CN102419752B - 一种工业数据库报文存储方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工业数据库报文存储方法，将预留的文件存储区域划分为索引区域和数据区域；在进行报文存储时，从索引区域头部起，将报文的索引信息正序存储在该索引区域，从数据区域底部起，将报文的其他部分信息倒序存储在该数据区域；索引区域和数据区域的划分根据索引区域和数据区域中存储的数据量自动变化，从而不会浪费预留的索引区域的空间，在固定大小的文件存储区域中最高效率地进行报文存储，将空间利用率最大化，减少报文占用的存储空间。保存各文件存储空间存储的报文的起始时间戳和终止时间戳，使得在进行报文检索时，能够快速定位对应的文件存储空间，并可以通过索引信息进行快速定位，加快了报文的检索时间，处理时间更短。
Description
技术领域
本发明涉及一种工业数据库报文存储技术。
背景技术
工业数据库系统和一般的商业数据库系统(关系型数据库或者面向对象的数据库)在本质上大致相同，其最大的区别在于工业数据的数量十分庞大，存在海量的存储需求，以及海量数据的快速访问需求，从而使得工业数据库对数据的实时性和数据有效性的需求十分高。
工业报文作为一种BLOB(二进制格式)数据，是工业数据库中一种典型的数据存储格式。工业报文为工业量测点在发生事件、告警等之后，通过预定义格式，描述该事件或者告警信息，组成编码通知目的管理节点的数据信息。这里的量测点不一定是实际的采样点，可以是管理集中后的管理节点。工业报文一般是已经合成和预处理的综合信息，而不是原始信息。工业报文具有明显的时间特性，每条工业报文中必然包含报文发送源点标识、时间戳和BLOB数据，还可能包含访问点属性、报文传输物理或者逻辑链路的质量码、报文传输物理或者逻辑链路的类型等其他属性。同时工业报文是不断产生的，具有海量数据的特点。
海量报文的存储需要占用大量的存储空间，并且访问速度受到报文数量的限制。为了降低存储空间，提高访问速度，达到工业数据库的实时性需求，需要针对工业报文的特性寻求有针对性的设计和解决方案。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种工业数据库报文存储方法，使得工业数据库中报文的存储效率更高、空间占用更少。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种工业数据库报文存储方法，包含以下步骤：
将预留的文件存储区域划分为索引区域和数据区域；
在进行报文存储时，从所述索引区域头部起，将报文的索引信息正序存储在该索引区域，从所述数据区域底部起，将报文的其他部分信息倒序存储在该数据区域；
所述索引区域和数据区域的划分根据所述索引区域和数据区域中存储的数据量自适应变化。
作为上述技术方案的改进，所述报文存储过程中，索引区域和数据区域的数据量均向所述文件存储区域中间部分增长，在待存储的报文数据量大于文件存储区域中间空白部分时，停止将所述报文存储在该文件存储区域，为所述源点标识预留新的文件存储区域。
作为上述技术方案的改进，所述报文至少包含报文数据、源点标识、时间戳，所述其他部分信息至少包含报文数据部分。
作为上述技术方案的改进，所述报文的索引信息由所述报文的时间戳和所述其他部分信息在数据区域中的存储位置构成；
进行所述报文存储之前，还包含以下步骤：
根据所述文件存储区域中数据区域中当前数据存储位置，计算所述报文的其他部分信息在该数据区域中的存储位置，生成所述报文的索引信息。
作为上述技术方案的改进，每个源点标识对应一个索引文件和至少一个文件存储空间，所述索引文件中保存该源点标识对应的各文件存储空间的指针；
属于同一个源点标识的报文存储在该源点标识对应的文件存储空间中。
作为上述技术方案的改进，所述文件存储空间的指针可以是该文件存储空间构成的数据文件名称。
作为上述技术方案的改进，所述索引文件中还保存各文件存储空间存储的报文的起始时间戳和终止时间戳；
在存储报文前，将待存储的报文的时间戳与各文件存储空间当前对应的起始时间戳、终止时间戳相比较，寻找时间最接近的文件存储空间进行存储；
在存储报文后，更新所述索引文件中该文件存储空间的起始时间戳和终止时间戳。
作为上述技术方案的改进，所述预留的文件存储区域大小由预估的报文长度和预计存储的报文数量决定。
作为上述技术方案的改进，所述将报文的索引信息正序存储在该索引区域的步骤之前，使用优化算法对所述索引信息进行排序，得到索引信息映射表；
所述将报文的索引信息正序存储在该索引区域的步骤中，将排序后的索引信息映射表正序存储在所述索引区域中。所述优化算法至少包括哈希算法，所述映射表至少包括hash-map。
作为上述技术方案的改进，所述报文的其他部分信息还包含以下之一或其任意组合：
报文的访问点属性、报文传输物理或逻辑链路的质量码、报文传输物理或逻辑链路的类型。
作为上述技术方案的改进，在进行报文检索时，根据待检索报文的源点标识，找到对应的索引文件；
将待检索报文的时间戳与索引文件中各文件存储区域的起始时间戳、终止时间戳比较，找到时间相匹配的文件存储空间；
读取找到的文件存储空间的索引区域，根据待检索报文的时间戳对该索引区域中的索引信息进行二级查找，根据找到的索引信息定位报文的实际存储位置。
本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：将预留的文件存储区域划分为索引区域和数据区域；在进行报文存储时，从索引区域头部起，将报文的索引信息正序存储在该索引区域，从数据区域底部起，将报文的其他部分信息倒序存储在该数据区域；索引区域和数据区域的划分根据索引区域和数据区域中存储的数据量自动变化，从而不会浪费预留的索引区域的空间，在固定大小的文件存储区域中最高效率地进行报文存储，将空间利用率最大化，减少报文占用的存储空间。
保存各文件存储空间中存储的报文的起始时间戳和终止时间戳，使得在进行报文检索时，能够快速找到对应的文件存储空间，加快了报文的检索时间，处理时间更短。
可以使用优化算法对报文的索引信息进行排序，保存排序后的索引信息映射表，如hash-map，从而在进行报文检索时，能够根据时间戳快速定位对应的索引信息，进一步加快了报文的检索时间。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明一较佳实施方式的工业数据库报文存储方法流程图；
图2是本发明一较佳实施方式的工业数据库报文存储方法中单条报文存储格式示意图；
图3是本发明一较佳实施方式的工业数据库报文存储方法中数据文件存储格式示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
本发明一较佳实施方式涉及一种工业数据库报文存储方法。本实施方式中的工业报文一般至少包含BLOB报文数据、源点标识、时间戳三部分，还可选择性包含报文的访问点属性、报文传输物理或逻辑链路的质量码、报文传输物理或逻辑链路的类型等其他属性。
本实施方式中，将同一个源点标识的报文存储在一个文件存储区域中，即存储在一个数据文件中。在工业数据库中为不同源点标识分别预留对应的数据文件，根据希望存储的报文数量和预估的报文长度确定数据文件的大小，并将数据文件划分为索引区域和数据区域。在该数据文件存储满后，自动为该源点标识预留另一个数据文件，即一个源点标识可以对应多个数据文件。每个源点标识还包含一个唯一对应的索引文件，该索引文件可以以该源点标识命名，索引文件中包含该源点标识对应的所有数据文件的名称，以及每个数据文件中存储的报文的起始时间戳和终止时间戳，还可以包含各数据文件的索引状态等信息。
具体的报文存储流程如图1所示。
步骤101中，将报文缓存在内存中，将报文的发送源点标识、报文的时间戳进行字段独立划分，其余的属性部分将和报文数据归并为一个独立存储部分，不进行区分，如图2所示。对报文数据和其余属性进行压缩编码，如采用LZW(Lempel-Ziv-Welch)算法进行压缩编码。其压缩编码和逆向解析都由应用上层定义和实现。在报文缓存到一定数量后，存入工业数据库中。
步骤102中，根据报文的源点标识和时间戳区间找到数据库中对应的数据文件。
具体地说，首先根据源点标识找到对应的索引文件，一般索引文件名即为该源点标识，如[源点标识].pridx。之后读取索引文件中数据文件名称和对应的起始时间戳、终止时间戳(即时间戳区间)，将待存储的报文的时间戳区间与各数据文件所对应的时间戳区间相比较，寻找最接近待存储报文的时间戳区间的数据文件名称。在实际操作中，为了加快查找速度，可以采用几种常见的搜索算法，如二分法、哈希表和B、B+树等。
检索到对应的数据文件后，进入步骤103，判断该数据文件剩余空间是否大于待存储的报文所需空间，如果小于，则进入步骤104；如果大于则进入步骤107。
步骤104中，该源点标识当前对应的数据文件中已没有足够的空间存储报文，为该源点标识生成新的数据文件，该数据文件同样分为索引区域和数据区域。接着进入步骤105。
步骤105中，计算各报文的数据部分(包括报文数据和其他属性部分)在数据文件中的物理存储位置，将报文的物理存储位置和时间戳构成报文的索引信息。接着进入步骤106。
步骤106中，将内存中缓存的报文存储到该新数据文件中，从索引区域的头部起始，将报文的索引信息正序存储在该索引区域，从数据区域的底部起始，将报文的其他部分信息倒序存储在该数据区域，如图3所示。
其中，索引信息由报文的时间戳和其他部分信息在数据区域中的物理存储位置构成，报文其他部分信息即除源点标识和时间戳以外的信息，包含报文的访问点属性、报文传输物理或逻辑链路的质量码、报文传输物理或逻辑链路的类型等其他属性。
作为进一步改进，在将报文的索引信息存储在该索引区域之前，可以先在内存中使用优化算法(如哈希算法)对索引信息进行排序，形成对应的映射表(如hash-map)，将排序得到的索引信息映射表(如hash-map)存储到索引区域，以便在检索报文时能够快速定位索引信息。
报文存储之后，在该源点标识对应的索引文件中保存新的数据文件的名称、数据文件中存储的报文的起始时间戳、和终止时间戳。
步骤107中，当前的数据文件有足够的存储空间，确定该数据文件中数据区域当前存储位置，根据该存储位置计算各报文的数据部分(包括报文数据和其他属性部分)在数据文件中的物理存储位置，将报文的物理存储位置和时间戳构成报文的索引信息。接着进入步骤108。
步骤108中，按照该数据文件中索引区域和数据区域当前的存储位置，将报文的索引信息正序存储在该索引区域，将报文的其他部分信息倒序存储在该数据区域。并更新对应的索引文件中本数据文件的起始时间戳和终止时间戳。
同样，在将报文的索引信息存储在该索引区域之前，可以先在内存中使用优化算法(如哈希算法)对索引信息进行排序，形成对应的映射表(如hash-map)，将排序得到的索引信息映射表(如hash-map)存储到索引区域，以便在检索报文时能够快速定位索引信息。
综上所述，由于工业报文长度变化大，不可预测，在预留报文的存储空间时，经常会产生空间浪费，容易发生索引区域还有剩余空间而数据区域已满，或者数据区域还有空间而索引区域已满的情况。通过上述存储方式，索引区域和数据区域的数据量均由两头向数据文件中间部分增长，数据文件的中间部分为空白区域，索引区域和数据区域之间没有固定划分，从而可以根据所存储的报文需要，自动改变，从而不会因预留索引区域而产生存储空间浪费，且能保持数据的连续存储，便于快速读取。在待存储的报文数据量大于该数据文件中间空白部分时，停止将报文存储在该数据文件，从而在固定大小的文件存储区域中最高效率地进行报文存储，将空间利用率最大化，减少报文占用的存储空间。
并且，通过将属于相同源点标识的报文在同一个数据文件中，使得无需再保存每条报文对应的源点标识，节省了存储空间，在工业领域上千万条工业报文的情况下，明显提高了数据存储效率。
根据本实施方式的报文存储方法，在进行报文检索时，可以直接根据需要检索的报文的源点标识找到对应的索引文件。再将待检索报文的时间戳区间、与索引文件中各数据文件名称对应的起始时间戳和终止时间戳进行比较，找到包含待检索的时间戳区间的数据文件，在实际操作中，同样可以采用几种常见的搜索算法，如二分法、哈希表和B、B+树等。之后读取数据文件中的索引区域，从该索引区域进行二级查找，定位报文在该数据文件中的实际存储位置。在进行数据定位时，如果索引信息已通过优化算法进行排序，则可以根据排序后的映射表快速定位对应的索引信息，找到所需的报文，如可以采用hash-map等方式提高检索效率。通过上述存储方式，使得报文的检索更方便，处理时间更短。
虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (11)
1.一种工业数据库报文存储方法，其特征在于，包含以下步骤：
将预留的文件存储区域划分为索引区域和数据区域；
在进行报文存储时，从所述索引区域头部起，将报文的索引信息正序存储在该索引区域，从所述数据区域底部起，将报文的其他部分信息倒序存储在该数据区域；
所述索引区域和数据区域的划分根据所述索引区域和数据区域中存储的数据量自适应变化；
所述报文存储过程中，索引区域和数据区域的数据量均向所述文件存储区域中间部分增长，在待存储的报文数据量大于文件存储区域中间空白部分时，停止将所述报文存储在该文件存储区域，为所述报文的源点标识预留新的文件存储区域。
2.根据权利要求1所述的工业数据库报文存储方法，其特征在于，所述报文至少包含报文数据、源点标识、时间戳，所述其他部分信息至少包含报文数据部分。
3.根据权利要求2所述的工业数据库报文存储方法，其特征在于，所述报文的索引信息由所述报文的时间戳和所述其他部分信息在数据区域中的存储位置构成；
进行所述报文存储之前，还包含以下步骤：
根据所述文件存储区域中数据区域中当前数据存储位置，计算所述报文的其他部分信息在该数据区域中的存储位置，生成所述报文的索引信息。
4.根据权利要求2所述的工业数据库报文存储方法，其特征在于，
每个源点标识对应一个索引文件和至少一个文件存储空间，所述索引文件中保存该源点标识对应的各文件存储空间的指针；
属于同一个源点标识的报文存储在该源点标识对应的文件存储空间中。
5.根据权利要求4所述的工业数据库报文存储方法，其特征在于，所述文件存储空间的指针为该文件存储空间构成的数据文件名称。
6.根据权利要求4所述的工业数据库报文存储方法，其特征在于，
所述索引文件中还保存各文件存储空间存储的报文的起始时间戳和终止时间戳；
在存储报文前，将待存储的报文的时间戳与各文件存储空间当前对应的起始时间戳、终止时间戳相比较，寻找时间最接近的文件存储空间进行存储；
在存储报文后，更新所述索引文件中该文件存储空间的起始时间戳和终止时间戳。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的工业数据库报文存储方法，其特征在于，所述预留的文件存储区域大小由预估的报文长度和预计存储的报文数量决定。
8.根据权利要求1至6中任意一项所述的工业数据库报文存储方法，其特征在于，所述将报文的索引信息正序存储在该索引区域的步骤之前，使用优化算法对所述报文的索引信息进行排序，得到索引信息映射表；
所述将报文的索引信息正序存储在该索引区域的步骤中，将排序后的索引信息映射表正序存储在所述索引区域中。
9.根据权利要求8所述的工业数据库报文存储方法，其特征在于，所述优化算法至少包括哈希算法，所述映射表至少包括hash-map。
10.根据权利要求1至6中任意一项所述的工业数据库报文存储方法，其特征在于，所述报文的其他部分信息还包含以下之一或其任意组合：
报文的访问点属性、报文传输物理或逻辑链路的质量码、报文传输物理或逻辑链路的类型。
11.根据权利要求6所述的工业数据库报文存储方法，其特征在于，在进行报文检索时，根据待检索报文的源点标识，找到对应的索引文件；
将待检索报文的时间戳与索引文件中各文件存储区域的起始时间戳、终止时间戳比较，找到时间相匹配的文件存储空间；
读取找到的文件存储空间的索引区域，根据待检索报文的时间戳对该索引区域中的索引信息进行二级查找，根据找到的索引信息定位报文的实际存储位置。
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