问题， 租户扩展方面来说提出了更高的要求。如何设计出一个稳定、完整地数据库，是系 统设计的基础和前提，它不仅决定到系统的正常运行，也关系到系统的各种功能的 实现。本系统数据库采用的是微软的s q ls e r v e r2 0 0 5 数据库管理系统。 3 1 基于s a a s 的继电保护定值管理数据库设计要点 3 1 1 架构方式的选择 网络数据库分为基于c s 的数据库和基于b s 的数据库【”l 。s a a s 模式下继电 保护定值管理系统架构是基于b s 架构的w 曲服务。b s 模式由浏览器、w 曲服务 器和数据库服务器三部分组成。这种结构的核心部分是w 曲服务器，它负责接受远 程或本地的h r l l p 查询请求，然后根据查询的条件到数据库服务器获取相关的数据， 然后再将结果翻译成h t m l 或者各种页面描述语言，传送回给查询请求的浏览器。 s a a s 模式下继电保护定值管理系统强大的后台网络型数据库平台是b s 系统 成功的前提。规划和设计系统数据的存储方式和存储策略的好坏直接影响了