3.2.1 Thiết lập hệ thống máy chủ trên Microsoft Azure
Để xây dựng hệ thống dịch vụ quản lý năng lượng GEMS sử dụng nền tảng ảo hóa Window Azure, tác giả tiến hành thiết lập hạ tầng ảo hóa với cấu trúc sau:
Hình 3-35: Mô hình hạ tầng ảo hóa
Trong mô hình trên, một máy chủ ảo chính (Primary) chứa cơ sở dữ liệu và hoạt động 24/24. Các máy chủ còn lại được tự động điều chỉnh bật/tắt tùy theo số lượng người dùng giúp cho hệ thống tự động tăng số lượng máy chủ cân bằng tải khi lượng người dùng tăng lên, và tự động tắt bớt máy chủ ảo khi số lượng người dùng giảm đi, tránh lãng phí tài nguyên ảo hóa.
Các bước để xây dựng hệ thống dịch vụ quản lý năng lượng trên nền tảng ảo hóa Window Azure:
Bước 1. Tạo các máy ảo Window Server 2012
Hình 3-36: Cấu hình máy ảo Window Server 2012
Bước 2: Cài đặt máy chủ web trên các máy ảo
Máy chủ web được thiết lập sử dụng PHP 5.4.16, MySQL 5.5.32, Apache 2.4.4 và phpMyAdmin 4.0.4.
Hệ thống web được cài đặt trên toàn bộ các máy ảo giúp cho hệ thống có thể cân bằng tải giữa các máy.
Bước 3: Cài đặt cơ sở dữ liệu trên máy chủ chính
Cơ sở dữ liệu của hệ thống phần mềm QLNL được thiết lập trên máy ảo chính, các máy ảo còn lại sẽ sử dụng CSDL trên máy ảo chính này.
Bước 4: Đưa các máy ảo vào nhóm tài nguyên và thiết lập cân bằng tải tự động.
Để hệ thống có khả năng tự động cân bằng tải khi số lượng người dùng tăng hoặc giảm đi, các máy ảo cần được đưa vào một nhóm tài nguyên.
Hệ thống có thể được thiết lập tự động cân bằng tải, bật hoặc tắt máy ảo theo thời gian (Ban ngày số lượng tải lớn, hệ thống tự động bật thêm máy ảo, ban đêm số lượng tải giảm đi, hệ thống tự động tắt bớt máy ảo đi để tiết kiệm tài nguyên), hoặc tự động cân bằng tải theo CPU của hệ thống:
Hình 3-37: Cân bằng tải tự động theo CPU hệ thống
Như thiết lập trong hình trên, hệ thống sẽ tự động bật thêm máy ảo khi mà CPU hệ thống vượt ngưỡng 40%. Khi mà giá trị CPU giảm xuống <40%, khi đó số lượng tải đã giảm và hệ thống sẽ tự động tắt bớt máy ảo đi.
Bước 5: Thử tải và đánh giá hệ thống.
Để đánh giá hoạt động hệ thống, tác giả tiến hành thử nghiệm với mô hình gồm các thiết bị đo thực tế. Từ đó lấy dữ liệu đưa vào phần mềm giả lập để tăng số lượng tải lên.
3.3 Kết luận
Chương này trình bày quá trình xây dựng và tích hợp hệ thống quản lý năng lượng GEMS sử dụng nền tảng công nghệ ảo hóa của Micorsoft. Trong chương này, tác giả cũng đã xây dựng giao thức truyền thông giữa các thiết bị phần cứng và hệ thống phần mềm quản lý năng lượng.
Trong chương tiếp theo sẽ đưa ra các kết quả đạt được và phương pháp để thử nghiệm và đánh giá hoạt động của hệ thống.
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ 4.1 Kết quả nghiên cứu
Sau khi đưa ra thiết kế cơ chế truyền thông, đồng bộ dữ liệu giữa các thiết bị phần cứng và hệ thống phần mềm, hệ thống quản lý năng lượng GEMS sau khi được tích hợp dựa trên nền tảng đám mây của Microsoft đã có những kết quả sau:
4.1.1 Giao diện phục vụ người dùng (Front-end)
Giao diện phục vụ người dùng (Front-end) dành cho người giám sát và điều khiển hệ thống, có chức năng hiển thị các thông số được đồng bộ với các thông số đo được từ các thiết bị phần cứng đồng thời cho phép điều khiển bật/tắt các thiết bị điện từ xa qua giao diện web:
Hình 4-39: Giao diện điều khiển thiết bị
4.1.2 Giao diện quản trị (Back-end)
Giao diện quản trị (Back-end) dành cho người quản trị, cho phép quản lý người dùng và các thiết bị phần cứng trong hệ thống, đồng thời quản lý các dịch vụ GTGT cho người sử dụng.
Hình 4-40: Giao diện quản trị hệ thống
Hình 4-42: Giao diện quản lý thiết bị (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 4-43: Giao diện quản lý giá điện
4.2 Phương pháp thử nghiệm đánh giá hệ thống
Để thử nghiệm và đánh giá hệ thống, đầu tiên em thiết lập một mô hình hệ thống QLNL chạy thật trong phòng thí nghiệm gồm các sản phẩm phần cứng kết nối với hệ thống phần mềm quản lý năng lượng trên nền điện toán đám mây thông qua môi trường mạng TCP/IP hỗn hợp (không dây & có dây) và các tải.
Sau khi đã có được các số liệu thống kê từ hệ thống chạy thật, tác giả tiến hành thiết lập hệ thống giả lập với số lượng tải tăng lên gấp nhiều lần. Đo và tính toán hiệu năng, thời gian đáp ứng của hệ thống. Từ đó đánh giá hiệu năng và độ tin cậy của hệ thống truyền thông và đánh giá mức độ chịu tải của hệ thống QLNL.
Mô hình thử nghiệm thực tế:
Hình 4-44: Mô hình kết nối hệ thống
Mô hình thử nghiệm thực tế được thiết lập với hệ thống các tải được kết nối tới các thiết bị đo, các thiết bị đo gửi các thông số đo được tới hệ thống QLNL qua mạng Internet.
Hệ thống thử nghiệm bao gồm:
- 02 Thiết bị Green Meter (GM) dùng để đo và giám sát năng lượng điện tiêu thụ
- 01 Thiết bị Green Socket (GS) dùng để đo, giám sát điện năng tiêu thụ và điều khiển bật/tắt các thiết bị điện
- 01 Thiết bị Green Gate (GG) dùng để nhận và truyền dữ liệu tới máy chủ qua mạng Internet.
- Hệ thống tải gồm có:
o Tải lập trình được Chrome 63803 dùng để kiểm chuẩn o Tải thuần trở (ấm nước)
o Tải cảm (quạt điện, Compact)
- Hệ thống Server quản lý năng lượng nhận và xử lý dữ liệu, cho phép người dùng có thể giám sát, điều khiển các thiết bị điện qua mạng Internet bằng máy tính hay các thiết bị Smartphone, được thiết lập trên máy chủ ảo Window Azure.
- Android phone dùng để giám sát và điều khiển các thiết bị điện qua giao diện chạy trên Smartphone.
4.3 Một số kịch bản thử nghiệm
4.3.1 Thử nghiệm dữ liệu thu được từ thiết bị đo GM
Thử nghiệm với thiết bị đo GM với mục đích đánh giá hiệu năng hoạt động của hệ thống QLNL với thiết bị GM: kết nối thiết bị đo GM với thiết bị tải lập trình được và lần lượt thay đổi giá trị tải với cường độ dòng điện từ 0.1A - 10A, theo dõi và so sánh giá trị hiển thị trên giao diện quản lý, ghi lại số lượng gói tin mà hệ thống QLNL nhân được. Các thông số thử nghiệm như sau:
- Số lượng thiết bị GM: 1
- Khoảng cách giữa thiết bị GM và thiết bị GG (Gateway): 10m - Tốc độ gửi gói tin của GM: 2s/1gói -> 10 phút gửi 300 gói tin.
Thực hiện các bước thử nghiệm như trong Bảng 4 -11: Thử nghiệm dữ liệu thu được từ thiết bị đo GM.
Bảng 4-11: Thử nghiệm dữ liệu thu được từ thiết bị đo GM
Thử
nghiệm Các bước chi tiết Kết quả mong đợi Kết quả thực tế Ghi chú
001:Thử nghiệm dữ liệu GM gửi lên máy chủ QLNL
1.1 Chuẩn bị thiết bị thử nghiệm và thiết bị đo 1.2 Kết nối các đầu đo vào thiết bị đo 1.3 Bật thiết bị Green Meter, kiểm tra
màn hình LCD trên thiết bị
Màn hình LCD thiết bị sáng,LCD
hiển thị đầy đủ: U,I, cos phi Đạt 1.4 Cắm tải vào ổ cắm để thử nghiệm Tải hoạt động bình thường Đạt 1.5 Mở giao diện GEMS trên PC Màn hình hiển thị thông số tiêu thụ điện theo thời gian thực. Đạt 1.6 Ghi lại số lượng bản ghi nhận được trên server trong 10 phút. 300 bản ghi 295 1.7 Bấm đồng hồ và đo độ trễ 30s (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống QLNL đã kết nối thành công tới thiết bị GM, hiển thị các thông số điện theo thời gian thực với độ trễ 30s, và tỉ lệ mất gói tin là 1.67%. Nguyên nhân mất gói tin là do hạ tầng mạng chưa ổn định.
4.3.2 Thử nghiệm dữ liệu thu được từ thiết bị đo và chấp hành thông minh GS
Thử nghiệm với thiết bị đo GS với mục đích đánh giá hiệu năng hoạt động của hệ thống QLNL với thiết bị GS: kết nối thiết bị đo GS với tải quạt và ấm nước, sử dụng giao diện web điều khiển bậ/tắt lần lượt các thiết bị. Theo dõi và so sánh giá trị hiển thị trên giao diện quản lý, ghi lại số lượng gói tin mà hệ thống QLNL nhân được. Các thông số thử nghiệm như sau:
- Số lượng thiết bị GS: 1
- Khoảng cách giữa thiết bị GS và thiết bị Access Point: 15m - Tốc độ gửi gói tin của GS: 3s/1gói -> 10 phút gửi 200 gói tin.
Thực hiện các bước thử nghiệm như trong Bảng 4 -12: Thử nghiệm dữ liệu thu được từ thiết bị đo GS
Bảng 4-12: Thử nghiệm dữ liệu thu được từ thiết bị đo GS
Thử nghiệm Các bước chi tiết Kết quả mong đợi Két quả thực tế Ghi chú
001:Thử nghiệm dữ liệu GS gửi lên máy
chủ QLNL
1.1 Chuẩn bị thiết bị thử nghiệm và thiết bị đo
1.2 Kết nối các đầu đo vào thiết bị đo
1.3 Bật thiết bị Green Socket. Đèn tín hiệu nháy sáng Đạt 1.4 Cắm tải vào ổ cắm để thử
nghiệm (quạt, ấm nước) Tải hoạt động bình thường Đạt 1.5 Sử dụng Smartphone bật/tắt các tải Các thiết bị tải bật/tắt theo điều khiển từ Smartphone Đạt 1.5 Mở giao diện giám sát GEMS trên PC Màn hình hiển thị các thông số điện mà GS gửi về. Đạt
1.6 Ghi lại số lượng bản ghi nhận được trên server trong 10 phút.
200 gói tin 200
Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống QLNL đã kết nối thành công tới thiết bị GS, cho phép điều khiển bật tắt các thiết bị điện với độ trễ 3s, tỉ lệ mất gói tin là 0%. Thiết bị GS kết nối với hệ thống QLNL trực tiếp qua WiFi nên tỉ lệ mất gói tin thấp hơn so với thiết bị GM sử dụng chuẩn 802.15.4.
Để đánh giá mức độ hài lòng của người dùng với hệ thống, học viên tiến hành thử nghiệm với nhóm 3 người một cách khách quan, qua 10 lần thử nghiệm với trải nghiệm thực tế và qua các câu hỏi,. và Bảng 4 -14 mô tả đánh giá mức độ hài lòng của người dùng (MOS - Mean Opinion Score) về độ trễ khi sử dụng hệ thống quản lý năng lượng để theo dõi, giám sát thiết đo điện thông minh GM và điều khiển bật tắt thiết bị điện với GS. Đối với chức năng bật/tắt thiết bị điện, yêu cầu về độ trễ là rất thấp, đối với chức năng giám sát các thông số điện thì độ trễ cho phép lớn hơn.
Từ bảng đánh giá và kết quả thử nghiệm chức năng hệ thống cho thấy hệ thống quản lý năng lượng hoạt động tốt, đáp ứng được nhu cầu người dùng. Tuy nhiên khi số lượng tải tăng lên, độ trễ sẽ tăng lên do lượng thông tin gửi lên hệ thống rất lớn.
Bảng 4-13: Bảng đánh giá mức độ hài lòng của người dùng (MOS) đôi với thiết bị GM
Độ trễ thiết bị (s) Điểm đánh giá MOS Chất lượng Mức độ ảnh hưởng
0 - 30 5 Tuyệt vời Không cảm thấy
30 - 40 4 Tốt Có thể nhận thấy
40 - 50 3 Hợp lý Cảm thấy bực mình
50 - 60 2 Tồi Rất bực mình
Bảng 4-14: Bảng đánh giá mức độ hài lòng của người dùng (MOS) đôi với thiết bị GS
Độ trễ thiết bị (s) Điểm đánh giá MOS Chất lượng Mức độ ảnh hưởng
0 - 3 5 Tuyệt vời Không cảm thấy
3 - 5 4 Tốt Có thể nhận thấy
5 - 10 3 Hợp lý Cảm thấy bực mình (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
10 - 20 2 Tồi Rất bực mình
> 20 1 Kém Không chấp nhận được
4.3.3 Thử nghiệm chức năng phần mềm
Front-end: Thử nghiệm giao diện phục vụ người dùng
Thiết lập hệ thống như Hình 4 -45, thực hiện các bước như trong bảng testcase để kiểm tra hoạt động hệ thống phần mềm với các chức năng:
• Giám sát: Kiểm tra chức năng giám sát điện năng tiêu thụ của các thiết bị điện trên giao diện web.
• Điều khiển: Kiểm tra chức năng điều khiển bật/tắt các thiết bị điện qua giao diện web.
Back-end: thử nghiệm giao diện quản trị
• Quản lý người dùng
• Quản lý thiết bị
Bảng 4-15: Thử nghiệm chức năng hệ thống phần mềm Front-end
Thử nghiệm Các bước chi tiết Kết quả mong muốn Đạt/Không đạt Ghi chú 001: Đăng
nhập hệ thống
1.1 Truy cập vào giao diện web và đăng nhập vào hệ thống
Đăng nhập thành công, màn hình hiển thị danh sách các phòng và các thiết bị đang được quản lý trong phòng.
Pass
002: Giám sát
năng lượng 2.1 Chọn phòng và thiết bị cần giám sát.
Màn hình hiển thị các thông số của thiết bị đang được giám sát: công suất tức thời, công suất tích lũy, …
Pass
2.2 Lần lượt thay đổi công suất tải: Điều chỉnh tải Chroma từ 20W-1000W
Đồ thị năng lượng trên web thay đổi theo
thời gian thực (không trễ quá 5 S) Pass 2.3 Xem các tham số khác: Biểu đồ thống kê
theo tháng, theo năm. Trang web hiển thị các biểu đồ. Pass
003: Điều
khiển thiết bị 3.1 Chọn chức năng điều khiển
Màn hình hiển thị giao diện phòng, các công
tắc và các thiết bị được điều khiển. Pass
Bảng 4-16: Thử nghiệm chức năng hệ thống phần mềm Back-end
Thử nghiệm Các bước chi tiết Kết quả mong muốn Đạt/Không đạt Ghi chú 001: Đăng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
nhập hệ thống
1.1 Truy cập vào giao diện web quản trị và đăng nhập Đăng nhập thành công, màn hình hiển thị giao diện quản trị Pass
002: Quản lý
người dùng 2.1 Truy cập vào giao diện quản lý người dùng
Màn hình hiển thị danh sách người dùng đã
đăng ký Pass
2.2
Chọn thêm người dùng mới, điền thông tin người dùng, phân nhóm cho người dùng và lưu lại.
Người dùng mới được đăng ký và hiển thị
trong danh sách người dùng. Pass 2.3 Xóa tài khoản người dùng Tài khoản người dùng bị xóa khỏi danh sách người dùng. Pass
003: Quản lý
thiết bị 3.1 Nhấn chọn Quản lý thiết bị
Màn hình hiển thị danh sách các thiết bị
người dùng đang quản lý Pass
3.2 Nhấn chọn thêm thiết bị và điền thông tin thiết bị mới. Thiết bị mới được them và hiển thị trong danh sách các thiết bị đang được quản lý Pass
3.3 Chọn một thiết bị và nhấn xóa thiết bị Thiết bị được xóa và không hiển thị trong danh sách các thiết bị đang được quản lý Pass
004: Quản lý
giá điện 4.1 Nhấn chọn Quản lý giá điện
Màn hình hiển thị giá điện theo bậc thang
của EVN Pass
4.2 Nhấn chọn thêm mới giá điện và nhập các
thông tin giá điện mới Danh sách giá điện được cập nhật mới Pass 4.3 Chọn một mục giá điện và nhấn xóa giá
Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống QLNL hoạt động ổn định theo đúng các yêu cầu chức năng đã thiết kế.
4.3.4 Thử nghiệm đánh giá cân bằng tải của hệ thống đám mây
Hệ thống quản lý năng lượng được thiết kế để cung cấp dịch vụ QLNL cho số lượng lớn người sử dụng, chính vì vậy hệ thống phải đáp ứng được yêu cầu về độ