基于實時分布式數(shù)據(jù)庫的軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)

1 引言

　　電力監(jiān)控系統(tǒng)是對分布距離遠，生產(chǎn)單位分散的生產(chǎn)系統(tǒng)的一種數(shù)據(jù) 采集、監(jiān)視和控制系統(tǒng)。

　　經(jīng)過20多年的發(fā)展，已經(jīng)從集中式的檢測系統(tǒng)，發(fā)展成為了開放、分布式的系統(tǒng)。隨著系統(tǒng)功能的不斷增多、應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬和系統(tǒng)規(guī)模的不斷增大，電力監(jiān)控系統(tǒng)對其支撐平臺和開發(fā)環(huán)境的要求也越來越高。特別是隨著通訊技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的迅猛發(fā)展，給電力監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展和進步也帶來了很大的促進作用。本文通過對現(xiàn)有電力監(jiān)控技術(shù)的分析，指出其不足，并利用分布式實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)，采用新的架構(gòu)，對其進行了改進。

　　2 分布式實時數(shù)據(jù)庫監(jiān)控系統(tǒng)

　　2.1 實時數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu)

　　實時數(shù)據(jù)庫首先是一個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，它有一般dbms的基本功能，即：永久數(shù)據(jù)管理包括數(shù)據(jù)庫的定義、存儲和維護等;有效的數(shù)據(jù)存取包括各種數(shù)據(jù)庫操作、查詢處理、存取方法和完整性檢查;任務(wù)的調(diào)度與并發(fā)控制;存取控制和安全性檢查;數(shù)據(jù)庫恢復(fù)機制，增強數(shù)據(jù)庫的可靠性。

　　圖1 實時數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

　　實時數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的首要設(shè)計目標是滿足事務(wù)的實時性和高效性，因而實時數(shù)據(jù)庫是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫與實時處理兩者功能特性的無縫集成。圖1說明了應(yīng)用程序和實時數(shù)據(jù)庫的關(guān)系。由于實時數(shù)據(jù)庫都駐留在計算機內(nèi)存中，而非磁盤，高速的內(nèi)存讀存取，可以發(fā)揮實時數(shù)據(jù)庫的特點。

　　內(nèi)存數(shù)據(jù)庫是實時數(shù)據(jù)庫的核心之一，它包括數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)操作、實時資源管理和網(wǎng)絡(luò)通信等模塊。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫是一種磁盤數(shù)據(jù)庫，對于事務(wù)的處理牽涉磁盤i/o、內(nèi)外存的數(shù)據(jù)傳遞、緩沖區(qū)管理、排隊等待以及鎖的延遲等方面，使得事務(wù)的平均執(zhí)行時間不可估計，不能達到實時事務(wù)的高效和可預(yù)知的要求。為此，引入了內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，使得數(shù)據(jù)庫的主要工作部分放入內(nèi)存，使每個實時事務(wù)執(zhí)行過程中避免了磁盤i/o，減少了不確定因素提高了執(zhí)行效率。

　　2.2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　圖2 分布式數(shù)據(jù)庫電力監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

　　如圖2所示網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過在rtu和網(wǎng)絡(luò)的各個節(jié)點上安裝實時分布式數(shù)據(jù)庫，組建電力監(jiān)控系統(tǒng)。這一系統(tǒng)模型的關(guān)鍵是數(shù)據(jù)域和廣播的通訊方式。rtu本身采用嵌入式數(shù)據(jù)庫技術(shù)設(shè)計，系統(tǒng)中的每個單元都主動地向網(wǎng)絡(luò)廣播其內(nèi)部處理信息同時根據(jù)各自的需求從網(wǎng)上接收信息。各臺設(shè)備相互之間沒有直接的耦合關(guān)系， 不存在瓶頸的問題 。使得系統(tǒng)具有很好的擴展性和容錯能力，簡化了結(jié)構(gòu)又提高了可靠性。

　　圖3 傳統(tǒng)的電力監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

　　從圖3 可以看出，原有的電力監(jiān)控系統(tǒng)由: 前置網(wǎng)、后臺實時網(wǎng)組成。前置機和現(xiàn)場rtu都連接在實時數(shù)據(jù)網(wǎng)上。歷史服務(wù)器、web服務(wù)器、操作員站、工程師站共用一個后臺高速以太網(wǎng)。

　　兩臺互為熱備用的前置機掛在前置網(wǎng)上，構(gòu)成前置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，負責與遠方rtu通信，進行規(guī)約轉(zhuǎn)換，并直接掛接在實時雙網(wǎng)上，與后臺系統(tǒng)進行通信。

　　實時網(wǎng)組成后臺系統(tǒng)，負責與前置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通信，完成電力監(jiān)控的后臺應(yīng)用。

　　商用關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(oracle或sybase)安裝在服務(wù)器上，采用多客戶/(主、備)服務(wù)器模式，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器節(jié)點由一主一備結(jié)構(gòu)構(gòu)成，以提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。電力監(jiān)控的歷史數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)庫使用商用數(shù)據(jù)庫。為滿足實時性的要求，在前置機上安裝實時數(shù)據(jù)庫。利用實時庫的快速反應(yīng)性能，對實時數(shù)據(jù)進行處理。

　　可以看出原有的，傳統(tǒng)的電力監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，是實時數(shù)據(jù)庫、商用數(shù)據(jù)庫之間相互結(jié)合，通過軟件數(shù)據(jù)總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)結(jié)。可以滿足監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)要求。但其也有缺點，比如系統(tǒng)的可靠性，太多的倚賴服務(wù)器的可靠性，冗余度不高，影響了系統(tǒng)的可靠性;硬件需要采用國際知名品牌的服務(wù)器、工作站，軟件采用昂貴的商用數(shù)據(jù)庫，成本過高。