CN106528593B - 分布数据库同步分布式实时信息云平台系统 - Google Patents

Abstract

一种分布数据库同步分布式实时信息云平台系统。该系统包括：以太网、连接隔离器、分布数据库组件(芯片)、用户节点设备；所述隔离器连接以太网及分布数据库组件，用户节点设备连接分布数据库组件；分布数据库组件通过以太网连接成一体同步系统，实现全部节点分布数据库高速同步一致相等，分布数据库就是平台总数据库，用户节点设备不需通信即共享平台总数据库。本系统比现有串口通讯平台的通讯速度提高4个数量级，其网络带宽压缩4个数量级，单平台实时数据库可达50万大容量，信息动态响应为毫秒级高速，通过卫星无线网带宽压缩数万倍，实现全球信息连通，系统具有每个节点的心跳数据库，安全性可控，可防止各种事故灾难，是互联网新型平台。

Description

分布数据库同步分布式实时信息云平台系统

技术领域

本发明属于分布式控制信息平台技术领域，涉及一种分布式控制信息云平台系统，尤其涉及一种分布数据库同步分布式实时信息云平台系统。

背景技术

当前世界上是以协议通讯来整合DCS数据，以此实现数据平台功能：上世纪80年代美国制定RS232\RS485通讯标准，后又补充MODBUS协议；欧洲90年代制定CAN现场总线通讯标准；21世纪又制定了工业以太网协议通讯标准。

协议通讯虽然占领世界市场，但缺点突出：一是通讯速度慢；二是平台容量小；三是协议通讯需人工编程及联调，工程浩大；四是平台数据流量大，做云平台用卫星无线数据流量费太大，是天文数字无法实用。这4个缺点阻碍了信息技术进步。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的通讯方式，以便克服现有通讯方式存在的上述缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种分布数据库同步分布式实时信息云平台系统，系统比现有串口通讯平台的通讯速度提高4个数量级，其网络带宽压缩4个数量级，单平台实时数据库可达50万大容量，信息动态响应为毫秒级高速，通过卫星无线网带宽压缩数万倍，实现全球信息连通，系统具有每个节点的心跳数据库，安全性可控，可防止各种事故灾难，成为互联网新型平台。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种分布数据库同步分布式实时信息云平台系统，所述系统包括：以太网、连接隔离器、分布数据库组件(芯片)、用户节点设备；

所述连接隔离器连接以太网及分布数据库组件(芯片)，用户节点设备连接对应的分布数据库组件；

所述分布数据库组件包括分布数据库及同步软件包，所有用户节点设备的分布数据库组件通过以太网连接成一体同步系统，实现全部用户节点设备的分布数据库高速同步一致相等，分布数据库就是平台总数据库，用户节点设备与分布数据库组件用数据库RAM总线接口，不需网络通信即共享平台总数据库；

所述分布数据库组件包括分布数据库芯片，分布数据库芯片包括综合数据库双口储存器、专用工作协议模块，综合数据库双口储存器连接专用工作协议模块；所述综合数据库双口储存器连接用户节点设备，专用工作协议模块连接以太网交换机。分布数据库组件可以加工成单芯片应用，缩小体积与成本。

作为本发明的一种优选方案，所有用户节点设备的分布数据库通过同步软件包实现毫秒级速度的同步一致相等。

作为本发明的一种优选方案，采用防冲突总线技术实现多点实时同步；采用前向后向预测技术与高频滤波技术实现压缩冗余数据。

作为本发明的一种优选方案，每个节点的同步软件包自动发送标准的同步广播短报文，节点分布数据库内发生变化时立即广播同步报文或节点静态数据慢速广播同步报文，在一个同步广播报文内实现全平台一个分布数据库同步。

作为本发明的一种优选方案，所述以太网平台包括卫星宽带网、移动无线网、光纤网等。

作为本发明的一种优选方案，同步软件包由机器码汇编而成，黑客病毒均无法攻击进去，是安全可靠的软件，为了防止平台网络的堵塞，同步报文是以太网的最短报文格式，包含I P、MAC、端口号三种密码，其中端口号做成动态密码。

作为本发明的一种优选方案，由于全平台分布数据库高速同步，因此每个分布数据库就是全平台的总数据库，用户与分布数据库交换数据就是与平台总数据库交换数据，所有节点通讯工作时，平台上数据流量为零，平台上仅有少量同步流量。

作为本发明的一种优选方案，平台通讯免编程，用户采集数据放入分布数据库，全平台电脑及所有节点全部收到，进行实时监控，免编程免调试，大大压缩工程量。

作为本发明的一种优选方案，所述系统还包括同步报文与VPN转换模块，用以实现同步报文与VPN的一体化。

本发明的有益效果在于：本发明提出的分布数据库同步分布式实时信息云平台系统，系统比现有串口通讯平台的通讯速度提高4个数量级，其网络带宽压缩4个数量级，单平台实时数据库可达50万大容量，信息动态响应为毫秒级高速，通过卫星无线网带宽压缩数万倍，实现全球信息连通，系统具有每个节点的心跳数据库，安全性可控，可防止各种事故灾难，成为互联网新型平台。

附图说明

图1为本发明系统与CAN总线、RS485通讯的比较示意图。

图2为本发明分布数据库实时同步的分布式控制系统的组成示意图。

图3为本发明分布式控制系统中通讯芯片的组成示意图。

图4为本发明AutoNet局域网DCS系统图。

图5为船舶数据与音视动态大数据池系统计算机软件与硬件构成图。

图6为动态大数据库池的船舶系统全图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例一

请参阅图2、图3，本发明揭示了一种分布数据库同步分布式实时信息云平台系统，以高速以太网为介质，包括卫星宽带网及移动无线网等等进行云连接，每个节点网口处均放置一个芯片(组件)，芯片内包括分布数据库及同步软件包，平台所有节点的芯片(组件)通过以太网连接成一体化同步系统，用户设备与分布数据库接口，结构见图2所示。

芯片与组件是同一原理，仅有成本差异，二者均可使用，芯片(组件)内部结构如图3所示。

平台所有节点的分布数据库通过同步软件包实现毫秒级速度的同步一致相等，同步原理是每个节点的同步软件包自动发送标准的同步广播短报文，节点分布数据库发生变化时立即发送同步报文或节点静态数据慢速发送同步报文，在一个同步广播报文内实现全平台分布数据库同步，实测一个库变化时全平台同步时间小于500微秒，实测一个16000个数据库的平台，每秒瞬间数据库变化不超过10个，整个平台同步时间小于5毫秒，分布数据库同步模式的通讯速度比CAN等协议通讯模式快数千倍。

同步软件包由机器码汇编而成，黑客病毒均无法攻击进去，是安全可靠的软件，为了防止平台网络的堵塞，同步报文是以太网的最短报文格式，包含I P、MAC、端口号三种密码，其中端口号还可以做成动态密码，平台网络十分安全，无懈可击。

由于全平台分布数据库高速同步，因此每个分布数据库就是全平台的总数据库，用户与分布数据库交换数据就是与平台总数据库交换数据，所有节点通讯工作时，平台上数据流量为零，平台上仅有少量同步流量，计算及实测证明，AutoNet平台上的流量比CAN等协议通讯压缩数万倍；由于网络上流量小，平台容量在单平台时可达64000点，在云平台时可达51万点；卫星无线网的流量费很低，低成本实现了云平台；样机测试证明，用作船岸一体平台，其岸上电脑与船上电脑的监控操作速度差不多快。

云平台的实现意义重大，船舶飞机上的全部动态数据均传到岸上，实现了全球船岸空岸一体化云平台，用以在岸上建立船舶飞机动态大数据池，实现了船舶飞机现代化的远程管理、指挥、安全预警、设备维护，黑匣子在岸上了不必打捞，科技改变世界。AutoNet在工业控制系统上也能广泛的应用，实现全球云制造。

平台通讯免编程，例如用户采集数据放入分布数据库，全平台电脑及所有节点全部收到，进行实时监控，免编程免调试，大大压缩了工程量。

从图1看到，AutoNet的结构及成本与CAN等协议通讯相似，其性能却提高千万倍，因此完全可以淘汰CAN、RS485(MODBUS)标准，建立新一代的标准。

目前卫星宽带及无线移动宽带等采用VPN格式传送，因此AutoNet也开发了同步报文与VPN的转换MODEN，使用可靠稳定，VPN是互联网现成技术应用。

实施例二

使用本发明系统(AutoNet平台)开发了具有云平台的PCC全功能可编程控制器，已生产2000多台，应用到150艘舰船，介绍如下：

采用AutoNet云平台技术加入世界上已有的PLC控制器，同时我们把PLC进行改进，变成全功能监控通用及创新屏幕图形设置式编程语言，从而构成新一代的具有云平台的PCC全功能可编程控制器，目前工业控制系统绝大部分采用进口西门子、ABB及施耐德的PLC产品，进口PLC用作DCS系统与PCC比较有明显的缺点：

进口PLC是采用接口通讯方式来整合DCS系统，联调工作量很大效率低，通讯速度低，最大容量在2000点左右，与本产品AutoNet免通讯免服务器无接口免联调的高速大容量共享数据库平台比较，进口PLC是很落后的技术。AutoNet64000点大容量及1毫秒数据传送响应是国际先进水平，能满足全世界所有DCS控制系统的要求。

进口PLC采用梯形图及指令流编程，是上世纪80年代的老技术，编程太复杂，工作量很大不易学习，功能有限，不能做到全功能，尤其是模型控制不易实现，PCC200采用电脑屏幕设置的方式编程，屏幕上调出控制模型图，填上I/O数据库地址、数据、中间变量地址等，编程就完成，多个控制模型通过中间变量连成复杂的程序，简便傻瓜式，一般电脑操作人员均能编程，模拟量PLC、开关量PLC、控制模型PLC等等，主动力、电站、辅助设备全能用，是新一代的技术特色，PCC200具有19大类控制模型，能满足工业控制及航天等全功能需要，同时也可以方便地扩展。

PCC200每节点编程共享平台库据库，免通信综合控制，具有平台每个节点故障数据库，具有可靠性设计，方便进行设备安全控制，能危险预警，“东方之星”沉船事故可预防，“月球车”故障可以方便检查与远程维修，“温州高铁事故”也可以避免，同时一条指令能控制几百台设备同时动作，大大提高自动化程度及设备安全。

AutoNet平台能够通过无线、光纤、宽带、卫星等互联网高速传输数据，并能压缩网络带宽万倍低成本传输，不需添加特殊设备低成本构成广域网全球控制指挥管理安全系统，低成本形成大型厂矿及市政工程控制指挥管理安全系统、无人驾驶设备、船岸一体及空岸一体系统，黑匣子数据全部在岸上了，“MH370”一年打捞不到黑匣子的事件不会再重现，进口PLC是无法实现的。

对舰船、海洋设备与飞机，AutoNet实现所有舰船的动态数据压缩万倍带宽全部传到岸上，黑匣子也在岸上了，在此基础上，岸上编软件，实现低成本的远程指挥、管理、控制、安全、维护一体化，进口PLC做不到。

PCC200有单层网络无瓶颈、节点心跳数据库、冗余设计、永不死机等可靠性设计，并能防网络病毒攻击，设备故障不会发生重大事故，“温州高铁事故”“东东之星沉船”“月球车事故无法检查”均可避免。

AutoNet+PCC200已经过15年的发展，在要求严格的大中型军舰、海警海事船普遍应用，可靠性稳定性均不低于进口PLC，价格是进口PLC的一半到三分之一，经济可靠。

PCC200可以集成到香烟盒大小，微型可靠，是航天及机器人必不可少的搭档。从现在起，工业控制应该淘汰进口PLC，选用AutoNet+PCC200，作为船舶、海洋设备、航天等各种工业控制、无人驾驶设备的优选。系统结构如图4所示。

实施例三

应用AutoNet云平台实现船岸一体船舶动态大数据池，在海洋局北海分局第一家实施，介绍如下：

国际上欧美日本等国均正在研究智能化船舶及大数据池，建立“舰船数据与音视动态大数据池”是舰船现代化管理维护、科学合理指挥、安全预警与智能化的必要方法，也是消灭世界上打捞黑匣子难题的有效方法。动态大数据池就是在岸上建立一个计算机服务器数据储存中心，所有舰船上的轮机、甲板、导航、海洋试验及武器等全部动态数据均通过压缩技术动态储存到大数据池储存，数据动态响应是毫秒级的，同时舰船上摄像头音视信号也通过自动点播送人大数据池储存，在岸上形成一个船舶动态信息中心，在此基础上，利用现代计算机技术，发展舰船现代化管理维护、科学合理指挥、安全预警等舰船智能化新型技术，从而世界上不再打捞黑匣子。

建立舰船数据与音视动态大数据池所需要的卫星通信、海上4G通信及计算机服务器中心均是成熟技术，其主要的技术难点是：舰船上的全部动态数据与音视信号使用现有的压缩技术及通信方法把数据传到岸上，其数据流量费是天文数字，无法承受，20多年来一直无法实用，目前只能把船舶极少量指挥数据用长定时长间隔发到岸上，无法满足现代化管理维护指挥的要求，为此设立“黑匣子”来补偿不足，事故打捞困难大。目前我们发展成功“AutoNet广域网船岸空岸一体分布数据库同步实时信息平台”，同时发展了具有平台的“PCC200全功能可编程平台控制器”，AutoNet+PCC200把舰船上的实时数据压缩流量万倍以上进行传送，音视信号压缩百倍点播传送，使舰船上全部动态数据传到岸上及音视点播传到岸上成功实现，从而完美地实现建立舰船数据与音视动态大数据池，“黑匣子”数据全部移动岸上不必打捞。要建立舰船数据与音视动态大数据池需要解决如下技术及设备问题：

采用“AutoNet广域网船岸空岸一体分布数据库同步实时信息平台”，把舰船上的实时数据压缩流量万倍以上进行传送，音视信号压缩百倍点播传送。

舰船上的全部自动化监控及数据采集系统必须采用“AutoNet广域网船岸空岸一体分布数据库同步实时信息平台”的数据汇集格式。

船上供记录的摄像头经专用压缩盒输出高清低流量音视信号，音视信号压缩百倍，并由网关控制自动点播音视记录。

设计可编程网关及“专用猫”，连接卫星及4G移动设备实现船岸通。岸上建立大型计算机服务器中心，连续储存动态数据及音视信号。

岸上使用SQL等大型关系数据库技术，将动态数据、音视信号以及历史记录信号提供用户使用。

开发设立大型船舶动态显示屏以及各种计算机管理、安全预警、指挥、维护设备，实现舰船现代化管理维护、科学合理指挥、安全预警等舰船智能化新型技术。

图6中，下部船舶上的自动化设备与数据采集器必须具有AutoNet平台接口芯片DRP2000，AutoNet不采用通信而使用数据库技术，常规通信设备不能用，设备控制选用有四种方式：一是直接使用“PCC200全功能可编程平台控制器”作各种设备监控；二是采用平台芯片DRP2000开发各种专业控制器及信号采集器；三是使用工业控制电脑；四是采用DRP2000开发的路由器，与传统的串口通信自动化设备连接。数据信号经过网关进入卫星站，数据流量被压缩万倍以上。

网关模块能控制四个摄像头的自动开闭，摄像头采用专用压缩规格的摄像头，分辨率为1080线高清，每秒5-0.5幅图像可调，标准每2秒1幅图像，图像与音频通过MPG4模式压缩后输出，每个摄像头数据流量为25KB/秒，压缩了百倍，但摄像头常运行时平台流量还显得大，因此摄像头采用自动点播模式自动开闭，当船舶设备产生报警时自动开启摄像头，当船舶安全受威胁时自动开启摄像头，当船舶执行任务时自动开启摄像头，等等，岸上与船上均可手动点播开启摄像头，摄像头开启时，岸上大数据池自动录像。

军用V卫星站是卫星宽带网，输入是TP-LINK交换机，网关与摄像头插入交换机即可。每条船舶结构相同，整个船队只需占用一个50M卫星转发器，带宽足够有余。

民用卫星采用直播方式，因此保密性差，不能军用，军用V卫星采用大型地面站及地面光纤传送方式，安全保密，加上AutoNet同步报文采用二个静态密码及一个动态密码，因此“黑客”是无法攻破的，百分之百安全，用于建立船舶数据与音视动态大数据池，万分安全。

岸上舰船动态大数据池在不同地点共建二个大数据池，AutoNet允许多个并行工作，互为备份，这是军品设计必须的。

在大数据池的基础上，利用现代计算机技术，可以发展船舶现代化管理维护、科学合理指挥、安全预警等舰船智能化新型技术，实现船舶现代化，从而世界上不再打捞黑匣子。

图6是一个用船单位的动态大数据库池的系统全图，其系统容量及数据库说明：一个用船单位最多船舶为256条船，每条船占2000个实时数据点库，动态大数据池SQL服务器数据库总共容量为51.2万个实时数据库。服务器具有连续储存大容量储存系统。

某些大船如航母、大钻井平台等，实时点容量为16000点，每条船占用8条船的实时点，这样大数据池的总容量51.2万点不变，但船总数就小于256条船。

设立32个SQL工作站，每个工作站处理8条船的实时数据，16000实时点，工作站运行组态软件，把16000点嵌入SQL大型关系数据库,SQL大数据库容量为10亿个库，足够大数据池的51.2万个库。工作站用与船上相同的组态软件实时监控船舶，工作站中能记录本站8条船的100年数据(每小时整点记录及报警时应急记录)，作为辅助备用查询用，系统总服务器中是主记录。

共有1024台低带宽记录用摄像头，有1024台录像机进行自动循环录像，录像机由服务器控制自动开闭点播，以减少录像数据量，由操作台控制选择某些录像机在多画面显示屏上进行监视。

大数据池输出具有：世界地图船位动态显示屏、指挥电脑、安全预警电脑、船舶综合管理电脑、船舶设备维护管理电脑等五部分，每部分可以有多台电脑。

动态大数据池51.2万个数据库的数据库地址是由6位字母及4位数字组成，例：itemab1035、itemja1554…………，51.2万个库无重名，系统设计时建立数据库表，数据库名由自动化系统模块上的硬开关定义死，永久不变，绝不产生混乱，组态软件与SQL中的数据库地址是一致的，使用中不易出错。动态大数据池输入可用卫星，也可用宽带网或4G卡。

实施例四

一种分布数据库同步分布式实时信息云平台系统，所述系统包括：以太网、连接隔离器、分布数据库组件(芯片)、用户节点设备；

所述连接隔离器连接以太网及分布数据库组件(芯片)，用户节点设备连接对应的分布数据库组件；

所述分布数据库组件包括分布数据库及同步软件包，所有用户节点设备的分布数据库组件通过以太网平台连接成一体化同步系统，实现全部用户节点设备的分布数据库高速同步一致相等，分布数据库就是平台总数据库，用户节点设备与分布数据库组件用数据库RAM总线接口，不需网络通信即共享平台总数据库；

所述分布数据库组件包括分布数据库芯片，分布数据库芯片包括综合数据库双口储存器、专用工作协议模块，综合数据库双口储存器连接专用工作协议模块；所述综合数据库双口储存器连接用户节点设备，专用工作协议块连接以太网交换机；分布数据库组件可以加工成单芯片应用，缩小体积与成本。

所有用户节点设备的分布数据库通过同步软件包实现毫秒级速度的同步一致相等；

采用防冲突总线技术实现多点实时同步；采用前向后向预测技术与高频滤波技术实现压缩冗余数据；

每个节点的同步软件包自动发送标准的同步广播短报文，节点分布数据库内发生变化时立即广播同步报文或节点静态数据慢速广播同步报文，在一个同步广播报文内实现全平台一个分布数据库同步。

综上所述，本发明提出的分布数据库同步分布式实时信息云平台系统，系统比现有串口通讯平台的通讯速度提高4个数量级，其网络带宽压缩4个数量级，单平台实时数据库可达50万大容量，信息动态响应为毫秒级高速，通过卫星无线网带宽压缩数万倍，实现全球信息连通，系统具有每个节点的心跳数据库，安全性可控，可防止各种事故灾难，成为互联网新型平台。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (5)

1.一种分布数据库同步分布式实时信息云平台系统，其特征在于，所述系统包括：

平台每个节点包括：以太网络、连接隔离器、分布数据库组件、用户节点设备；

所述连接隔离器连接以太网及分布数据库组件，用户节点设备连接到对应的分布数据库组件；

所述分布数据库组件包括分布数据库及同步软件包，所有用户节点设备的分布数据库组件通过以太网连接成一体同步系统，实现全部用户节点设备的分布数据库高速同步一致相等，分布数据库就是平台总数据库，用户节点设备与分布数据库组件用数据库RAM总线接口，不需网络通信即共享平台总数据库；

所述分布数据库组件包括分布数据库芯片，分布数据库芯片包括综合数据库双口储存器、专用工作协议模块，综合数据库双口储存器连接专用工作协议模块；所述综合数据库双口储存器连接用户节点设备，专用工作协议模块连接以太网交换机；分布数据库组件可以加工成单芯片应用，缩小体积与成本；

平台所有节点的分布数据库通过同步软件包实现毫秒级速度的同步一致相等，同步原理是每个节点的同步软件包自动发送标准的同步广播短报文，节点分布数据库发生变化时立即发送同步报文或节点静态数据慢速发送同步报文，在一个同步广播报文内实现全平台分布数据库同步；

同步软件包由机器码汇编而成，同步报文是以太网的最短报文格式，包含IP、MAC、端口号三种密码，其中端口号做成动态密码；

在应用作为广域网船岸、空岸一体分布数据库同步实时信息平台时，黑匣子数据全部移动岸上；舰船上的实时数据压缩流量万倍以上进行传送，音视信号压缩百倍点播传送；供记录的摄像头经专用压缩盒输出高清低流量音视信号，音视信号压缩百倍，并由网关控制自动点播音视记录；可编程网关及猫连接卫星及移动设备实现船岸通；

由网关控制自动点播音视记录的具体操作包括：网关控制摄像头的自动开闭；当船舶设备产生报警时自动开启摄像头，当船舶安全受威胁时自动开启摄像头，当船舶执行任务时自动开启摄像头，岸上与船上可手动点播开启摄像头，摄像头开启时，岸上大数据池自动录像；

岸上使用SQL大型关系数据库技术，将动态数据、音视信号以及历史记录信号提供用户使用。

2.根据权利要求1所述的分布数据库同步分布式实时信息云平台系统，其特征在于：

所述以太网平台包括卫星宽带网、移动无线网、光纤网。

3.根据权利要求1所述的分布数据库同步分布式实时信息云平台系统，其特征在于：

由于全平台分布数据库高速同步，因此每个分布数据库就是全平台的总数据库，用户与分布数据库交换数据就是与平台总数据库交换数据，所有节点通讯工作时，平台上数据流量为零，平台上仅有少量同步流量。

4.根据权利要求1所述的分布数据库同步分布式实时信息云平台系统，其特征在于：

平台通讯免编程，用户采集数据放入分布数据库，全平台电脑及所有节点全部收到，进行实时监控，免编程免调试，大大压缩工程量。

5.根据权利要求1所述的分布数据库同步分布式实时信息云平台系统，其特征在于：

所述系统还包括同步报文与VPN转换模块，用以实现同步报文与VPN的一体化。

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