CN103955415B - 一种具备n-3容故障性的智能电网大数据储存系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具备N-3容故障性的智能电网大数据储存系统，该系统包括控制管理单元，控制管理单元分别与依次连接的智能电网数据块预处理单元、Golay码编码器、串/并变换器、输入缓存器、存储媒介阵列、输出缓存器、并/串变换器、Golay码译码器和智能电网数据块后处理单元相连。该系统采用纠删编码技术，允许同时发生任意≤3个存储媒介故障(即N-3)，满足N-3容故障性，解决智能电网数据储存系统存储容量、容故障能力和扩展性三者均衡优化问题，保护数据安全，且具有一定的私密性，以推进智能电网的建设和发展。
Description
技术领域
本发明应用于电力行业的系统，具体涉及一种具备N-3容故障性的智能电网大数据储存系统。
背景技术
随着现代社会工业化、信息化水平的不断提高，数据已经取代计算成为了信息计算的中心，云计算、大数据正在成为一种趋势和潮流。进而促使对存储技术的需求越来越高，包括存储容量、可用性、I/O性能、数据安全性、可扩展性等诸多方面。
建设智能电网是国际电力工业积极应对未来挑战的共同选择，智能电网数据储存系统相当于电网的神经中枢大脑。其存储媒介单元故障，造成数据丢失，将直接影响发电、输电、变电、配电、用电、调度系统的安全、平稳、可靠地运行。智能电网数据储存系统中存储媒介单元的故障率相对较高，面临N-3挑战。
大数据(BigData)，指的是所涉及的资料量规模巨大到无法透过目前主流软件工具，在合理时间内达到撷取、管理、处理、并整理成为帮助企业经营决策更积极目的的资讯。从体量特征和技术范畴来讲，电力大数据则是大数据在电力行业的聚焦和子集。电力大数据的特征可以概括为4“V”3“E”。其中4“V”特征分别是体量大(Volume)、类型多(Variety)、商业价值高(Value)和速度快(Velocity)，3“E”特征分别是电力特征(Electricity)、能量特征(Energy)、交互特征(Exchange)。
大数据是“未来的新石油”，大数据是待挖掘的“金矿”，大数据被誉为“第三次工业革命浪潮的华彩乐章”的根本。电力大数据将贯穿电力工业生产及管理等环节，将起到巨大的作用，是电力工业未来有效应对资源有限、环境压力等问题，实现厚积厚发、绿色可持续性发展的关键。智能电网大数据储存系统面临容故障能力和扩展性挑战。
对比目前的数据储存系统，采用镜像(Mirroring)技术仅具备N-1容故障性(存储媒介单元中允许同时发生任意≤1个存储媒介单元故障)，且可用容量仅50％；采用数据条带(DataStripping)和数据奇偶校验(Dataodd-evenparity)技术仅具备N-2容故障性(存储媒介单元中允许同时发生任意≤2个存储媒介单元故障)。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种具备N-3容故障性的智能电网大数据储存系统，采用纠删编码技术，允许同时发生任意≤3个存储媒介故障(即N-3)，满足N-3容故障性，解决智能电网数据储存系统存储容量、容故障能力和扩展性均衡优化问题，保护数据安全，且保证数据具有一定的私密性，以推进智能电网的建设和发展。
实现上述目的所采用的解决方案为：
一种具备N-3容故障性的智能电网大数据储存系统，其改进之处在于：所述系统包括依次连接的智能电网数据块预处理单元、Golay码编码器、串/并变换器、输入缓存器、存储媒介阵列、输出缓存器、并/串变换器、Golay码译码器和智能电网数据块后处理单元；
控制管理单元分别与所述智能电网数据块预处理单元、Golay码编码器、串/并变换器、输入缓存器、存储媒介阵列、输出缓存器、并/串变换器、Golay码译码器和智能电网数据块后处理单元连接。
进一步的，所述控制管理单元为所述智能电网数据块预处理单元、Golay码编码器、串/并变换器、输入缓存器、存储媒介阵列、输出缓存器、并/串变换器、Golay码译码器、智能电网数据块后处理单元提供时钟信号；
写入所述数据储存系统的过程中，保证扩展Golay码的24bits信息经过所述串/并变换器分别写入24路并行的输入缓存器，每路并行的输入缓存器够8bits后，写入对应的磁盘存储阵列，所述扩展Golay码的码长n＝24bits，信息位k＝12bits，所述扩展Golay码的最小汉明距离dmin＝8；
读出所述数据储存系统的过程中，保证24列a行的磁盘存储阵列每列各读出1个字节，a为正整数；分别给对应的24路并行的输出缓存器，24路并行的输出缓存器同时输出24bits的信息给并/串变换器，经过Golay码译码器输出12bits的数据信息。
进一步的，所述智能电网数据块预处理单元用于对待处理的所述智能电网数据块以字节为单位进行预处理，使之变成12bytes的整倍数；
所述预处理方法包括：将待处理的智能电网数据块除以12bytes，获得余数为c；若c＝0，则所述智能电网数据块尾部不添加“0”；
若c≠0，则待存储的所述智能电网数据块在尾部添加(12-c)bytes的“0”。
进一步的，所述Golay码编码器和所述Golay码译码器处理智能电网数据，均采用扩展形式Golay码，所述扩展Golay码的码长n＝24bits，信息位k＝12bits，所述扩展Golay码的最小汉明距离dmin＝8；
所述Golay码编码器为将12bits的数据信息编码为24bits的扩展Golay码的编码器，用于将12bits数据消息变换成24bits码元的码字；
所述Golay码译码器为将24bits的扩展Golay码译码为12bits的数据信息的译码器，用于将24bits码元的码字变换成12bits数据消息。
进一步的，所述串/并变换器为将1路串行信息变换为24路并行信息的变换器；
所述并/串变换器将24路并行信息变换为1路串行信息。
进一步的，所述输入缓存器和所述输出缓存器均为24路并行的先进先出缓存器。
进一步的，所述存储媒介阵列为24列a行的存储媒介阵列，a为正整数；
所述存储媒介阵列中的存储媒介为相同结构的存储单元，构成24×a的存储媒介阵列，a为正整数；
所述存储媒介阵列中的每个存储媒介的容量相同。
进一步的，所述存储单元包括相同或不同大小的磁盘、硬盘、磁带和/或光盘。
进一步的，所述智能电网数据块后处理单元进行后处理；
所述后处理方法包括：检测所述智能电网数据块的尾部，以字节为单位，1byte＝8bits，若其尾部有连续(12-c)bytes的0，则删除所述连续(12-c)bytes的“0”；
若所述尾部无连续(12-c)bytes的“0”，则不做删除处理；
所述c取1～11任一整数，对应同一所述智能电网数据块，与所述智能电网数据块预处理单元中对应的c取值相同。
进一步的，所述智能电网数据块预处理单元、智能电网数据块后处理单元、控制管理单元的芯片采用ARM926EJ-S或ARMCortexTM-A8处理器；
所述Golay码编码器和Golay码译码器的芯片采用FPGA芯片EP2C70F672C6；
所述1串/24并变换器和输入缓存器的芯片采用SN74ACT3631512x36同步FIFO存储器；
所述输出缓存器和24并/1串变换器的芯片采用SN74ACT3631512x36同步FIFO存储器。
所述存储媒介阵列采用48块单个容量为2TB转速为7200rpm的温彻斯特式硬盘、120块单个容量为10TB磁盘、72块单个容量为600GB转速为4200rpm的温彻斯特式硬盘或24个LTO5磁带驱动器或24个DVD-5或DVD-9或蓝光光盘读写驱动器。
进一步的，所述智能电网数据块预处理单元、Golay码编码器、串/并变换器、输入缓存器、存储媒介阵列、输出缓存器、并/串变换器、Golay码译码器、智能电网数据块后处理单元和所述控制管理单元通过通信传输系统连接；
所述智能电网数据块预处理单元、Golay码编码器、串/并变换器和输入缓存器共同部署在一处，所述存储媒介阵列部署在一处，所述输出缓存器、并/串变换器、Golay码译码器和智能电网数据块后处理单元共同部署在一处，所述控制管理单元部署在一处。
进一步的，所述大数据储存系统具有存储容量的扩展性，24列a行的存储媒介阵列结构能整行扩展，a为正整数，仍然能够保持N-3的容故障性。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的储存系统包括：智能电网数据块预处理单元、Golay码编码器、串/并变换器、输入缓存器、存储媒介阵列、输出缓存器、并/串变换器、Golay码译码器、智能电网数据块后处理单元、控制管理单元，将多个容量较小、相对廉价的存储媒介(例如磁盘/含硬盘、磁带或光盘)进行有机组合，从而以较低的成本获得与昂贵大容量存储媒介相当的容量、性能和可靠性，并使用的纠删编码技术，允许同时发生任意≤3个存储媒介故障(即N-3)，解决智能电网数据储存系统存储容量、容故障能力和扩展性均衡优化问题，以推进智能电网的建设和发展。
2、本发明提供的储存系统通过智能电网数据块预处理单元、Golay码编码器、串/并变换器、输入缓存器、存储媒介阵列、输出缓存器、并/串变换器、Golay码译码器、智能电网数据块后处理单元和控制管理单元的完成对数据的处理，显著改进目前智能电网数据储存系统的容故障能力和扩展性，具备N-3容故障性。
3、本发明提供的储存系统，以磁盘(含硬盘)、磁带或光盘为存储媒介单元，组成24列a行的存储媒介阵列，a为正整数，每一行的24个存储媒介单元中允许同时发生任意≤3个存储媒介单元故障(即N-3)，且a行允许同时发生≤3a个存储媒介单元故障，而不会发生数据丢失事件，且可用容量近50％，进而保证数据储存系统正常工作；针对智能电网数据储存系统，保持和恢复设备的运行力度，减少事故发生，降低经济损失，优化运行维护资源。
对比目前的数据储存系统，采用镜像(Mirroring)技术仅具备N-1容故障性(存储媒介单元中允许同时发生任意≤1个存储媒介单元故障)，且可用容量仅50％；采用数据条带(DataStripping)和数据校验(Dataparity)技术仅具备N-2容故障性(存储媒介单元中允许同时发生任意≤2个存储媒介单元故障)。
4、本发明提供的储存系统，其应用场景举例，以某省电网变电站视频监控系统联网共享文件存储系统、某省用电信息采集系统主站数据存储系统、某水力发电厂业务数据备份系统、省级电力计量中心生产调度平台重要数据备份系统为例进行本发明的详细说明，证明本发明具有广泛的适用性和很高的实用性，并能产生积极效果。
5、本发明提供的储存系统，能抵御智能电网数据储存系统多个存储媒介单元故障，进而保障和提高电力系统的安全、平稳、可靠地运行。因为智能电网数据储存系统相当于电网的神经中枢大脑。其存储媒介单元故障，造成数据丢失，将直接影响发电、输电、变电、配电、用电、调度系统的安全、平稳、可靠地运行。
6、本发明提供的储存系统中存储媒介单元的故障率相对较高，应用本发明提供的具备N-3容故障性的智能电网数据储存系统，能抵御智能电网数据储存系统多个存储媒介单元故障，进而降低智能电网的故障率，提高电力系统的供电可靠性，减小用户停电时间，更好地为和谐社会服务。
7、本发明提供的储存系统，使可用存储容量、容故障能力和扩展性三者均衡优化，保障数据储存系统的大容量、高性能和高可靠性，具有显著的经济效益和良好的推广应用价值。
8、本发明提供的储存系统，存储在磁盘(含硬盘)、磁带或光盘中的智能电网数据，具有一定的私密性，需经过扩展形式Golay码[24，12，8]编译码，才能正确识读。
9、本发明提供的储存系统的各单元通过通信传输系统的连接，能够部署在相同或不同的地理位置；所述智能电网数据块预处理单元、Golay码编码器、串/并变换器和输入缓存器一起部署在一处，所述存储媒介阵列部署在一处，所述输出缓存器、并/串变换器、Golay码译码器和智能电网数据块后处理单元一起部署在一处，所述控制管理单元部署在一处。
例如，所述智能电网数据块预处理单元、Golay码编码器、串/并变换器和输入缓存器、输出缓存器、并/串变换器、Golay码译码器和智能电网数据块后处理单元、控制管理单元一起部署在一处，所述存储媒介阵列部署在另一处，其间通过通信传输系统的连接，就能实现远端云存储功能。
10、本发明提供的大数据储存系统，具有存储容量的扩展性，24列a行(a为正整数)的存储媒介阵列结构能整行扩展，仍然能够保持N-3的容故障性。
附图说明
图1为具备N-3容故障性的智能电网大数据储存系统的处理流程图；
图2为24列a行的存储媒介阵列结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
如图1所示，图1为具备N-3容故障性的智能电网大数据储存系统的处理流程图，该智能电网大数据储存系统包括依次连接的智能电网数据块预处理单元、Golay码编码器、串/并变换器、输入缓存器、存储媒介阵列、输出缓存器、并/串变换器、Golay码译码器和智能电网数据块后处理单元；
智能电网数据块预处理单元、Golay码编码器、串/并变换器、输入缓存器、存储媒介阵列、输出缓存器、并/串变换器、Golay码译码器和智能电网数据块后处理单元分别与控制管理单元连接。
控制管理单元为所述智能电网数据块预处理单元、Golay码编码器、串/并变换器、输入缓存器、存储媒介阵列、输出缓存器、并/串变换器、Golay码译码器、读出的智能电网数据块后处理单元提供时钟信号；
写入所述数据储存系统的过程中，保证扩展Golay码[24，12，8]的24bits信息经过所述串/并变换器分别写入24路并行的输入缓存器，每路并行的输入缓存器够8bits后，1byte＝8bits，写入对应的磁盘存储阵列；
读出所述数据储存系统的过程中，保证24列a行的磁盘存储阵列每列各读出8bits的1个字节，a为正整数；分别给对应的24路并行的输出缓存器，24路并行的输出缓存器同时输出24bits的信息给并/串变换器，经过Golay码译码器输出12bits的数据信息。
智能电网数据块预处理单元用于对待处理的所述智能电网数据块以字节为单位进行预处理。
预处理方法包括：将待处理的智能电网数据块除以12bytes，获得余数为c；若c＝0，则所述智能电网数据尾部不添加“0”；若c≠0，则待存储的所述智能电网数据在尾部添加(12-c)bytes的“0”。
Golay码编码器处理智能电网数据，采用扩展形式Golay码[24，12，8]，码长为24bits，信息位为12bits，码距为8；所述Golay码编码器将12bits的数据信息，编码为24bits的扩展Golay码[24，12，8]。
Golay码编码器为将12bits的数据信息编码为24bits的扩展Golay码[24，12，8]的编码器；所述Golay码译码器为将24bits的扩展Golay码[24，12，8]译码为12bits的数据信息的译码器。
串/并变换器为将1路串行信息变换为24路并行信息的变换器；并/串变换器将24路并行信息变换为1路串行信息。
输入缓存器和输出缓存器均为24路并行的先进先出缓存器，1byte＝8bits。
存储媒介阵列为24列a行的存储媒介阵列，a为正整数；存储媒介阵列中的存储媒介包括多个存储单元，构成24×a的磁盘存储阵列。
存储单元包括相同或不同大小的磁盘(600GB、1TB、2TB、10TB等磁盘)、硬盘、磁盘驱动器和/或DVD光盘读写驱动器。
智能电网数据块后处理单元读出所述智能电网数据块，进行后处理。
后处理方法包括：获得所述智能电网数据块的尾部，若其尾部有连续(12-c)bytes的0，则删除所述连续(12-c)bytes的“0”；若所述尾部无连续(12-c)bytes的“0”，则不做删除处理。所述c取1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或11，对应同一所述智能电网数据块，与所述智能电网数据块预处理单元中对应的c取值相同。
在系统部署上来说，本发明提供的储存系统的智能电网数据块预处理单元、Golay码编码器、串/并变换器、输入缓存器、存储媒介阵列、输出缓存器、并/串变换器、Golay码译码器、智能电网数据块后处理单元和控制管理单元通过通信传输系统的连接，能够部署在相同或不同的地理位置。但所述智能电网数据块预处理单元、Golay码编码器、串/并变换器和输入缓存器必须一起部署在一处，所述存储媒介阵列可部署在一处，所述输出缓存器、并/串变换器、Golay码译码器和智能电网数据块后处理单元必须一起部署在一处，所述控制管理单元可部署在一处。
例如，所述智能电网数据块预处理单元、Golay码编码器、串/并变换器和输入缓存器、输出缓存器、并/串变换器、Golay码译码器和智能电网数据块后处理单元、控制管理单元一起部署在一处，所述存储媒介阵列部署在另一处，其间通过通信传输系统的连接，就能实现远端云存储功能。
本发明的大数据储存系统，将多个容量较小、相对廉价的磁盘进行有机组合，从而以较低的成本获得与昂贵大容量存储媒介相当的容量、性能和可靠性，并使用的纠删编码技术，允许同时发生3个存储媒介故障，即具有N-3安全性，满足N-3容故障性。
所述N-3表示大数据储存系统允许同时发生任意≤3个存储媒介故障。
能解决目前存储媒介单元的故障率相对较高、存储媒介单元故障会造成数据丢失、面临N-3安全性挑战等问题。能实质性地显著改进目前智能电网大数据储存系统的容故障能力和扩展性，具备N-3容故障性。
以下分别提供以某省电网变电站视频监控系统联网共享文件存储系统、某省用电信息采集系统主站数据存储系统、某水力发电厂业务数据备份系统、省级电力计量中心生产调度平台重要数据备份系统的实施例做详细说明。
本发明提供的系统能解决目前智能电网数据储存系统无法抵御多个存储媒介单元故障问题，使可用存储容量、容故障能力和扩展性三者均衡优化，保障数据储存系统的大容量、高性能和高可靠性，减少故障的影响，降低经济损失，优化运行维护资源，提高检修效率和运行可靠性。
1、某省电网变电站视频监控系统联网共享文件存储系统
某省电网变电站视频监控系统涉及所辖61座变电站视频监控，由子站、总站两大系统构成，系统通过后台控制、前端信号采集处理、信号汇总、传输等四项程序操作，对变电站的电力设备、运行值班、检修维护等情况进行远程实时监控，并通过SDH系统网络将各变电站现场情况远传到项目监管部门，可实时了解现场，做到零距离掌控。
该系统同时具备防火、防盗报警功能，报警时可联动摄像机进行图像抓拍、录像、联动手机短信发送报警信息，及时通知相关管理人员。该系统还支持门禁管理系统，确保人员出入有记录，通过监控中心远程实现对变电站进行开关门，远程查看门禁信息日志，为处置各类突发事件时提供了实时、直观的现场及相关图像服务，在发生事故时可以第一时间对现场设备进行概况巡视，填补操作队伍到达现场时间长的空缺。特别是在一些恶劣天气发生时，监控班可以迅速的查看现场设备覆冰和积雪情况，及时发现缺陷。提升了管理效率和水平。
本实施例中，系统包括：智能电网数据块预处理单元、Golay码编码器、串/并变换器、输入缓存器、存储媒介阵列、输出缓存器、并/串变换器、Golay码译码器、智能电网数据块后处理单元、控制管理单元。
所述智能电网数据块预处理单元，将待存储的智能电网数据块(以1byte＝8bits)除以12bytes余数为c，若c＝0，则不需要添加0；若c≠0，即c取1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或11，则待存储的智能电网数据在尾部添加(12-c)bytes的“0”。
所述Golay码编码器采用扩展形式Golay码[24，12，8]，码长为24bits，信息位为12bits，码距为8；所述Golay码编码器将12bits的数据信息，编码为24bits的扩展Golay码[24，12，8]。
所述串/并变换器将1路串行信息变换为24路并行信息。
所述输入缓存器为24路并行的先进先出缓存器，1byte＝8bits。
所述存储媒介阵列为24列a行的存储媒介阵列，a＝2。
所述存储媒介阵列中的存储媒介为2TB磁盘48块，构成24×2＝48的磁盘存储阵列。
所述输出缓存器为24路并行的先进先出缓存器，1byte＝8bits。
所述并/串变换器将24路并行信息变换为1路串行信息。
所述Golay码译码器将24bits的扩展Golay码[24，12，8]，译码为12bits的数据信息。
所述智能电网数据块后处理单元，检测智能电网数据块的尾部，若其尾部有连续(12-c)bytes的“0”，即c取1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或11，则删除该连续(12-c)bytes的“0”；若其尾部无连续(12-c)bytes的“0”，则不做删除处理。
所述控制管理单元控制和管理智能电网数据块预处理单元、Golay码编码器、串/并变换器、输入缓存器、存储媒介阵列、输出缓存器、并/串变换器、Golay码译码器、智能电网数据块后处理单元。
所述控制管理单元为智能电网数据块预处理单元、Golay码编码器、串/并变换器、输入缓存器、存储媒介阵列、输出缓存器、并/串变换器、Golay码译码器、智能电网数据块后处理单元提供时钟信号；写入数据储存系统的过程中，保证扩展Golay码[24，12，8]的24bits信息经过串/并变换器分别写入24路并行的输入缓存器，每路并行的输入缓存器够8bits后，写入对应的磁盘存储阵列；读出数据储存系统的过程中，保证24列a(即a＝2)行的磁盘存储阵列每列各读出，1byte＝8bits，分别给对应的24路并行的输出缓存器，24路并行的输出缓存器同时输出24bits的信息给并/串变换器，经过Golay码译码器输出12bits的数据信息。
所述智能电网数据块预处理单元、智能电网数据块后处理单元、控制管理单元的具体实施方式举例采用ARM926EJ-S或ARMCortexTM-A8处理器。
所述Golay码编码器和Golay码译码器的采用FPGA芯片EP2C70F672C6。
所述1串/24并变换器和输入缓存器的采用SN74ACT3631512x36同步FIFO存储器。
所述输出缓存器和24并/1串变换器的采用SN74ACT3631512x36同步FIFO存储器。
所述存储媒介阵列的采用单个容量为2TB转速为7200rpm的温彻斯特式硬盘48块。
本实施例中，以2TB磁盘为存储媒介单元，组成24列2行的存储媒介阵列(即2TB磁盘48块)，每一行的24个存储媒介单元中允许同时发生任意≤3个存储媒介单元故障(即N-3)，且a＝2行允许同时发生≤3a＝6个存储媒介单元(即每行≤3块、2行≤6块，极端情况：2TB磁盘6块)故障，而不会发生数据丢失事件，且可用容量近50％，进而保证数据储存系统正常工作。针对智能电网数据储存系统，其创造性体现在以下方面，保持和恢复设备的运行力度，减少事故发生，降低经济损失，优化运行维护资源。
本发明提供的储存系统，具有存储容量的扩展性，24列a行的存储媒介阵列结构能整行扩展。实际需要存储容量的扩展时，在本实施例的基础上，以10TB磁盘为存储媒介单元，组成24列5行的存储媒介阵列(即10TB磁盘120块)，能增加存储容量1200TB。且仍然能够保持N-3的容故障性，即每一行的24个存储媒介单元中允许同时发生任意≤3个存储媒介单元故障(即N-3)，且a＝(2+5)行允许同时发生≤3a＝21个存储媒介单元(即每行≤3块、2TB磁盘2行≤6块、10TB磁盘5行≤15块，极端情况：2TB磁盘6块、10TB磁盘15块)故障，而不会发生数据丢失事件，且可用容量近50％，进而保证数据储存系统正常工作。
2、某省用电信息采集系统主站数据存储系统
某省用电信息采集系统实现了对专变、公变、地方电厂和变电站的电能信息采集、处理和实时监控，具有电量、负荷、电能质量、预购电、运行监测等基本功能，同时具有四分线损分析、数据异常分析、SIM卡管理、有序用电、计量故障监测等五大特色功能。在自动化抄表、线损实时统计、防窃电等电力营销业务领域的强大功能，为电力营销工作提供坚强技术支撑。其主站数据存储系统，在用电客户资料管理、远程停复电，电费回收方面发挥着积极重要作用，
本实施例中，系统包括：智能电网数据块预处理单元、Golay码编码器、串/并变换器、输入缓存器、存储媒介阵列、输出缓存器、并/串变换器、Golay码译码器、智能电网数据块后处理单元、控制管理单元。
所述智能电网数据块预处理单元，将待存储的智能电网数据块(以8bits为1byte)除以12bytes余数为c，若c＝0，则不需要添加0；若c≠0，即c取1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或11，则待存储的智能电网数据在尾部添加(12-c)bytes的“0”。
所述Golay码编码器采用扩展形式Golay码[24，12，8]，码长为24bits，信息位为12bits，码距为8；所述Golay码编码器将12bits的数据信息，编码为24bits的扩展Golay码[24，12，8]。
所述串/并变换器将1路串行信息变换为24路并行信息。
所述输入缓存器为24路并行的先进先出缓存器，每8bits为1个字节。
所述存储媒介阵列为24列a行的存储媒介阵列，a＝3。
所述存储媒介阵列中的存储媒介为72块600GB磁盘，构成24×3＝72的磁盘存储阵列。
所述输出缓存器为24路并行的先进先出缓存器，每1个字节为8bits。
所述并/串变换器将24路并行信息变换为1路串行信息。
所述Golay码译码器将24bits的扩展Golay码[24，12，8]，译码为12bits的数据信息。
所述智能电网数据块后处理单元，检测智能电网数据块的尾部，若其尾部有连续(12-c)bytes的“0”，即c取1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或11，则删除该连续(12-c)bytes的“0”；若其尾部无连续(12-c)bytes的“0”，则不做删除处理。
所述控制管理单元控制和管理智能电网数据块预处理单元、Golay码编码器、串/并变换器、输入缓存器、存储媒介阵列、输出缓存器、并/串变换器、Golay码译码器、智能电网数据块后处理单元。
所述控制管理单元为智能电网数据块预处理单元、Golay码编码器、串/并变换器、输入缓存器、存储媒介阵列、输出缓存器、并/串变换器、Golay码译码器、智能电网数据块后处理单元提供时钟信号；写入数据储存系统的过程中，保证扩展Golay码[24，12，8]的24bits信息经过串/并变换器分别写入24路并行的输入缓存器，每路并行的输入缓存器够8bits后，写入对应的磁盘存储阵列；读出数据储存系统的过程中，保证24列3行的磁盘存储阵列每列各读出8bits的1个字节，分别给对应的24路并行的输出缓存器，24路并行的输出缓存器同时输出24bits的信息给并/串变换器，经过Golay码译码器输出12bits的数据信息。
所述智能电网数据块预处理单元、智能电网数据块后处理单元、控制管理单元的具体实施方式举例采用ARM926EJ-S或ARMCortexTM-A8处理器。
所述Golay码编码器和Golay码译码器的具体实施方式举例采用FPGA芯片EP2C70F672C6。
所述1串/24并变换器和输入缓存器的采用SN74ACT3631512x36同步FIFO存储器。
所述输出缓存器和24并/1串变换器的采用SN74ACT3631512x36同步FIFO存储器。
所述存储媒介阵列的采用单个容量为600GB转速为4200rpm的温彻斯特式硬盘72块。
本实施例中，以600GB磁盘为存储媒介单元，组成24列3行的存储媒介阵列(即600GB磁盘72块，每一行的24个存储媒介单元中允许同时发生任意≤3个存储媒介单元故障(即N-3)，且a＝3行允许同时发生≤3a＝9个存储媒介单元(即每行≤3块、3行≤9块，极端情况：600GB磁盘9块)故障，而不会发生数据丢失事件，且可用容量近50％，进而保证数据储存系统正常工作。针对智能电网数据储存系统，其创造性体现在以下方面，保持和恢复设备的运行力度，减少事故发生，降低经济损失，优化运行维护资源。
当实施远端云存储时，所述智能电网数据块预处理单元、Golay码编码器、串/并变换器和输入缓存器、输出缓存器、并/串变换器、Golay码译码器和智能电网数据块后处理单元、控制管理单元一起部署在一处，所述存储媒介阵列(即600GB磁盘72块，组成24列3行的存储媒介阵列)部署在另一处，其间通过通信传输系统的连接，就能实现远端云存储功能。
3、某水力发电厂业务数据备份系统
某水力发电厂常年担负着某大区电网的调峰、调频及事故备用任务，同时，还兼有流域防洪、航运、灌溉、城市供水、旅游、水产等功能。其业务数据涉及保护、测控、监视、通信、自动控制、联锁联动、可编程控制、故障分析和运行管理等功能。其业务数据备份系统是水雨情自动测报、计算机监控、闸门自动化、大坝监测自动化以及财务、人力资源、物资管理和运行两票、值班记录、设备缺陷管理实现系统一体化的关键，其地位非常重要。
本实施例中将多个磁带驱动器进行有机组合，从而以较低的成本获得与昂贵大容量存储媒介相当的容量、性能和可靠性，并使用的纠删编码技术，允许同时发生3个存储媒介故障(即N-3)。
本实施例中，系统包括：智能电网数据块预处理单元、Golay码编码器、串/并变换器、输入缓存器、存储媒介阵列、输出缓存器、并/串变换器、Golay码译码器、智能电网数据块后处理单元、控制管理单元。
所述智能电网数据块预处理单元，待存储的智能电网数据块(以1byte＝8bits)除以12bytes余数为c，若c＝0，则不需要添加0；若c≠0，即c取1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或11，则待存储的智能电网数据在尾部添加(12-c)bytes的“0”。
所述Golay码编码器采用扩展形式Golay码[24，12，8]，码长为24bits，信息位为12bits，码距为8；所述Golay码编码器将12bits的数据信息，编码为24bits的扩展Golay码[24，12，8]。
所述串/并变换器将1路串行信息变换为24路并行信息。
所述输入缓存器为24路并行的先进先出缓存器，1byte＝8bits。
所述存储媒介阵列为24列a行的存储媒介阵列，a＝1。
所述存储媒介阵列中的存储媒介为LTO5磁带驱动器24个，构成24×1＝24的磁带存储阵列。
所述输出缓存器为24路并行的先进先出缓存器，每1个字节为8bits。
所述并/串变换器将24路并行信息变换为1路串行信息。
所述Golay码译码器将24bits的扩展Golay码[24，12，8]，译码为12bits的数据信息。
所述智能电网数据块后处理单元，检测智能电网数据块的尾部，若其尾部有连续(12-c)bytes的“0”，即c取1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或11，则删除该连续(12-c)bytes的“0”；若其尾部无连续(12-c)bytes的“0”，则不做删除处理。
所述控制管理单元控制和管理智能电网数据块预处理单元、Golay码编码器、串/并变换器、输入缓存器、存储媒介阵列、输出缓存器、并/串变换器、Golay码译码器、智能电网数据块后处理单元。
所述控制管理单元为智能电网数据块预处理单元、Golay码编码器、串/并变换器、输入缓存器、存储媒介阵列、输出缓存器、并/串变换器、Golay码译码器、智能电网数据块后处理单元提供时钟信号；写入数据储存系统的过程中，保证扩展Golay码[24，12，8]的24bits信息经过串/并变换器分别写入24路并行的输入缓存器，每路并行的输入缓存器够8bits后，1byte＝8bits，写入对应的磁带存储阵列；读出数据储存系统的过程中，保证24列a(即a＝1)行的磁带存储阵列每列各读出，1byte＝8bits，分别给对应的24路并行的输出缓存器，24路并行的输出缓存器同时输出24bits的信息给并/串变换器，经过Golay码译码器输出12bits的数据信息。
所述智能电网数据块预处理单元、智能电网数据块后处理单元、控制管理单元的具体实施方式举例采用ARM926EJ-S或ARMCortexTM-A8处理器。
所述Golay码编码器和Golay码译码器的具体实施方式举例采用FPGA芯片EP2C70F672C6。
所述1串/24并变换器和输入缓存器的采用SN74ACT3631512x36同步FIFO存储器。
所述输出缓存器和24并/1串变换器的采用SN74ACT3631512x36同步FIFO存储器。
所述存储媒介阵列采用LTO5磁带驱动器24个(可用单盒磁带的存储容量为1.5TB～3.0TB)。
本实施例中，以LTO5磁带驱动器为存储媒介单元，组成24列1行的存储媒介阵列(即LTO5磁带驱动器24个)；或者24个磁带驱动器同时读写的24盘磁带组为1行，a组磁带组构成a行，组成24列a行的磁带存储媒介阵列。每24个存储媒介单元中允许同时发生任意≤3个存储媒介单元故障(即N-3)，例如，24个磁带驱动器允许同时发生任意≤3个磁带驱动器故障(即N-3)，或者a行中每行24个磁带允许同时发生任意≤3个磁带故障(即N-3)，或者24个磁带驱动器和每行24个磁带允许同时发生任意≤3个(磁带驱动器和磁带)故障(即N-3)，而不会发生数据丢失事件，且可用容量近50％，进而保证数据储存系统正常工作。针对智能电网数据储存系统，其创造性体现在以下方面，保持和恢复设备的运行力度，减少事故发生，降低经济损失，优化运行维护资源。
4、省级电力计量中心生产调度平台重要数据备份系统
某省级电力计量生产调度平台具备采购、验收、仓储、配送、质量监督、计量体系等功能，实现了从采购、验收、检定、配送的全流程贯通。计量器具从计划制定、质量检测、仓储配送、设备状态监控、标准量传、监督评价的全过程闭环管理，满足了独立接受政府计量行政部门质量监管的管理需要，满足检定、配送省级业务集中，同时具备电测计量、高压计量、质量检测(可靠性检测)等业务内容。有利于促进电网公司整体管理水平的提升，推动计量专业的发展。
本实施例中将多个光盘读写驱动器进行有机组合，从而以较低的成本获得与昂贵大容量存储媒介相当的容量、性能和可靠性，并使用的纠删编码技术，允许同时发生≤3个存储媒介故障(即N-3)。
本实施例中，系统包括：智能电网数据块预处理单元、Golay码编码器、串/并变换器、输入缓存器、存储媒介阵列、输出缓存器、并/串变换器、Golay码译码器、智能电网数据块后处理单元、控制管理单元。
所述智能电网数据块预处理单元，待存储的智能电网数据块(以8bits为1byte)除以12bytes余数为c，若c＝0，则不需要添加0；若c≠0，即c取1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或11，则待存储的智能电网数据在尾部添加(12-c)bytes的“0”。
所述Golay码编码器采用扩展形式Golay码[24，12，8]，码长为24bits，信息位为12bits，码距为8；所述Golay码编码器将12bits的数据信息，编码为24bits的扩展Golay码[24，12，8]。
所述串/并变换器将1路串行信息变换为24路并行信息。
所述输入缓存器为24路并行的先进先出缓存器，1byte＝8bits。
所述存储媒介阵列为24列a行的存储媒介阵列，a＝1。
所述存储媒介阵列中的存储媒介为DVD-5光盘读写驱动器24个，构成24×1＝24的磁带存储阵列。
所述输出缓存器为24路并行的先进先出缓存器，每1个字节为8bits。
所述并/串变换器将24路并行信息变换为1路串行信息。
所述Golay码译码器将24bits的扩展Golay码[24，12，8]，译码为12bits的数据信息。
所述智能电网数据块后处理单元，检测智能电网数据块的尾部，若其尾部有连续(12-c)bytes的“0”，即c取1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或11，则删除该连续(12-c)bytes的“0”；若其尾部无连续(12-c)bytes的“0”，则不做删除处理。
所述控制管理单元控制和管理智能电网数据块预处理单元、Golay码编码器、串/并变换器、输入缓存器、存储媒介阵列、输出缓存器、并/串变换器、Golay码译码器、智能电网数据块后处理单元。
所述控制管理单元为智能电网数据块预处理单元、Golay码编码器、串/并变换器、输入缓存器、存储媒介阵列、输出缓存器、并/串变换器、Golay码译码器、智能电网数据块后处理单元提供时钟信号；写入数据储存系统的过程中，保证扩展Golay码[24，12，8]的24bits信息经过串/并变换器分别写入24路并行的输入缓存器，每路并行的输入缓存器够8bits后，写入对应的光盘存储阵列；读出数据储存系统的过程中，保证24列a(即a＝1)行的光盘存储阵列每列各读出1byte＝8bits，分别给对应的24路并行的输出缓存器，24路并行的输出缓存器同时输出24bits的信息给并/串变换器，经过Golay码译码器输出12bits的数据信息。
所述智能电网数据块预处理单元、智能电网数据块后处理单元、控制管理单元的具体实施方式举例采用ARM926EJ-S或ARMCortexTM-A8处理器。
所述Golay码编码器和Golay码译码器的采用FPGA芯片EP2C70F672C6。
所述1串/24并变换器和输入缓存器的采用SN74ACT3631512x36同步FIFO存储器。
所述输出缓存器和24并/1串变换器的采用SN74ACT3631512x36同步FIFO存储器。
所述存储媒介阵列的采用DVD-5光盘读写驱动器24个(单个光盘的存储容量为4.7GB)。
应用本发明，以DVD-5光盘读写驱动器为存储媒介单元，组成24列1行的存储媒介阵列(即DVD-5光盘读写驱动器)；或者24个光盘读写驱动器同时读写的24片光盘组为1行，a组光盘组构成a行，组成24列a行的光盘存储媒介阵列。每24个存储媒介单元中允许同时发生任意≤3个存储媒介单元故障(即N-3)，例如，24个光盘读写驱动器允许同时发生任意≤3个光盘读写驱动器故障(即N-3)，或者a行中每行24片光盘允许同时发生任意≤3个光盘故障(即N-3)，或者24个光盘读写驱动器和每行24片光盘允许同时发生任意≤3个(光盘读写驱动器和光盘)故障(即N-3)，而不会发生数据丢失事件，且可用容量近50％，进而保证数据储存系统正常工作。针对智能电网数据储存系统，其创造性体现在以下方面，保持和恢复设备的运行力度，减少事故发生，降低经济损失，优化运行维护资源。
最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。
Claims (11)
1.一种具备N-3容故障性的智能电网大数据储存系统，所述N-3为允许同时发生任意≤3个存储媒介故障；其特征在于：所述系统包括依次连接的智能电网数据块预处理单元、Golay码编码器、串/并变换器、输入缓存器、存储媒介阵列、输出缓存器、并/串变换器、Golay码译码器和智能电网数据块后处理单元；
控制管理单元分别与所述智能电网数据块预处理单元、Golay码编码器、串/并变换器、输入缓存器、存储媒介阵列、输出缓存器、并/串变换器、Golay码译码器和智能电网数据块后处理单元连接；
所述控制管理单元为所述智能电网数据块预处理单元、Golay码编码器、串/并变换器、输入缓存器、存储媒介阵列、输出缓存器、并/串变换器、Golay码译码器、智能电网数据块后处理单元提供时钟信号；
写入所述数据储存系统的过程中，保证扩展Golay码的24bits信息经过所述串/并变换器分别写入24路并行的输入缓存器，每路并行的输入缓存器够8bits后，写入对应的磁盘存储阵列，所述扩展Golay码的码长n＝24bits，信息位k＝12bits，所述扩展Golay码的最小汉明距离dmin＝8；
读出所述数据储存系统的过程中，保证24列a行的磁盘存储阵列每列各读出1个字节，a为正整数；分别给对应的24路并行的输出缓存器，24路并行的输出缓存器同时输出24bits的信息给并/串变换器，经过Golay码译码器输出12bits的数据信息。
2.如权利要求1所述的智能电网大数据储存系统，其特征在于：所述智能电网数据块预处理单元用于对待处理的所述智能电网数据块以字节为单位进行预处理，使之变成12bytes的整倍数，1byte＝8bits；
所述预处理方法包括：将待处理的智能电网数据块除以12bytes，获得余数为c；若c＝0，则所述智能电网数据块尾部不添加“0”；
若c≠0，则待存储的所述智能电网数据块在尾部添加(12-c)bytes的“0”。
3.如权利要求1所述的智能电网大数据储存系统，其特征在于：所述Golay码编码器和所述Golay码译码器处理智能电网数据，均采用扩展形式Golay码，所述扩展Golay码的码长n＝24bits，信息位k＝12bits，所述扩展Golay码的最小汉明距离dmin＝8；
所述Golay码编码器为将12bits的数据信息编码为24bits的扩展Golay码的编码器，用于将12bits数据消息变换成24bits码元的码字；
所述Golay码译码器为将24bits的扩展Golay码译码为12bits的数据信息的译码器，用于将24bits码元的码字变换成12bits数据消息。
4.如权利要求1所述的智能电网大数据储存系统，其特征在于：所述串/并变换器为将1路串行信息变换为24路并行信息的变换器；
所述并/串变换器将24路并行信息变换为1路串行信息。
5.如权利要求1所述的智能电网大数据储存系统，其特征在于：所述输入缓存器和所述输出缓存器均为24路并行的先进先出缓存器。
6.如权利要求1所述的智能电网大数据储存系统，其特征在于：所述存储媒介阵列为24列a行的存储媒介阵列，a为正整数；
所述存储媒介阵列中的存储媒介为相同结构的存储单元，构成24×a的存储媒介阵列，a为正整数；
所述存储媒介阵列中的每个存储媒介的容量相同。
7.如权利要求6所述的智能电网大数据储存系统，其特征在于：所述存储单元包括相同或不同大小的磁盘、硬盘、磁带和/或光盘。
8.如权利要求2所述的智能电网大数据储存系统，其特征在于：所述智能电网数据块后处理单元进行后处理；
所述后处理方法包括：检测所述智能电网数据块的尾部，以字节为单位，1byte＝8bits，若其尾部有连续(12-c)bytes的0，则删除所述连续(12-c)bytes的“0”；
若所述尾部无连续(12-c)bytes的“0”，则不做删除处理；
所述c取1～11任一整数，对应同一所述智能电网数据块，与所述智能电网数据块预处理单元中对应的c取值相同。
9.如权利要求1所述的智能电网大数据储存系统，其特征在于：所述智能电网数据块预处理单元、智能电网数据块后处理单元、控制管理单元的芯片采用ARM926EJ-S或ARMCortexTM-A8处理器；
所述Golay码编码器和Golay码译码器的芯片采用FPGA芯片EP2C70F672C6；
1串/24并变换器和输入缓存器的芯片采用SN74ACT3631512x36同步FIFO存储器；
所述输出缓存器和24并/1串变换器的芯片采用SN74ACT3631512x36同步FIFO存储器；
所述存储媒介阵列采用48块单个容量为2TB转速为7200rpm的温彻斯特式硬盘、120块单个容量为10TB磁盘、72块单个容量为600GB转速为4200rpm的温彻斯特式硬盘或24个LTO5磁带驱动器或24个DVD-5或DVD-9或蓝光光盘读写驱动器。
10.如权利要求1所述的智能电网大数据储存系统，其特征在于：所述智能电网数据块预处理单元、Golay码编码器、串/并变换器、输入缓存器、存储媒介阵列、输出缓存器、并/串变换器、Golay码译码器、智能电网数据块后处理单元和所述控制管理单元通过通信传输系统连接；
所述智能电网数据块预处理单元、Golay码编码器、串/并变换器和输入缓存器共同部署在一处，所述存储媒介阵列部署在一处，所述输出缓存器、并/串变换器、Golay码译码器和智能电网数据块后处理单元共同部署在一处，所述控制管理单元部署在一处。
11.如权利要求1所述的智能电网大数据储存系统，其特征在于：所述大数据储存系统具有存储容量的扩展性，24列a行的存储媒介阵列结构能整行扩展，a为正整数，仍然能够保持N-3的容故障性。
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Also Published As
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