HRVATSKI OGRANAK ME UNARODNE ELEKTRODISTRIBUCIJSKE KONFERENCIJE HO CIRED 1. savjetovanje Šibenik, 18. - 21. svibnja 2008. SO3 12 Boris Njavro dipl. el. inž. Kon ar inženjering za energetiku i transport d.d., Zagreb boris.njavro@koncar-ket.hr mr. sc. Ante Martini dipl. el. inž. Kon ar inženjering za energetiku i transport d.d., Zagreb ante.martinic@koncar-ket.hr INTEGRACIJA APLIKACIJA ZA OPERATORA DISTRIBUCIJSKOG SUSTAVA SAŽETAK Aplikacije u energetskim sustavima razvijale su se da zadovolje pojedinu funkciju u tvrtki. Korisnici takvih aplikacija bili su dio pojedinog odjela ili odsjeka. Razvojem poslovanja, distribucijska poduze a razvijaju nove poslovne procese s više uklju enih odjela i funkcionalnih cjelina. Pouzdan rad i vo enje distribucijske mreže, kao i aktivnosti na tržištu zahtijevaju izmjenu i dostupnost real-time podataka djelatnicima izvan odjela vo enja, pa ak i izvan tvrtke. Infrastruktura potrebna za podršku zahtjeva za informacijama mora biti prilagodljiva i proširiva kako bi zadovoljila i budu e potrebe. Uz sve to, drugi sudionici u poslovnim procesima moraju imati mogu nost uvida i utjecaja na mehanizme tržišta. Ti zahtjevi rezultirali su potrebom za integracijom razli itih postoje ih sustava, kao i novih aplikacija unutar i izvan distribucijske tvrtke. Kona ni cilj je definirati zajedni ki model koji se može koristiti na razli itim tehnologijama i na integracijskoj platformi. Ovaj referat daje uvid u detalje tehnologije za implementaciju standardne integracije aplikacija u distribucijskim tvrtkama, kao i detalje i rješenja problema za tražene razmjene i tokove informacija. Klju ne rije i: integracija aplikacija, sabirnica, front-office, back-office INTEGRATION OF APPLICATION FOR DISTRIBUTION SYSTEM OPERATOR SUMMARY Power system applications were designed as a discrete business function. The users of such application belonged to a single functional area in a utility organization. As business evolves, electric utilities may involve multiple business processes across several functional areas. Reliable operation and control of the distribution power systems, as well as the increasing open market activities requires that real-time operational data be readily exchanged among the entities. The infrastructure needed to support information demands must be both, flexible and expandable to bring about a seamless environment. In addition, many other entities must also be able to interact with the market entities. Changing business conditions have resulted in a requirement for integration of heterogeneous legacy applications as well as new applications in organization. The goal is to define common modeling elements that can be mapped onto a variety of technologies around integration infrastructure. This paper provides details of the technology for implementation of Enterprise Application Integration within electric utilities and represents design details and problem solutions regarding required data through output. Key words: application integration, enterprise bus, front-office, back-office 1
1. UVOD Vrijeme korištenja samostoje ih aplikacijskih rješenja u distribucijskim tvrtkama završilo je rekonstrukcijom starog sustava daljinskog vo enja (SDV) i uvo enjem ra unala na svako radno mjesto. S tim procesima korisnik je postao svjestan mogu nosti ra unala i postao tvorac i dizajner svakog sljede eg informacijskog sustava, što je postao izniman izazov za isporu itelje. Nadalje, gore navedeni procesi nastali su zbog sve ve eg broja podataka kojima tvrtka raspolaže, zahtjevima njihovih kupaca, nadzornih regulatorskih agencija i zahtjevima tržišta, financijskog i energetskog. Svaki isporu itelj morao je pratiti, ako ne i predvi ati, sva nova kretanja i procese kod korisnika, te je pokušavao sa svojim sustavom pokriti što više zahtjeva korisnika, što više funkcija i obrade razli itih vrsta podataka. Na takav na in dobili smo sustave daljinskog vo enja sposobne za energetske analize mreže, predvi anje potrošnje, vo enje procesa radova i izdavanje dokumentacije, zatim geografske informacijske sustave (GIS) sposobne za prikaz real-time informacija i detaljnih tehni kih podataka. Nastavkom ovakvog procesa o ito bi dobili gigantske informacijske sustave koji bi bili preveliki za održavanje, s realnom opasnoš u od ovisnosti o jednom isporu itelju. Kako bi sprije ili takvu situaciju, olakšali razvoj svih sustava i omogu ili fokusiranje svakog sustava na njegovu komparativnu prednost, pokrenut je proces integracije pojedinih sustava u jedinstvenu cjelinu, ime je nastao veliki broj standardiziranih su elja za povezivanje. Time problem nikako nije bio riješen, jer je kod velikog broja sustava broj me usobnih su elja postao prevelik i opet problemati an za održavanje. Sljede e rješenje je bilo logi no u smislu da je postavljen jedan sustav s integracijskom ulogom, koji je onda bio odgovoran za sve podatke i veze s drugim sustavima. S tim pristupom opet se pojavljuje problem glomaznosti jednog sustava, ali se dobiva mogu nost integracije ve eg broja sustava razli itih isporu itelja. Daljnjim napretkom ra unalne i komunikacijske tehnologije, ali i suradnjom stru njaka razli itih isporu itelja i korisnika informacijskih sustava, postavljena je nova platforma za integraciju koja uvažava posebnost i ulogu svakog pojedina nog sustava, te njegove potrebe za odre enim podacima, ali daje mogu nost povezivanja na temelju zajedni kog modela podataka. Radi se o konceptu integracijske sabirnice (Enterprise Service Bus ESB) koja služi kao usmjeriva svih podataka koji se razmjenjuju izme u sustava, a sam kao takav ne posjeduje podatke, ve samo njihov model i poslovnu logiku za njihovo korištenje. 2. POTREBA ZA INTEGRACIJOM APLIKACIJA Tipi an primjer informacijskih sustava u distribucijskoj tvrtki sastoji se od tri jaka izvora: a) Sustav daljinskog vo enja s energetskim analizama b) Tehni ki i geografski informacijski sustav za potrebe planiranja, dokumentacije, održavanja i c) Sustav obrade kupaca, tj. obra uni, naplata, priklju enja novih kupaca. Zbog zahtjeva regulatora, tržišta ili kupaca, ovi sustavi postali su neophodni za normalno funkcioniranje tvrtke. Ovisno o pojedinim korisnicima ovih sustava, svaki od njih nastoji se razvijati i sve dublje ulaziti u poslovne procese tvrtke, pri emu nije neobi no da se neke funkcije i udvostru uju (što je svakako bolje nego da se funkciju ne obavlja niti jedan sustav). Na primjer, ako krenemo od SDV-a i potrebe za energetskim analizama mreže neophodno je da se tehni ki podaci na neki na in ubace u SDV, premda se isti nalaze u nekom od tehni kih sustava. Tako er, ako ubacimo geografsku komponentu elemenata mreže u SDV, za lakšu i bržu lokaciju kvara i brži raspored terenskih ekipa, neophodne su nam geografske podloge. S druge strane, ako kao odgovorna tvrtka pratimo stanje i kvalitetu naše usluge, želimo povezati doga aje u mreži sa svakim kupcem za što nam treba informacija iz SDV-a, kao i tehni ki podaci ako želimo zadovoljiti želju kupca za pove anjem snage priklju ka. Ovakvih primjera ima puno više i što je najvažnije, više ne raspravljamo o potrebi za integracijom sustava, ve o njenoj implementaciji. 2
3. TEORETSKE POSTAVKE INTEGRACIJSKE SABIRNICE 3.1. Modeli integracije aplikacija Povezivanje aplikacija može se realizirati prema tri konceptualna modela, na elno objašnjena u uvodnom poglavlju: povezivanje to ka-to ka (eng point-to-point), primjena centralnog usmjeriva a (eng. hub-and-spoke) i primjena podatkovne sabirnice (eng. message bus). Model povezivanje to ka-to ka predstavlja tradicionalni na in integracije aplikacija prema kojem se svaka aplikacija pojedina no povezuje sa svim aplikacijama s kojima mora razmjenjivati podatke. Ovakav princip povezivanja prikazan je na slici 1. Slika 1. Integracija aplikacija po modelu to ka-to ka Kako svaka od aplikacija koristi vlastiti specifi ni podatkovni model broj transformacija koje se u najgorem slu aju moraju obaviti iznosi N*(N-1), gdje je N broj aplikacija u sustavu. Pri tome poseban problem predstavljaju razli iti mehanizmi komunikacije i formati podataka koje koriste razli ite aplikacije. Opisani na in integracije aplikacija zahtjeva dulje vrijeme integracije, složeno održavanje uz ve e financijske izdatke. Da bi se pojednostavnila komunikacija izme u aplikacija razvio se model u kojem se primjenjuje centralni posrednik. Model centralnog posrednika prikazan je na slici 2. U ovom modelu primjenjuje se komponenta centraliziranog posrednika koji proslje uje poruke izme u aplikacija. Centralni posrednik prihva a poruke od aplikacije pošiljatelja i proslje uje ih aplikacijama primateljima. Osim usmjeravanja poruka centralni posrednik obavlja i nužne transformacije kako formata tako i sadržaja poruka. Slika 2. Integracija aplikacija primjenom posrednika Osnovni nedostatak modela s centralnim posrednikom je mogu nost da posrednik postane komunikacijsko usko grlo (eng. bottleneck) te dovede do degradacije performansi cjelokupnog sustava. Zbog toga se razvio model podatkovne sabirnice. U ovome modelu aplikacije poruke šalju i primaju s podatkovne sabirnice pri emu se mogu koristiti asinkroni (eng. publish/subscribe) ili sinkroni princip komunikacije. 3
Slika 3. Povezivanje aplikacija primjenom podatkovne sabirnice Podaci koje neka aplikacija pošalje na podatkovnu sabirnicu transformiraju se u podatkovni model kojeg razumiju sve aplikacije. Nakon transformacije podaci se proslje uju svim zainteresiranim aplikacijama koje ih onda iz zajedni kog modela ponovno transformiraju u svoj aplikacijski specifi ni format. Osnova modela podatkovne sabirnice je ta da se transformacije i usmjeravanja obavljaju raspodijeljeno na adapterima za povezivanje na sabirnicu odnosno samoj podatkovnoj sabirnici. Ukupan broj transformacija se s N*(N-1) prisutan u povezivanju to ka-to ka smanjuje na N što znatno pojednostavljuje informati ku arhitekturu sustava. 3.2. Podatkovna sabirnica Zajedni ka infrastruktura za razmjenu poruka ili podatkovna sabirnica omogu ava sigurnu i pouzdanu komunikaciju kroz korporativnu mrežu. Sabirnica usmjerava poruke izme u pošiljatelja i primatelja, stavlja poruke na ekanje ako primatelj nije raspoloživ ime osloba a pošiljatelja obaveze spremanja i ponovnog slanja poruka. Aplikacije šalju poruke na ili primaju poruke s podatkovne sabirnice preko komponenti koje se nazivaju adapteri. Adapteri ine aplikacijski specifi no podatkovno su elje pojedinih aplikacija raspoloživo za korištenje drugim aplikacijama preko sabirnice. Slika 4. Osnovne komponente integracijske infrastrukture Kako razli ite aplikacije predstavljaju podatke na razli ite na ine, transformacijske funkcije prevode podatke iz formata aplikacije na na in da budu razumljivi svim ostalim aplikacijama u sustavu. Kada se uspostavi komunikacija podatkovnom sabirnicom, implementiraju adapteri i transformacijske funkcije te omogu i pouzdana razmjena podataka izme u više aplikacija mogu e je 4
definirati poslovne procese. Poslovni proces predstavlja slijed akcija koje se izvode u razli itim aplikacijama. U poslovnim procesima mogu sudjelovati i programski sustavi vanjskih poslovnih partnera. Integracijska infrastruktura ESB korištenjem posebnih alata omogu ava modeliranje, pra enje i optimiziranje definiranih poslovnih procesa. Zajedni ki repozitorij (eng. Repository) pohranjuje poslovna pravila i definicije poslovnih objekata. Ovakve zajedni ke definicije dopuštaju labave veze (eng. loose coupling) izme u aplikacija i ine poslovni proces neovisan o aplikacijski specifi nim podatkovnim formatima. Informacija koje se odnose na opis formata podatkovne poruke naziva se metapodacima (eng. Metadata). Jednom kad su aplikacije i poslovni procesi integrirani, jednostavnije je i ostvarivanje veza s vanjskim partnerima. Specijalni adapteri konvertiraju interne poruke u Internet-kompatibilne protokole kao što je XML preko HTTP-a. Dodatna enkripcija osigurava informacije koje putuju kroz javni mrežu Internet. Zna ajna prednost korištenja integrirane podatkovne sabirnice je mogu nost prikazivanja informacija iz razli itih aplikacija kroz jedinstveni Web Portal. Portal objedinjuje podatke iz razli itih programskih sustava te ih prikazuje ih u konzistentnom, korisniku prilago enom formatu. Sve osnovne komponente integracijske infrastrukture temeljene na podatkovnoj sabirnici prikazane su na slici 4. Podatkovna sabirnica naj eš e se implementira korištenjem arhitekture temeljene na uslugama (eng. Service-Oriented Architecture - SOA). SOA je ra unalna paradigma koja koristi usluge kao osnovne gra evne elemente za razvoj složenih aplikacija ili programskih sustava. Usluge su nezavisne, samoopisne i otvorene komponente, koje podržavaju brzu i jednostavnu kompoziciju raspodijeljenih aplikacija. Unutar SOA-e, svaka programska komponenta ili sklopovski ure aj može se smatrati uslugom. Pružatelj usluga enkapsulira implementacije usluga i ima sposobnost opisivanja njihovih mogu nosti, su elja i kvaliteta te objavljivanja opisa usluga vanjskom svijetu. Druge raspodijeljene aplikacije (korisnici usluga) tada mogu prona i, odabrati te koristiti postoje e usluge. Osnovne usluge, njihovi opisi i osnovne operacije poput objavljivanja, otkrivanja, odabira i vezivanja ine osnovu SOA-e. Kako su usluge dostupne i mogu komunicirati putem lokalne mreže, intraneta ili Interneta, SOA daje infrastrukturu za integraciju i povezivanje aplikacija kako unutar tvrtke tako i s vanjskim poslovnim partnerima. U SOA-i usluge su obi no izložene putem Web servisa (eng. Web Services). Web servis je specijalna vrsta usluge koja se identificira putem URI (eng. Uniform Resource Identifier) imena, iji opis i prijenos koriste otvorene Internet standarde. Zasnovano na temeljnim konceptima infrastrukture orijentirane uslugama uz sve prednosti SOA-e, razvojno okruženje zasnovano na Web servisima nadmašuje ostale uslugama orijentirane paradigme kroz standardizaciju i široku dostupnost. Tehnologija Web servisa zasniva se na standardnom jeziku XML (engl. Extensible Markup Language). Za razmjenu informacija izme u aplikacija koristi se protokol SOAP (engl. Simple Object Access Protocol), jednostavan komunikacijski protokol baziran na XML-u. Pružatelji usluga opisuju usluge pomo u jezika WSDL-a (engl. Web Services Definition Language) namijenjenog definiranju usluga tako er temeljenom na XML-u. Usluge se objavljuju na repozitoriju usluga. Korisnici usluga koriste su elja repozitorija UDDI (engl. Universal Description, Discovery, and Integration) za pronalazak usluga i dohvat opisa njihovih su elja. Postoje tri osnovne komponente arhitekture temeljene na Web servisima. To su pružatelj usluge, korisnik usluge i repozitorij usluga. Me usobne veze prikazane su u slici 5. Me utim, arhitektura Web servisa nije uvijek prikladna za povezivanje aplikacija. Aplikacije koje podatke razmjenjuju u stvarnom vremenu (npr. SCADA) u kratkim vremenskim periodima razmjenjuju velike koli ine podataka. Za vremena vršnih aktivnosti podaci se razmjenjuju takvom frekvencijom da arhitektura temeljena na Web servisima ne može zadovoljiti potrebe razmjene podatka. Stoga je neophodno korištenje neke druge tehnologije srednjeg sloja (npr. DCOM, CORBA ili ak TCP/IP) za komunikaciju s i unutar podatkovne sabirnice. U takvim specifi nim slu ajevima aplikacije bi morale biti integrirane na podatkovnu sabirnicu na takav na in da osnovni koncept arhitekture temeljene na uslugama nije narušen. 5
Slika 5. Komponente i tehnologije u arhitekturi Web servisa 3.3. Zajedni ki podatkovni model Iako je ve ini aplikacija korištenih u elektroenergetskim tvrtkama omogu eno izvršavanje na standardnim operacijskim sustavima i standardnom sklopovlju te aplikacije u ve ini slu ajeva i dalje koriste nestandardne, proizvo ki specifi ne podatkovne modele. Za efikasnu integraciju aplikacija nužno je postojanje zajedni kog podatkovnog modela. Kao zajedni ki podatkovni model primijenjen u integraciji informati kog sustava operatora distribucijskog sustava najprikladnije primijeniti model CIM. Common Information Model (CIM) je apstraktni podatkovni model koji daje sveobuhvatni logi ki prikaz elektroenergetskog sustava. CIM je definiran je standardima IEC 61970 i IEC 61968 donesenim od strane International Electrotehnical Commission Tehnical Committe 57 (IEC TC57). Kroz ovaj model se objekti elektroenergetskog sustava prikazuju kao klase zajedno sa svojim atributima i me uodnosima. Model se definira primjenom standardnog jezika UML (eng. Unified Modelling Language). Klase modela grupiraju se tzv. pakete. Paketi modela CIM prikazani su na slici 6. Unutar svakog paketa modela CIM nalaze se klase objekata koji pripadaju odre enom segmentu elektroenergetskog sustava. Osim što se opisuju svojstva pojedinih objekata u sustavu, asocijacijama, generalizacijama i agregacijama definiraju se i njihovi me usobni odnosi. Na taj na in dobiva se model koji prikazuje sveobuhvatnu sliku elektroenergetskog sustava kao jedinstvene cjeline. Slika 6. Paketi modela CIM 6
4. PRIJEDLOG RJEŠENJA INTEGRACIJE SUSTAVA U DISTRIBUCIJI Kako smo ve ranije naveli postoji realna potreba za integracijama svih sustava ili aplikacija u distribucijskoj tvrtki, a opisana metoda integracijske sabirnice može integraciju olakšati i ubrzati. Predloženo rješenje maksimalno zadržava postoje e funkcionalnosti sustava i minimizira rad na njihovoj prilagodbi novoj okolini. Nadalje, svako budu e proširenje, tj. dodavanje novih sustava maksimalno je olakšano, a jedini zahtjev koje treba biti postavljen je kompatibilnost sa zajedni kim modelom podataka i mogu nost razmjene podataka jednom od prethodno definiranom metodom U prijedlogu integracije aplikacija vodilo se ra una o okolini u kojoj sustavi rade, te su podijeljeni na real-time sustave, back office i front office. Integracijska jezgra real-time sustava je real-time podatkovna sabirnica koja predstavlja posrednika za razmjenu informacija izme u razli itih vremenski kriti nih sustava. U ovom dijelu sustava nalaze se sustavi kao što su SCADA i DMS. Zbog zahtjeva na prijenos velikih koli ina podataka u stvarnom vremenu integracija se temelji na binarnim komunikacijskim arhitekturama srednjeg sloja (npr. DCOM, Corba, Message Queue). Kako bi se postigla maksimalna fleksibilnost sustava za implementaciju su elja prikladno je koristiti standard kao što je GID (eng. Generic Interface Definition). Bitnu ulogu ima i CIM baza podataka koja sadrži fizi ke podatke prema apstraktnom podatkovnom modelu elektroenergetskog sustava te kao takva predstavlja jedinstvenu to ku izmjene i dohvata podataka o modelu. Podatkovna sabirnica u back-office segmentu predstavlja integracijsku platformu za povezivanje poslovnih aplikacija koje ne spadaju u vremenski kriti ne sustave. Osim samog povezivanja sustava ova podatkovna sabirnica pruža dodatne funkcionalnosti kao što su transformacija formata poruka, usmjeravanje te orkestracija servisa s ciljem obavljanja razli itih poslovnih procesa. Poruke koje se razmjenjuju temeljene su na zajedni kom apstraktnom modelu CIM. Podatkovna sabirnica u back-office segmentu temelji se na komunikacijskoj arhitekturi Web Services i predstavlja implementaciju paradigme SOA. Sustavi u back-office segmentu dijele se na dvije kategorije. Jedna kategorija su poslužiteljske komponente tzv. servisi, a druga su grafi ka korisni ka su elja implementirana na jedinstvenom Web Portalu. Servisi implementiraju logiku poslovnih procesa, dok Web Portal implementira jedinstvenu to ku korisni kog pristupa za sve aplikacije. SCADA subcanter 1 SCADA subcanter 2 SCADA subcanter n Ripple control SCADA Outage Management Load forecast Planning Additional Business Services ERP Asset Management Document Management Additional Business Services TASE.2 Gateway DMS Online + Offline DMS Online + Offline Historian Slika 7. Prijedlog integracije IT sustava operatora distribucijskog sustava Front-office segment namijenjen je pristupanju vanjskih korisnika. Vanjski korisnici mogu pristupati preko intraneta ili interneta. U oba slu aja potrebno je posvetiti pažnju sigurnosti sustava te se stoga primjenjuju sigurnosni mehanizmi autentifikacije, autorizacije i kriptiranja. Za ostvarivanje sigurnog pristupa primjenjuje se infrastruktura PKI (eng. Public Key Infrastructure). 7
5. ZAKLJU AK Razvoj poslovanja distribucijske tvrtke neminovno zahtjeva sve ve i broj informacijskih sustava i podataka koje treba obraditi, što dovodi do problema rada s tim sustavima i podacima. Kako bi svaki od sustava bio optimalno korišten za funkcije koje najbolje obavlja treba razli ite sustave integrirati. Ta integracija treba po i od pretpostavke da svaki sustav može zasebno funkcionirati i posjeduje odre ene podatke, ali da svi sustavi dijeljenjem podataka postižu sinergijski u inak. Iz tog razloga ovaj referat opisuje mogu nost integracije pomo u sabirnice, koja metoda upravo zadovoljava navedene zahtjeve. Na kraju je dan i prijedlog realizacije integracije aplikacija u distribucijskoj tvrtki u kojoj bi se vodilo ra una o okolini u kojoj sustavi rade, te su podijeljeni na real-time sustave, back office i front office. Svaki od tih dijelova obavlja strog namjensku zada u, a temelje se na zajedni kom modelu podataka i time mogu razmjenjivati bilo koje podatke i osigurati jednostavnu nadogradnju novih sustava prema svjetskim normama. LITERATURA [1] IEC 61968 Application integration at electric utilities System interfaces for distribution management, www.iec.ch; [2] A. Martinic, A. Cernicki Mijic, D. Rajkovic: Proposed model for application integration in electric power utility, 19th International Conference on Electricity Distribution, Vienna 21 > 24 May 2007 [3] B. Njavro, D. Runjic, K. Slivaric: New distribution control centres in Croatia, 19th International Conference on Electricity Distribution, Vienna 21 > 24 May 2007 8