葉瑩+韓冰+陳鵬+王薇

收稿日期：2013-06-24

基金項目：國家“863”計劃重點項目(2011AA110202)

作者簡介：葉 瑩（1980—），男，湖北咸寧人，工程師,學(xué)士，研究方向：現(xiàn)場工業(yè)控制及系統(tǒng)應(yīng)用。

文章編號：1003-6199(2014)02-0034-04

摘 要：隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動化水平的提高，監(jiān)控平臺已經(jīng)成為自動控制系統(tǒng)中必不可少的部分；近年來信息化技術(shù)的發(fā)展要求工業(yè)企業(yè)破除各裝置之間存在的“自動化孤島”壁壘，實現(xiàn)統(tǒng)一的系統(tǒng)監(jiān)控、身份認(rèn)證以及軟硬件平臺的高度可靠。本文基于Xen實現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)控虛擬化軟硬件平臺，并在其上完成主流監(jiān)控軟件（Ifix/PIMS/VXSCADA）的部署，進(jìn)行冗余熱備機制和高度可用性等技術(shù)的試驗，實現(xiàn)異構(gòu)監(jiān)控平臺的統(tǒng)一部署、統(tǒng)一接入和即插即用。



關(guān)鍵詞：虛擬化技術(shù)；工業(yè)控制；監(jiān)控平臺

中圖分類號：TN081文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A



The Design and Implementation of a Comprehensive Monitoring Platform for Industrial Process Based on Xen



YE Ying1, HAN Bing1,CHEN Peng1,2,WANG Wei1

(1.Zhejiang SUPCON Research Limited Company, Hangzhou,Zheijiang 310053, China;

2.Institute of Cyber-Systems and Control Zhejiang University, Hangzhou,Zheijiang 310053, China)

Abstract:With the development of the automation technologies in modern industrial production, SCADA has become an essential part in automatic control system. The development of information technology requires industrial enterprises to break the barriers known as “isolated automation island” between each device, realizes the unity of the system monitoring, the identity authentication and high reliable software/hardware platform. In this paper, a unified monitoring software/hardware platform based on virtualization technology has been designed with the help of Xen, and several mainstream SCADA software (Ifix/PIMS/VXSCADA) are deployed on the platform. Besides, redundant hot standby mechanism and high availability technologies are studied to realize the unified deployment/access and plugandplay of different SCADA software.



Key words:virtualization technology;industrial control;Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA)



1 引 言

隨著微電子技術(shù)、計算機控制技術(shù)、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)及現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，作為通用的自動化系統(tǒng)開發(fā)與實施工具軟件——工控組態(tài)軟件日漸成熟。由于其在構(gòu)建工業(yè)控制系統(tǒng)的過程中免去了大量煩瑣的編程工作，極大地提高了自動化系統(tǒng)開發(fā)、實施和運行管理過程中的工作效率，近年來，工控組態(tài)軟件在中小型工業(yè)過程控制工程、工業(yè)自動化工程中越來越受到歡迎［1］。

目前，世界上有不少專業(yè)軟件/硬件/系統(tǒng)廠商生產(chǎn)和提供各種組態(tài)軟件產(chǎn)品，如Ifix，PIMS，VXSCADA，組態(tài)王等，這些產(chǎn)品在工業(yè)控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，為提升我國工控企業(yè)的自動化水平做出很大的貢獻(xiàn)；然而，各組態(tài)軟件間的兼容性較差，很難進(jìn)行信息的交互，形成了企業(yè)內(nèi)部的“信息孤島”；控制算法和核心指令均通過監(jiān)控計算機實施，一旦軟硬件出現(xiàn)問題，就會對企業(yè)生產(chǎn)造成巨大的損失，且系統(tǒng)的恢復(fù)以及維護(hù)均需要專業(yè)人員現(xiàn)場完成，工作量巨大。信息化技術(shù)的發(fā)展對工礦企業(yè)的自動化系統(tǒng)提出了更高的要求，即具有高度的信息互通互聯(lián)、統(tǒng)一身份認(rèn)證、即插即用以及高度的安全性/可用性，同時系統(tǒng)配置、維護(hù)和升級簡單方便。

傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)和組態(tài)軟件均采用C/S架構(gòu)，其優(yōu)點是客戶端響應(yīng)速度快，處理能力強。這種模式比較適用于在小規(guī)模、并發(fā)用戶少且有安全性保障的局域網(wǎng)環(huán)境中運行。但隨著信息技術(shù)以及用戶需求的發(fā)展，傳統(tǒng)C/S架構(gòu)的監(jiān)控系統(tǒng)暴露出許多問題，其局限性表現(xiàn)在如下幾個方面［2］：

1)部署困難。除了要安裝服務(wù)器軟件外，對每臺客戶機都要安裝專用的客戶端軟件，對于大型分布式系統(tǒng)來說，不便于管理。

2)監(jiān)控系統(tǒng)軟件產(chǎn)品大都缺乏開放的標(biāo)準(zhǔn)，一般不能跨平臺運行。在多數(shù)情況下，客戶端的操作系統(tǒng)是不同的，與此對應(yīng)的客戶端程序也是不同的。

3)移植性差。如果用戶分布范圍廣，造成系統(tǒng)維護(hù)難度大，移植、升級困難，成本較高。

4)可擴充性差。對于服務(wù)器端的數(shù)據(jù)庫，它必須同每一個活動的客戶端保持連接，服務(wù)器有限的系統(tǒng)資源將被用于頻繁應(yīng)付與客戶端之間的連接，無法及時響應(yīng)數(shù)據(jù)請求，系統(tǒng)性能不斷下降。

基于上述現(xiàn)有工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)平臺的不足，本研究引入基于Xen的虛擬化技術(shù)對硬件資源進(jìn)行整合，實現(xiàn)了統(tǒng)一監(jiān)控虛擬化軟硬件平臺，并基于虛擬機完成了主流監(jiān)控軟件（Ifix/PIMS/VXSCADA）的安裝和部署，通過統(tǒng)一的虛擬機監(jiān)視器(Virtual Machine Monitor，VMM)對運行在虛擬機之上的數(shù)據(jù)服務(wù)/監(jiān)控服務(wù)應(yīng)用進(jìn)行配置和管理，同時虛擬化技術(shù)的引入可進(jìn)行動態(tài)遷移，實現(xiàn)不宕機情況下應(yīng)用程序的轉(zhuǎn)移［3］，保證工業(yè)現(xiàn)場監(jiān)控連續(xù)性。為達(dá)到監(jiān)控和管理工業(yè)生產(chǎn)的目的，需要實現(xiàn)對虛擬機桌面進(jìn)行訪問和操作，本研究使用身份認(rèn)證機制，實現(xiàn)用戶權(quán)限的識別，最終實現(xiàn)了異構(gòu)監(jiān)控平臺的統(tǒng)一訪問、即插即用和高度安全性/可用性。

計算技術(shù)與自動化2014年6月

第33卷第2期葉 瑩等：基于Xen的工業(yè)過程綜合監(jiān)控平臺設(shè)計與實現(xiàn)

2 虛擬化技術(shù)分析

虛擬化技術(shù)是指在一個計算機硬件平臺上模擬多個獨立的、結(jié)構(gòu)和實際硬件相同的虛擬硬件系統(tǒng)，在每個虛擬硬件系統(tǒng)上都可以運行不同的操作系統(tǒng)，即客戶操作系統(tǒng) ［3］。虛擬化的概念最早由IBM公司在上世紀(jì)六十年代提出，并成功運用在IBM大型機System/360上［4］。虛擬化技術(shù)能夠動態(tài)組織多種計算資源，實現(xiàn)透明化的可伸縮計算系統(tǒng)架構(gòu)，從而可以靈活構(gòu)建滿足多種應(yīng)用需求的計算環(huán)境，提高計算資源的使用效率，除此之外虛擬化技術(shù)還有降低管理成本、提高使用靈活性、提高安全性、更高的可用性、更高的可擴展性、互操作性和投資保護(hù)、改進(jìn)資源供應(yīng)等特點［5］。因此，虛擬化技術(shù)是IT基礎(chǔ)設(shè)施和資源管理方式的變革，降低了資源使用者和資源之間的聯(lián)系度［6］。

從虛擬化的目的來分，虛擬化技術(shù)可分為平臺虛擬化、資源虛擬化、應(yīng)用程序虛擬化和表示層虛擬化等［7］，本文主要對平臺虛擬化中的系統(tǒng)級虛擬化技術(shù)進(jìn)行研究，通過隱藏控制平臺的實際物理特性，為用戶提供符合要求的虛擬主機的硬件及軟件配置。平臺虛擬化技術(shù)的核心是虛擬機監(jiān)視器(VMM)，它提供能夠模擬硬件資源且與物理主機相似的虛擬機(VM)。虛擬機上運行的操作系統(tǒng)稱為客戶操作系統(tǒng)（GOS），VMM可以在同一臺物理主機上虛擬出多個VM，并且做到各個VM之間相互隔離并可以安裝不同的操作系統(tǒng)。從功能角度來分析，VMM作用是對各個VM的資源進(jìn)行調(diào)度、分配和管理，保證各個GOS安全運行［8、9］。

3 基于Xen技術(shù)的虛擬化監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)

方法

3.1 Xen虛擬化技術(shù)

Xen是劍橋大學(xué)開發(fā)的虛擬機管理軟件［6］，通過修改操作系統(tǒng)內(nèi)核避免對所有硬件的模擬，使其相對于全虛擬化有更高的性能，但虛擬機所能安裝的操作系統(tǒng)局限于一些開源的操作系統(tǒng)，如NetBSD， GNU/Linux， FreeBSD和Plan 9等系統(tǒng)，對于Windows操作系統(tǒng)則不能運行。自Xen3.0版本后，通過引入Intel VT和AMD-V技術(shù)，使得Xen不修改操作系統(tǒng)內(nèi)核也能達(dá)到較高的虛擬化性能，大大擴展了應(yīng)用范圍；同時還支持32位、64位及PAE虛擬機，保存及恢復(fù)虛擬機，動態(tài)遷移等功能，能夠應(yīng)用于服務(wù)器的在線維護(hù)，在線升級和動態(tài)負(fù)載均衡等方面［10］。Xen主要分為四大核心子系統(tǒng): CPU虛擬化、內(nèi)存虛擬化、I/O設(shè)備虛擬化，以及網(wǎng)絡(luò)虛擬化，在此不再贅述。

3.2 基礎(chǔ)硬件設(shè)備

Xen從3.0版本開始通過使用Intel VT-X和AMD-V等技術(shù)實現(xiàn)對硬件虛擬化的支持，提高了Xen的兼容性，使得非開源的Windows操作系統(tǒng)也能應(yīng)用于Xen虛擬機。目前主流的監(jiān)控組態(tài)軟件大部分是基于封閉的windows系統(tǒng)開發(fā)的，Xen3.0的推出為實現(xiàn)異構(gòu)監(jiān)控系統(tǒng)的綜合監(jiān)控平臺開發(fā)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。如圖2所示，本研究選用了采用VT-x 技術(shù)的IBM X3850 X5（1臺），IBM System x3650 M3（2臺）服務(wù)器作為構(gòu)建虛擬化系統(tǒng)的硬件支持。

3.3 統(tǒng)一監(jiān)控平臺設(shè)計

對虛擬機的訪問可通過遠(yuǎn)程登錄的方式進(jìn)行操作。傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程登錄方式有Windows系統(tǒng)自帶的遠(yuǎn)程登錄軟件，RealVNC等軟件。在較大規(guī)模的工業(yè)控制現(xiàn)場中，存在多個用戶同時訪問同一系統(tǒng)監(jiān)控畫面的可能，而如何避免在查看監(jiān)控時的相互干擾和如何控制查看監(jiān)控時的權(quán)限是虛擬化監(jiān)控系統(tǒng)集群必須要解決的兩個問題，常規(guī)遠(yuǎn)程登錄軟件無法解決。本文研究設(shè)計了統(tǒng)一監(jiān)控平臺，這其中包括身份認(rèn)證系統(tǒng)，訪問控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程登錄系統(tǒng)，實現(xiàn)對虛擬機訪問的綜合統(tǒng)一控制。

3.3.1 身份認(rèn)證模塊設(shè)計

身份認(rèn)證模塊開發(fā)使用Web Service技術(shù)，在統(tǒng)一監(jiān)控客戶端輸入用戶信息，用戶信息被傳遞到Web Service服務(wù)器，該服務(wù)器上配置了身份認(rèn)證服務(wù)，在用戶信息到達(dá)后，該服務(wù)訪問數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫使用MySQL數(shù)據(jù)庫存儲用戶身份信息，包括用戶名、密碼、權(quán)限等信息。身份認(rèn)證服務(wù)獲取用戶信息后進(jìn)行判斷，把驗證結(jié)果返回到統(tǒng)一監(jiān)控客戶端。其數(shù)據(jù)流向如圖1所示：

圖1 身份認(rèn)證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 身份認(rèn)證對話框

當(dāng)統(tǒng)一監(jiān)控客戶端接收到驗證信息后，客戶端對驗證信息進(jìn)行解析。如果驗證失敗，顯示失敗原因，本模塊中失敗原因分為用戶名錯誤，密碼錯誤，驗證服務(wù)未開啟三種情況。如果驗證正確，客戶端會得到該用戶的權(quán)限，分為0級，1級，2級和3級，每一級擁有對不同監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行管理的權(quán)限，對應(yīng)關(guān)系如表1所示：

表1 權(quán)限分配表

權(quán)限分配表

1級

2級

3級

0級

供電系統(tǒng)

給水泵汽輪機

電液控制系統(tǒng)

爐膛安全

監(jiān)控系統(tǒng)

鍋爐室

模擬監(jiān)控

全局權(quán)限

客戶端會根據(jù)不同的權(quán)限級別把對應(yīng)于各系統(tǒng)的連接按鈕變?yōu)榭捎?，對于不擁有訪問權(quán)限的監(jiān)控系統(tǒng)，對應(yīng)的連接按鈕變?yōu)椴豢捎脿顟B(tài)，從而達(dá)到分權(quán)限對監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行訪問的目的。

3.3.2 訪問控制模塊設(shè)計

在工業(yè)控制現(xiàn)場，較多的使用一個系統(tǒng)作為一個監(jiān)控工程，當(dāng)遇到兩個或兩個以上用戶同時對同一監(jiān)控工程訪問時，需要保證每個用戶監(jiān)控不相互干擾。

本文中采用建立多個虛擬機的方法，如供電系統(tǒng)監(jiān)控，建立4臺虛擬機安裝供電系統(tǒng)監(jiān)控軟件，在無用戶訪問時，虛擬機處于掛起狀態(tài)。通過身份認(rèn)證后的用戶訪問供電系統(tǒng)監(jiān)控軟件時，統(tǒng)一監(jiān)控客戶端先訪問到WEB服務(wù)器的訪問控制服務(wù)，獲取供電系統(tǒng)監(jiān)控虛擬機的占用情況，為用戶分配一個空閑的虛擬機并激活，再通過遠(yuǎn)程登錄的方式查看操作虛擬機桌面。

3.3.3 遠(yuǎn)程登錄模塊設(shè)計

為實現(xiàn)對虛擬機桌面的訪問，開發(fā)遠(yuǎn)程登錄模塊。在該模塊中加入網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)的實時監(jiān)測，負(fù)責(zé)檢測與虛擬機通信狀態(tài)，并保證通信中斷恢復(fù)后的重新登錄。

3.4 虛擬化監(jiān)控方案架構(gòu)及效果

通過使用Xen技術(shù)構(gòu)建虛擬機，開發(fā)統(tǒng)一監(jiān)控平臺，能夠構(gòu)建一套完整的支持工業(yè)監(jiān)控的虛擬化系統(tǒng)。虛擬機創(chuàng)建時分配單核CPU，1G內(nèi)存和30G磁盤。為了驗證該虛擬化監(jiān)控系統(tǒng)，本文選用Ifix/PIMS/ VXSCADA等幾款常用的工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控軟件構(gòu)建虛擬化監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)Xen虛擬機配置方法，完成動態(tài)遷移功能設(shè)置，每個虛擬機上搭載的服務(wù)如圖3所示。

圖3 虛擬機搭載服務(wù)示意圖

圖4 統(tǒng)一監(jiān)控平臺運行效果

在每個監(jiān)控軟件上配備模擬監(jiān)控工程，實現(xiàn)組態(tài)信息的發(fā)布及監(jiān)控，實際運行的效果如圖4，統(tǒng)一監(jiān)控端實現(xiàn)了對多個虛擬機統(tǒng)一訪問的功能。

各個虛擬機在監(jiān)控軟件運行情況下對10分鐘內(nèi)CPU和內(nèi)存占用情況進(jìn)行統(tǒng)計，經(jīng)平均后統(tǒng)計結(jié)果如表2。

表2 各虛擬機主要資源占用統(tǒng)計

序號

CPU（%）

內(nèi)存（M）

1

12

132

2

30

413

3

32

435

4

45

513

5

43

602

6

35

451

7

36

413

8

31

389

圖5 動態(tài)遷移測試配置圖

基于Xen的虛擬化技術(shù)能夠進(jìn)行動態(tài)遷移和運行時負(fù)載均衡［5］，提高工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。為了展示虛擬化系統(tǒng)高可用性，進(jìn)行動態(tài)遷移實驗。動態(tài)遷移是虛擬機由一個物理主機轉(zhuǎn)移到另一個物理主機的過程，可以在不影響用戶使用的情況下實現(xiàn)對物理機的維護(hù)和升級，進(jìn)行了如圖4的演示驗證方案。

表3 監(jiān)控中斷時長統(tǒng)計表

序號

監(jiān)控中斷

時長(ms)

最大中斷

時長(ms)

最小中斷

時長(ms)

平均中斷

時長(ms)

1

963

2

840

3

983

4

1226

5

1309

6

892

7

982

8

934

9

961

10

927

1309

840

1001.7HOST A通過網(wǎng)絡(luò)對XenDomain提供存儲空間，HOST B使用NFS導(dǎo)出的目錄運行一個虛擬機，HOST C是目標(biāo)主機，HOSTB主機上的虛擬機轉(zhuǎn)移后在HOST C上運行。HOST B源機上運行中控VXSCADA軟件。在遷移過程中的停機時間與主機CPU，內(nèi)存等硬件設(shè)置及負(fù)載等多種因素有關(guān)，在文獻(xiàn)［11］中有對相關(guān)問題的深入研究，虛擬機的停機時間在數(shù)百毫秒至數(shù)千毫秒不等。接下來對本解決方案下開發(fā)的軟件及虛擬機內(nèi)部署服務(wù)連續(xù)性進(jìn)行實驗驗證。

統(tǒng)一監(jiān)控平臺具有通信檢測及通信恢復(fù)重連功能，虛擬機動態(tài)遷移時會造成通信的瞬時中斷，平臺內(nèi)部可以通過統(tǒng)計監(jiān)控中斷時間得到虛擬機服務(wù)中斷時長，完成測試。

本文進(jìn)行10次試驗統(tǒng)計服務(wù)中斷時間，試驗結(jié)果如表3所示。在10次測試中，統(tǒng)一監(jiān)控平臺都實現(xiàn)了對虛擬機通訊的監(jiān)測，并在虛擬機遷移后實現(xiàn)監(jiān)控的自動開啟。 VXSCADA監(jiān)控服務(wù)中斷時長均在在2秒以內(nèi)，基本可以滿足工業(yè)監(jiān)控需求?；谏鲜黾夹g(shù)，可以為用戶提供不間斷的監(jiān)控服務(wù)，實現(xiàn)監(jiān)控平臺的高可靠性/高可用性。

從以上分析和實際驗證效果可以得出，本研究在所開發(fā)的系統(tǒng)上成功部署了多種主流工業(yè)監(jiān)控軟件，實現(xiàn)了異構(gòu)監(jiān)控平臺的統(tǒng)一訪問、即插即用和高度安全性/可用性，該系統(tǒng)能夠取代傳統(tǒng)的硬件配置方式應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)監(jiān)控過程。

4 結(jié) 論

本文使用Xen技術(shù)創(chuàng)建了服務(wù)器集群的虛擬化軟硬件基礎(chǔ)平臺，在其上部署工業(yè)監(jiān)控軟件，為保證工業(yè)監(jiān)控的安全性/可用性，開發(fā)統(tǒng)一監(jiān)控平臺，對用戶身份進(jìn)行驗證，并對用戶訪問監(jiān)控軟件進(jìn)行控制，形成了一整套基于異構(gòu)組態(tài)軟件的工業(yè)控制虛擬化監(jiān)控方案，并通過試驗驗證了其有效性。未來將會對資源分配策略、遷移策略等方面技術(shù)進(jìn)行深入研究，進(jìn)一步提高虛擬化技術(shù)穩(wěn)定性及高效性。

隨著工業(yè)自動化技術(shù)的發(fā)展以及虛擬化技術(shù)的進(jìn)一步成熟，虛擬化技術(shù)有望在更多的工業(yè)自動化領(lǐng)域得到推廣。

參考文獻(xiàn)

［1］ 羅媛,工控組態(tài)軟件的開發(fā)［D］.貴州：貴州大學(xué),2008.

［2］ 張修建,基于Web的工業(yè)污水遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［D］.秦皇島：燕山大學(xué),2011.

［3］ 石磊,鄒德清,金海,Xen 虛擬化技術(shù)［M］.武漢:華中科技大學(xué)出版社,2009.

［4］ PADEGSA.System/360 and Beyond, IBM Journal of Research and Development［J］.Vol25(5), p377-390, 1981.

［5］ 張小虎,基于Xen的系統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)研究［D］.西安:西安工業(yè)大學(xué),2011.

［6］ DAVID CHISNALL,The Definitive Guide to the Xen Hypervisor［J］. Prentice Hall. Nov.，2007.

［5］ 江雪 基于XEN虛擬機的動態(tài)遷移技術(shù)研究［M］.上海：上海交通大學(xué),2009.

［7］ 曹欣 半虛擬化技術(shù)分析與研究［D］.杭州：浙江大學(xué),2008.

［8］ 惠新忠 XEN虛擬I/O優(yōu)化策略［D］.大連：大連理工大學(xué),2010.

［9］ 孟江濤 XEN虛擬機研究［D］.杭州：電子科技大學(xué),2010. 

［10］陳小軍,張璟 虛擬化技術(shù)及其在制造業(yè)信息化中的應(yīng)用綜述［J］.計算機工程與應(yīng)用,2010,46(23):25-30.

［11］江雪,李小勇,虛擬機動態(tài)遷移的研究［J］.計算機應(yīng)用,2008,28(9),2375-2385.

本文進(jìn)行10次試驗統(tǒng)計服務(wù)中斷時間，試驗結(jié)果如表3所示。在10次測試中，統(tǒng)一監(jiān)控平臺都實現(xiàn)了對虛擬機通訊的監(jiān)測，并在虛擬機遷移后實現(xiàn)監(jiān)控的自動開啟。 VXSCADA監(jiān)控服務(wù)中斷時長均在在2秒以內(nèi)，基本可以滿足工業(yè)監(jiān)控需求?；谏鲜黾夹g(shù)，可以為用戶提供不間斷的監(jiān)控服務(wù)，實現(xiàn)監(jiān)控平臺的高可靠性/高可用性。

從以上分析和實際驗證效果可以得出，本研究在所開發(fā)的系統(tǒng)上成功部署了多種主流工業(yè)監(jiān)控軟件，實現(xiàn)了異構(gòu)監(jiān)控平臺的統(tǒng)一訪問、即插即用和高度安全性/可用性，該系統(tǒng)能夠取代傳統(tǒng)的硬件配置方式應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)監(jiān)控過程。

4 結(jié) 論

本文使用Xen技術(shù)創(chuàng)建了服務(wù)器集群的虛擬化軟硬件基礎(chǔ)平臺，在其上部署工業(yè)監(jiān)控軟件，為保證工業(yè)監(jiān)控的安全性/可用性，開發(fā)統(tǒng)一監(jiān)控平臺，對用戶身份進(jìn)行驗證，并對用戶訪問監(jiān)控軟件進(jìn)行控制，形成了一整套基于異構(gòu)組態(tài)軟件的工業(yè)控制虛擬化監(jiān)控方案，并通過試驗驗證了其有效性。未來將會對資源分配策略、遷移策略等方面技術(shù)進(jìn)行深入研究，進(jìn)一步提高虛擬化技術(shù)穩(wěn)定性及高效性。

隨著工業(yè)自動化技術(shù)的發(fā)展以及虛擬化技術(shù)的進(jìn)一步成熟，虛擬化技術(shù)有望在更多的工業(yè)自動化領(lǐng)域得到推廣。

參考文獻(xiàn)

［1］ 羅媛,工控組態(tài)軟件的開發(fā)［D］.貴州：貴州大學(xué),2008.

［2］ 張修建,基于Web的工業(yè)污水遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［D］.秦皇島：燕山大學(xué),2011.

［3］ 石磊,鄒德清,金海,Xen 虛擬化技術(shù)［M］.武漢:華中科技大學(xué)出版社,2009.

［4］ PADEGSA.System/360 and Beyond, IBM Journal of Research and Development［J］.Vol25(5), p377-390, 1981.

［5］ 張小虎,基于Xen的系統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)研究［D］.西安:西安工業(yè)大學(xué),2011.

［6］ DAVID CHISNALL,The Definitive Guide to the Xen Hypervisor［J］. Prentice Hall. Nov.，2007.

［5］ 江雪 基于XEN虛擬機的動態(tài)遷移技術(shù)研究［M］.上海：上海交通大學(xué),2009.

［7］ 曹欣 半虛擬化技術(shù)分析與研究［D］.杭州：浙江大學(xué),2008.

［8］ 惠新忠 XEN虛擬I/O優(yōu)化策略［D］.大連：大連理工大學(xué),2010.

［9］ 孟江濤 XEN虛擬機研究［D］.杭州：電子科技大學(xué),2010. 

［10］陳小軍,張璟 虛擬化技術(shù)及其在制造業(yè)信息化中的應(yīng)用綜述［J］.計算機工程與應(yīng)用,2010,46(23):25-30.

［11］江雪,李小勇,虛擬機動態(tài)遷移的研究［J］.計算機應(yīng)用,2008,28(9),2375-2385.

本文進(jìn)行10次試驗統(tǒng)計服務(wù)中斷時間，試驗結(jié)果如表3所示。在10次測試中，統(tǒng)一監(jiān)控平臺都實現(xiàn)了對虛擬機通訊的監(jiān)測，并在虛擬機遷移后實現(xiàn)監(jiān)控的自動開啟。 VXSCADA監(jiān)控服務(wù)中斷時長均在在2秒以內(nèi)，基本可以滿足工業(yè)監(jiān)控需求?；谏鲜黾夹g(shù)，可以為用戶提供不間斷的監(jiān)控服務(wù)，實現(xiàn)監(jiān)控平臺的高可靠性/高可用性。

從以上分析和實際驗證效果可以得出，本研究在所開發(fā)的系統(tǒng)上成功部署了多種主流工業(yè)監(jiān)控軟件，實現(xiàn)了異構(gòu)監(jiān)控平臺的統(tǒng)一訪問、即插即用和高度安全性/可用性，該系統(tǒng)能夠取代傳統(tǒng)的硬件配置方式應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)監(jiān)控過程。

4 結(jié) 論

本文使用Xen技術(shù)創(chuàng)建了服務(wù)器集群的虛擬化軟硬件基礎(chǔ)平臺，在其上部署工業(yè)監(jiān)控軟件，為保證工業(yè)監(jiān)控的安全性/可用性，開發(fā)統(tǒng)一監(jiān)控平臺，對用戶身份進(jìn)行驗證，并對用戶訪問監(jiān)控軟件進(jìn)行控制，形成了一整套基于異構(gòu)組態(tài)軟件的工業(yè)控制虛擬化監(jiān)控方案，并通過試驗驗證了其有效性。未來將會對資源分配策略、遷移策略等方面技術(shù)進(jìn)行深入研究，進(jìn)一步提高虛擬化技術(shù)穩(wěn)定性及高效性。

隨著工業(yè)自動化技術(shù)的發(fā)展以及虛擬化技術(shù)的進(jìn)一步成熟，虛擬化技術(shù)有望在更多的工業(yè)自動化領(lǐng)域得到推廣。

參考文獻(xiàn)

［1］ 羅媛,工控組態(tài)軟件的開發(fā)［D］.貴州：貴州大學(xué),2008.

［2］ 張修建,基于Web的工業(yè)污水遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［D］.秦皇島：燕山大學(xué),2011.

［3］ 石磊,鄒德清,金海,Xen 虛擬化技術(shù)［M］.武漢:華中科技大學(xué)出版社,2009.

［4］ PADEGSA.System/360 and Beyond, IBM Journal of Research and Development［J］.Vol25(5), p377-390, 1981.

［5］ 張小虎,基于Xen的系統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)研究［D］.西安:西安工業(yè)大學(xué),2011.

［6］ DAVID CHISNALL,The Definitive Guide to the Xen Hypervisor［J］. Prentice Hall. Nov.，2007.

［5］ 江雪 基于XEN虛擬機的動態(tài)遷移技術(shù)研究［M］.上海：上海交通大學(xué),2009.

［7］ 曹欣 半虛擬化技術(shù)分析與研究［D］.杭州：浙江大學(xué),2008.

［8］ 惠新忠 XEN虛擬I/O優(yōu)化策略［D］.大連：大連理工大學(xué),2010.

［9］ 孟江濤 XEN虛擬機研究［D］.杭州：電子科技大學(xué),2010. 

［10］陳小軍,張璟 虛擬化技術(shù)及其在制造業(yè)信息化中的應(yīng)用綜述［J］.計算機工程與應(yīng)用,2010,46(23):25-30.

［11］江雪,李小勇,虛擬機動態(tài)遷移的研究［J］.計算機應(yīng)用,2008,28(9),2375-2385.