CN108337256A - 协议实例化的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开一种协议实例化的方法，包括：实例化协议云部署模板；在云平台中实例化镜像协议；所述实例化镜像协议响应云应用程序的调用。通过上述方法，可以将SCADA系统的协议通讯部分独立出来，标准化，模块化构建；同时提高SCADA系统的高可用性及高伸缩性。

Description

协议实例化的方法和系统

技术领域

本发明涉及云计算领域，尤其涉及协议实例化的方法和系统。

背景技术

SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即数据采集与监视控制系统。SCADA系统是以计算机为基础的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。

SCADA在铁道电气化远动系统上的应用较早，在保证电气化铁路的安全可靠供电，提高铁路运输的调度管理水平起到了很大的作用。在铁道电气化SCADA系统的发展过程中，随着计算机的发展，不同时期有不同的产品，同时我国也从国外引进了大量的SCADA产品与设备，这些都带动了铁道电气化远动系统向更高的目标发展。

SCADA系统自诞生之日起就与计算机技术的发展紧密相关。SCADA系统发展到今天已经经历了三代。

第一代是基于专用计算机和专用操作系统的SCADA系统，如电力自动化研究院为华北电网开发的SD176系统以及在日本日立公司为我国铁道电气化远动系统所设计的SCADA计算监测中心H-80M系统。这一阶段是从计算机运用到SCADA系统时开始到70年代。

第二代是80年代基于通用计算机的SCADA系统，在第二代中，广泛采用VAX等其它计算机以及其它通用工作站，操作系统一般是通用的UNIX操作系统。在这一阶段，SCADA系统在电网调度自动化中与经济运行分析，自动发电控制(AGC)以及网络分析结合到一起构成了EMS系统(能量管理系统)。第一代与第二代SCADA系统的共同特点是基于集中式计算机系统，并且系统不具有开放性，因而系统维护，升级以及与其它联网构成很大困难。

90年代按照开放的原则，基于分布式计算机网络以及关系数据库技术的能够实现大范围联网的EMS/SCADA系统称为第三代。这一阶段是我国SCADA/EMS系统发展最快的阶段，各种最新的计算机技术都汇集进SCADA/EMS系统中。这一阶段也是我国对电力系统自动化以及电网建设投资最大的时期，国家计划未来三年内投资2700亿元改造城乡电网可见国家对电力系统自动化以及电网建设的重视程度。

第四代SCADA/EMS系统的基础条件已经诞生。该系统的主要特征是采用Internet技术、面向对象技术、神经网络技术以及JAVA等技术，继续扩大SCADA/EMS系统与其它系统的集成，综合安全经济运行以及商业化运营的需要。SCADA系统在电气化铁道远动系统的应用技术上已经取得突破性进展，应用上也有迅猛的发展。由于电气化铁道与电力系统有着不同的特点，在SCADA系统的发展上与电力系统的道路并不完全一样。在电气化铁道远动系统上已经成熟的产品有国内自行研制开发的HY200微机远动系统以及由西南交通大学开发的DWY微机远动系统等。这些系统性能可靠、功能强大，在保证电气化铁道供电安全，提高供电质量上起到了重要的作用，对SCADA系统在铁道电气化上的应用功不可没。

现有系统基本都处于第三代，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，没有将SCADA系统的协议通讯部分独立出来，标准化，模块化构建；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。

现有系统虽然也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，尤其是对百万级以上(传感器)超大规模的SACADA系统。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种适用于SACADA系统的协议实例化的方法和系统，可以将SCADA系统的协议通讯部分独立出来，标准化，模块化构建；同时提高SCADA系统的高可用性及高伸缩性。

进一步来讲，上述协议实例化的方法包括：

实例化协议云部署模板；

在云平台中实例化镜像协议；

实例化镜像协议能够响应云应用程序的调用。

进一步的，实例化协议云部署模板包括：

部署管理器根据协议数据字典和终端配置表为协议云部署模板中的变量赋值，协议数据字典保存协议的数据结构信息，终端配置表包含终端设备信息，协议云部署模板包括用于实例化镜像协议的信息。

进一步的，在云平台中实例化镜像协议，包括：

部署管理器向云平台提交实例化的协议云部署模板；

云平台为实例化的协议云部署模板分配容器及硬件资源，从而实例化镜像协议。

进一步的，通过部署管理器，在云平台中实例化协议还可以为：

部署管理器向云平台提交实例化的协议云部署模板；

云平台将实例化的协议模板转化为变量容器。

进一步的，云平台将变量容器中的变量值设置为容器操作系统的环境变量；

镜像协议通过容器操作系统环境变量取值，完成协议镜像实例化。

进一步的，镜像协议为将SCADA系统的协议实现封装成docker镜像。

进一步的，实例化镜像协议响应云应用程序的调用还包括：

实例化镜像协议采用分布式集群架构完成消息服务。

本发明实施例还提供一种协议实例化的系统，包括：

云平台，用于提供云应用程序、实例化镜像协议，云应用程序能够调用实例化的镜像协议；

虚拟资源池，用于整合集群计算资源，运行实例化镜像协议；和

部署管理器模块，用于将协议云部署模板实例化，并将实例化的协议云部署模板提交给云平台。

进一步的，虚拟资源池设置在云平台中，协议云部署模板包含镜像协议实例化所需的信息。

进一步的，系统还包括：

协议数据字典，用于解释镜像协议的数据格式；

终端配置表，用于保存终端设备信息；

部署管理器模块，解析协议数据字典和终端配置表以实例化协议云部署模板。

进一步的，终端配置表导入系统后保存在缓存中。

进一步的，系统还包括：分布式消息服务模块，用于转发与处理实例化镜像协议的消息。

本发明充分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，通过高度的标准化，模块及模板化设计，达成如下特点及优势：

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

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明一个实施例的协议实例化的方法流程图；

图2是本发明一个实施例的协议实例化的系统结构示意图；

图3是本发明另一个实施例的协议实例化的系统结构示意图；

图4是本发明又一个实施例的协议实例化的系统结构示意图。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

针对现有技术中，SCADA系统的紧耦合、不易扩展的技术问题，本发明实施例提出一种协议实例化的方法。如图1所示，上述协议实例化的方法包括：

步骤110：实例化协议云部署模板；

部署管理器根据协议数据字典和终端配置表为协议云部署模板中的变量赋值。

协议数据字典保存协议的数据结构信息，用于具体解释各类协议的数据格式，比如104规约，对应的就是点位配置表等。每种协议都有专门的协议数据字典。

终端配置表包含终端设备信息，用于导入终端设备(传感器，RTU，FTU等)的ip地址，名称，监控及报警阀值等。终端配置表以文件的形式存在，导入系统后，一般保存于缓存系统，如redis等等。

协议云部署模板一般是yaml格式的文件，包括多个变量，这些变量用于实例化镜像协议，如ip地址、端口、协议格式、超时时间、消息服务器队列名称等等。

具体来说，部署管理器抽取协议数据字典及终端配置表中的相关信息，为协议云部署模板中对应的变量赋值，形成协议云部署模板实例(即实例化的协议云部署模板)，一套模板可以生成多个实例。

每种协议都有专门的协议云部署模板。

步骤120：在云平台中实例化镜像协议；

部署管理器通过相应命令或API接口将实例化的协议云部署模板提交给云平台，如图3所示。

在一个实施例中，云平台为协议云部署模板实例分配容器及相应硬件资源，从而实例化镜像协议，即一种运行于云平台的软件程序。

在另一个实施例中，如图4所示，实例化的协议模板变量可以转化为云平台中的configmap变量容器。在协议云部署模板实例部署于云平台过程中，其中的变量以configmap的形式发布于云平台，类似于软件语言中的map结构。在协议云部署模板实例部署于云服务平台的过程中，云平台将configmap中的变量值自动设置为容器操作系统的环境变量，变量名称由协议云部署模板指定。协议镜像通过容器操作系统环境变量名称取得具体的变量值，完成镜像协议实例化的过程。

镜像协议应符合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，就是镜像协议。镜像协议的代码实现应通过linux系统变量的形式取得各类协议的定制参数，如104规约中的ip地址、端口、超时时间、点位表、消息服务的队列名称等。104属于调度类的规约，属于调度端与站内的通讯规约，用于网络。104规约是问答式，就是调度问什么回什么。大致流程为：主站测试链路报文-子站回确认帧，调度总召，子站上送全遥测遥信，调度下发二级数据召唤报文，子站回变化遥测。104通过类型标识区分信号类型，信息体地址判断信息点号。其遥信变位和SOE都是主动上送。

步骤130：实例化协议响应云应用程序的调用。

实例化的镜像协议采用分布式集群架构完成消息服务。采用分布式集群架构，支持动态伸缩与负载均衡，单节点可实现每秒万条以上消息的转发与处理。同时通过分布式消息服务，将整个SCADA系统从紧耦合同步，变为松耦合异步构架，从而使整个系统的并发处理能力得到较大提升。

为实现上述方法，本申请实施例还提供一种协议实例化的系统，如图2所示，包括：

云平台，用于提供云应用程序、实例化镜像协议，所述云应用程序能够调用实例化的镜像协议。云平台，采用基于容器的第二代云服务平台，具有轻便，简捷，快速，资源利用率高等优势。如基于docker的第二代云服务基础平台，Docker是一个开源的应用容器引擎，让开发者可以打包他们的应用程序以及依赖包到一个可移植的容器中，然后发布到任何流行的Linux机器上，也可以实现虚拟化。

虚拟资源池，用于整合集群计算资源，运行实例化镜像协议。虚拟资源池可以设置在所述云平台中，通过云平台整合集群计算资源(内存，CPU，硬盘，网络等)构成虚拟资源池，镜像协议实例以容器的形式运行于虚拟资源池中，镜像协议实例所需计算资源实现按需分配，动态伸缩。

部署管理器模块，用于将协议云部署模板实例化，并将实例化的协议云部署模板提交给云平台。

在本发明的实施例中，如图2、3、4所示，系统还可以包括：协议数据字典，终端配置表。

协议云部署模板包含镜像协议实例化所需的信息，其一般是yaml格式的文件，包括多个变量，这些变量用于实例化镜像协议，如ip地址、端口、协议格式、超时时间、消息服务器队列名称等。每种协议都有专门的协议云部署模板。

协议数据字典，用于解释镜像协议的数据格式，比如104规约，对应的就是点位配置表等。每种协议都有专门的协议数据字典。

终端配置表，用于保存终端设备信息；能够导入终端设备(传感器，RTU，FTU等)的ip地址，名称，监控及报警阀值等。终端配置表以文件的形式存在，导入系统后，一般保存于缓存系统，如redis等等。终端配置表导入系统后可以保存在缓存中。

在本发明的一个实施例中，系统还包括：分布式消息服务模块，用于转发与处理所述实例化镜像协议的消息。分布式消息服务，采用分布式集群架构，支持动态伸缩与负载均衡，单节点可实现每秒万条以上消息的转发与处理。同时通过分布式消息服务，将整个SCADA系统从紧耦合同步，变为松耦合异步构架，从而使整个系统的并发处理能力得到较大提升。

在本发明的一个实施例中，还包括镜像协议仓库，用于存放镜像协议。镜像协议的具体介绍参见上面的描述。

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、装置、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、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

上述说明示出并描述了本发明的若干具体实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种协议实例化的方法，其特征在于，包括：

实例化协议云部署模板；

在云平台中实例化镜像协议；

所述实例化镜像协议响应云应用程序的调用。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实例化协议云部署模板包括：

部署管理器根据协议数据字典和终端配置表为所述协议云部署模板中的变量赋值，所述协议数据字典保存协议的数据结构信息，所述终端配置表包含终端设备信息，所述协议云部署模板包括用于实例化镜像协议的信息。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在云平台中实例化镜像协议；包括：

部署管理器向所述云平台提交实例化的协议云部署模板；

所述云平台为所述实例化的协议云部署模板分配容器及硬件资源，从而实例化镜像协议。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在云平台中实例化镜像协议包括：

部署管理器向所述云平台提交所述实例化的协议云部署模板；

所述云平台将所述实例化的协议模板转化为变量容器。

所述云平台将所述变量容器中的变量值设置为容器操作系统的环境变量；

镜像协议通过所述容器操作系统的环境变量取值，完成协议镜像实例化。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镜像协议为将SCADA系统的协议实现封装成docker镜像。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实例化镜像协议响应云应用程序的调用还包括：

所述实例化镜像协议采用分布式集群架构完成消息服务。

7.一种协议实例化的系统，其特征在于，所述系统包括：

云平台，用于提供云应用程序、实例化镜像协议，所述云应用程序能够调用实例化的镜像协议；

虚拟资源池，用于整合集群计算资源，运行实例化镜像协议；和

部署管理器模块，用于将协议云部署模板实例化，并将实例化的协议云部署模板提交给所述云平台；

或进一步的，所述系统还包括：

分布式消息服务模块，用于转发与处理所述实例化的镜像协议的消息。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述虚拟资源池设置在所述云平台中，所述协议云部署模板包含镜像协议实例化所需的信息。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

协议数据字典，用于解释所述镜像协议的数据格式；

终端配置表，用于保存终端设备信息；

所述部署管理器模块，解析协议数据字典和终端配置表以实例化协议云部署模板。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述终端配置表导入系统后保存在缓存中。