1、 收 稿 日 期：基 金 项 目：国 网 科 技 项 目（）第 一 作 者：黄 瑞，男，高 级 工 程 师，博 士 研 究 生，研 究 领 域 为 计 量技 术。：通 信 作 者：胡 红 利，教 授，博 士 生 导 师。：基 于 的 智 能 量 测 设 备操 作 系 统 虚 拟 化 研 究黄 瑞，肖 宇，曾 伟 杰，胡 红 利，叶 志，段 羽 洁（国 网 湖 南 省 电 力 有 限 公 司，湖 南 长 沙；智 能 电 气 量 测 与 应 用 技 术 湖 南 省重 点 实 验 室，湖 南 长 沙；西 安 交 通 大 学 电 气 工 程 学 院，陕 西 西 安）摘 要：嵌 入 式 操 作 系 统
2、虚 拟 化 技 术 因 其 标 准 化 的 开 发 流 程 和 对 跨 平 台 的 适 应 能 力 受 到 了 广 泛关 注。作 为 一 种 轻 量 级 虚 拟 化 方 式，具 有 资 源 利 用 率 高，启 动 速 度 快，实 时 性 好 的 特 点，是嵌 入 式 操 作 系 统 高 效 的 虚 拟 化 方 案。文 章 介 绍 了 的 原 理，并 与 传 统 虚 拟 化 技 术 进 行 了 对比；以 智 能 电 能 表 为 例 提 出 了 其 功 能 容 器 化 的 方 案，在 容 器 中 构 造 了 基 于 二 叉 树 支 持 向 量机（）的 电 能 质 量 扰 动 识 别 分 类 器，实
3、 现 了 种 电 能 质 量 扰 动 的 识 别，并 且 测 试 了 其 相 对传 统 虚 拟 机 的 轻 量 级 特 性。为 智 能 量 测 设 备 嵌 入 式 操 作 系 统 虚 拟 化 与 其 功 能 部 署 容 器 化 提 供 了 一种 思 路。关 键 词：智 能 量 测 设 备；嵌 入 式 操 作 系 统；虚 拟 化中 图 分 类 号：文 章 编 号：（）文 献 标 识 码：，（，；，；，）：，（），：；引 言智 能 量 测 设 备 被 广 泛 应 用 于 采 集 终 端，数 字 化仪 表，工 业 自 动 化 与 电 力 系 统 状 态 监 测 设 备 中。目前 技 术 依 赖 于
4、国 外 成 熟 的 操 作 系 统 和 软 件 生 态。该文 以 智 能 电 能 表 应 用 为 例，研 究 轻 量 级 嵌 入 式 操 作 年 第 期 工 业 仪 表 与 自 动 化 装 置系 统 关 键 技 术。国 际 法 定 计 量 组 织 制 定 的 标 准（以 下 简 称）对电 能 表 提 出 了 计 量 部 分 与 非 计 量 部 分 相 隔 离，计 量部 分 能 够 独 立 运 行，非 计 量 部 分 功 能 支 持 软 件 升 级的 要 求。此 外 要 求 电 能 表 具 有 参 数 保 护，软 件 保 护的 功 能。目 前 我 国 电 能 表 在 计 量 和 管 理 部 分
5、并 未 达到 隔 离 的 要 求，且 各 厂 家 电 能 表 形 式 多 样，电 路 软 硬件 各 异，对 批 量 化 的 管 理、开 发、维 护 和 软 件 升 级 带来 了 挑 战。是 一 种 新 兴 的 虚 拟 化 技 术，因 其 能 够 充分 利 用 系 统 自 身 资 源，具 有 启 动 速 度 快，占 用 空 间小，实 时 性 好，高 并 发，低 延 时 的 优 势。可 将 智 能电 能 表 模 块 化 的 应 用 部 署 在 分 离 的 环 境 当 中，实 现电 能 表 软 硬 件 的 分 离 和 解 耦，使 得 开 发 人 员 不 再 关注 具 体 的 硬 件 接 口 和 电
6、能 表 型 式 差 异，实 现“硬 件平 台 化，软 件 化”。文 章 介 绍 了 虚 拟 化 技 术。在 嵌 入 式 平 台 上 完 成了 的 部 署。软 件 设 计 方 面 构 建 了 基 于 二 叉树 支 持 向 量 机 的 电 能 质 量 扰 动 分 类 器，在 环境 中 完 成 扰 动 识 别，并 与 传 统 虚 拟 机 对 比 验 证 的 轻 量 级 特 性。原 理 和 优 势 的 基 本 原 理 技 术 是 一 种 基 于 操 作 系 统 内 核 的虚 拟 化 技 术，利 用 扩 展 的（）方 案实 现 一 种 轻 量 级 的 虚 拟 化 解 决 方 案。通过 名 称 空 间 实
7、 现 容 器 的 虚 拟 化 隔 离，使 得 每 个 容器 的 运 行 环 境 相 互 隔 离，并 且 由 于 特 殊 的隔 离 方 式，使 得 运 行 资 源 的 开 销 较 低，因 而 能 够 在同 一 操 作 系 统 上 同 时 运 行 多 个 容 器。简 化了 环 境 配 置，让 开 发 者 将 应 用 程 序 及 其 依 赖 的 运行 环 境 和 配 置 文 件 一 起 打 包，对 于 用 户 使 用 而 言十 分 方 便，达 到 建 立 镜 像，在 任 何 系 统 上 都 可 以 运行 的 效 果。在 软 件 开 发 和 应 用 部 署 方 面，容 器技 术 因 具 有 标 准 化
8、 的 打 包 模 式，实 现 了 高 度 的 可移 植 性，能 够 在 任 何 主 流 系 统 中 开 发、调 试 和 运行，具 有 高 度 的 灵 活 性，满 足 了 碎 片 化 场 景 的 应 用需 求。与 传 统 虚 拟 机 的 对 比目 前 常 见 的 虚 拟 化 技 术 分 为 两 种，一 种 是 基 于 的 完 全 虚 拟 化，另 一 种 是 容 器 虚 拟 化。与 的 架 构 对 比 如 图 所 示。中 的 各 容 器 共 享 操 作 系 统 的 资 源，而每 个 容 器 都 是 独 立 的，有 独 立 的 网 络、内 存 和 文 件系 统。由 于 占 用 资 源 少，使 得 在
9、 一 个 操 作系 统 中 可 以 运 行 数 百 个 容 器，具 备 了 轻 量 快 速 的优 势。从 占 用 资 源 角 度 上 考 虑，虚 拟 机 占 用 大 约 到 的 物 理 资 源，当 有 多 个虚 拟 机 在 同 一 机 器 上 运 行 时，资 源 开 销 会 成 倍 增加。而 引 擎 占 用 的 主 机 资 源 很 少，几 乎 与裸 机 相 同。图 架 构 与 架 构 对 比 与 智 能 量 测 设 备 的 结 合智 能 量 测 设 备 现 大 多 具 备 边 缘 计 算 能 力，通 过在 物 联 网 网 关 中 植 入 单 片 机，并 使 用 容 器 隔 离 技术 来 隔 离
10、 不 同 应 用 的 运 行 环 境，边 缘 计 算 平 台 能 够与 云 端 进 行 交 互 控 制 使 得 边 缘 资 源 与 云 资 源 得 到 有机 结 合。为 边 缘 计 算 平 台 的 提 供 了 一 个很 好 的 隔 离 方 案，由 于 容 器 隔 离 的 轻 便 性，使 得 边 缘计 算 平 台 能 够 承 担 隔 离 所 带 来 的 资 源 消 耗；并 且 的 部 署 也 较 虚 拟 机 更 为 简 单，为 开 发 人 员 简化 了 很 多 操 作。系 统 方 案 设 计 嵌 入 式 平 台 选 取文 中 所 采 用 的 嵌 入 式 型 号 为，如 图 所 示，该 嵌 入 式 配 备 了 四 核，内 存，千兆 以 太 网 口，和 输 出，同 时 配 有 蓝 牙，双 频 无 线 网 络，等丰 富 的 接 口 和 外 围 器 件 可 供 扩 展 使 用。具 有 体 积小，计 算 资 源 丰 富，可 扩 展 型 强 的 优 点。采 用 内 核 方 便 环 境 和 嵌 入 式 开 发 环 境 的 搭 建，同时 架 构 的 精 简 指 令 执 行 速 度 快，功 耗 低，该 设备 可 以 满 足 作 为 电 网 中 轻 量 级 边 缘 计 算 节 点 的需 要。工 业 仪 表 与 自 动 化 装 置 年 第 期
