CN108306963B - 一种scada系统及协议层数据配置方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种SCADA系统及协议层数据配置方法，用以将SCADA系统的协议通讯部分独立出来，标准化、模板化构建。系统包括管理终端、部署管理器和云平台，管理终端建立SCADA系统的协议镜像、协议数据模型字典模板文件和协议云部署模板文件，其中，所述协议数据模型字典模板文件用于保存云平台协议通讯的配置信息，所述协议云部署模板文件用于保存云平台的配置信息；将所述协议镜像、所述协议数据模型字典模板文件、所述协议云部署模板文件上传至部署管理器；部署管理器将所述协议镜像、所述协议数据模型字典模板文件、所述协议云部署模板文件发布至云平台；云平台指示各容器根据部署管理器发布的内容，以及容器的本地环境配置信息，生成协议容器实例。

Description

一种SCADA系统及协议层数据配置方法
技术领域
本发明涉及云计算技术领域，具体涉及一种SCADA系统及协议层数据配置方法。
背景技术
数据采集与监视控制系统(Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA)是以计算机为基础的分布式控制系统(Distributed Control System,DCS)与电力自动化监控系统，它应用领域很广，可以应用于电力、冶金、石油、化工、燃气、铁路等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。
在电力系统中，SCADA系统应用最为广泛，技术发展也最为成熟。它在远动系统中占重要地位,可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能,即我们所知的"四遥"功能。RTU(远程终端单元),FTU(馈线终端单元)是它的重要组成部分.在现今的变电站综合自动化建设中起了相当重要的作用。
Kubernetes是Google开源的容器集群管理系统，其提供应用部署、维护、扩展机制等功能，利用Kubernetes能方便地管理跨机器运行容器化的应用，其主要功能如下：
1)使用Docker对应用程序包装(package)、实例化(instantiate)、运行(run)。
2)以集群的方式运行、管理跨机器的容器。
3)解决Docker跨机器容器之间的通讯问题。
4)Kubernetes的自我修复机制使得容器集群总是运行在用户期望的状态。Kubernetes是实现基于容器的第二代云服务平台的首选方案。
现有SCADA系统虽然已经具备一定的分布式思想，但在伸缩性及可扩展性上仍有较大的问题，尤其是对于百万级以上(传感器)超大规模的SCADA系统，问题尤为明显。原因在于，现有SCADA系统基本没有充分利用当今最先进的大数据及云计算技术，在架构设计上存在着一定的缺陷；同时，普通的分布式系统也很难满足SCADA系统的高可用性及高伸缩性。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中SCADA系统架构设计缺陷的问题，提供一种SCADA系统及协议层数据配置方法，用以将SCADA系统的协议通讯部分独立出来，标准化、模板化构建。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
第一方面，一种SCADA系统，包括管理终端、部署管理器和云平台，所述管理终端用于建立SCADA系统的协议镜像、协议数据模型字典模板文件和协议云部署模板文件，其中，所述协议数据模型字典模板文件用于保存云平台协议通讯的配置信息，所述协议云部署模板文件用于保存云平台的配置信息；将所述协议镜像、所述协议数据模型字典模板文件、所述协议云部署模板文件上传至部署管理器；所述部署管理器用于将所述协议镜像、所述协议数据模型字典模板文件、所述协议云部署模板文件发布至云平台；所述云平台用于指示各容器根据所述部署管理器发布的内容，以及容器的本地环境配置信息，生成协议容器实例。
较佳地，所述部署管理器用于将所述协议数据模型字典模板文件发布至云平台时，具体包括：所述部署管理器通过configmap文件的形式将所述协议数据模型字典模板文件发布至云平台。
较佳地，所述管理终端用于建立协议云部署模板文件时，具体包括：所述管理终端建立协议云部署模板文件，所述协议云部署模板文件中的协议通讯的配置信息设定为从所述configmap文件获取。
较佳地，所述协议数据模型字典模板文件保存的协议通讯的配置信息，包括如下几个参数：ip、port、version、common.address.bytes、transmission.reason.bytes、message.body.bytes。
较佳地，所述管理终端用于建立SCADA系统的协议镜像时，具体包括：所述管理终端建立SCADA系统的协议镜像，所述协议镜像的配置信息设定为通过容器的本地环境配置信息获取。
较佳地，所述云平台为kubernetes云平台。
较佳地，所述容器为docker容器，所述协议镜像符合docker容器的镜像规范。
第二方面，一种协议层数据配置方法，包括：云平台获取协议镜像、协议数据模型字典模板文件和协议云部署模板文件，其中，所述协议数据模型字典模板文件用于保存云平台协议通讯的配置信息，所述协议云部署模板文件用于保存云平台的配置信息；所述云平台指示各容器根据所述协议镜像、协议数据模型字典模板文件和协议云部署模板文件，以及容器的本地环境配置信息，生成协议容器实例。
较佳地，所述云平台获取的协议数据模型字典模板文件为configmap文件形式；所述云平台获取的协议云部署模板文件中的协议通讯的配置信息设定为从所述configmap文件获取。
较佳地，所述云平台获取的协议镜像的配置信息设定为通过容器的本地环境配置信息获取。
本发明利用当今最先进的基于容器的第二代云计算技术，将SCADA系统的协议层独立出来，标准化、模板化构建协议，解决了现有SCADA系统的架构缺陷。本发明具备如下特点：
1).协议层独立为模块运行，在通用性与适配性上有较大优势；
2).通过协议镜像与协议数据模型可适配所有SCADA通讯协议；
3).协议实例运行于云服务平台的虚拟资源池，具备极高的可用性及伸缩性；
4).通过云服务平台实现协议实例的错误侦测及故障自动处理；
5).可轻松实现对百万级以上超大规模SCADA系统的管理。
附图说明
图1是本发明实施例提供的SCADA系统的架构设计示意图；
图2是本发明实施例提供的协议配置数据的转化过程示意图；
图3是本发明实施例提供的生成协议容器实例的过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进行进一步说明。
如图1所示，是本发明提供的SCADA系统的架构设计示意图。图中虚框部分为协议配置数据模板的主要内容，包括协议镜像仓库，协议云部署模板，协议数据模型字典，终端配置表等。每种SCADA通讯协议都对应一套协议配置数据模板。此外，终端配置表主要与后续的监控及展示有关，不是本发明的重点。
协议镜像、协议数据模型字典模板文件和协议云部署模板文件的建立和配置通过管理终端进行，管理终端与部署管理器可以是相同设备，也可以是不同的设备。
一、协议镜像仓库。
协议镜像应符合docker容器的镜像规范，将SCADA系统的各种协议实现封装成docker镜像存储于私有镜像仓库。
以SCADA系统中最常用的104规约为例，伪代码如下：
data3:5000/globigdata/protocol_104:v1.1；
其中：
data3:5000：私有仓库服务器的名称与访问端口；
globigdata：私有域名，可任意指定；
protocol_104：协议104规约的具体实现；
v1.1：版本号。
协议镜像的代码实现中，对具体协议的配置信息(如ip地址，端口，其他可变协议参数等)应以容器操作系统环境变量的形式取得。
二、协议数据模型字典。
协议数据字典模板文件采用常用的属性配置文件格式。
对于104规约，可取名为104.properties,主要保存协议通讯中需要配置的各类变量，内容示例如下：
#本文件主要保存104规约中，跟通讯相关的配置信息；
ip＝192.168.0.1#远程终端的TCP ip地址；
port＝2404#远程终端的TCP端口号；
version＝2009#104规约的版本号；
common.address.bytes＝2#公共地址字节数；
transmission.reason.bytes＝2#传输原因字节数；
message.body.bytes＝2#消息体字节数；
#其他可配置参数可自行扩展。
三、协议云部署模板。
协议云部署模板采用kubernetes专用的yaml文件格式，对104规约，可命名为104_pod.yaml其内容如下：
Figure BDA0001563152650000051
Figure BDA0001563152650000061
模板中指定的变量:IP,PORT,VERSION,COMMON.ADDRESS.BYTES,TRANSMISSION.REASON.BYTES,MESSAGE.BODY.BYTES在部署到kubernetes系统后，将会被自动设置为容器操作系统的环境变量，协议实现中可通过访问容器操作系统环境变量的方式得到上述各值。
四、部署管理器。
部署管理器的工作主要有两步：
1、将协议数据模型字典的模板文件以configmap的形式发布到kubernetes中，仍以104规约为例：
kubectl create configmap 104-config--from-file＝104.properties；
新创建的configmap名称为104-config。
2、将协议云部署模板文件发布到kubernetes中，示例：
Kubectl create–f 104_pod.yaml；
云部署模板文件中包含对104-config的引用，其中的变量自动从configmap中取值。
为了便于理解，本发明提供了图2，展示了协议配置数据的转化过程。本发明通过建立协议镜像、协议数据模型字典模板文件和协议云部署模板文件，由云平台将本地环境配置信息：如操作系统环境变量等，以及协议配置文件、云平台配置信息等载入协议镜像、协议数据模型字典模板文件和协议云部署模板文件，从而生成协议容器实例，实现过程如图3所示。
本发明具备如下优点：
一、SCADA系统协议基于kubernetes的配置数据模板设计；
二、将各类SCADA系统协议拆分为协议镜像仓库，协议数据字典，协议云部署模板等，最终通过环境变量对协议模板变量赋值，具有标准化，模板化快速部署的巨大优势；
三、将传统的SCADA系统与当今最先进的容器云服务平台相结合，具备高可用，高伸缩，负载均衡，错误自检，自动恢复等性能优势；
四、具备对百万级以上超大规模SACADA系统的支持能力。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种SCADA系统，包括管理终端、部署管理器和云平台，其特征在于，
所述管理终端用于建立SCADA系统的协议镜像、协议数据模型字典模板文件和协议云部署模板文件，其中，所述协议数据模型字典模板文件用于保存云平台协议通讯的配置信息，所述协议云部署模板文件用于保存云平台的配置信息；将所述协议镜像、所述协议数据模型字典模板文件、所述协议云部署模板文件上传至部署管理器；
所述部署管理器用于将所述协议镜像、所述协议数据模型字典模板文件、所述协议云部署模板文件发布至云平台；
所述云平台用于指示各容器根据所述部署管理器发布的内容，以及容器的本地环境配置信息，生成协议容器实例。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述部署管理器用于将所述协议数据模型字典模板文件发布至云平台时，具体包括：
所述部署管理器通过configmap文件的形式将所述协议数据模型字典模板文件发布至云平台。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述管理终端用于建立协议云部署模板文件时，具体包括：
所述管理终端建立协议云部署模板文件，所述协议云部署模板文件中的协议通讯的配置信息设定为从所述configmap文件获取。
4.如权利要求1、2和3中的任一项所述的系统，其特征在于，所述协议数据模型字典模板文件保存的协议通讯的配置信息，包括如下几个参数：
ip、port、version、common.address.bytes、transmission.reason.bytes、message.body.bytes。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述管理终端用于建立SCADA系统的协议镜像时，具体包括：
所述管理终端建立SCADA系统的协议镜像，所述协议镜像的配置信息设定为通过容器的本地环境配置信息获取。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述云平台为kubernetes云平台。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述容器为docker容器，所述协议镜像符合docker容器的镜像规范。
8.一种协议层数据配置方法，其特征在于，包括：
云平台获取协议镜像、协议数据模型字典模板文件和协议云部署模板文件，其中，所述协议数据模型字典模板文件用于保存云平台协议通讯的配置信息，所述协议云部署模板文件用于保存云平台的配置信息；
所述云平台指示各容器根据所述协议镜像、协议数据模型字典模板文件和协议云部署模板文件，以及容器的本地环境配置信息，生成协议容器实例。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，
所述云平台获取的协议数据模型字典模板文件为configmap文件形式；
所述云平台获取的协议云部署模板文件中的协议通讯的配置信息设定为从所述configmap文件获取。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，
所述云平台获取的协议镜像的配置信息设定为通过容器的本地环境配置信息获取。
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