基于实时分布式数据库的轨道交通电力监控系统

　　1 引言

　　电力监控系统是对分布距离远，生产单位分散的生产系统的一种数据 采集、监视和控制系统。

　　经过20多年的发展，已经从集中式的检测系统，发展成为了开放、分布式的系统。随着系统功能的不断增多、应用领域的不断拓宽和系统规模的不断增大，电力监控系统对其支撑平台和开发环境的要求也越来越高。特别是随着通讯技术和数据库技术的迅猛发展，给电力监控系统的发展和进步也带来了很大的促进作用。本文通过对现有电力监控技术的分析，指出其不足，并利用分布式实时数据库技术，采用新的架构，对其进行了改进。

　　2 分布式实时数据库监控系统

　　2.1 实时数据库的体系结构

　　实时数据库首先是一个数据库管理系统，它有一般dbms的基本功能，即：永久数据管理包括数据库的定义、存储和维护等;有效的数据存取包括各种数据库操作、查询处理、存取方法和完整性检查;任务的调度与并发控制;存取控制和安全性检查;数据库恢复机制，增强数据库的可靠性。

　　图1 实时数据库结构

　　实时数据库管理系统的首要设计目标是满足事务的实时性和高效性，因而实时数据库是传统数据库与实时处理两者功能特性的无缝集成。图1说明了应用程序和实时数据库的关系。由于实时数据库都驻留在计算机内存中，而非磁盘，高速的内存读存取，可以发挥实时数据库的特点。

　　内存数据库是实时数据库的核心之一，它包括数据库数据模型、数据操作、实时资源管理和网络通信等模块。传统的数据库是一种磁盘数据库，对于事务的处理牵涉磁盘i/o、内外存的数据传递、缓冲区管理、排队等待以及锁的延迟等方面，使得事务的平均执行时间不可估计，不能达到实时事务的高效和可预知的要求。为此，引入了内存数据库，使得数据库的主要工作部分放入内存，使每个实时事务执行过程中避免了磁盘i/o，减少了不确定因素提高了执行效率。

　　2.2 系统硬件结构

　　图2 分布式数据库电力监控系统网络

　　如图2所示网络结构，通过在rtu和网络的各个节点上安装实时分布式数据库，组建电力监控系统。这一系统模型的关键是数据域和广播的通讯方式。rtu本身采用嵌入式数据库技术设计，系统中的每个单元都主动地向网络广播其内部处理信息同时根据各自的需求从网上接收信息。各台设备相互之间没有直接的耦合关系， 不存在瓶颈的问题 。使得系统具有很好的扩展性和容错能力，简化了结构又提高了可靠性。

　　图3 传统的电力监控系统网络

　　从图3 可以看出，原有的电力监控系统由: 前置网、后台实时网组成。前置机和现场rtu都连接在实时数据网上。历史服务器、web服务器、操作员站、工程师站共用一个后台高速以太网。

　　两台互为热备用的前置机挂在前置网上，构成前置数据采集系统，负责与远方rtu通信，进行规约转换，并直接挂接在实时双网上，与后台系统进行通信。

　　实时网组成后台系统，负责与前置数据采集系统通信，完成电力监控的后台应用。

　　商用关系数据库系统(oracle或sybase)安装在服务器上，采用多客户/(主、备)服务器模式，数据库服务器节点由一主一备结构构成，以提高系统数据的安全性和可靠性。电力监控的历史数据库和系统参数数据库使用商用数据库。为满足实时性的要求，在前置机上安装实时数据库。利用实时库的快速反应性能，对实时数据进行处理。

　　可以看出原有的，传统的电力监控系统结构，是实时数据库、商用数据库之间相互结合，通过软件数据总线实现数据联结。可以满足监控系统的技术要求。但其也有缺点，比如系统的可靠性，太多的倚赖服务器的可靠性，冗余度不高，影响了系统的可靠性;硬件需要采用国际知名品牌的服务器、工作站，软件采用昂贵的商用数据库，成本过高。