CN111061724B - 用于配电自动化***的高速实时数据库管理方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于配电自动化***的高速实时数据库管理方法和装置。其中方法包括：A、在主备数据库中，通过函数统一封装数据访问接口；B、在实时数据库中预存遥信属性内容表、遥信状态表、终端的哈希直接寻址表和根据遥信号的除留余数寻址表，并且为每个终端配备链表数据结构；C、如果访问的终端的遥信数量超过阈值，则利用除留余数寻址表结合链表数据结构进行数据索引，否则直接使用哈希直接寻址表进行数据索引。其中的装置包括存储器和处理器，所述处理器执行储存在所述存储器中的计算机程序时实施上述的方法。本发明能够确保数据检索性能的前提下减少内存的开销。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于配电自动化***的高速实时数据库管理方法和装置。
背景技术
对于配电自动化***而言，由于接入的终端特别多——根据目前现场运行的统计经验，一个地市***接入的FTU可以达到几万台，而DTU也达到数千台，在未来，这个接入的终端数只会越来越多。DAS***同时接收这么多终端上送的三遥信息，为了保证性能指标能达到国网规范的要求，三遥数据库的访问速度至关重要。
现有的三遥信息库是使用哈希直接定址法来访问的，就性能而言没有比这个方法更优的办法了。虽然使用哈希直接定址法设计的数据库具有性能上的绝对优势，但这个速度优势是由内存开销换来的，随着配电自动化的发展，***接入的终端越来越多，而配电终端上送给***的信息也越来越多。
假设某地市***要接入50000个FTU，FTU可接入的遥信号最大达到300。接入8000个DTU，DTU可接入的遥信号最大3000，每个遥信需要100byte的内存来保存信息，那么遥信数据库需要的内存大小为：3900000000byte＝3719M，这里光是遥信数据库就需要将近3.7个G的内存了，还有遥测数据库呢。可见使用哈希直接定址法设计的数据库内存消耗实在太大了。
另外还有一个问题，以上所描述的条件是限定了最大的遥信号、最大遥测号。从规范上来说，并没有要求接入终端的遥信号必须小于300，对于个别遥信号大于300的终端，要么就是***不接入该终端300号遥信以上的遥信信息，要么就是***扩容以适应终端。
发明内容
为了解决上述技术问题，并且在确保性能的前提下减少内存的开销，本发明提出一种适用于配电自动化***的高速实时数据库管理方法和装置。
本发明的技术方案涉及一种用于配电自动化***的高速实时数据库管理方法，其包括：
A、在主备数据库中，通过函数统一封装数据访问接口；
B、在实时数据库中预存遥信属性内容表、遥信状态表、终端的哈希直接寻址表和根据遥信号的除留余数寻址表，并且为每个终端配备链表数据结构；
C、如果访问的终端的遥信数量超过阈值，则利用除留余数寻址表结合链表数据结构进行数据索引，否则直接使用哈希直接寻址表进行数据索引。
在一些方面，所述步骤A包括：以文件映射共享内存的方式建立数据库；
当接到数据更新请求时，通过数据同步服务进程，将请求更新的内容发送到备用数据库，而备用数据库收到信息以后更新到主数据库。
在一些方面，所述步骤A还包括：对于处于同一局域网内的主备数据库，在TCP/IP连接的建立时进行全数据的主备数据库同步；当连接正常时，主数据库上更新数据的同时把更新内容同步到备机上，让备数据库执行更新。而对于处于不同网络的主备数据库，当备用数据库收到的版本号不连续，则通过握手机制通知主数据库进行全数据同步。
在一些方面，在所述步骤B中：哈希直接寻址表包含遥信号以及对应的数据存储索引信息；除留余数寻址表包含除留余数对应的遥信号、根据遥信号除数余留值获取数据索引位置以及数据冲突时的链表位置索引。
在一些方面，所述步骤B包括：当进行属性数据变更时，对整个数据库进行写锁定，避免不同进程对同一数据进行写入造成冲突；当实时数据变更时，如果数据入口是哈希直接寻址表以及除留余数寻址表，则在写实时数据时对这两个表进行加读锁。
在一些方面，在所述步骤C中：对于FTU终端，所述的阈值优选为70；对于DTU终端，所述的阈值为2000。在配置除留余数寻址表时，除数值优选为30。
本发明的技术方案也涉及一种计算机装置，包括存储器和处理器，所述处理器执行储存在所述存储器中的计算机程序时实施上述的方法。
本发明的技术方案还涉及一种计算机可读存储介质，其上储存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实施上述的方法。
本发明的有益效果为：
1)在充分利用哈希直接定址法性能上的优势基础上，利用除留余数法+链表法来减少内存的开销；
2)使用文件映射共享内存的方式建立数据库，提供数据可持续化能力；
3)利用文件读写锁提供安全的数据库读写能力；
4)利用全数据同步+更新同步+版本控制的方式确保数据在不同机器上的一致性。
附图说明
图1所示为根据本发明的方法的总体流程图。
图2所示为根据本发明的方案中的数据库同步的示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。
参考图1，根据本发明的方法可以包括以下步骤：
A、在主备数据库中，通过函数统一封装数据访问接口；
B、在实时数据库中预存遥信属性内容表、遥信状态表、终端的哈希直接寻址表和根据遥信号的除留余数寻址表，并且为每个终端配备链表数据结构；
C、如果访问的终端的遥信数量超过阈值，则利用除留余数寻址表结合链表数据结构进行数据索引，否则直接使用哈希直接寻址表进行数据索引。
对于步骤A，还可以包括：以文件映射共享内存的方式建立数据库；当接到数据更新请求时，通过数据同步服务进程，将请求更新的内容发送到备用数据库，而备用数据库收到信息以后更新到主数据库。对于处于同一局域网内的主备数据库，在TCP/IP连接的建立时进行全数据的主备数据库同步；当连接正常时，主数据库上更新数据的同时把更新内容同步到备机上，让备数据库执行更新。而对于处于不同网络的主备数据库，当备用数据库收到的版本号不连续，则通过握手机制通知主数据库进行全数据同步。
对于步骤B：哈希直接寻址表包含遥信号以及对应的数据存储索引信息；除留余数寻址表包含除留余数对应的遥信号、根据遥信号除数余留值获取数据索引位置以及数据冲突时的链表位置索引。当进行属性数据变更时，对整个数据库进行写锁定，避免不同进程对同一数据进行写入造成冲突；当实时数据变更时，如果数据入口是哈希直接寻址表以及除留余数寻址表，则在写实时数据时对这两个表进行加读锁。
下面通过具体实例，描述上述方法步骤的细节。
在一个实施例中，在设备ID的定义上，使用int的高8位作为区分设备类型的标记，而低24位作为直接定址法访问数据库的一级哈希index，遥信号、遥测号、遥控号作为数据库访问的二级哈希index。
下面以FTU的遥信库为例子进行说明：
从以上结构可以看出，访问遥信数据库时，根据FTU的设备哈希index以及遥信号就可以直接获取到该遥信号的详细信息。
下面描述的实施例是基于上述的设备ID结构为例(int高8位表示不同的设备类型，低24位为设备的哈希值，以这种方式定义设备ID，对于指定的类型最大支持接入16777216个设备，这个数量级目前以及未来的很长的一段时间内都能满足所有现场)。
数据结构设计
在充分利用哈希直接定址法性能上的优势基础上，利用除留余数法+链表法来减少内存的开销，以下仅以遥信为例进行说明：
1)遥信属性内容表(以数组方式存储，数据大小可通过配置文件指定)
假设每个遥信的属性需要占用100byte的内存空间，100万个遥信测点空间大小为95M。
2)遥信状态表
假设每个遥信的状态需要占用16byte的内存空间，100万个测点需要占用空间大小为15M
3)哈希直接寻址表
FTU_YX_MAX为的直接寻址访问的最大遥信号范围，跟据现场经验取值70能够适用于大部分的FTU终端了。按最大支持5万个FTU终端接入计算，哈希直接寻址表大概占用空间13M。
DTU直接寻址法定义的DTU_YX_MAX取值2000，最大可接入DTU数取值5000，DTU的直接寻址表占用空间大约38M。
4)除留余数寻址表
FTU_MOD_NUM为除留余数法里的除数，这个数取值越大，数据冲突的可能性越小，但占用的空间就越大，综合考虑取值30(可通过配置文件修改)，这个表占用的空间大小大约为17M
DTU_MOD_NUM取值300，DTU的除留余数寻址表占用空间大约为17M。
5)除留余数寻址冲突时使用的链表空间结构
LINK_MAX取值10万，链表空间占用1.5M
数据索引结构使用说明
索引表使用直接寻址法+除留余数法+链表法的设计，在通常情况下，FTU的遥信不会大于70的，而DTU的遥信不会大于2000的，在这个限制内的遥信都可以使用直接寻址法获取索引，而对于少数超过这个限制的遥信，使用除留余数法+链表法来确保***能够接入任意大小的遥信信息。
下面对除留余数法+链表法的适用进行举例说明。
假设index为1的FTU终端需要接入71号遥信，101号遥信，131号遥信，那么可以通过下面两个表格说明链表结构。
要访问131号遥信的信息时，(131-70)％30＝1，判断Sftuyxmod(1).Smod(1).nyxno！＝131，获取Sftuyxmod(1).Smod(1).nindex_next的值1，访问Slink(1).nyxno！＝131，获取Slink(1).nindex_next的值2，判断Slink(2).nyxno＝＝131&&nrtuid＝＝FTU1ID，获取索引值nindex_inf＝3，此时可以根据索引值3来获取遥信的详细信息，以及遥信状态。
数据库访问的安全性
利用文件读写锁机制，确保数据库读写的安全性。根据配电***的特点，遥信、遥测以及遥控的属性数据是维护数据时更新的，更新的频率不是特别高，针对属性的访问加锁的颗粒度可以比较大，而状态库的更新的频率是非常高的，需要更细刻度的加锁。
当进行属性数据变更时，需要对整个数据库进行写锁定，避免不同进程对同一数据进行写入造成冲突。(假如在应用层上设计确保只有一个写入进程，那么可以把写锁的锁定刻度细化到以终端位单位)
当实时数据变更时，数据入口是哈希直接寻址表以及除留余数寻址表，因此在写实时数据时可以对这两个表进行加读锁，因记录是以终端ID为单位的数组结构，加锁可以以对相关终端ID的整个索引数组进行加锁，这样不影响其它终端设备实时数据的访问。
数据同步
参照图2，对于处于同一局域网内的主备***，由于传输是可靠的，可以TCP/IP连接的建立时进行一次全数据的主备同步，而连接正常时，主机上更新数据的同时把更新内容同步到备机上，让备机执行一遍更新。
而对于处于不同网络，特别是带有隔离***的网络之间，同步需要有握手机制，当握手中断恢复时，进行一次全数据的同步，而常时的更新同步需要增加版本号，当备用***收到的版本号不连续，就代表有更新数据丢失，此时需要通过握手机制通知主机进行全数据同步。
应当认识到，本发明实施例中的方法步骤可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机***通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。
此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机***的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。
进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。
计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。
Claims (5)
1.一种用于配电自动化***的数据库管理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
A、在主备数据库中，通过函数统一封装数据访问接口；所述步骤A包括：
以文件映射共享内存的方式建立数据库；
当接到数据更新请求时，通过数据同步服务进程，将请求更新的内容发送到备用数据库，而备用数据库收到信息以后更新到主数据库；
对于处于同一局域网内的主备数据库，在TCP/IP连接的建立时进行全数据的主备数据库同步；
当连接正常时，主数据库上更新数据的同时把更新内容同步到备机上，让备数据库执行更新；
而对于处于不同网络的主备数据库，当备用数据库收到的版本号不连续，则通过握手机制通知主数据库进行全数据同步；
B、在实时数据库中预存遥信属性内容表、遥信状态表、终端的哈希直接寻址表和根据遥信号的除留余数寻址表，并且为每个终端配备链表数据结构；在所述步骤B中：
哈希直接寻址表包含遥信号以及对应的数据存储索引信息；
除留余数寻址表包含除留余数对应的遥信号、根据遥信号除数余留值获取数据索引位置以及数据冲突时的链表位置索引；
当进行属性数据变更时，对整个数据库进行写锁定，避免不同进程对同一数据进行写入造成冲突；
当实时数据变更时，如果数据入口是哈希直接寻址表以及除留余数寻址表，则在写实时数据时对这两个表进行加读锁；
C、如果访问的终端的遥信数量超过阈值，则利用除留余数寻址表结合链表数据结构进行数据索引，否则直接使用哈希直接寻址表进行数据索引。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤C中：
对于FTU终端，所述的阈值为70；对于DTU终端，所述的阈值为2000。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤C中：
在配置除留余数寻址表时，除数值为30。
4.一种计算机装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述处理器执行储存在所述存储器中的计算机程序时实施如权利要求1至3中任一项所述的方法。
5.一种计算机可读存储介质，其上储存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实施如权利要求1至3中任一项所述的方法。
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| CN111061724A (zh) | 2020-04-24 |
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