CN108073696A - 基于分布式内存数据库的gis应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于分布式内存数据库的GIS应用方法，包括：获取数据对应的节点范围；加载图形及其属性数据；建立数据与节点的索引；接收客户端发送过来的用户请求，并对所述请求进行解析处理；依据解析得到的所述请求对应的查询条件以及所述索引确定目标节点；通过结构化接口调用目标节点处理所述请求；目标节点处理所述请求并返回结果；返回结果至客户端。本发明不仅能够实现以集群方式对外提供服务，实现读写分离；而且实现了分布式环境下空间、属性和拓扑结构全局强一致性的事务支持，实现高实时性协同；进一步的，将电网平台的管理能力提升至几十亿级，实现电网数据的高效协同管理。

Description

基于分布式内存数据库的GIS应用方法
技术领域
本发明涉及电网地理信息系统领域，具体说的是一种基于分布式内存数据库的GIS应用方法。
背景技术
随着各省的电力业务应用不断深化，近年来，电网资源数据快速增长、业务应用不断深化、访问量逐步上升，对国家电网公司统一推广的GIS平台提出了挑战。原有集中式的电网GIS平台架构暴露出许多问题，制约了电网GIS平台的发展。
电网的空间数据关联着类型多样、形式复杂的设备属性数据。在数据的持久化层面上由关系数据库来存储。在电网的关系数据库中，存在为数众多的表，一般上百张的数据表，才能涵盖电网GIS系统所涉及的各种数据。大量的数据访问和计算使得以往单台或少数几台的关系数据库系统难以为继。内存数据库将大量数据缓存至机器内存，通过缓存数据的方式来支撑数据的实时读取，高并发的及时响应，大吞吐量的高速返回。在大数据应用的背景下，单台物理机器是无法满足将全部数据缓存至内存的需求。通常的思路是采用多台机器组合，形成一个逻辑意义上的内存集群。物理条件的限制要求数据进行逻辑上的拆分，将整体的海量数据分离成单台机器能够负担的数据规模。
本发明在于构建分布式数据库，以解决即满足海量数据拆分，又保证不影响应用，且能够快速合并数据分区必须解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于分布式内存数据库的GIS应用方法，即满足海量数据拆分，又保证不影响应用，且能够快速合并分区数据。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种基于分布式内存数据库的GIS应用方法，包括：
获取数据对应的节点范围；加载图形及其属性数据；建立数据与节点的索引；
接收客户端发送过来的用户请求，并对所述请求进行解析处理；
依据解析得到的所述请求对应的查询条件以及所述索引确定目标节点；
通过结构化接口调用目标节点处理所述请求；
目标节点处理所述请求并返回结果集；
返回结果集至客户端。
本发明的有益效果在于：自主研发分布式电网GIS内存数据库，实现了分布式环境下空间、属性和拓扑结构全局强一致性的事务支持，支撑了电网作业大规模协同所要求的高实时性。建立了满足电力行业特性的高并发实时协同服务体系。将平台的电网设备管理能力提升至几十亿级，解决了数据体量大、分布范围广和电网结构复杂的问题，实现了数据管理从GB级、TB级到PB级的演进。
附图说明
图1为本发明一种基于分布式内存数据库的GIS应用方法的流程示意图；
图2为本发明实施例一的分布式内存空间数据架构图；
图3为本发明实施例一的数据加载实现原理示意图；
图4为本发明实施例一的数据访问过程的数据交互示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于：通过建立分布式内存空间数据库，在数据节点中以结构化方式提供数据访问、编辑功能，由控制节点调度，数据节点以群集方式对外提供，实现读写分离，实现数据管理的高效性和高实时性。即满足海量数据拆分，又保证不影响应用，且能够快速合并分区数据。
请参照图1以及图2，本发明提供一种基于分布式内存数据库的GIS应用方法，包括：
获取数据对应的节点范围；加载图形及其属性数据；建立数据与节点的索引；
接收客户端发送过来的用户请求，并对所述请求进行解析处理；
依据解析得到的所述请求对应的查询条件以及所述索引确定目标节点；
通过结构化接口调用目标节点处理所述请求；
目标节点处理所述请求并返回结果；
返回结果至客户端。
本发明的有益效果在于：即满足海量数据拆分，又保证不影响应用，且能够快速合并分区数据。
进一步的，若目标节点为多个，则通过在多个目标节点之间进行协调，得到返回的结果集；对所述结果集进行排序、合并后返回给客户端。
进一步的，所述若目标节点为多个，则通过在多个目标节点之间进行协调，得到返回的结果集，具体为：
若目标数据存储在多个目标数据节点上，则进行分布式处理；
通过多个目标数据节点之间的协调，返回结果集。
由上述描述可知，当目标数据分别存储在多个数据节点上，则通过分布式处理获取结果集，实现高并发性的协同服务，数据管理量从GB级、TB级到PB级的演进。
进一步的，所述获取数据对应的节点范围，之前，还包括：
将每个数据分区划分成一个逻辑组，逻辑组由多个节点组成。
进一步的，通过所述控制节点来接收和处理所述用户请求。
由上述描述可知，通过控制节点为应用提供数据服务，负责解析SQL、分发任务，处理回应进行结果汇集处理，是整个系统提供服务的核心部分，控制节点以集群的方式对外提供。
进一步的，所述目标节点处理所述请求并返回结果，具体为：
若所述请求为更新数据，且对应的目标数据只在一个数据节点上，则将所述请求发送至所述数据节点所处的节点组的主节点上；
主节点执行持久化操作后，由主节点向节点组的从节点发送更新消息，直至所有的从节点均更新成功；
通知主节点进行数据更新，成功后通知控制节点；
控制节点返回应用端操作成功的结果；
异步更新同步信息至其他控制节点和管理节点。
进一步的，所述目标节点处理所述请求并返回结果，具体为：
若所述请求为更新数据，且对应的目标数据分布在多个数据节点上；
则在控制节点接收到所述请求后，获取更新数据所在的数据节点；
由控制节点直接进行持久化操作；
控制节点持久化成功后，通知所述数据节点进行数据同步；
同步成功后，通知控制节点；
控制节点返回应用端操作成功的结果；
异步更新同步信息至其他控制节点和管理节点。
由上述描述可知，在数据节点中以结构化方法提供数据访问、数据编辑功能，由控制节点调度，数据节点以集群的方式对外提供，可实现读写分离。
利用管理服务为整个系统提供管理和协调工作，并对相关配置进行持久化，以主备的模式提供高可用服务。使用方可以通过管理工具查看系统运行状况、监控系统关键指标等。
实施例一
请参阅图1，本实施例提供一种基于分布式内存数据库的GIS应用方法，基于图2的分布式内存空间数据架构实现。
所述架构通过控制节点为应用提供数据服务，负责解析SQL、分发任务，处理回应进行结果汇集处理，是整个系统提供服务的核心部分，控制节点以集群的方式对外提供。
在数据节点中以结构化方法提供数据访问、数据编辑功能，由控制节点调度，数据节点以集群的方式对外提供，可实现读写分离。
利用管理服务为整个系统提供管理和协调工作，并对相关配置进行持久化，以主备的模式提供高可用服务。使用方可以通过管理工具查看系统运行状况、监控系统关键指标等。
本实施例的方法，可以包括以下步骤：
一、数据加载步骤
请参阅图3。首先获取节点范围，加载图形数据，加载图形的属性数据，数据索引构建。通过缓存数据的方式来支撑数据的实时读取，高并发的及时响应，大吞吐量的高速返回。系统将每个数据分区划分为一个逻辑组，逻辑组有多个数据节点组成，会对它进行定制。每一张表都会进行分区，每一个分区都会由一个单独的任务来进行加载。数据加载完成后就可以直接访问数据。
二、数据访问步骤
请参阅图4，大致包括以下子步骤：
1)接受用户请求，对SQL语句进行解析处理；
2)依据查询条件、存储映射信息，判断分发到那些数据节点，或必须访问那些数据节点才能满足该请求；
3)如果目标数据存储于系统的多个计算机上，就必须进行分布式处理；
4)通过结构化接口调用数据节点处理数据访问请求，并在多个数据节点之间进行协调；
5)多个数据节点返回的结果集排序、合并后返回给应用端。
6)控制节点接受数据访问请求，通过分区的数据存储映射信息，并判断把它送到那些数据节点，如果目标数据存储于多个数据节点的计算机上，就必须进行分布式处理，并将多个数据节点返回的结果集排序、合并后返回给应用端。
在数据访问中有编辑数据和查询数据。数据编辑的动作，会触发数据的同步。数据查询会触发数据的合并。
1、数据同步
对于数据同步的场景分为两种，第一种为变更的数据只在一个节点组上；第二种为变更的数据分布在多个节点组上。两种场景根据变更的数据分布在节点的个数来采取不同的数据同步方式。
(1)单组数据同步
当应用端发送任务到控制节点，控制节点通过索引判断，当数据更新涉及的变更数据在只在一个节点上时，控制节点将任务发送到该节点组的主节点上；主节点执行持久化操作；持久化操作成功后，由主节点向节点组内的从节点发送更新消息，当所有从节点均更新成功后，通知主节点；主节点进行数据更新，成功后通知控制节点；控制节点返回应用端操作成功；同时，判断是否需要更新全局索引，若需要更新，异步发送同步信息到其他控制节点与管理节点.、
(2)多组数据同步
当应用端发送任务到控制节点上时，由控制节点判断变更数据所在的数据节点，若变更数据涉及多几个几点或无法判断所属数据节点，则由控制节点直接进行持久化操作；控制节点持久化成功后，通知相关数据节点进行数据同步；所有数据节点同步成功后，通知控制节点；控制节点返回应用端操作成功。同时，判断是否需要更新全局索引，若需要更新，异步发送同步信息到其他控制节点与管理节点。
主节点Master可用写入、修改、删除数据；其他从节点Slave通过数据同步更新数据，提供读取服务。主库为每一个Slave建立一个单独的binlog dump线程，并同时与它们交互。
1)主库将所有的更新操作，写入二进制日志(binary log)；
2)从库运行IO线程读取主库的二进制日志，将log events拷贝到它的中继日志(relay log)；
3)从库运行SQL线程重做中继日志中的事件，从而保持一致；
4)主从同步的实现中，从库连接到主库，并向主库发送一个DUMP命令，然后在主库上启动一个特殊的binlog dump线程。Dump线程会读取主库上的二进制日志内容发往从库。
2、数据合并
当主控节点判断SQL请求的数据涉及到多个分区服务器时，接收到的多个分区数据，需要进行数据合并并去重。根据数据主键进行合并，判断对于该表返回的数据主键是否有重复键，有的话需要去重，确保用户只获取到一条唯一数据，没有的话则合并进结果集合。最后将最终数据结果返回客户端。
综上所述，本发明提供的一种基于分布式内存数据库的GIS应用方法，不仅能够实现以集群方式对外提供服务，实现读写分离；而且实现了分布式环境下空间、属性和拓扑结构全局强一致性的事务支持，实现高实时性协同；进一步的，将电网平台的管理能力提升至几十亿级，实现电网数据的高效协同管理。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于分布式内存数据库的GIS应用方法，其特征在于，包括：
获取数据对应的节点范围；加载图形及其属性数据；建立数据与节点的索引；
接收客户端发送过来的用户请求，并对所述请求进行解析处理；
依据解析得到的所述请求对应的查询条件以及所述索引确定目标节点；
通过结构化接口调用目标节点处理所述请求；
目标节点处理所述请求并返回结果；
返回结果至客户端。
2.如权利要求1所述的基于分布式内存数据库的GIS应用方法，其特征在于，若目标节点为多个，则通过在多个目标节点之间进行协调，得到返回的结果集；对所述结果集进行排序、合并后返回给客户端。
3.如权利要求2所述的基于分布式内存数据库的GIS应用方法，其特征在于，所述若目标节点为多个，则通过在多个目标节点之间进行协调，得到返回的结果集，具体为：
若目标数据存储在多个目标数据节点上，则进行分布式处理；
通过多个目标数据节点之间的协调，返回结果集。
4.如权利要求1所述的基于分布式内存数据库的GIS应用方法，其特征在于，所述获取数据对应的节点范围，之前，还包括：
将每个数据分区划分成一个逻辑组，逻辑组由多个节点组成。
5.如权利要求1所述的基于分布式内存数据库的GIS应用方法，其特征在于，通过所述控制节点来接收和处理所述用户请求。
6.如权利要求1所述的基于分布式内存数据库的GIS应用方法，其特征在于，所述目标节点处理所述请求并返回结果，具体为：
若所述请求为更新数据，且对应的目标数据只在一个数据节点上，则将所述请求发送至所述数据节点所处的节点组的主节点上；
主节点执行持久化操作后，由主节点向节点组的从节点发送更新消息，直至所有的从节点均更新成功；
通知主节点进行数据更新，成功后通知控制节点；
控制节点返回应用端操作成功的结果；
异步更新同步信息至其他控制节点和管理节点。
7.如权利要求1所述的基于分布式内存数据库的GIS应用方法，其特征在于，所述目标节点处理所述请求并返回结果，具体为：
若所述请求为更新数据，且对应的目标数据分布在多个数据节点上；
则在控制节点接收到所述请求后，获取更新数据所在的数据节点；
由控制节点直接进行持久化操作；
控制节点持久化成功后，通知所述数据节点进行数据同步；
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