CN103414788B - 一种基于层次对等网络的配电网数据处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于层次对等网络的配电网数据处理系统及方法，包括数据接入处理单元与数据汇聚处理单元；数据接入处理单元，用于对省公司数据服务器、地市公司数据服务器和县公司数据服务器的所有节点的组网，完成节点的加入和退出操作，并维护节点间通信所需的路由信息；数据汇聚处理单元，使用CAN协议对省公司数据服务器与地市公司数据服务器节点二次组网，完成节点的加入和退出操作，并维护节点间通信所需的路由功能。本发明利用层次对等网络的物理分布模式减弱智能配网监控平台数据处理对中心服务器的依赖性，同时层次对等网络的逻辑上的集中管理不会对现有配网数据处理表现方式造成很大的改变。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统信息管理及通信技术领域,尤其涉及一种基于层次对等网络的配电网数据处理系统及方法。
背景技术
按照山东省智能配网建设的总体目标，配电自动化系统将在全省17个地市级公司上线运行。需要建立智能配网监控平台对负责全省配电主站以及终端运行情况的统一监测与管理，但是随着配电自动化建设工作的推进，监控数据量越来越大。虽然将所有监控数据都上送到省公司集中存储便于统一管理，但是这样的处理方式会存在两方面的问题：
第一，加大省公司整体的网络负载。在带宽一定的情况下，集中的智能配网监控平台网络流量会大大消耗公司整体的网络带宽，给其他系统的数据访问造成影响；
第二，存在单点故障问题。集中的数据访问与存储会给省公司的应用服务器以及数据库服务器造成很大的通信量。作为数据通信的唯一出口，服务器的故障会直接导致整个应用系统的瘫痪。
因此，有必要建立专用的数据处理系统，适应配网自动化数据的存储与访问，保证智能配网工作的开展与平台运行。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种基于层次对等网络的配电网数据处理系统及方法，本发明利用层次对等网络的物理分布模式减弱智能配网监控平台数据处理对中心服务器的依赖性，同时层次对等网络的逻辑上的集中管理不会对现有配网数据处理表现方式造成很大的改变。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
一种基于层次对等网络的配电网数据处理系统，包括数据接入处理单元与数据汇聚处理单元；
所述数据接入处理单元，用于对省公司数据服务器、地市公司数据服务器和县公司数据服务器的所有节点组网，完成节点的加入和退出操作，并维护节点间通信所需的路由信息；
所述数据汇聚处理单元，使用CAN协议对省公司数据服务器与地市公司数据服务器节点二次组网，建立CAN空间网络，完成节点的加入和退出操作，并维护节点间通信所需的路由功能。
所述二次组网的方法是节点的CAN空间网络标识分为两维，每一维长度为nca/2。
所述数据接入处理单元的所有节点的各个节点使用Chord协议进行组建Chord环网；
所述数据接入处理单元的节点的Chord环网标识长度计算公式为：nch＝log2Nch，其中nch为Chord环网标识长度，Nch为Chord环网的节点数量。
所述数据汇聚处理单元的CAN空间网络标识长度计算公式为：nca＝log2Nca，其中nca为CAN空间网络标识长度，Nca为CAN空间网络的节点数量。
所述数据接入处理单元包括数据采集模块、接入路由模块和数据管理模块；
所述数据采集模块，用于完成配电自动化终端或者主站数据信息的采集，并对数据进行校验与特征值提取；
所述接入路由模块，用于维护接入路由模块的路由表信息，并根据交互信息的特征值，完成网络路径的选择，所述路由表信息包括叠加网内的邻居节点信息与超级节点信息，超级节点信息存储在超级节点内，超级节点为上层管理节点；
所述数据管理模块，用于完成节点间信息的接收及上传，并通过接入路由模块将信息在叠加网内进行发布，存储节点上所有的数据，数据包括节点维护的配网自动化监控信息；
所述数据汇聚处理单元，包括请求接收模块和汇聚路由模块；
所述请求接收模块，用于接收数据接入单元节点的路由请求，并将该请求发送至汇聚路由模块；
所述汇聚路由模块，用于维护汇聚路由模块的路由表信息，并根据交互信息的特征值，完成网络路径的选择，所述路由表信息包括叠加网内的邻居节点信息以及区域节点信息，区域节点信息存储在区域节点内，所述区域节点为负责管理区域内的节点。
一种基于层次对等网络的配电网数据处理方法，包括下列步骤：
步骤一：数据接入处理单元的节点发起数据处理请求，包括数据访问请求与数据存储请求；
步骤二：数据汇聚处理单元的节点接收数据处理请求，提取数据信息特征值，根据该特征值，利用CAN协议选择路由节点；
步骤三：数据接入处理单元的节点接收到返回的路由节点信息，利用Chord协议与定位目的节点，并与其交互完成数据处理；
步骤四：数据接入处理单元的节点更新路由表，包括超级节点地址与信息存储地址。
所述步骤二中的信息特征值的长度与CAN空间网络标识长度一致，选择路由节点的方法是：将信息特征值分为两维{d1,d2}，信息特征值与节点的CAN空间网络标识{D1,D2}匹配，如果{d1,d2}∈{D1,D2}，则查找管理空间返回路由节点的Chord环网标识信息，否则，计算两个维度的距离值{|D1-d1|,|D2-d2|}，并将请求发送到距离最小的维度邻居节点进行递归查询，结果返回，其中di为信息特征值数值，Di为节点CAN空间网络标识区间值，i为维数。
所述步骤三中的目的节点的定位方法是：查找本节点的路由表项，将请求发送到自身特征值最大且不大于路由节点Chord环网标识信息特征值的节点；路由表项的计算公式为：finger[k]＝first(successor(θnode+2k-1)mod2m)，
其中finger[k]为节点第k项路由表项值，0≤k≤m，k与m均为正整数；first(x)函数用于计算在chord环中给定节点的第一个后继信息值，x=successor(θnode+2k-1)mod2m，表示给定节点Chord环网标识信息特征值；successor函数用于计算节点n的第k个路由表项标识信息特征值，θnode表示给定节点node的标识信息值。
该系统的数据接入处理单元节点首先到数据汇聚单元进行选路操作，根据数据汇聚单元返回的信息获取地址进行数据处理操作，其中，数据汇聚单元是地市公司和省公司节点的二次组网，逻辑上不参与数据的处理。
本发明的有益效果：
本发明利用层次对等网络的物理分布模式减弱智能配网监控平台数据处理对中心服务器的依赖性，同时层次对等网络的逻辑上的集中管理不会对现有配网数据处理表现方式造成很大的改变。
附图说明
图1本发明应用场景的网络结构组成示意图；
图2本发明基于层次对等网络的配电网数据处理系统结构示意图；
图3本发明基于层次对等网络的配电网数据处理系统的操作方法的流程图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明进行详细说明：
如图1所示，本发明所涉及的一种基于层次对等网络的配电网数据处理系统该系统基于层次对等网络设计，包括接入层与汇聚层，接入层利用Chord协议组建对等网络，汇聚层利用CAN协议进行组网，接入层与汇聚层共同构成一个层次对等网络。接入层负责全部节点服务器的管理与信息交互，汇聚层对省公司与地市公司节点进行二次组网，且汇聚层节点被赋予更多的需要高资源协调的关键任务；汇聚层节点直接相连的同时，接入层节点也可直接联系，因此可以更好的处理实际汇聚层单点故障问题。
如图2所示，基于层次对等网络的配电网数据处理系统结构示意图，该系统包括数据接入处理单元与数据汇聚处理单元，其中：
数据接入处理单元，负责省公司数据服务器节点、地市公司数据服务器节点、县公司数据服务器节点等所有节点的组网，完成节点的加入和退出，并维护节点间通信所需的路由信息。数据接入处理单元包括三个模块：数据采集模块、接入路由模块、数据管理模块；其中：
数据采集模块，用于完成配电自动化终端或者主站数据信息的采集，并对数据进行校验与特征值提取；
接入路由模块，维护路由表信息，并根据交互信息的特征值，完成网络路径的选择；路由表内存储有叠加网内的邻居节点信息与超级节点信息；所述超级节点是该节点的上层管理节点；
数据管理模块，完成节点间信息的接收及上传，并通过接入路由模块将信息在叠加网内进行发布；存储节点上所有的数据，主要包括节点维护的配网自动化监控等信息。
所述数据汇聚处理单元是使用CAN协议对节点进行二次组网，完成数据接入处理单元节点的选路。包括两个模块：请求接收模块与汇聚路由模块；其中：
请求接收模块，用于接收数据接入单元节点的路由请求，并将该请求发送至汇聚路由模块；
汇聚路由模块，维护路由表信息，并根据交互信息的特征值，完成网络路径的选择；所述路由表内存储有叠加网内的邻居节点信息以及区域节点信息；所述区域节点为该节点负责管理区域内的节点。
如图3所示，基于层次对等网络的配电网数据处理系统的操作方法的流程图，其执行的操作步骤如下：
1.数据接入处理单元的数据采集模块接收操作请求，请求分为存储请求与访问请求，请求的发起方包括系统包括的所有节点与配电自动化终端设备；
2.判断请求类型，如果是存储请求，则将请求与数据发送到数据管理模块进行存储，否则将数据发送到接入路由模块；
3.数据管理模块接收到存储请求后完成数据的存储管理；判断数据是否为本地数据，如果是本地数据则整个数据处理流程完成；否则将数据备份请求发送到接入路由处理模块；
4.接入路由处理模块接收到数据处理请求信息，判断是否为连接请求，如果是连接请求则与目的节点进行路由连接，并完成数据处理；否则发起查询目的节点操作；
5.接入路由处理模块发起查询目的请求需要首先判断节点的超级节点是否可用，如果可用则将请求发送到超级节点，否则节点发起接入层路由查询，利用Chord协议进行目的节点定位，并返回结果；
6.超级节点请求接收模块接收路由请求，并发送请求到汇聚路由模块，汇聚路由模块利用CAN协议在汇聚层进行目的节点路由查询，并返回结果；
7.接入路由查理模块接收到返回的路由查询结果，完成数据的处理操作。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (9)
1.一种基于层次对等网络的配电网数据处理系统，其特征是，包括数据接入处理单元与数据汇聚处理单元；
所述数据接入处理单元，用于对省公司数据服务器、地市公司数据服务器和县公司数据服务器的所有节点组网，完成节点的加入和退出操作，并维护节点间通信所需的路由信息；
所述数据汇聚处理单元，使用CAN协议对省公司数据服务器与地市公司数据服务器节点二次组网，建立CAN空间网络，完成节点的加入和退出操作，并维护节点间通信所需的路由功能；
所述数据接入处理单元包括数据采集模块、接入路由模块和数据管理模块；
所述数据采集模块，用于完成配电自动化终端或者主站数据信息的采集，并对数据进行校验与特征值提取；
所述接入路由模块，用于维护接入路由模块的路由表信息，并根据交互信息的特征值，完成网络路径的选择，所述路由表信息包括叠加网内的邻居节点信息与超级节点信息，超级节点信息存储在超级节点内，超级节点为上层管理节点；
所述数据管理模块，用于完成节点间信息的接收及上传，并通过接入路由模块将信息在叠加网内进行发布，存储节点上所有的数据，数据包括节点维护的配网自动化监控信息。
2.如权利要求1所述的一种基于层次对等网络的配电网数据处理系统，其特征是，所述二次组网的方法是节点的CAN空间网络标识分为两维，每一维长度为nca/2。
3.如权利要求1所述的一种基于层次对等网络的配电网数据处理系统，其特征是，所述数据接入处理单元的所有节点的各个节点使用Chord协议进行组建Chord环网。
4.如权利要求1所述的一种基于层次对等网络的配电网数据处理系统，其特征是，所述数据接入处理单元的节点的Chord环网标识长度计算公式为：nch＝log2Nch，其中nch为Chord环网标识长度，Nch为Chord环网的节点数量。
5.如权利要求1所述的一种基于层次对等网络的配电网数据处理系统，其特征是，所述数据汇聚处理单元的CAN空间网络标识长度计算公式为：nca＝log2Nca，其中nca为CAN空间网络标识长度，Nca为CAN空间网络的节点数量。
6.如权利要求1所述的一种基于层次对等网络的配电网数据处理系统，其特征是，所述数据汇聚处理单元，包括请求接收模块和汇聚路由模块；
所述请求接收模块，用于接收数据接入单元节点的路由请求，并将该请求发送至汇聚路由模块；
所述汇聚路由模块，用于维护汇聚路由模块的路由表信息，并根据交互信息的特征值，完成网络路径的选择，所述路由表信息包括叠加网内的邻居节点信息以及区域节点信息，区域节点信息存储在区域节点内，所述区域节点为负责管理区域内的节点。
7.应用如权利要求1所述的一种基于层次对等网络的配电网数据处理系统的配电网数据处理方法，其特征是，包括下列步骤：
步骤一：数据接入处理单元的节点发起数据处理请求，包括数据访问请求与数据存储请求；
步骤二：数据汇聚处理单元的节点接收数据处理请求，提取数据信息特征值，根据该特征值，利用CAN协议选择路由节点；
步骤三：数据接入处理单元的节点接收到返回的路由节点信息，利用Chord协议与定位目的节点，并与其交互完成数据处理；
步骤四：数据接入处理单元的节点更新路由表，包括超级节点地址与信息存储地址。
8.如权利要求7所述的一种基于层次对等网络的配电网数据处理系统的配电网数据处理方法，其特征是，所述步骤二中的信息特征值的长度与CAN空间网络标识长度一致，选择路由节点的方法是：将信息特征值分为两维{d1,d2}，信息特征值与节点的CAN空间网络标识{D1,D2}匹配，如果{d1,d2}∈{D1,D2}，则查找管理空间返回路由节点的Chord环网标识信息，否则，计算两个维度的距离值{|D1-d1|,|D2-d2|}，并将请求发送到距离最小的维度邻居节点进行递归查询，结果返回，其中di为信息特征值数值，Di为节点CAN空间网络标识区间值，i为维数。
9.如权利要求7所述的一种基于层次对等网络的配电网数据处理系统的配电网数据处理方法，其特征是，所述步骤三中的目的节点的定位方法是：查找本节点的路由表项，将请求发送到自身特征值最大且不大于路由节点Chord环网标识信息特征值的节点；路由表项的计算公式为：finger[k]＝first(successor(θnode+2k-1)mod2m)，
其中finger[k]为节点第k项路由表项值，0≤k≤m，k与m均为正整数；first(x)函数用于计算在chord环中给定节点的第一个后继信息值，x＝successor(θnode+2k-1)mod2m，表示给定节点Chord环网标识信息特征值；successor函数用于计算节点n的第k个路由表项标识信息特征值，θnode表示给定节点node的标识信息值。
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