基于實時分布式數據庫的軌道交通電力監控系統

1 引言

　　電力監控系統是對分布距離遠，生產單位分散的生產系統的一種數據 采集、監視和控制系統。

　　經過20多年的發展，已經從集中式的檢測系統，發展成為了開放、分布式的系統。隨著系統功能的不斷增多、應用領域的不斷拓寬和系統規模的不斷增大，電力監控系統對其支撐平臺和開發環境的要求也越來越高。特別是隨著通訊技術和數據庫技術的迅猛發展，給電力監控系統的發展和進步也帶來了很大的促進作用。本文通過對現有電力監控技術的分析，指出其不足，并利用分布式實時數據庫技術，采用新的架構，對其進行了改進。

　　2 分布式實時數據庫監控系統

　　2.1 實時數據庫的體系結構

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

　　圖1 實時數據庫結構

　　實時數據庫管理系統的首要設計目標是滿足事務的實時性和高效性，因而實時數據庫是傳統數據庫與實時處理兩者功能特性的無縫集成。圖1說明了應用程序和實時數據庫的關系。由于實時數據庫都駐留在計算機內存中，而非磁盤，高速的內存讀存取，可以發揮實時數據庫的特點。

　　內存數據庫是實時數據庫的核心之一，它包括數據庫數據模型、數據操作、實時資源管理和網絡通信等模塊。傳統的數據庫是一種磁盤數據庫，對于事務的處理牽涉磁盤i/o、內外存的數據傳遞、緩沖區管理、排隊等待以及鎖的延遲等方面，使得事務的平均執行時間不可估計，不能達到實時事務的高效和可預知的要求。為此，引入了內存數據庫，使得數據庫的主要工作部分放入內存，使每個實時事務執行過程中避免了磁盤i/o，減少了不確定因素提高了執行效率。

　　2.2 系統硬件結構

　　圖2 分布式數據庫電力監控系統網絡

　　如圖2所示網絡結構，通過在rtu和網絡的各個節點上安裝實時分布式數據庫，組建電力監控系統。這一系統模型的關鍵是數據域和廣播的通訊方式。rtu本身采用嵌入式數據庫技術設計，系統中的每個單元都主動地向網絡廣播其內部處理信息同時根據各自的需求從網上接收信息。各臺設備相互之間沒有直接的耦合關系， 不存在瓶頸的問題 。使得系統具有很好的擴展性和容錯能力，簡化了結構又提高了可靠性。

　　圖3 傳統的電力監控系統網絡

　　從圖3 可以看出，原有的電力監控系統由: 前置網、后臺實時網組成。前置機和現場rtu都連接在實時數據網上。歷史服務器、web服務器、操作員站、工程師站共用一個后臺高速以太網。

　　兩臺互為熱備用的前置機掛在前置網上，構成前置數據采集系統，負責與遠方rtu通信，進行規約轉換，并直接掛接在實時雙網上，與后臺系統進行通信。

　　實時網組成后臺系統，負責與前置數據采集系統通信，完成電力監控的后臺應用。

　　商用關系數據庫系統(oracle或sybase)安裝在服務器上，采用多客戶/(主、備)服務器模式，數據庫服務器節點由一主一備結構構成，以提高系統數據的安全性和可靠性。電力監控的歷史數據庫和系統參數數據庫使用商用數據庫。為滿足實時性的要求，在前置機上安裝實時數據庫。利用實時庫的快速反應性能，對實時數據進行處理。

　　可以看出原有的，傳統的電力監控系統結構，是實時數據庫、商用數據庫之間相互結合，通過軟件數據總線實現數據聯結。可以滿足監控系統的技術要求。但其也有缺點，比如系統的可靠性，太多的倚賴服務器的可靠性，冗余度不高，影響了系統的可靠性;硬件需要采用國際知名品牌的服務器、工作站，軟件采用昂貴的商用數據庫，成本過高。