CN114387124B - 一种核电工业互联网平台的时序数据存储方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种核电工业互联网平台的时序数据存储方法，包括如下步骤：各电厂接口机上的时序数据采集和上传工具将时序数据经由相应的MQTT客户端分别发送至核电工业互联网平台中心侧的MQTT服务器，并依据时序数据的属性分别上传到不同的Topic中；设置第一个消费者模块，第一个消费者模块订阅并消费MQTT服务器中的数据然后进行处理；Kafka***接收第一个消费者模块发送过来的时序数据，把不同类型的时序数据存储在不同的Topic中；设置第二个消费者模块，第二个消费者模块订阅并消费Kafka消息***中的数据然后进行处理；时序数据库用于将依据时序数据的属性将低频时序数据和高频时序数据分开保存。本发明提供的方法能够更加合理、高效地管理时序数据。
Description
技术领域
本发明涉及时序数据存储技术领域，尤其涉及一种核电工业互联网平台的时序数据存储方法。
背景技术
核电厂在运行阶段，会产生大量测量数据。测量数据是感知核电厂运行状态、推进电厂数字化、智能化管理的数据。测量数据包括在线、离线测量数据。在线测量数据主要由生产过程控制***数据和通过工业物联网的传感器、智能终端等采集的数据构成。离线测量数据通常在对电厂设备运行、维修等作业过程中测量记录获得。以在线测量数据为主的也称为时序数据，上述时序数据依据采集频率高低以及数据来源的不同，进一步划分为高频数据和低频数据。
目前，中核武汉核电运行技术股份有限公司已主导建成中国核电大核源平台(DHP)，作为数字核电的依托平台和神经中枢，集成中国核电海量工业***与设备的数据，构建可扩展的开放式核电工业互联网平台，同步开展面向各种场景和可复用的核电工业应用开发生态***，来提高核电厂硬件、服务、数据的使用效率和共享范围，实现中国核电业务与资源的智能管理及运营优化，并驱动一系列面向核电全产业链的创新核电工业应用。
上述时序数据的有效获取和存储是整个中国核电大核源平台工作有效展开的基础之一，为了更加合理、高效地接入和存储时序数据，有必要提供一种核电工业互联网平台的时序数据存储方法，以对核电工业互联网平台的时序数据存储方式进行规范和高效管理。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所述的缺陷，从而提供一种核电工业互联网平台的时序数据存储方法，该核电工业互联网平台的时序数据存储方法能够实现核电工业互联网平台的时序数据有效采集及规范化存储，从而更加合理、高效地管理时序数据。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种核电工业互联网平台的时序数据存储方法，包括如下步骤：
步骤S1：各电厂接口机上的时序数据采集和上传工具将时序数据经由相应的MQTT客户端分别发送至核电工业互联网平台中心侧的MQTT服务器，并依据所述时序数据的属性分别上传到不同的Topic中；
步骤S2：设置第一个消费者模块，所述第一个消费者模块订阅并消费MQTT服务器中的数据然后进行处理；
步骤S3：Kafka***接收第一个消费者模块发送过来的时序数据，把不同类型的时序数据存储在不同的Topic中；
步骤S4：设置第二个消费者模块，所述第二个消费者模块订阅并消费Kafka消息***中的数据然后进行处理；
步骤S5：所述时序数据库用于将依据时序数据的属性将所述低频时序数据和所述高频时序数据分开保存。
进一步的，所述第二个消费者模块对接收到的时序数据包处理包括如下步骤：
步骤S41：对收到的时序数据分别进行解包、解密、解压操作后获取原始数据信息；
步骤S42：根据所获取的原始数据的高低频属性,调用预设规则将所述原始数据转换为指定的数据格式并依据所述原始数据的测点属性确定所述原始时序数据在数据库中的存储区域。
进一步的，所述步骤S42调用预设规则以将所述原始数据转换为指定的数据格式包括：获取所述时序数据的数据类型，并依据所述数据类型以及预设规则将所述原始数据转换为指定的数据格式。
进一步的，所述预设规则为：
若所述数据类型数值为0，则将所述时序数据测点值转换为双精度浮点值；
若所述数据类型数值为1，则将所述时序数据测点值转换为单精度浮点值；
若所述数据类型数值为2，则将所述时序数据测点值转换为整型值；
若所述数据类型数值为3，则将所述时序数据测点值转换为字符串值；
若所述数据类型数值为4，则将所述时序数据测点值转换为布尔值。
进一步的，所述数据库存储所述高频时序数据时，每个高频测点一个数据包中的所有数据会作为一个整体进行打包存储。
进一步的，所述数据库存储所述低频时序数据，依据所述低频时序数据对应测点的编码，将不同时间段的同一测点的低频时序数据存储于一个区域，将来自同一个电厂、同一机组的不同测点数据也存储在同一个的区域中。
进一步的，所述第一消费者模块和第二消费模块均为流式处理框架***Flink。
进一步的，所述时序数据库的数据可挂载到多块SSD固态硬盘，底层存储支持采用RAID方式进行。
与现有技术相比，本发明提供的核电工业互联网平台的时序数据存储方法具有以下有益效果：
本发明提供的核电工业互联网平台的时序数据存储方法能够有效地对多个电厂的时序数据进行大规模时序数据的有效采集与规范存储，同时还可满足处理速度的要求。具体而言，通过本发明所示的数据处理***架构，当来自多个电厂的大量数据同时传输时，可进行削峰处理，避免了数据传输过程中的丢包或漏包现象发生；同时，本发明所示的存储方法，区别低频时序数据和高频时序数据，在数据采集和传输过程中，对于不同的频率的数据类型采用不同的处理方法，以保证不同类型的时序数据的存储和访问效率最优化；本发明对于来自不同电厂、不同机组的数据进行分区域存储，后续调用时序数据进行查询或分析时，可有效提高数据的检索效率；此外，本发明中部署的时序数据库支持将数据挂载到多块SSD固态硬盘，支持采用磁盘阵列RAID，可以进一步提高数据的存储和访问效率，保障数据存储安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例所提供的数据处理和存储***架构示意图；
图2为本发明实施例所提供的第二消费者模块时序数据消费处理流程图。
具体实施方式
虽然本发明的核电工业互联网平台的时序数据存储方法可以通过多种不同方式来实施，而无意将本发明的保护范围局限于示例性实施方式。因此，在本质上，附图和具体实施方式的描述应被认为用于说明而非限制本发明。
下面通过具体实施方式进一步详细说明。
如图1所示，本发明所示的数据处理***架构包括MQTT服务器、流式处理框架***Flink、分布式发布订阅消息***Kafka、以及时序数据库。对应的本发明提供了一种核电工业互联网平台的时序数据存储方法，整体工作流程如下：
步骤S1：各电厂接口机上的时序数据采集和上传工具将时序数据经由相应的MQTT客户端分别发送至核电工业互联网平台中心侧的MQTT服务器，并依据所述时序数据的属性分别上传到不同的Topic中，其中低频时序数据发送到指定的低频Topic：Low-Topic，高频时序数据发送到指定的高频Topic：High-Topic；
DHP平台需接入多个电厂时序数据，本实施例中，每个电厂通过对应的MQTT客户端程序将各电厂的设备数据以及PI数据发送至中心侧的MQTT服务器中，由于DHP中心侧和各电厂之间的空间距离相隔甚远，往往以千米起算，故本实施例中使用MQTT协议进行时序数据的传输，MQTT协议是一种基于“发布/订阅”模式的即时通讯协议，可有效实现一对多或多对多的远距离通信，可确保数据能够有效的传输到中心侧处，同时，在MQTT服务器的传输过程中，从源头处进行高频和低频时序数据的区分；
步骤S2：设置第一个消费者模块，所述第一消费者模块为分布式结构。订阅上述MQTT服务器中的低频Topic和高频Topic；所述消费者模块在收到低频时序数据包以及高频时序数据包后，同时会作为后续Kafka分布式消息***的生产者，将监听到的时序数据转换为后续Kafka***相应的格式，实时发送至所述Kafka***，低频时序数据发送至Kafka***中相应的低频Topic：Low-Topic，高频数据发送至相应的高频Topic：High-Topic中。
MQTT服务器虽然解决了时序数据包远距离传输的问题，但是存储空间小，而各个电厂侧在同时发送数据，发送的数据量非常大，故设置第一个消费者模块，优选的，本实施例中，第一消费者模块为Flink，Flink是一个针对流数据和批数据的分布式处理引擎，能够稳定、可靠、快速地消费和处理MQTT服务器中的消息。第一消费者模块通过订阅MQTT服务器的数据，Flink可实现数据的初次削峰处理，并将高低频时序数据分别进行处理，转换为Kafka***要求的格式后发送至Kafka***。
步骤S3：所述Kafka***接收第一个消费者模块发送过来的时序数据，把不同类型的时序数据存储在不同的Topic中，其中，Kafka中的低频Topic：Low-Topic用来保存低频时序数据，高频Topic：High-Topic用于保存高频时序数据；
Kafka是一个支持分区存储、多副本的分布式消息***，采用发布/订阅的消息处理模式，能有效应对代理宕机后的数据处理问题。Kafka以集群的方式运行，由多个broker共同构成。生产者将消息发送到特定的主题，再由订阅主题的消费者以poll的方式进行消费。其中，每个主题又被分成一个或多个的分区，每个分区由一系列有序、不可变的消息组成，是一个有序队列。特别的是，Kafka中以顺序写的方式写入磁盘，因而速度要比随机写入磁盘的方式快得多。
步骤S4：设置第二个消费者模块，订阅上述Kafka***中的Low-Topic和High-Topic；所述消费者模块在收到低频时序数据包以及高频时序数据包后；会对数据包进行处理，然后将标准化处理后的时序数据写入时序数据库中；
优选的，本实施例中，所述第二消费者模块同时作为时序数据库中的数据生产者对接收到的时序数据处理流图如图2所示，包括如下步骤：
步骤S41：对收到的时序数据进行初步处理后获取原始数据信息；
步骤S42：获取所述原始数据的高低频属性，调用预设规则以将所述原始数据转换为指定的数据格式并依据所述原始数据的测点属性确定所述原始数据在数据库中的存储区域。
更进一步的，步骤S41所示初步处理包括解包、解密、解压中一种或多种的组合，具体根据获取到的数据确定，若时序数据包被加密且压缩，则执行解包、解密、解压操作，若时序数据包只被加密，则执行解包解密操作即可。
更进一步的，步骤S42调用预设规则以将所述原始数据转换为指定的数据格式包括：获取所述时序数据的数据类型，并依据所述数据类型以及预设规则将所述原始数据转换为指定的数据格式。
其中，其中预设规则如表1所示：
若所述数据类型数值为0，则将所述时序数据测点值转换为双精度浮点值；
若所述数据类型数值为1，则将所述时序数据测点值转换为单精度浮点值；
若所述数据类型数值为2，则将所述时序数据测点值转换为整型值；
若所述数据类型数值为3，则将所述时序数据测点值转换为字符串值；
若所述数据类型数值为4，则将所述时序数据测点值转换为布尔值。
表1
| 数据类型数值 | 类型名称 | 数据类型 | 说明 |
| 0 | 双精度浮点值 | DOUBLE | 用于低频数据存储 |
| 1 | 单精度浮点值 | FLOAT | 用于低频数据存储 |
| 2 | 整型值 | INT | 用于低频数据存储 |
| 3 | 字符串值 | STRING | 用于高频数据存储 |
| 4 | 布尔值 | BOOLEAN | 用于低频数据存储 |
步骤S5：所述时序数据库用于根据时序数据测点的属性将所述低频时序数据和所述高频时序数据进行分区域存储以及采用不同存储结构进行存储。
优选的，本实施例中，对于高频时序数据，在进行存储时，每个高频测点中一个数据包中的所有数据会作为一个整体打包存储。比如：一个高频数据包中可能包含20000个float类型的值，在存储时，需将这里的20000个float类型的值都转换成二进制后连同测点属性信息一起以二进制字符串的方式存储。式高频时序数据一般为设备数据，后续进行数据的查询和分析时，往往不需要精确到某一个指定的时刻，只需要把某次采集的所有高频数据一次性全部取出来。故本发明所示的方法将每个高频测点一个数据包中的所有数据会作为一个整体打包存储，这样设置，一方面可有效节省数据库的存储空间，另外一方面后续调用时，可快速地获得用户所需要的所有高频数据。
优选的，本实施例中，所述数据库存储所述低频时序数据时，依据所述低频时序数据对应测点的编码，将属于同一电厂、机组的测点数据存储至相同的逻辑区域中。低频时序数据通常为PI数据和低频设备数据，后续进行数据的查询和分析等需要使用低频时序数据时，往往需要对一个时间段的数据进行分析，故本发明所示的数据库，将属于同一电厂、机组的测点数据存储至相同的逻辑区域，这样后续进行时间点数据查询、时间段历史数据查询时，可快速地检索到所需的数据。
本实施例中，所述时序数据库中，每个电厂的每台机组都对应一个专门的存储区域，存储属于该电厂、该机组的测点时序数据。比如：如果某个测点数据是来自福清核电的2号机组，那么该数据需存储至FQ.02这个存储区域中(这里的“FQ”代表福清核电，“02”代表2号机组)，如果某个测点数据是来自三门核电的1号机组，那么该数据需存储至ZS.01这个存储区域中(这里的“ZS”代表三门核电，“01”代表1号机组)。第二个消费者模块的Flink程序在存储所述时序数据时，会读取测点编码，根据测点编码，解析其所属电厂，机组，然后将该数据存储至相应的存储区域中。对应低频时序数据，每条数据都存储毫秒级时间戳、数据质量以及测点值。
进一步的，本实施例中时序数据库的数据可挂载到多块SSD固态硬盘，底层存储支持采用RAID方式进行冗余存储。一方面，可以提高***IO，提高时序数据的存储和访问效率，另一方面，还能够支持故障冗余，保障数据存储安全。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种核电工业互联网平台的时序数据存储方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：各电厂接口机上的时序数据采集和上传工具将时序数据经由相应的MQTT客户端分别发送至核电工业互联网平台中心侧的MQTT服务器，并依据所述时序数据的属性分别上传到不同的Topic中，其中低频时序数据发送到指定的低频Topic，高频时序数据发送到指定的高频Topic；每个电厂通过对应的MQTT客户端程序将各电厂的设备数据以及PI数据发送至中心侧的MQTT服务器中，在MQTT服务器的传输过程中，从源头处进行高频和低频时序数据的区分；
步骤S2：设置第一个消费者模块，所述第一个消费者模块订阅并消费MQTT服务器中的数据然后进行处理，订阅MQTT服务器中的低频Topic和高频Topic，所述第一个消费者模块在收到低频时序数据包以及高频时序数据包后，同时会作为后续Kafka分布式消息***的生产者，将监听到的时序数据转换为后续Kafka***相应的格式，实时发送至所述Kafka***，低频时序数据发送至Kafka***中相应的低频Topic，高频数据发送至相应的高频Topic中；
步骤S3：Kafka***接收第一个消费者模块发送过来的时序数据，把不同类型的时序数据存储在不同的Topic中，其中，Kafka中的低频Topic用来保存低频时序数据，高频Topic用于保存高频时序数据；
步骤S4：设置第二个消费者模块，所述第二个消费者模块订阅并消费Kafka消息***中的数据然后进行处理；所述第二个消费者模块对接收到的时序数据包处理包括：
步骤S41：对收到的时序数据分别进行解包、解密、解压操作后获取原始时序数据信息；
步骤S42：根据所获取的原始时序数据的高低频属性,调用预设规则将所述原始时序数据转换为指定的数据格式并依据所述原始时序数据的测点属性确定所述原始时序数据在时序数据库中的存储区域；
步骤S5：所述时序数据库用于将依据时序数据的属性将所述低频时序数据和所述高频时序数据分开保存。
2.根据权利要求1所述的一种核电工业互联网平台的时序数据存储方法，其特征在于，所述步骤S42调用预设规则以将所述原始数据转换为指定的数据格式包括：获取所述时序数据的数据类型，并依据所述数据类型以及预设规则将所述原始数据转换为指定的数据格式。
3.根据权利要求1所述的一种核电工业互联网平台的时序数据存储方法，其特征在于，所述预设规则为：
若数据类型数值为0，则将所述时序数据测点值转换为双精度浮点值；
若所述数据类型数值为1，则将所述时序数据测点值转换为单精度浮点值；
若所述数据类型数值为2，则将所述时序数据测点值转换为整型值；
若所述数据类型数值为3，则将所述时序数据测点值转换为字符串值；
若所述数据类型数值为4，则将所述时序数据测点值转换为布尔值。
4.根据权利要求1所述的一种核电工业互联网平台的时序数据存储方法，其特征在于，所述数据库存储所述高频时序数据时，每个高频测点一个数据包中的所有数据会作为一个整体进行打包存储。
5.根据权利要求1所述的一种核电工业互联网平台的时序数据存储方法，其特征在于，所述数据库存储所述低频时序数据，依据所述低频时序数据对应测点的编码，将不同时间段的同一测点的低频时序数据存储于一个区域，将来自同一个电厂、同一机组的不同测点数据也存储在同一个的区域中。
6.根据权利要求1所述的一种核电工业互联网平台的时序数据存储方法，其特征在于，所述第一个消费者模块和第二个消费模块均为流式处理框架***Flink。
7.根据权利要求1所述的一种核电工业互联网平台的时序数据存储方法，其特征在于，所述时序数据库的数据可挂载到多块SSD固态硬盘，底层存储支持采用RAID方式进行。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant |