CN104301244A - 一种大型配电网系统的集群通讯系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型配电网系统的集群通讯系统和方法，至少包括三类服务器，集群通讯服务器之间形成集群，集群数据服务器之间也形成了集群，集群通讯网关和负载均衡设备也形成了集群。这三个集群都可以根据数据量的多少，来对该层次的集群进行扩充或裁减。当配电终端数量十分庞大时，则可以对集群通讯网关进行分区，以达到按区负载均衡。以多维分组的形式提升了集群的通讯能力，整个方法组网灵活，扩展性强，提高了整个配网通讯系统的通讯可靠性和并发处理能力。

Description

一种大型配电网系统的集群通讯系统和方法

技术领域

本发明属于通讯技术领域，具体涉及一种大型配电网系统的集群通讯系统和方法。

背景技术

随着配电网系统的发展，海量配电终端数据接入成为了配电网系统的难题。配电网系统是一个对数据实时性要求很高的系统，其要根据配电系统数据来实时对配电系统进行优化和电力调度，以达到电力系统的可靠经济运行。由于配电系统的配电终端数量众多且分布范围广，特别是其所接入的配电终端规约繁多,这就大幅度提高了通讯数接入的复杂度。传统的通讯集群一般针对单一规约的数据来进行处理，不能满足配电网系统的实际工程需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种大型配电网系统的集群通讯系统，以解决现有通讯方式不能满足实际过程需求的问题，同时提供一种使用该系统的通讯方法。

为了实现以上目的，本发明大型配电网系统的集群通讯系统所采用的技术方案是，该系统包括：

用于与配电终端一一对应连接的至少一个集群的集群通讯网关，每个集群内的所有集群通讯网关与本集群内的各集群通讯服务器通讯连接，各集群通讯服务器与该系统内的各集群数据服务器均通讯连接，所述各集群数据服务器用于与数据库或信息总线通讯连接；

所述集群通讯网关用于从各个配电终端获取数据，再转发给集群通讯服务器；所述集群通讯服务器用于负责本集群内通讯负荷调度，并将通讯报文发送至集群数据服务器；所述集群数据服务器用于负责规约报文解析及投递数据至数据库或信息总线。

各集群通讯网关用于通过负载均衡设备与各配电终端连接，该负载均衡设备用于设置在集群通讯网关的前端，负责将通讯负载均匀的分配到各个集群通讯网关中。

所述集群通讯服务器和集群数据服务器均通过对应的值班心跳模块来确定主备。

该通讯系统还包括:集群配置工具，负责对整个通讯集群的配置信息进行管理和配置信息下装；集群管理工具，负责对整个通讯集群的运行进行管理，负责系统的升级和维护；集群监视工具，负责对整个集群的通讯状况进行整体和局部的监视。

本发明大型配电网系统的集群通讯方法包括数据上行通讯和数据下行通讯：

(1)数据上行通讯包括如下步骤：

ⅰ、集群通讯网关通过对应的通讯链路连接至与其一一对应的配电终端进行数据报文的接收，并将该配电终端的系统编号信息作为报文头放在原始报文中进行数据转发；

ⅱ、集群通讯网关转发的数据同时发送给本集群内的所有集群通讯服务器，并由该集群中的主集群通讯服务器负责将数据转发给所有的集群数据服务器；

ⅲ、主集群数据服务器根据报文的配电终端的系统编号信息以及本地的配置信息，进行数据库存储或转发至信息总线；

(2)数据下行通讯包括如下步骤：

①、下行信息通过信息总线发送至各集群数据服务器，其中主集群数据服务器根据路由信息将下行数据报文发送至对应集群中的集群通讯服务器；

②、对应集群中的主集群通讯服务器根据自身的路由信息，将报文下发至相应的集群通讯网关；

③、该集群通讯网关根据报文中的配电终端的系统编号信息，找到相应的通讯通道，进行下行的数据报文发送。

所述集群通讯网关通过负载均衡设备与各配电终端连接，每个配电终端同时只和一个集群通讯网关进行通讯连接，配电终端和负载均衡设备连接后，负载均衡设备根据其自身的算法建立对应的通讯链路到相关的集群通讯网关。

所述主集群数据服务器在进行上行数据转发时首先调用相关的规约模块来进行报文的数据处理，再将处理后的数据进行存储或转发；在进行下行数据转发时首先调用相应的规约处理模块来进行下行数据的业务封装，形成配电终端可以识别的规约报文信息，且在该报文信息中嵌入报文头为配电终端的系统编号信息再转发至对应的集群通讯服务器。

在进行上行数据通讯时，对应的集群通讯网关、集群通讯服务器和集群数据服务器在转发数据的同时都在本地路由表中记录该配电终端信息的路由信息。

所述集群通讯服务器和集群数据服务器的主备均是通过对应的值班心跳模块来确定的。

本发明的大型配电网系统的集群通讯系统和方法至少包括三类服务器，集群通讯服务器之间形成集群，集群数据服务器之间也形成了集群，集群通讯网关和负载均衡设备也形成了集群。这三个集群都可以根据数据量的多少，来对该层次的集群进行扩充或裁减。当配电终端数量十分庞大时，则可以对集群通讯网关进行分区，以达到按区负载均衡。以多维分组的形式提升了集群的通讯能力，整个方法组网灵活，扩展性强，提高了整个配网通讯系统的通讯可靠性和并发处理能力。

附图说明

图1为本发明集群通讯系统及方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

如图1所示为本发明大型配电网系统的集群通讯系统实施例的示意图，由图可知，该系统包括一个负载均衡设备和三类服务器，三类服务器中一种是用于与配电终端一一对应连接的至少一个集群的集群通讯网关，一种是集群数据服务器，一种是集群通讯服务器。各集群通讯网关用于通过负载均衡设备与各配电终端连接，每个集群内的所有集群通讯网关与本集群内的各集群通讯服务器通讯连接，各集群通讯服务器与该系统内的各集群数据服务器均通讯连接，各集群数据服务器用于与数据库或信息总线通讯连接。

负载均衡设备用于设置在集群通讯网关的前端，负责将通讯负载均匀的分配到各个集群通讯网关中，以达到负载均衡的目的；集群通讯网关负责从各个配电终端获取数据，再转发给集群通讯服务器，其主要作用是为集群通讯服务器减少通讯链接数量，减轻通讯服务器的通讯链接负荷，提高系统并发能力；集群通讯服务器负责本集群内通讯负荷调度，并将通讯报文发送至集群数据服务器；集群数据服务器负责规约报文解析及投递数据至数据库或信息总线。

该配电网通讯系统还包括集群配置工具、集群管理工具和集群监视工具，集群配置工具负责对整个通讯集群的配置信息进行管理和配置信息下装；集群管理工具负责对整个通讯集群的运行进行管理，负责系统的升级和维护；集群监视工具负责对整个集群的通讯状况进行整体和局部的监视。

本发明还提供了一种大型配电网系统的集群通讯方法，该方法包括数据上行通讯和数据下行通讯：

(1)数据上行通讯包括如下步骤：

ⅰ、集群通讯网关通过对应的通讯链路连接至与其一一对应的配电终端进行数据报文的接收，并将该配电终端的系统编号信息作为报文头放在原始报文中进行数据转发。

本实施例的集群通讯网关通过负载均衡设备与各配电终端连接，每个配电终端同时只和一个集群通讯网关进行通讯连接，配电终端和负载均衡设备连接后，负载均衡设备根据其自身的算法建立对应的通讯链路到相关的集群通讯网关。也就是说，负载均衡设备根据各个集群通讯网关的通讯负载情况，将需要提供数据服务的配电终端分配到相应的集群通讯网关上，配电终端和集群通讯网关建立好通讯链接，集群通讯网关开始接收对应配电终端的数据报文。配电终端和集群通讯网关的连接完全依靠负载均衡设备来确定，集群通讯网关对配电终端的原始报文数据只是透明转发。

例如，建立链路到集群通讯网关11，形成了配电终端到集群通讯网关11的链路过程，如图1的数据过程1和数据过程2部分。集群通讯网关11通过获得配电终端的IP和本地配置，可以查找到该配电终端的系统编号。集群通讯网关11再将配电终端的系统编号信息作为报文头放在原始报文的报文中进行数据转发，以便后续集群服务器进行报文识别。集群通讯网关11在本地路由表中对该配电终端进行记录。

ⅱ、集群通讯网关转发的数据同时发送给本集群内的所有集群通讯服务器，并由该集群中的主集群通讯服务器负责将数据转发给所有的集群数据服务器。

集群通讯服务器根据本地配置接收集群通讯网关的数据，为了防止数据丢失以及考虑到负载均衡，负责采集相同集群通讯网关数据的集群通讯服务器形成集群关系，如图所示，集群通讯网关11的数据要同时发送给集群通讯服务器11和集群通讯服务器1M，所以集群通讯服务器11和集群通讯服务器1M形成集群关系。

集群通讯网关11本地配置有其上级节点集群通讯服务器的IP地址，对上级集群通讯服务器11到集群通服务器1M提供数据服务。数据通过过程3到达配置的全部集群通讯服务器节点。集群通讯服务器11和集群通讯服务器1M谁来负责对集群通讯网关11的数据进行调度转发，由集群通讯服务器的值班心跳模块来负责。

集群数据服务器根据本地配置接收集群通讯服务器的数据，为了防止数据丢失以及考虑到负载均衡，集群内所有的集群数据服务器形成集群关系，如图所示，集群通讯服务器11的数据要同时发送给集群数据服务器1和集群数据服务器L，所以集群数据服务器1和集群数据服务器L形成集群关系。

假设集群通讯服务器11负责对集群通讯网关11值班，那么集群通讯网关11的报文数据就由集群通讯服务器11来负责转发，经由数据过程4到达集群数据服务器1和集群数据服务器L节点，同时在集群通讯服务器本地的路由表中记录该配电终端信息的路由信息。集群数据服务器1和集群数据服务器L谁来负责对集群通讯服务器1的数据规约解析和数据处理，由集群数据服务器的值班心跳模块来负责。

ⅲ、主集群数据服务器根据报文的配电终端的系统编号信息以及本地的配置信息，进行数据库存储或转发至信息总线。

假设集群数据服务器1负责对集群通讯服务器11值班，那么集群通讯服务器11的报文数据就由集群数据服务器1来负责数据处理。集群数据服务器1根据报文的配电终端的系统编号信息以及本地的配置信息，调用相关的规约模块来进行报文的数据处理，且对处理后的信息经由过程5或过程6进行数据库存储或转发至信息总线，同时在本地路由表中记录该配电终端信息的路由信息。

(2)数据下行通讯包括如下步骤：

①、下行信息通过信息总线发送至各集群数据服务器，所有的集群数据服务器都可以接收到。假设集群数据服务器1(主集群数据服务器)接收下行数据后，根据值班路由信息判断出下行要到达的配电终端由本集群数据服务器节点来负责处理，则调用相应的规约处理模块来进行下行数据的业务封装，形成配电终端可以识别的规约报文信息，且在该报文信息中嵌入报文头为配电终端的系统编号信息。然后，集群数据服务器再根据路由信息，将下行数据报文发送至相应的集群通讯服务器。

②、集群数据服务器1经由过程4发送至集群通讯服务器1，集群通讯服务器1(主集群通讯服务器)再根据自身的路由信息，将报文下发至相应的通讯网关。

③、该集群通讯网关根据报文中的配电终端的系统编号信息，找到相应的通讯通道，进行下行的数据报文发送。

由上述通讯过程可知，数据过程1描述了数据源(配电终端)和负载均衡装置之间的通讯关系。数据源和负载均衡器连接后，负载均衡器根据其自身的算法将数据源链接分配至各个集群通讯网关。

数据过程2描述了数据从负载均衡装置传递到集群通讯网关的过程。每个集群通讯网关获取不同的配电终端进行通讯连接和数据信息交互，在获取数据方面没有重合性，即：每个配电终端同时只和一个集群通讯网关进行通讯连接。集群通讯网关的负载均衡均由负载均衡装置来负责和管理。

数据过程3描述了数据从集群通讯网关到集群通讯服务器的过程。集群通讯网关对于集群通讯服务器来说就是一个数据源，如果集群通讯网关数量太多，为了提高通讯效率则要进行集群通讯网关分区(即分成多个集群)，对应的集群通讯服务器也要分区，各个分区处理自己的报文数据。集群通讯网关只对本分区内的所有集群通讯服务器提供数据服务。集群通讯服务器要采集本分区内所有的集群通讯网关数据，但集通讯服务器是否对采集到的集群通讯网关的数据报文进行数据转发要由集群通讯服务器的值班心跳模块来确定。值班心跳模块根据自身算法来确定集群通讯服务器对集群通讯网关数据处理的主备，以达到通讯服务器集群内的负载均衡。

数据过程4描述了数据从集群通讯服务器到集群数据服务器的过程。集群数据服务器采集通讯集群系统内所有集群通讯服务器的数据报文信息，但集群数据服务器是否对采集到的集群通讯服务器的数据报文进行数据处理要由集群数据服务器的值班心跳模块来确定。值班心跳模块根据自身算法来确定集群数据服务器对集群通讯服务器数据处理的主备，以达到数据服务器集群内的负载均衡。

数据过程5描述了数据从集群数据服务器到外部应用的过程。集群数据服务器只处理值班模块确定为主的集群通讯服务器数据。集群数据服务器根据报文规约的不同调用不同的规约处理模块进行报文规约解析和数据处理。然后将数据存储到数据库或发送至信息总线。

以上实施例仅用于帮助理解本发明的核心思想，不能以此限制本发明，对于本领域的技术人员，凡是依据本发明的思想，对本发明进行修改或者等同替换，在具体实施方式及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种大型配电网系统的集群通讯系统，其特征在于，该系统包括：

用于与配电终端一一对应连接的至少一个集群的集群通讯网关，每个集群内的所有集群通讯网关与本集群内的各集群通讯服务器通讯连接，各集群通讯服务器与该系统内的各集群数据服务器均通讯连接，所述各集群数据服务器用于与数据库或信息总线通讯连接；

所述集群通讯网关用于从各个配电终端获取数据，再转发给集群通讯服务器；所述集群通讯服务器用于负责本集群内通讯负荷调度，并将通讯报文发送至集群数据服务器；所述集群数据服务器用于负责规约报文解析及投递数据至数据库或信息总线。

2.根据权利要求1所述的大型配电网系统的集群通讯系统，其特征在于：各集群通讯网关用于通过负载均衡设备与各配电终端连接，该负载均衡设备用于设置在集群通讯网关的前端，负责将通讯负载均匀的分配到各个集群通讯网关中。

3.根据权利要求1或2所述的大型配电网系统的集群通讯系统，其特征在于：所述集群通讯服务器和集群数据服务器均通过对应的值班心跳模块来确定主备。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的大型配电网系统的集群通讯系统，其特征在于,该通讯系统还包括:集群配置工具，负责对整个通讯集群的配置信息进行管理和配置信息下装；集群管理工具，负责对整个通讯集群的运行进行管理，负责系统的升级和维护；集群监视工具，负责对整个集群的通讯状况进行整体和局部的监视。

5.一种大型配电网系统的集群通讯方法，其特征在于，该方法包括数据上行通讯和数据下行通讯：

(1)数据上行通讯包括如下步骤：

ⅰ、集群通讯网关通过对应的通讯链路连接至与其一一对应的配电终端进行数据报文的接收，并将该配电终端的系统编号信息作为报文头放在原始报文中进行数据转发；

ⅱ、集群通讯网关转发的数据同时发送给本集群内的所有集群通讯服务器，并由该集群中的主集群通讯服务器负责将数据转发给所有的集群数据服务器；

ⅲ、主集群数据服务器根据报文的配电终端的系统编号信息以及本地的配置信息，进行数据库存储或转发至信息总线；

(2)数据下行通讯包括如下步骤：

①、下行信息通过信息总线发送至各集群数据服务器，其中主集群数据服务器根据路由信息将下行数据报文发送至对应集群中的集群通讯服务器；

②、对应集群中的主集群通讯服务器根据自身的路由信息，将报文下发至相应的集群通讯网关；

③、该集群通讯网关根据报文中的配电终端的系统编号信息，找到相应的通讯通道，进行下行的数据报文发送。

6.根据权利要求5所述的大型配电网系统的集群通讯方法，其特征在于：所述集群通讯网关通过负载均衡设备与各配电终端连接，每个配电终端同时只和一个集群通讯网关进行通讯连接，配电终端和负载均衡设备连接后，负载均衡设备根据其自身的算法建立对应的通讯链路到相关的集群通讯网关。

7.根据权利要求5所述的大型配电网系统的集群通讯方法，其特征在于：所述主集群数据服务器在进行上行数据转发时首先调用相关的规约模块来进行报文的数据处理，再将处理后的数据进行存储或转发；在进行下行数据转发时首先调用相应的规约处理模块来进行下行数据的业务封装，形成配电终端可以识别的规约报文信息，且在该报文信息中嵌入报文头为配电终端的系统编号信息再转发至对应的集群通讯服务器。

8.根据权利要求5所述的大型配电网系统的集群通讯方法，其特征在于：在进行上行数据通讯时，对应的集群通讯网关、集群通讯服务器和集群数据服务器在转发数据的同时都在本地路由表中记录该配电终端信息的路由信息。

9.根据权利要求5～8任意一项所述的大型配电网系统的集群通讯方法，其特征在于：所述集群通讯服务器和集群数据服务器的主备均是通过对应的值班心跳模块来确定的。