前言：中文期刊網精心挑選了分布式系統設計原則范文供你參考和學習，希望我們的參考范文能激發你的文章創作靈感，歡迎閱讀。
分布式系統設計原則范文1
高可用HA（HighAvailability）是分布式系統架構設計中必須考慮的因素之一，它通常是指，通過設計減少系統不能提供服務的時間。
單點是系統高可用的大敵，單點往往是系統高可用最大的風險和敵人，應該盡量在系統設計的過程中避免單點。方法論上，高可用保證的原則是“集群化”，或者叫“冗余”：只有一個單點，掛了服務會受影響；如果有冗余備份，掛了還有其他backup能夠頂上。
（來源：文章屋網 ）
分布式系統設計原則范文2
1 引言
多核處理器的出現大大提升了系統并行處理能力，使越來越多不同類型的應用可以同時在多核平臺上進行高效的并行計算?，F有成熟的操作系統經過長期的發展，對目前普通多核處理器大多能夠提供較好的支持。但同時，多核處理器的核數迅速增長、結構日益復雜，也為未來多核操作系統的設計與優化帶來了巨大的挑戰。如何適應未來多核處理器的迅速發展，設計高可用、高并行、高可擴展的多核操作系統，是目前業界共同的奮斗目標。
2 現狀與挑戰
傳統多核操作系統采用宏內核[（macro kernel，或稱為大內核（monolithic kernel）]架構，其中以linux與windows操作系統為主要代表。宏內核相當于一個巨大的并發協同的進程組，主要使用單一數據結構，內核本身提供大多數系統服務。在多核處理器核數有限、結構并不復雜的情況下，傳統宏內核操作系統基本能夠充分利用多核處理器的并行處理能力，對外體現為一個緊耦合、高效的單一操作系統。
隨著技術的進步，多核處理器在硬件性能和結構上達到了長足的發展。多核處理器的核心數持續增加，目前已有集成超過100個核心的芯片。同時，多核處理器的結構也越來越多樣化，出現了異構多核與類numa多核。
多核處理器的核心迅速增長、結構日益多樣化，為傳統多核操作系統的設計帶來了巨大的挑戰。盡管操作系統已經針對類smp、類numa處理器結構對部分內核數據結構進行分布化，但它們本身與特定的同步模式以及數據布局緊密相關，其可擴展性受限于鎖競爭、數據局部性以及對共享內存的依賴等。傳統多核操作系統難以適應多核處理器的發展趨勢，具體表現在兩個方面。
首先，傳統多核操作系統難以適應多核處理器核數的飛速增長。傳統操作系統往往通過鎖來保護共享數據，隨著cpu核數的增加，進入內核的線程也會隨之增加，對鎖的競爭將更為激烈，影響系統的整體性能。
另外，核數增加時，傳統多核本文由收集整理操作系統一般通過創建更細粒度的鎖來增加內核的并發性，而調整鎖粒度是一項異常復雜的工作。未來處理器核心數量指數增長的情況下，重新設計子操作系統的速度難以與之同步。
其次，類numa多核處理器以及異構多核處理器的出現給傳統多核操作系統設計帶來了新的困難。類numa微結構多核處理器的特點是，多個核在訪問片上數據比如l2cache的時延是不同的，各個核部分共享l2cache或者私有l2cache。訪問時延的不一致性使操作系統的設計更復雜，而且，當核數擴展時，為保證數據一致性所占用的操作系統開銷將大大增加。異構多核處理器由一個或者多個主核以及其它從核組成，不同類型的核心給操作系統設計以及系統編程開發帶來了很大的困難，其可擴展性也難以實現。
3 技術路線
為適應多核處理器的發展，可以利用分布式設計思想，從結構和功能上對傳統多核操作系統進行分布式處理優化，將多核硬件劃分為不同的子系統，盡可能降低各子系統之間的耦合度，從而提高多核操作系統的可擴展性。
目前，面向可擴展多核操作系統的研究主要可分為三種技術路線：1）改進傳統宏內核架構，以適應多核體系結構，這是目前最廣泛的研究方法；2）基于功能分布思想，將不同的核（或者核組）劃分為不同的功能，不同功能之間通過共享內存或消息傳遞通信，開發功能分布式多核操作系統；3）借鑒分布式系統的數據分布思想以及消息通信機制，創新設計數據分布式多核操作系統。
3.1 改進傳統宏內核架構
目前商業上應用最廣泛的多核操作系統仍然是linux、windows等老牌操作系統。為改善系統的可擴展性，linux等傳統操作系統一直沒有停止過對多核處理器的優化支持。linux針對numa結構處理器修改了內存分配策略，cpu會優先選擇當前節點的物理內存，不夠時才尋找附近節點請求物理內存分配。微軟的windows7移除了dispatcher鎖，改動涉及50多個文件、6000多行代碼。但限制可擴展性的根本因
素——鎖與共享內存等，依然是傳統操作系統的主要運作元素，因此，對于多核的優化，他們還有較大的改進提升空間。
corey操作系統是mit等組織在linux基礎上修改操作系統接口實現的，其設計目標是針對當前主流的cache一致性smp多核處理器。其設計思想是“應用程序控制數據的共享”，即通過應用程序對內核間共享資源的控制，減少多核之間不必要的資源傳遞與更新，以達到更高效利用多內核的目的。
corey在linux中增加了三個新接口：1）地址范圍，允許應用程序編程時決定私有地址與共享地址的范圍；2）核心，允許應用程序制定特定的核心執行；3）共享對象，允許應用程序決定哪個對象對其它核心可見。corey系統相對linux系統性能提升明顯，基于某amd16核處理器的實驗表明，corey的map reduce性能較linux提高了25%。但是，corey改變了操作系統接口，普通應用程序需要經過修改才能在其上運行，其兼容性存在一定問題
3.2 功能分布式多核操作系統
傳統多核操作系統的不同核心使用相同的宏內核，主要基于數據并行擴展多核性能，鎖機制成為限制系統可擴展性的主要因素。功能分布式多核操作系統是一類將多核按照功能劃分的操作系統，不同核心（core）所使用的內核（kernel）可以是宏內核或微內核。該類操作系統開辟了新的多核性能擴展路線，從原有的數據并行到新的功能分布，由于功能分布對數據的耦合度大大低于數據并行，因此可擴展性顯著高于傳統多核操作系統。
fos是mit開發的一種面向多核與云計算的操作系統，其設計宗旨是可擴展性以及自適應性。fos的設計原則主要是：1）空間復用取代時間復用，fos是在命名空間中進行調度，調度的資源是分布的多個核；2）操作系統分解成特定的服務，各操作系統服務分布在各服務器中，各服務器互相協作，彼此通過消息傳遞進行通信；3）錯誤自動檢測與處理等。圖1為fos的微內核架構，其中每個處理器核運行一個不同的微內核，分別提供不同的操作系統服務或者運行應用程序。應用程序進程通過高效的消息傳遞獲得操作系統服務，不同的服務或進程間的通信也通過消息機制進行。fos對外提供單一系統映像（ssi，single system image），適用于傳統操作系統的應用程序無需經過特定修改即可直接在fos上運行。fos系統具有良好的兼容性以及可擴展性。
3.3 數據分布式多核操作系統
異構以及類numa多核處理器的與傳統多核處理器有明顯的區別，即核間耦合度大大降低，主要表現在核間共享內存與cache的開銷增加以及效率下降。傳統緊耦合操作系統抑或linux類numa操作系統，難以很好的發揮新型處理器的特點?？紤]到新型處理器的硬件分布式特點，借鑒分布式系統的數據分布思想，創新設計松散耦合的類分布式多宏內核操作系統，對于提高多核操作系統的可擴展性，無疑是另辟蹊徑。
barrelfish系統基于multikernel體系結構，是由劍橋微軟研究院與瑞士蘇黎世聯邦理工學院聯合開發的新型操作系統，其設計目標是高效管理使用異構的硬件資源，適應多核處理器的發展，如圖2所示。該系統中每個內核都運行自己的操作系統，很好的支持了內核的異構性。同時它繼承了分布式系統的思想，將各內核作為獨立的單元，單元通過總線上的消息傳遞進行通信。這種模型可以帶來更好的模塊化性能，并使得分布式算法可以直接應用于多內核系統中。
4 結束語
分布式系統設計原則范文3
[關鍵詞] 分布式認知 異步網絡化 學生社團管理
1、高校社團管理中存在的問題。
學生社團作為高校的重要組成部分，對于高校各方面的發展和提高有著特殊的作用。在對于提高學生科學文化素質和創新能力及培養學生的團隊合作精神和提高社會適應能力等方面都發揮出了重要的功能；同時，在協助學校進行管理與教學，也做出了重大的貢獻；而在發揮學生的特長，增強實踐機會與平衡學生的情感，增強社交能力及鍛煉學生的才干，豐富課余生活，更是起到了其他高校職能部門所不具備的作用。但是，在當前的高校社團管理過程中，還是存在著一系列的問題，主要包括以下幾個方面：[1]
1） 社團的管理機制存在嚴重“真空”問題。
2）對社團的發展具有重要的意義的老師指導制，各類高校的情況不盡相同。
3）社團的檔案資料保存不完整。由此造成社團活動成果不易保存，特色優勢得不到保持。更談不上總結、積累、沉淀優秀的社團文化。
2、分布式認知理論。
“認知規律”是指人們認識客觀事物的性質與規律，它包括注意、感覺、知覺、記憶、思維、想象，以及人們認識客觀事物時，還會產生的情感與意志。高校的學生社團開展工作本身就是一種學習認知過程，其主要表現在：獨立性與依存性、沖動性與沉思性、輻合性與發散性等方面。因此，高校開展的社團活動既要符合學生（團體）之間個體間差異的認知規律，又要符合學生（社團）個體間相互協助的影響，才能取得良好的效果，而這正是分布式認知中的重要觀點。
3、基于分布式認知的高校社團管理系統的結構與關系分析：
3.1 系統的維度結構。
3.2 系統關系分析。
4、基于多種理論建構的高校社團管理系統模型。
目前的網絡理論中出現了眾多的新思想和新理論，本系統在開發過程中除了結合上述的分布式認知的相關理論，還采用了基于browser/server的分布式系統，從而使得本管理系統能夠異步地（當然也能同步）為各參與社團活動的團體和學生提供相同或不同的活動資源服務；不僅能保持對學生所關注社團活動過程的記錄；還能夠感知學生在完成或開展社團活動過程中的狀態與遇到的困難，并能對常見的問題進行分析、引導、提示。
異步化管理系統模型的設計，主要包括以下幾個方面：管理策略的設計、支撐環境的設計、管理模式的設計、活動情境的設計等。
5、社團管理系統的設計。
本管理系統采用“任務驅動機制”（此處的任務即：各社團負責人與團委根據學校規定并結合自身情況所指定的本社團工作任務），為了幫助各社團成員更好地完成其任務，基于以上分布式認知理論及異步網絡化模型和系統結構與關系分析，設計完成了如下“高校社團管理系統”[5]。
5.1 系統設計的目標。
本系統主要以網站形式為本單位（山東大學軟件學院）的社團管理工作提供服務，通過互聯網也為其他教學與管理提供示范、資源共享、評價、交流和協作學習等教學輔助手段和環境。考慮到使用本系統學生群體不同，將整個學生群體分為：注冊和非注冊兩個不同的部分，其主要的區別在于享受的服務范圍不同；
5.2 系統建設原則。
易用性: 針對最終用戶的應用水平,系統應具有簡單清晰的操作流程、友好的界面和恰當的指引；
擴展性: 系統的設計既能滿足當前教學課程的教學培訓,同時為使系統可以應用于在將來其他教學培訓課程,系統設計應具有一定的靈活性,使得系統在以后應用擴展以及系統升級容易實現；
遷移性: 由于系統需要在不同應用環境中進行使用,所以系統的安裝和部署應該提供自動化的手段,同時對于系統的配置和維護應該相對簡單；
統一性: 系統的數據層、應用層和表示層都統一設計,系統不同的應用模塊下的用戶制度統一。
5.3 開發平臺介紹。
本系統首先采用了b/s結構，提高了系統的跨平臺性；其次是采用了jsp＋macromedia dreamweaver＋tomcat與mssqlserver技術平臺，其中jsp用于實現本管理系統的腳本編寫；而macromedia dreamweaver 用于實現系統的前臺，而tomcat與mssqlserver則用來實現系統后臺數據庫處理部分。
6、結論
如今，隨著高校學生對于自我的認識加深，其社團管理工作已經成為各高校管理工作的重點之一，但是由于各團委負責此方面的教師和社團負責人普遍存在：管理人員少工作任務重等原因，在其實際工作過程中存在很多的難度。而分布式認知規律和異步網絡化系統則由于首先尊重參與社團活動的主體的主動性，并強調個人認知之間的差異和相互協調等，從而會極大地增強其參與活動的主動性；其次，也注重社團活動的指導者和幫助者的重要作用，因此，根據分布式認知規律和異步網絡化模型建構的高校社團管理系統更能符合目前的社團管理工作要求。本管理系統利用社團活動進行績效考核，能夠在促進社團成員自身積極性的同時，也能夠幫助學生通過該系統建立一種相互分享、共同進步的關系。
分布式系統設計原則范文4
關鍵詞：無接觸供電；互感耦合系數；效率；解耦；品質因數
中圖分類號：TM131
文獻標志碼：A
文章編號：1005-2615（2015）01-0125-07
無接觸供電（ Contactless power transfer，CPT）系統由原邊和副邊兩部分組成，作為一種新的供電方式，CPT實現了供電沒備的物理分離，增加了設備的靈活性，彌補了傳統移動供電中存在的磨損、積碳、電火花等缺陷。
為了分析系統的傳輸功效特性，需要對系統的磁路進行分析。通常采用的方法為互感模型，其互感參數由互感耦合系數與原邊副邊的電感決定。目前，在CPT系統應用場合，通常是一個或多個副邊拾取線圈與同一個原邊線圈耦合，形成一個分布式系統.例如導軌式CPT系統。由于傳統的互感系數考慮的足系統總的磁感應效率，不能提供每個不同結構的副邊拾電器參數，不能將拾電器獨立于系統考慮.無法實現拾電器和原邊電纜的分開獨立設計，造成系統分析設計困難。
針對上述問題，提出了一種新的磁感應系數和基于恒流源電路的互感模型。采用該模型實現了原副邊磁感應結構設計的解耦?；谶@種新的磁感應系數，分析了系統整體特性.但未獨立分析原副邊各自能效特性，同時引入的導體間互感耦合系數（Inier conductor couplingfactor，ICCF）和磁阻難以理論計算，具有一定的局限性。
為了實現磁感應結構能效設計，提供功率和效率在磁耦合結構上的優化原則和方法，本文提出了一種適用于分布式CPT系統能效計算的新方法，完成了原、副邊解耦和獨立的能效設計。全面分析了繞組匝數、品質因數、截面積等磁耦合結構參數與功率和效率的關系，給出了原副邊參數設計流程和能效優化設計方法。最后，以E型磁耦合結構為例，通過實驗和仿真驗證了理論分析的結果。
1 考慮內阻的副邊能效
在CPT系統副邊電路中，采用串聯或并聯電容的方式對副邊線圈電感進行補償，可有效提高系統的電能輸出能力和效率。為了準確分析系統能效.考慮剮邊線圈內阻，并對系統做如下近似：（1）忽略磁芯材料的非線性特性；（2）忽略繞組內外圈差異；（3）忽略趨膚阻抗的動態變化。
副邊分別采用串聯和并聯補償的等效電路如圖1所示?？紤]線圈內阻后，串聯補償電路仍然可以等效為串聯諧振.而并聯補償電路難以簡單等效為并聯諧振電路。
設副邊線圈感應的交流電壓有效值為Ui。Ip為原邊電流，原、副邊互感為M，頻率為ω，副邊自驗證各參數的可實現性，否則重新調整Q或磁芯兒何結構來改變kφ，再次計算，直到設計符合要求。
3.2 副邊優化設計方法
3.2.1 品質因數Q的選擇與優化
系統的有功功率與諧振電路的品質因素Q成正比。設計中Q的選擇十分關鍵。CPT系統中，Q過人導斂多零相位解，使凋諧非常困難，而且系統對器件參數的變化過于敏感，具體表現為非阻元件電壓流過大，無功分量過大。因此，在實際電路中，Q 一般為2～10之間。
由式（6，9）發現，無論串聯還是并聯，品質因數Q還可以表示電壓放大率，即電容上電壓與副邊電感線圈開路電壓之比，則實際系統中普通電容元件的耐壓限值影響Q的提高。因此，設計完成后，需要對電容耐壓做可實現性驗證。在滿足功率的前提下，較低的Q值，可以提高系統效率。此外，某些特殊工藝的電容由于耐壓極高，則可采用高Q值電路，增強功率傳輸能力。例如MIT的無線供電，采用金屬平板電容，其電路Q可以高達2 500。
3.2.2 副邊的磁芯選擇與優化
由以上分析可知，滿足副邊額定功率的條件下，提高副邊Q 可以降低是kφ，從而減小副邊系統磁芯體積和質量。因此，在原邊參數確定的情況下，副邊系統的設計可以通過逐步增加磁芯沿原邊電路方向的寬度.多次計算求得副邊磁芯結構的優化解。實現在給定原邊參數的情況下，副邊磁芯的優化設計，從而小剮邊結構大小和質量。
另外，也可以尋求在不改變磁芯結構的條件下，通過調整磁耦合原邊電纜走線、位置等，達到提高kφ的目的
4 系統實驗與分析
為了驗證本文公式的推導，以及匝數對副邊功率、效率無影響的推斷，選擇兩套副邊電路進行實驗。如圖1（a）所示串聯補償，采用相同的E型磁芯，選擇不同的副邊匝數。將實驗電路置于開發的具有原邊恒流的無接觸供電系統進行實驗，如圖 5所爪。
實驗采用的副邊磁芯材料為高頻功率鐵氧體PC40，主要參數：飽和磁通密度Bs為500 mT，矯頑力Hc為16A，/m，飽和磁場強度H為800 A/m。實驗通過仃限元仿真分析的方法，求解磁芯在原邊最大電流瞬時峰值IP為12 A的激勵下的磁通密度，磁芯結構參數和仿真結果如圖6所示。由圖看出最大磁通密度約為2 mT，遠遠小于材料飽和磁通密度Bs，滿足前文的似設條件。
實驗采用原邊電流參數：交流正弦電流峰峰值17 A，頻率20 kHz。副邊電路參數如表2所示，在保持副邊線圈截面積相同的情況下.調節負載電阻，測量負載電流，從而計算出品質因數和功率用于分析。
由實驗結果看出，考慮趨膚電阻后理論計算的功率與實驗數據非常接近，驗證了副邊輸出功率與匝數無關的結論和關于功率和效率的推導。同時發現，不考慮趨膚阻抗的理想曲線與實際出入較大，證明實驗中存在較大趨膚阻抗。另外，比較兩套副邊電路發現，在品質因數較低的情況下，獲得的實際功率略大于等效阻抗下的理論曲線，而在品質因數較高時，獲得的功率小于理論曲線，并且功率相距較遠。其原因是在高品質因數時，電流較大，趨膚阻抗增加所致。
趨膚效應產生的線圈內阻影響顯著，當匝數多、電流大時，趨膚電阻大。因此，系統設計中，必須采用一些降低趨膚阻抗的方法。由本文結論可知，保證線圈導線總截面積不變，采用多股導線繞制副邊線圈可以降低匝數及趨膚損耗，但是匝數少將需要更大的補償電容，因此設計中需要做到兼顧。
分布式系統設計原則范文5
關鍵詞：變電站，綜合自動化，功能，智能單元
1．引言
近年來，隨著電網運行水平的提高，各級調度中心要求更多的信息，以便及時掌握電網及變電站的運行情況，提高變電站的可控性，進而要求更多地采用遠方集中控制，操作，反事故措施等，即采用無人值班的管理模式，以提高勞動生產率，減少人為誤操作的可能，提高運行的可靠性。另一方面，當代計算機技術，通訊技術等先進技術手段的應用，已改變了傳統二次設備的模式，為簡化系統，信息共享，減少電纜，減少占地面積，降低造價等方面已改變了變電站運行的面貌?；谏鲜鲈?，變電站自動化由“熱門話題”已轉向了實用化階段，電力行業各有關部門把變電站自動化做為一項新技術革新手段應用于電力系統運行中來，各大專業廠家亦把變電站自動化系統的開發做為重點開發項目，不斷地完善和改進相應地推出各具特色的變電站綜合自動化系統，以滿足電力系統中的要求。
國外從80年代初開始進行研究開發，到目前為止，各大電力設備公司都陸續地推出系列化的產品。如ABB，SIEMENS,HARRIS等公司，90年代以來，世界各國新建變電站大部分采用了全數字化的二次設備；相應地采用了變電站自動化技術；我國開展變電站綜合自動化的研究及開發相比世界發達國家較晚，但隨著數字化保護設備的成熟及廣泛應用，調度自動化系統的成熟應用，變電站自動化系統已被電力系統用戶接受使用，但在電力部門使用過程中大致有兩方面的原則：一是中低壓變電站采用自動化系統，以便更好地實施無人值班，達到減人增效的目的；二是對高壓變電站（220kV及以上）的建設和設計來說，是要求用先進的控制方式，解決各專業在技術上分散、自成系統，重復投資，甚至影響運行可靠性。并且在實際的工程中尚存在以下主要問題：
(1)功能重復，表現在計量，遠動和當地監測系統所用的變送器各自設置，加大了CT，PT負載，投資增加，并且還造成數據測量的不一致性；遠動裝置和微機監測系統一個受制于調度所，一個是服務于當地監測，沒有做到資源共享，增加了投資且使現場造成復雜性，影響系統的可靠性；
(2)缺乏系統化設計而是以一種”拼湊”功能的方式構成系統，致使整個系統的性能指標不高,部分功能及系統指標無法實現。
（3）對變電站綜合自動化系統的工程設計缺乏規范性的要求，尤其是系統的各部分接口的通信規約，如涉及到不同廠家的產品，則問題更多，從而導致各系統的聯調時間長，對將來的維護及運行都帶來了極大的不便，進而影響了變電站自動化系統的投入率。
2．變電站綜合自動化系統應能實現的功能
2．1微機保護：是對站內所有的電氣設備進行保護，包括線路保護，變壓器保護，母線保護，電容器保護及備自投，低頻減載等安全自動裝置。各類保護應具有下列功能：
1）．故障記錄
2）．存儲多套定值
3）．顯示和當地修改定值
4）．與監控系統通信。根據監控系統命令發送故障信息，動作序列。當前整定值及自診斷信號。接收監控系統選擇或修改定值，校對時鐘等命令。通信應采用標準規約。
2．2數據采集
包括狀態數據，模擬數據和脈沖數據
1）．狀態量采集
狀態量包括：斷路器狀態，隔離開關狀態，變壓器分接頭信號及變電站一次設備告警信號等。目前這些信號大部分采用光電隔離方式輸入系統，也可通過通信方式獲得。
保護動作信號則采用串行口（RS-232或RS485）或計算機局域網通過通信方式獲得。
2）．模擬量采集
常規變電站采集的典型模擬量包括：各段母線電壓，線路電壓，電流和功率值。饋線電流，電壓和功率值，頻率，相位等。此外還有變壓器油溫，變電站室溫等非電量的采集。
模擬量采集精度應能滿足SCADA系統的需要。
3）．脈沖量
脈沖量主要是脈沖電度表的輸出脈沖，也采用光電隔離方式與系統連接，內部用計數器統計脈沖個數，實現電能測量。
2．3事件記錄和故障錄波測距
事件記錄應包含保護動作序列記錄，開關跳合記錄。其SOE分辨率一般在1~10ms之間，以滿足不同電壓等級對SOE的要求。
變電站故障錄波可根據需要采用兩種方式實現，一是集中式配置專用故障錄波器，并能與監控系統通信。另一種是分散型，即由微機保護裝置兼作記錄及測距計算，再將數字化的波型及測距結果送監控系統由監控系統存儲和分析。
2．4控制和操作閉鎖
操作人員可通過CRT屏幕對斷路器，隔離開關，變壓器分接頭，電容器組投切進行遠方操作。為了防止系統故障時無法操作被控設備，在系統設計時應保留人工直接跳合閘手段。操作閉鎖應具有以下內容：
1）．電腦五防及閉鎖系統
2）．根據實時狀態信息，自動實現斷路器，刀閘的操作閉鎖功能。
3）．操作出口應具有同時操作閉鎖功能
4）．操作出口應具有跳合閉鎖功能
2．5同期檢測和同期合閘
該功能可以分為手動和自動兩種方式實現。可選擇獨立的同期設備實現，也可以由微機保護軟件模塊實現。
2．6電壓和無功的就地控制
無功和電壓控制一般采用調整變壓器分接頭，投切電容器組，電抗器組，同步調相機等方式實現。操作方式可手動可自動，人工操作可就地控制或遠方控制。
無功控制可由專門的無功控制設備實現，也可由監控系統根據保護裝置測量的電壓，無功和變壓器抽頭信號通過專用軟件實現。
2．7數據處理和記錄
歷史數據的形成和存儲是數據處理的主要內容，它包括上一級調度中心，變電管理和保護專業要求的數據，主要有：
1）．斷路器動作次數
2）．斷路器切除故障時截斷容量和跳閘操作次數的累計數
3）．輸電線路的有功、無功，變壓器的有功、無功、母線電壓定時記錄
的最大，最小值及其時間。
4）．獨立負荷有功、無功，每天的峰谷值及其時間
5）．控制操作及修改整定值的記錄
根據需要，該功能可在變電站當地全部實現，也可在遠動操作中心或調度中心實現。
2．8人機聯系
2．9系統的自診斷功能：系統內各插件應具有自診斷功能，自診斷信息也象被采集的數據一樣周期性地送往后臺機和遠方調度中心或操作控制中心。
2．10與遠方控制中心的通信
本功能在常規遠動‘四遙’的基礎上增加了遠方修改整定保護定值、故障錄波與測距信號的遠傳等，其信息量遠大于傳統的遠動系統。
根據現場的要求，系統應具有通信通道的備用及切換功能，保證通信的可靠性，同時應具備同多個調度中心不同方式的通信接口，且各通信口及MODEM應相互獨立。保護和故障錄波信息可采用獨立的通信與調度中心連接，通信規約應適應調度中心的要求，符合國標及IEC標準。
變電站綜合自動化系統應具有同調度中心對時，統一時鐘的功能，還應具有當地運行維護功能。
2．11防火、保安系統。從設計原則而言，無人值班變電站應具有防火、保安措施。
3．變電站綜合自動化的結構及模式
3．1目前從國內、外變電站綜合自動化的開展情況而言，大致存在以下幾種結構：
1）．分布式系統結構
按變電站被監控對象或系統功能分布的多臺計算機單功能設備，將它們連接到能共享資源的網絡上實現分布式處理。這里所談的‘分布’是按變電站資源物理上的分布（未強調地理分布），強調的是從計算機的角度來研究分布問題的。這是一種較為理想的結構，要做到完全分布式結構，在可擴展性、通用性及開放性方面都具有較強的優勢，然而在實際的工程應用及技術實現上就會遇到許多目前難以解決的問題，如在分散安裝布置時，惡劣運行環境、抗電磁干擾、信息傳輸途徑及可靠性保證上存在的問題等等，就目前技術而言還不夠十分成熟，一味地追求完全分布式結構，忽略工程實用性是不必要的。
2）．集中式系統結構
系統的硬件裝置、數據處理均集中配置，采用由前置機和后臺機構成的集控式結構，由前置機完成數據輸入輸出、保護、控制及監測等功能，后臺機完成數據處理、顯示、打印及遠方通訊等功能。目前國內許多的廠家尚屬于這種結構方式，這種結構有以下不足：前置管理機任務繁重、引線多，是一個信息‘瓶頸’，降低了整個系統的可靠性，即在前置機故障情況下，將失去當地及遠方的所有信息及功能，另外仍不能從工程設計角度上節約開支，仍需鋪設電纜，并且擴展一些自動化需求的功能較難。在此值得一提的是這種結構形成的原由，變電站二次產品早期開發過程是按保護、測量、控制和通信部分分類、獨立開發，沒有從整個系統設計的指導思想下進行，隨著技術的進步及電力系統自動化的要求，在進行變電站自動化工程的設計時，大多采用的是按功能‘拼湊’的方式開展，從而導致系統的性能指標下降以及出現許多無法解決的工程問題。
3）．分層分布式結構
按變電站的控制層次和對象設置全站控制級（站級）和就地單元控制級（段級）的二層式分布控制系統結構。
站級系統大致包括站控系統（SCS）、站監視系統（SMS）、站工程師工作臺（EWS）及同調度中心的通信系統（RTU）：
站控系統（SCS）：應具有快速的信息響應能力及相應的信息處理分析功能，完成站內的運行管理及控制（包括就地及遠方控制管理兩種方式），例如事件記錄、開關控制及SCADA的數據收集功能。
站監視系統（SMS）：應對站內所有運行設備進行監測，為站控系統提供運行狀態及異常信息，即提供全面的運行信息功能，如擾動記錄、站內設備運行狀態、二次設備投入/退出狀態及設備的額定參數等。
站工程師工作臺（EWS）：可對站內設備進行狀態檢查、參數整定、調試檢驗等功能，也可以用便攜機進行就地及遠端的維護工作。
上面是按大致功能基本分塊，硬件可根據功能及信息特征在一臺站控計算機中實現，也可以兩臺雙備用，也可以按功能分別布置，但應能夠共享數據信息，具有多任務時實處理功能。
段級在橫向按站內一次設備（變壓器或線路等）面向對象的分布式配置，在功能分配上，本著盡量下放的原則，即凡是可以在本間隔就地完成的功能決不依賴通訊網，特殊功能例外，如分散式錄波及小電流接地選線等功能的實現。
這種結構相比集中式處理的系統具有以下明顯的優點：
（1）可靠性提高，任一部分設備故障只影響局部，即將‘危險’分散，當站級系統或網絡故障，只影響到監控部分，而最重要的保護、控制功能在段級仍可繼續運行；段級的任一智能單元損壞不應導致全站的通信中斷，比如長期霸占全站的通信網絡。
（2）可擴展性和開放性較高，利于工程的設計及應用。
（3）站內二次設備所需的電纜大大減少，節約投資也簡化了調試維護。
3．2基本的模式
1）．基本配置：
（1）集中處理集中布置：將集控式屏、臺都集中布置在主控制室。
（2）分布處理集中布置：將分布式單功能設備集中組屏仍集中布置在主控制室。
（3）分布處理分散布置：將分布式單功能設備布置在一次設備的機柜內或采用就地就近組屏分散設置的方式。
2）．基本模式：
（1）對于新建變電站的自動化系統的設計方式：
A．對于容量較大、設備進出線回路數較多、供電地位重要且投資較好的變電站，可采用分層分布式結構的雙機備用系統，輔之相應的保護、測量、控制及監測功能，并完成遠方RTU的功能。
B．對于容量較小，主接線簡單，供電連續性要求不高的變電站，宜取消常規的配置及前置機，采用單機系統，完成保護、測量、控制等功能的管理，并完成遠方RTU的功能。
（2）對于擴建及改造現有的按常規二次系統設計的自動化系統設計方式：
A．改造項目可采用新配置的具有三遙（或四遙）功能的RTU,完成對老站保護動作信息、設備運行狀態及部分功能的測量，并對原有的常規二次設備進行必要的改造或RTU增加數據采集板，使之能與增設的自動化設備構成整體。
B．當擴建項目的范圍較大，用戶對自動化的要求較高，投資又允許時，通常采用自動化系統方案。
4．幾個問題的認識及探討
4．1變電站自動化的基本概念
變電站自動化是指應用自動控制技術、信息處理和傳輸技術，通過計算機硬軟件系統或自動裝置代替人工進行各種運行作業，提高變電站運行、管理水平的一種自動化系統。變電站自動化的范疇包括綜合自動化技術；變電站綜合自動化是指將二次設備（包括控制、保護、測量、信號、自動裝置和遠動裝置）利用微機技術經過功能的重新組合和優化設計，對變電站執行自動監視、測量、控制和協調的一種綜合性的自動化系統，它是自動化和計算機、通信技術在變電站領域的綜合應用。其具有以下特征：
1）．功能綜合化：是按變電站自動化系統的運行要求，將二次系統的功能綜合考慮，在整個的系統設計方案指導下，進行優化組合設計，以達到協調一致的繼電保護及監控系統?！C合’（INTEGRATED）并非指將變電站所要求的功能以‘拼湊’的方式組合，而是指在滿足基本要求的基礎上，達到整個系統性能指標的最優化。表現在：
（1）簡化變電站二次設備的硬件配置，盡量避免重復設計。如遠動裝置和微機監測系統功能的重復設置，沒有達到信息共享。
（2）簡化變電站各二次設備之間的互聯線，節省控制電纜，減少PT、CT的負載。力爭克服以前計量、遠動和當地監測系統所用的變送器各自設置，不僅增加投資而且還造成數據測量的不一致性。
（3）保護模塊相對獨立，網絡及監測系統的故障不應影響保護功能的正常工作；對于110kV及以上電壓等級變電站，由于其重要程度，應考慮保護、測量系統分開設置；而對于110kV以下低壓變電站，就目前的技術應用水平及工程應用角度而言，可以考慮將保護與測控功能合為一體的智能單元，這樣不但利于運行管理及工程組合，而且降低投資成本。
（4）減少安裝施工和維護的工作量，減少總占地面積，降低總造價或運行費用。
（5）提高運行的可靠性和經濟性，保證電能質量。
（6）有利于全系統的安全、穩定控制。
2）．系統構成的數字化及模塊化：保護、控制、測量裝置的數字化（即采用微機實現，并具有數字化通信能力），利于把各功能模塊通過通信網絡連接起來，便于接口功能模塊的擴充及信息的共享。另外方便模塊的組態，適應工程的集中式、分布分散式和分布式結構集中式組屏等方式。
3）．操作監視屏幕化：當變電站有人值班時，人機聯系在當地監控系統的后臺機（或主機）上進行，當變電站無人值班時，人機聯系功能在遠方的調度中心或操作控制中心的主機或工作站上進行，不管那種方式，操作維護人員面對的都是CRT屏幕，操作的工具都是鍵盤或鼠標。
4）．運行管理智能化：體現在無人值班、人機對話及操作的屏幕化、制表、打印、越限監視和系統信息管理、建立實時數據庫和歷史數據庫、開關操作及防誤操作閉鎖等方面，能夠減輕工作人員的勞動及人無法做到的工作。
4．2變電站綜合自動化站內通信網絡的建立
變電站內傳送或交換的基本信息有：測量及狀態信息；操作信息；參數信息。根據信息傳送的性能要求，大致可分兩類考慮，一類要求實時響應較高的信息，如事故的檢出、告警、事件順序記錄和用于保護動作的信息，要求傳送速度較高；另一類是對時間響應要求不高的信息，如用于錄波、記錄及故障分析的信息，可允許較長的傳送時間。對于不同的數據亦有不同的安全性要求，站內通信網聯系站內各個智能單元、后臺監控及遠方通信裝置，是整個系統的關鍵，根據實際系統結構及工程實際需要，大致按以下原則考慮：
1）．電力生產的連續性和重要性，通信網的可靠性應放在第一位．一方面應具有較強的抗干擾能力，以滿足溫度、濕度和電磁干擾等環境要求，另一方面應考慮備用措施。
2）．站內通信網應根據通信負荷的特點合理分配，保證不出現‘瓶頸’現象，通訊負荷不過載，對于大型變電站考慮100~256個負載節點，一般中小型變電站考慮不超過60~100個負載節點。通訊距離設計考慮不超過1kM.。
3）．站內通信網應滿足組合靈活、可擴展性好、具有較好的開放性以及調試維修方便的要求。宜采用總線形網絡。
4）．通信媒介的選用原則是盡量采用光纖，考慮到工程的經濟性，仍可采用電纜作為主要的通信媒介，但電纜接口一般設有隔離變壓器，以抑制共模干擾．
5）．站內通信網的協議及規約應盡量符合國家及國際標準．
6）．站內通信網的站級通信網由于處于較佳的運行環境，其信息流較大（分布式集中布置），故可采用高速網；段級通信網根據實際工程需要，并且可能處于運行環境比較惡劣（分布式分散布置），因實際的信息量不是很大，可考慮慢速網（如現場總線或485通信方式）的環境。
4．3實際工程設計的考慮
為了使實際工程工作可靠，維護方便，擴展靈活，易于用戶操作和管理，在系統不同的層次，需解決不同的問題。
1）．前置智能單元
前置智能單元是系統的基層，執行系統最基本的功能，如保護、測量、控制等。我們希望這些基層模塊盡量不受網絡狀態的影響，特別是繼電保護裝置，要求在無網絡的狀態下能完成保護的基本功能，因此在設計基層裝置時，盡量采用自成一體的辦法。
為了提高基層功能模塊的質量，盡量采用通用化的模塊，因此硬件平臺的模塊化設計，在基層尤為重要。本著這種思想設計出有限品種的模塊，拼裝成不同的功能裝置，這對模塊設計成本的降低、生產的組織等均具有好處。
在實際應用中，為了減少基層模塊軟件對工程的依賴性（即工程有關部分的軟件），一種辦法將與工程有關的軟件改成系統配置文件存于可擦寫的存儲器內，另一種辦法是將與工程有關的（例如通信規約）軟件用一個獨立的模塊來實現。
2）．網絡通信層
為了保證網絡層的完好，應該注意對網絡層的監視，這可以從后臺和前置兩個層次來實現，在硬件條件比較好的地方，可以采取兩個獨立通訊網絡工作，或同時工作，或者互為備用。
分布式系統設計原則范文6
論文關鍵詞：soa:共享資源:構架:教學資源庫
1.引言
在教育部、財政部關于實施國家示范性高等院校建設計劃加快高等職業教育改革與發展的意見中，提到對于需求量大、覆蓋面廣的專業，中央財政安排經費支持共享型專業教學資源庫建設。隨著信息與網絡等基礎的逐步加強，各職業院校都開展了不同程度的教學資源整理或資料庫建設，但各自建設所形成的重復建設、信息孤島、缺乏交流也日益突出，以面向服務為架構指導，專業教學資源與應用平臺設計遵循開放性、可擴展性和可持續性的原則，解決教學資源庫共建共享的問題。
2.建設共享型專業教學資源庫的意義
教學資源庫是各種音頻、視頻、文字、網頁等格式的教學資源的匯集，為提高教學水平服務，主要為教與學提供豐富的、多元化的網絡資源，使用者可根據需要從庫中找出多種資源用于教學等目的。教學資源庫包含各類資源管理與共享、日常教學活動支持、教學管理、展示與評價等功能于一體的數字化教學支撐平臺，實踐中也發現，類似的應用層的差別正體現了高職高專院校與本科院校的區別。wwW.133229.cOm
共享型專業教學資源庫突出了資源的專業特點和共享要求，由專業系列課程、知識點、專業資源子庫構建而成。專業資源子庫是按照現有系統的文件類型而建立的資源庫，包括自主學習型網絡課程庫、講授型網絡課程庫、專業大全庫、專業信息文獻庫、專題特色資源庫、多媒體課件庫、專業圖片庫、專業視頻動畫庫、試題庫、案例庫等。
采用數字化新技術對各種有價值資源進行有效的開發、利用，實現資源共享，是示范性高職教學部門的一項十分重要任務和職能。由于職業學校基礎薄弱，文獻積累有限，專業特色不明顯，如果從各校自有的專業教學科研資源入手，建設教學科研成果數據庫，一方面對學校珍貴的自有資源進行有效地開發、利用和保存，另一方面從人員、技術、設備等各方面摸索一些維護、應用、共建經驗，為開展建設特色數據庫奠定基礎，還可促使專業教學資源庫具有可持續發展的機制，對推動學院教學科研工作的發展，提高教學水平和教學質量具有實際意義。
3.面向服務架構概述
soa(service-orientedarchitecture，面向服務的體系結構或面向服務架構)指通過連接完成特定任務的獨立功能實體或軟件系統架構。soa是一個組件模型，它將應用程序的不同功能單元(稱為服務)通過這些服務之間定義良好的接口和契約聯系起來，接口是采用中立的方式進行定義的，獨立于實現服務的硬件平臺、操作系統和編程語言，這使得構建在各種這樣的系統中的服務可以以一種統一和通用的方式進行交互。soa體系結構由三個不同角色組成:服務提供者、服務和服務請求者。soa體系結構中的組件必須具有上述一種或多種角色，在這些角色之間使用了三種操作。
從功能角度分析，soa是一種構造分布式系統的方法，將業務功能以服務的形式提供給應用程序或其它服務。從軟件結構角度分析，soa的重心是定義服務基礎結構，要求實現粗粒度、松禍合的服務體系，其服務之間通過簡單、精確定義的接口進行通信，不涉及底層編程接口和通信模型，使服務獨立于技術且在技術之上。
soa可設計和構建松散禍合軟件的解決方案，能夠以程序化的、可訪問軟件服務的形式公開業務功能，以使其它應用程序可以通過己和可發現的接口來使用這些服務。通過應用soa，使用一組分布式服務來構成并組織應用程序，這樣就能通過重用已有的資源和相關共享單位的業務功能來構造新的應用程序。
4.面向服務構建共享型專業教學資源庫的實施
以soa軟件框架為組裝藍圖，以可復用軟件構件為組裝模塊，提高了軟件生產效率和軟件應變能力。符合soa標準的構件塊是分散、可重用的服務和架構元素，可以用于構成復合的應用程序和服務基礎架構，每個構建塊在實現之后就會被添加到soa功能的總體目錄中。
作為教學資源單元的構件要成為“服務”，必須定義良好、自我包容的、具有可的接口，在理想情況下不依賴其它服務的狀態和環境，運用構件式服務向最終用戶交付應用功能的分布式系統，可以構建出其它服務。開發構件包括以下幾個主要環節：實現標準的基本接口；實現或配置構件的功能(體現為屬性、方法、事件、函數等對象元素)；元數據的定制和對構件的描述：實現構件的設計功能，如定制構件的屬性、事件響應的用戶界面等。
從服務的內涵看，教學資源庫其實也是一個服務，此服務包含庫資源和服務平臺。庫資源是教學資料的后臺集合；服務平臺是程序及文檔集，包括前臺的用戶界面、操作數據庫、服務庫、構件庫的軟件環境，可細分為系統管理、服務模塊、用戶管理等。比如，系統管理實現安全控制、初始化、訪問控制、擴展接口、故障管理等功能。教學資源庫的建設是一個累積的過程，要與教學過程相輔相成，實施中主要采用調研法、建立模型、需求驅動及項目工程管理等研究方法。實施計劃主要分為方案設計，資料收集及數據加工，系統開發，系統、評估與質量保證四個階段。
(1)方案設計階段。把soa策略落實到應用的分析中，在實踐中應用理論研究的成果，提出資源庫建設、管理、評價方案。資源共享是一個系統工程，以面向服務標準構造出共享資源的框架，在統一的規劃下的整體信息利用，專業教學資源與應用平臺設計要遵循開放性、共享性、可擴展性和高可靠性的原則，要有序建設、科學地策劃和具有前瞻的意識。從建立資源單元起步，建立庫資源建設的規劃標準與架構模式，使構建的各個單項部分都能成為共享資源的有機組成部分。在一致的、標準的架構原則下，實現共享教學資源庫，解決教學庫資源建設的長效機制等問題。
(2)資料收集及數據加工階段。確定資源建設的數據內容，專業教學資源庫的單元建設關系到共享的最終效果，要以專業理論、教改方略、專業類別、學科范圍、課程目錄為指導，根據課程特點及教與學的需要設置體系，資料要體現出多元智能和學科的專業取向、結構，與學科知識緊密結合起來，以實現教與學的高效能、最優化。
采納多級存儲，多角度、多維度資源導航方式，實現資源分布式存儲、檢索信息集中統～管理，共享要運用一定的技術手段和方法優化，使數字資源得到合理組合，取得最好的組織結構和組織功能。通過提供多套存儲方案，實現資源在任意地點部署，通過符合規范數據格式，在不同類型的資源庫之間實現重構、交換資源數據，甚至與遠程教學平臺無縫連接。
(3)構造應用系統的框架。構造框架采取如下步驟：確定框架的約束條件，包括軟件、硬件、性能及設計等；根據通用的高層設計，標識出高層的構件(在此為組成系統的各專業資源庫)；確定高層構件間的接口。采用框架技術進行開發的主要優點是：結構一致性好；可以先設計框架、領域構件而不必陷于底層編程；大粒度的重用使得平均開發費用降低；采用參數化框架使得適應性增強。其它作為主體構件的各個專業教學資源子系統遵循一致性原則，遵守標準接口，符合面向對象的開發要求，實現功能處理的模塊要松散耦合。
系統開發包括兩大部分：高層部分與低層部分。高層部分面向資源庫整體，解決總體規劃與高層建模問題；低層部分面向專業領域，解決應用系統的分析、設計與建造問題；兩個層次的工作不能混淆，而且要緊密銜接。主要有四個過程：系統總體規劃、系統分析過程、系統設計過程和系統建造過程，是soa策略的核心應用。
(4)系統、評估與質量保證。以一個個專業資源庫獨立運作開始，并行、迭代開發，不斷完善功能，然后接入共享的信息系統中，最終建立起擴展能力強的集成系統。有了比較完備的框架和構件庫，通過可視化開發工具，將所選的領域框架和構件進行組合就能產生新的功能系統。評估與質量保證目的為資源的審查、分類提供依據，經過共享后的數字資源系統，要不斷擴大服務范圍，提升服務能力，以多樣化的服務手段，產生最大的社會效益。
