流程工业实时数据库数据管理模型设计.pdf

1、第!“卷 第#期#$!年!月浙 江 大 学 学 报%工 学 版!“?(#,*#$!收 稿 日 期A#$#B$CB$#基 金 项 目A国 家 高 技 术 研 究 发 展 计 划%DE!计 划5t(+4B91MWt53,+%uvwxyzv|!v“y#vwy#y$%z)1*979781OP380O)-83B-,91*3+T1:+,TT383(+M801T,8,O(T1-7)RR(*8T378*38)81TU016,-3T389,+T.1,7383-389(.801R*171+81TT1734+O180(TP1*1R*(61T89801O180(T777)=_qdjfA*1,-B83O1T,8,8,7

2、1IT,8,O(T1-IWXYZWX实 时 数 据 库 是 流 程 工 业 实 现 企 业 综 合 自 动 化 的关 键M随 着 实 时 数 据 库 在 流 程 工 业 应 用 规 模 的 不 断扩 大 和 信 息 技 术 的 发 展M流 程 工 业 企 业 需 要 实 时 数据 库 支 持 实 时 控 制N实 时 数 据 服 务 和 管 理 等 多 种 应用实 时 数 据 库 需 要 处 理 的 数 据 种 类 和 复 杂 度N应 用模 式N应 用 环 境 都 发 生 了 巨 大 的 变 化M传 统 的 实 时 数据 库 已 越 来 越 难 以 很 好 地 支 持 企 业 中 的 各 种 复

3、 杂 的应 用M使 用 新 方 法 和 新 技 术M设 计 全 新 的 实 时 数 据 库及 其 数 据 管 理 模 型 已 成 为 必 然 趋 势本 文 采 用 位 号 映 射 技 术 和 基 于;UV技 术 的 多层 次 索 引 方 法M设 计 了 一 种 新 的 实 时 数 据 库 数 据 管理 模 型在 实 现 中M采 用 了WXYZWXN分 布 式 存储!位 号 映 射 等 新 技 术“利 用 该 模 型 开 发 了 实 时 数 据库 软 件#$%6;10.63:?68“ABCD!导 出 对 象96/E693:?68“FGCD和 不 变 对 象HE0/0H83:?68“AICD*当

4、前“实 时 数 据 库 的 任 务调 度 和 并 发 控 制 就 是 在 引 入 这 些 概 念 之 基 础 上 来 实现 的*在 实 时 数 据 库 中“现 实 世 界 的 对 象/60723/93:?68“JKCD由 传 感 器 监 视“其 值 周 期 性 地 被 采 样并 写 入 数 据 库 中“数 据 库 中 表 示 这 个 被 写 入 的JKC值 的 数 据 对 象 就 称 为 映 像 对 象ABCD*所 以一 个ABC就 是 一 个JKC在 特 定 时 刻 的 一 个 映 像*由 该 定 义 可 知“一 个ABC有 一 个 对 应 的JKC的 最近 采 样 时 间 和 有 效 期

5、与 之 相 联“采 样 时 间 称 为 采 样或 事 件D时 标;01L7H.M6E6H8816;801LD或 简 称时 标“有 效 期 是 指 该ABC的 有 效 时 期E079H86/E07D*有 效 期 是 用 来 反 映 一 个ABC所 能 正 确 反映 其 对 应 的 外 部JKC的 有 效 时 间 范 围“若 超 出 该有 效 期 则ABC就 不 能 正 确 反 映 外 部 对 象 的 当 前 状态“因 此 有 效 期 亦 称 为 外 部 有 效 期6N86/H07E0798AICD就 是 一 个 相 对 于 时 间 不 变的 值*例 如 设 备 信 息!班 组 信 息 等*一 个

6、ABC的 值 一 旦 记 入 数 据 库 中“一 般 就 不 能被 更 改“而 将 对 应JKC在 后 来 时 刻 的 采 样 值 写 入数 据 库 为 一 新 的ABC“因 此 实 时 据 库 中 每 一 个ABC的 值 都 是 记 录JKC经 历 的 不 同 版 本*实 时 数 据 库维 护 这 些ABC的 记 录“所 以 数 据 在 不 同 时 间 点 的 瞬像 是 有 效 的*用 户 在 使 用 数 据 库 数 据 时“根 据 需 要 决定 读 取 哪 个 版 本*例 如“执 行 控 制 系 统 为 了 监 视 被 控系 统 的 状 态!协 调 和 控 制 被 控 状 态 的 活 动

7、所 需 要 的数 据 一 般 应 是 最 新 版 本 的 数 据“而 对 报 表 趋 势 图 等所 需 要 的 数 据 就 可 能 是 历 史 数 据*一 个 导 出 对 象FGCD在 一 个 事 务 的 执 行 过 程中 由 一 组ABC和M或 其 他 数 据 对 象 计 算 而 得“与FGC对 应 的 时 标 是 用 来 导 出 它 的 数 据 对 象 的 最 晚时 标 或 事 务 时 间“其 有 效 期 为 各 数 据 对 象 有 效 期 之交*FGC的 值 在 数 据 库 中 可 能 被 更 新“其 档 储 式 记录 根 据 具 体 业 务 需 要 可 以 保 存 也 可 以 不 保

8、存*时 间 描 述 是 实 时 数 据 库 实 现 的 关 键 问 题*首 先引 进 时 间 量 子O/3H3HD和 时 间 区 间 的 概 念*时 间 量子 被 定 义 为 时 态 系 统 所 支 持 的 最 小 的!不 可 再 分 解的 时 间 间 隔“如 流 程 工 业 实 时 数 据 库 的 时 间 量 子 可取 为+;*P数 据 管 理 功 能 描 述当 前 流 程 工 业 的 实 时 数 据 库 已 经 不 再 是 简 单 的实 时 控 制 方 面 的 应 用“除 了 需 要 继 续 支 持 大 量 过 程数 据 处 理 外“它 通 常 还 需 要 同 时 支 持 更 多 的 应

9、用“如全 厂 范 围 的 信 息 管 理!过 程 监 控!间 歇批 次D生 产 管理!数 据 和 系 统 集 成!事 件 和 报 警 监 控!GJ$同 控 制系 统 的 集 成!先 进 控 制!过 程 优 化!动 态 和 静 态 建 模!生 产 调 度!产 量 统 计!供 应 链 管 理 等 企 业 综 合 自 动 化的 各 类 应 用*通 常 实 时 数 据 库 本 身 需 要 支 持 二 次 计算 功 能!分 布 式 客 户 访 问!角 色 权 限 管 理!系 统 监 控!事 件 管 理!故 障 诊 断!历 史 数 据!实 时 数 据 管 理!数 据采 集 管 理!统 计 数 据 管 理!

10、仿 真 数 据 管 理!流 程 图M趋势 图M报 表!实 验 室 数 据 等*随 着 计 算 机 技 术 的 不 断 发 展 和 流 程 工 业 信 息 化建 设 的 逐 步 完 善“实 时 数 据 库 可 能 需 要 管 理 更 多 类型 的 数 据“支 持 更 多 类 型 的 应 用*这 些 应 用 可 能 包括=网 络 视 频 数 据 应 用!办 公 自 动 化 信 息!实 时 数 据QR+第P期 王 成 光“等=流 程 工 业 实 时 数 据 库 数 据 管 理 模 型 设 计的 智 能 决 策!数 据 仓 库 等“在 此 情 况 下#就 需 要 实 时 数 据 库 不 仅 能 够 满

11、 足现 有 需 求#而 且 具 有 一 定 的 扩 展 能 力“这 就 给 实 时 数据 库 的 数 据 管 理 设 计 进 一 步 加 大 了 难 度“流 程 工 业 实 时 数 据 库 功 能 需 求 概 况 如 图$所示“图%流 程 工 业 实 时 数 据 库 需 求 概 况位 号 实 时 数 据!位 号 的 历 史 数 据!服务 器 信 息!位 号 的 属 性 信 息!系 统 状 态 信 息!角 色 权限 信 息!批 次 信 息!计 算 结 果 信 息 等“这 些 数 据 之 间#不 仅 涉 及 到 逻 辑 关 系#同 时 还 有时 态 关 系“最 为 典 型 的 逻 辑 关 系 包

12、括;位 号 之 间 的 计算 关 系,2+*/?6/*公 司 的2+314/67ABCA*/D*/!E1.*2F*0G公 司 的2-,H731!I,2*5*7公司 的J2-,/9*20*HIK!LA公 司 的H等“它 们 的实 时 数 据 库 模 型 主 要 采 用 如 下 两 类 方 法 来 建 模;MN使 用 关 系 数 据 库 的 数 据 模 型这 种 数 据 模 型 可 以 方 便 地 表 达 复 杂 的 逻 辑 关系#但 是 关 系 数 据 库 很 难 支 持 对 数 据 对 象 的 描 述#其查 询 和 访 问 速 度 也 很 难 满 足 高 实 时 性 的 要 求“,2+*/16

13、/*公 司 的2+314/67ABCA*/D*/就 是 这样 的 一 个 实 时 关 系 数 据 库 系 统“$N按 照 传 统 的 功 能 模 块 式 的 数 据 管 理 模 型这 种 方 式 在 数 据 管 理 上#根 据 功 能 的 需 要 添 加相 应 的 数 据 单 元 管 理 模 块#与 其 他 模 块 建 立 联 系“它使 得 各 种 数 据 单 元 模 块 清 晰#在 一 定 程 度 上 方 便 了扩 展“但 是#模 块 之 间 关 系 复 杂#同 实 时 数 据 库 的 事务 处 理 的 模 型 不 一 致#实 时 数 据 库 事 务 的 处 理 实 现更 加 复 杂“为 了

14、 解 决 这 些 问 题#系 统 使 用 一 个 关 系 数据 库“目 前 普 遍 使 用 的 是 这 种 方 式“另 外#这 些 实 时 数 据 库 产 品 使 用 的 是 一 些 比 较传 统 的 技 术#例 如 为 了 支 持 分 布 式 应 用#J2-,/9620*的HIK使 用 的 是 内 存 映 射 技 术“这 些技 术 很 难 适 应 流 程 工 业 的 现 状“O数 据 管 理 模 型 的 设 计由 以 上 分 析 可 知#流 程 工 业 实 时 数 据 库 的 数 据种 类 多#逻 辑 关 系 相 对 复 杂#但 流 程 工 业 数 据 的 速 度要 求 不 是 很 高#通

15、常 是 秒 级“在 此 情 况 下 完 全 采 用 标准 的 实 时 数 据 库 数 据 模 型 是 不 合 适 的#为 此#笔 者 采用 更 灵 活 的 方 式 来 构 建 实 时 数 据 库 数 据 模 型#在 原则 上 要 使 用 实 时 数 据 库 标 准 的 数 据 模 型 的 框 架#在涉 及 到 各 种 数 据 的 处 理 时 需 要 使 用 特 殊 的 处 理 模型“同 时 在 技 术 上#充 分 利 用 了 当 前 比 较 先 进 和 成 熟的 技 术#如PLQRKPLQ组 件 化 分 布 式 控 制 技 术!SQC技 术!AFC技 术 等#在 满 足 功 能 需 求 的 同

16、 时#从 整 体 上 提 高 系 统 的 分 布 式 能 力 和 性 能“由 此#本 文 分 别 在 总 体 设 计!位 号 映 射 模 型!位号 组 织 和 存 储 三 个 关 键 问 题 上 给 出 设 计 结 论“T“U数 据 模 型 总 体 设 计在 数 据 管 理 的 总 体 模 型 中#按 照 实 时 数 据 库 的标 准 数 据 模 型 的 建 模 方 法#划 分 数 据 模 块#在 模 块 内部 按 照 功 能 组 织 数 据#而 且 同 一 模 块 内 部 的 数 据 具有 相 同 类 型 的 时 态 属 性#满 足 事 务 处 理 和 调 度 的 需要“数 据 管 理 模

17、型 总 体 构 成 的 示 意 图 如 图=所 示“目 标 数 据 是 实 时 数 据 库 需 要 管 理 的 功 能 性 数据#包 括;位 号 信 息!服 务 器 信 息!系 统 状 态 信 息 等“管 理 区 数 据 是 实 时 数 据 库 配 置 需 要 的 数 据#包 括;角色 和 权 限 信 息!记 录 目 标 位 置!磁 盘 历 史 数 据 库 的 位置 信 息!关 系 数 据 库 信 息!环 境 配 置 信 息 等“过 程 数据 是 实 时 数 据 库 的 中 间 数 据#包 括 位 号 的 计 算 信 息!V=M浙 江 大 学 学 报W工 学 版N第=X卷图!实 时 数 据 库

18、 数 据 管 理 分 类 示 意 图“#$%789技 术 将 数 据存 储 管 理 部 分 实 现 为 进 程 外 组 件6从 而 使 实 时 数 据库 系 统 具 有 分 布 式 存 储 的 结 构6实 时 数 据 库 的 容 量指 标 可 大 幅 度 地 提 高%采 用 基 于789:;789组 件技 术 的 分 布 式 存 储 结 构6使 得 实 时 数 据 库 系 统 利 用操 作 系 统 的 服 务6自 动 实 现 群 集 服 务 和 负 载 自 动 平衡 的 功 能%在 实 现 结 构 上6只 需 在 任 务 调 度 和 数 据 存储 组 件 之 间 增 加 数 据 的 分 布 式

19、 调 度 管 理 模 块%源 位 号5目 标 位 号5虚拟 位 号5无 源 位 号%源 位 号 表 示 过 程 数 据6目 标 位 号通 过 源 位 号 和 虚 拟 位 号 映 射 而 来6虚 拟 位 号 是 通 过上 层 应 用 程 序 创 建 的 需 要 写 入 实 时 数 据 库 的 位 号6无 源 位 号 表 示 手 工 录 入 的 位 号%位 号 映 射 技 术 是 指在 源 位 号5虚 拟 位 号 同 目 标 位 号 之 间 建 立 映 射 过 程 的技 术%这 些 位 号 的 逻 辑 关 系 和 存 储 结 构 如 图?所 示%在 该 结 构 下6可 以 方 便 地 支 持 很

20、多 种 应 用可通 过 手 动 位 号 和 虚 拟 位 号 解 决 实 验 室 数 据 和 仿 真 数据 的 处 理通 过 源 位 号 和 虚 拟 位 号 到 目 标 位 号 之 间的 映 射 关 系 解 决 常 用 的 位 号 数 据 的 数 据 处 理 问 题6如 滤 波5工 程 单 位 转 换5标 准 量 转 换 等6从 而 简 单 地实 现 了 数 据 计 算 的 模 式6同 时 在 这 种 映 射 模 式 下6源位 号 和 应 用 层 的 数 据 更 加 独 立6使 数 据 的 应 用 模 式更 加 灵 活%FG几 种 数 据 的 索 引 结 构 存 在 共 用 的 部 分6减 少查

21、 询 开 销 和 存 储 开 销%HG几 种 位 号 采 用 相 同 的 形 式 存 储%对 于 源 位 号I属 性 少 于 其 他 类 型 的 位 号G6提 出 了 源 位 号 占 位I或称 源 位 号 影 子G的 概 念6形 成 源 位 号 占 位 结 构%从 而提 高 了 源 位 号 管 理 的 扩 展 能 力6同 时 实 现 了 几 种 位号 的 统 一 访 问 和 管 理%3#?ABCDEFGHIJ刘 云 生%现 代 数 据 库 技 术HJ%北 京G国 防 工 业 出 版 社7KLLI%MNO=P13/Q*1$%RSTBCUDVCSWSXYSATZUZZEHJ%*#1$G-.#(1-

22、+_*,*1*N1)P/.06:0*/7KLLI%HKJ张 志 檩%实 时 数 据 库 原 理 及 应 用HJ%北 京G中 国 石 化出 版 社7KLLI%ab9caQ#35#1$%dVSBYZCTZeeWfDZUfSCSABZWgUfhTZUZZEEYEUh HJ%*#1$G;Q#1-:*.0(Q*4#-+:0*/7KLLI%HiJ万 常 选%实 时 数 据 库 系 统 的 关 系 数 据 模 型HjJ%计 算 机与 现 代 化7KLLL7klmFGimnio%p9 ;Q-1$32P-1%q*+-.#(1)-.-()*+#10*-+3.#4*)-.-5-/*/6/.*4/HjJ%rShesU

23、BZCTRSTBCftZUfSC7KLLL7klmFGimnio%HmJ张 子 仲7迟 忠 先%实 时 数 据 库 系 统 的 面 向 对 象 数 据 模 型及 调 度 策 略 研 究HjJ%大 连 理 工 大 学 学 报7Iooo7iokFGlKLnlKbNaQ(1$32#-1% q*/*-0Q (1(5*.3(0#*1.*)-.-4()*+-1)/Q*)P+*v(+#6(,0*-+3.#4*)-.-5-/*/6/.*4HjJ%wSsBCZWSAxZWfZCyCfzBEfUYSAdDVCSWSXY7Iooo7iokFGlKLnlKb9 9 :7MNNc ;%_#/.0#5P.*)(5*.3(0#*1.*)-.#*0*-+3.#4*_-.F-+“HjJ#CCsZW?zf$EfCrSCUBSW7KLLI7K&GIm|nI&%liI浙 江 大 学 学 报工 学 版F第i|卷