CN110442755B - 基于核电厂dcs平台站间网络连接的拓扑图展示方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于核电厂DCS平台站间网络连接的拓扑图展示方法，包括以下步骤：建立图形中要出现的所有图形元素；所述图形元素包括节点元素和用于连接两个节点元素的连线元素；建立网络数据的收发标识；提取设备组态中各站点间通信地址的配置关系，并将所述配置关系归类整理至专用存储区；所述归类整理为将所述配置关系归类于节点元素和连线元素；建立拓扑图时，采用A*算法根据所述专用存储区内存储的配置关系，将节点元素通过与节点元素匹配的连线元素连接。本发明基于核电厂DCS平台站间网络连接的拓扑图展示方法，严格的定义网络拓扑中的关键节点和元素，在拓扑图中引入各种节点图元和连线图元，为拓扑图的绘制提供了关键的前置条件。

Description

基于核电厂DCS平台站间网络连接的拓扑图展示方法
技术领域
本发明涉及核电领域，具体涉及基于核电厂DCS平台站间网络连接的拓扑图展示方法。
背景技术
在核电站分散控制系统DCS领域中，整个DCS系统站间通信是否可靠直接影响到核电站的安全，因此对整个系统之间的网络连接拓扑的确认和验证就显得至关重要。在对网络拓扑图的确认和验证方面，直观的图形展示将给确认和验证带来极大地方便。
由于对网络连接关系传统的描述方法不能解决全覆盖，快速查询的诉求。网络连接的图形化展示就显得越来越重要。然而，对于复杂的DCS系统，站点较多，连接关系复杂，要快速的将连接描述转换为图形模型描述，需要引入专门的算法，因此，在业界，快速准确的显示网络拓扑图是一个很难解决的难点。
网络拓扑图是对系统网络连接的一组规则描述。该组描述的主要特点是：通信交互点较多，通信连线较复杂，冗余与非冗余并存，一个站点会与多个站点连接。在拓扑图展示时，往往出现如下两个问题：
第一、图形展示时，各个连接线错综复杂，经常出现交叉混乱的问题，占用较大的图形区域，显示效果不佳，致使使用人员对拓扑图的阅读、理解、分析非常困难。
第二、各个图元之间连线有长有短，要让连接线看上去清晰明了，需要寻找到合理的绘图路径，而寻找该路径所需要划分的资源又非常庞大，导致图形的绘制、显示、刷新效率非常低，给使用者带来极差的体验。
综上所述。在现有的技术背景下，想实现对基于核电厂DCS平台站间网络连接的拓扑图快速、高效、清晰明了的展示，其难度非常大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术实现对基于核电厂DCS平台站间网络连接的拓扑图快速、高效、清晰明了的展示难度很大，目的在于提供基于核电厂DCS平台站间网络连接的拓扑图展示方法，解决上述问题。
本发明通过下述技术方案实现：
基于核电厂DCS平台站间网络连接的拓扑图展示方法，包括以下步骤：建立图形中要出现的所有图形元素；所述图形元素包括节点元素和用于连接两个节点元素的连线元素；根据任意两个节点元素之间的数据收发关系建立网络数据的收发标识；提取设备组态中各站点间通信地址的配置关系，并将所述配置关系归类整理至专用存储区；所述归类整理为将所述配置关系归类于节点元素和连线元素；建立拓扑图时，采用A*算法根据所述专用存储区内存储的配置关系，将节点元素通过与节点元素匹配的连线元素连接。
本发明应用时，针对DCS平台站间网络连接，研究了快速简洁的拓扑图展示方法；严格的定义拓扑图的关键节点及图例，将网络数据收发标识作为关键数据进行记录和使用。引入“A*”算法进行位置间路径计算，通过计算机智能选取节点间的最优位置。实现了计算机自动显示DCS平台间网络拓扑。这一技术一方面可以简单、清晰、有序的显示网络拓扑图，为使用者阅读图形提供了方便；另一方面快速计算、快速显示网络拓扑图，提高了图形显示效率，给用户带来极好的适应体验。
本发明中实现对基于核电厂DCS平台站间网络连接的拓扑图展示方法，最终实现了计算机自动显示DCS平台间网络拓扑图。保证了核电厂工程设计人员可以阅读简单、清晰、有序的网络拓扑图。在DCS工程的设计、V&V、测试及验证环节中起到至关重要的作用。很大程度减小了操作者的工作量，提高了工作效率，节约了核电厂的工程设计成本。
进一步的，所述节点元素包括总体拓扑中的节点元素和展示通道信息的节点元素。
进一步的，所述总体拓扑中的节点元素包括RPC节点、TU节点、网关节点和安全显示站节点。
进一步的，所述展示通道信息的节点元素包括非冗、主冗、从冗。
进一步的，所述连线元素包括无交叉点线和有交叉点线。
进一步的，建立网络数据的收发标识时，将数据发出点建立为数据发送节点，并将数据接收点建立为数据接收节点。
进一步的，将数据发送节点标识为N(S)，并将数据接收节点标识为N(R)；在整个工程中将N作为数据链标识，N采用int类型的整形数标识，且在工程中是唯一的。
进一步的，建立拓扑图包括以下步骤：获取两个连接的的站点，并判断两个站点间是否已经连线，如果未连线则创建两个节点；创建A*寻路算法线程对象，并将当前视图里所有站点添加到障碍容器，且将当前视图里所有连线节点添加到障碍容器；创建起点和终点连线，根据起点和终点计算出A*算法起点和终点节点并寻找最优路径；当路径为最优时根据最优路径绘制连线。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明基于核电厂DCS平台站间网络连接的拓扑图展示方法，严格的定义网络拓扑中的关键节点和元素，在拓扑图中引入各种节点图元和连线图元，为拓扑图的绘制提供了关键的前置条件；
2、本发明基于核电厂DCS平台站间网络连接的拓扑图展示方法，严格的定义通信收发标识，针对通信链路，通信节点作用对节点进行定义，使整个通信链路逻辑更加清晰，为逻辑图的绘制提供了数据基础；
3、本发明基于核电厂DCS平台站间网络连接的拓扑图展示方法，将A*算法引入到核电控制系统桌面软件中，通过A*算法的适应，快速高效的计算路径，避免了拓扑图连线混乱，容易出错的问题；
4、本发明基于核电厂DCS平台站间网络连接的拓扑图展示方法，通过计算机软件查找拓扑图的最优路径，避免了拓扑图中无效的连线，既保证了拓扑图的简洁，也保证了拓扑图绘制的高效性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明方法步骤示意图；
图2为本发明拓扑图绘制流程示意图；
图3为本发明实施例TU站图元示意图；
图4为本发明实施例RPC站图元示意图；
图5为本发明实施例网管站图元示意图；
图6为本发明实施例安全显示站图元示意图；
图7为本发明实施例通信模块图元示意图；
图8为本发明实施例无交叉线图元示意图；
图9为本发明实施例有交叉线图元示意图；
图10为本发明实施例工程总体拓扑图；
图11为本发明实施例通道信息拓扑图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
如图1所示，本发明基于核电厂DCS平台站间网络连接的拓扑图展示方法，包括以下步骤：建立图形中要出现的所有图形元素；所述图形元素包括节点元素和用于连接两个节点元素的连线元素；根据任意两个节点元素之间的数据收发关系建立网络数据的收发标识；提取设备组态中各站点间通信地址的配置关系，并将所述配置关系归类整理至专用存储区；所述归类整理为将所述配置关系归类于节点元素和连线元素；建立拓扑图时，采用A*算法根据所述专用存储区内存储的配置关系，将节点元素通过与节点元素匹配的连线元素连接。
本实施例实施时，针对DCS平台站间网络连接，研究了快速简洁的拓扑图展示方法；严格的定义拓扑图的关键节点及图例，将网络数据收发标识作为关键数据进行记录和使用。引入“A*”算法进行位置间路径计算，通过计算机智能选取节点间的最优位置。实现了计算机自动显示DCS平台间网络拓扑。这一技术一方面可以简单、清晰、有序的显示网络拓扑图，为使用者阅读图形提供了方便；另一方面快速计算、快速显示网络拓扑图，提高了图形显示效率，给用户带来极好的适应体验。
本实施例中实现对基于核电厂DCS平台站间网络连接的拓扑图展示方法，最终实现了计算机自动显示DCS平台间网络拓扑图。保证了核电厂工程设计人员可以阅读简单、清晰、有序的网络拓扑图。在DCS工程的设计、V&V、测试及验证环节中起到至关重要的作用。很大程度减小了操作者的工作量，提高了工作效率，节约了核电厂的工程设计成本。
为了进一步的说明本实施例的工作过程，所述节点元素包括总体拓扑中的节点元素和展示通道信息的节点元素。
为了进一步的说明本实施例的工作过程，所述总体拓扑中的节点元素包括RPC节点、TU节点、网关节点和安全显示站节点。
为了进一步的说明本实施例的工作过程，所述展示通道信息的节点元素包括非冗、主冗、从冗。
为了进一步的说明本实施例的工作过程，所述连线元素包括无交叉点线和有交叉点线。
为了进一步的说明本实施例的工作过程，建立网络数据的收发标识时，将数据发出点建立为数据发送节点，并将数据接收点建立为数据接收节点。
为了进一步的说明本实施例的工作过程，将数据发送节点标识为N(S)，并将数据接收节点标识为N(R)；在整个工程中将N作为数据链标识，N采用int类型的整形数标识，且在工程中是唯一的。
为了进一步的说明本实施例的工作过程，建立拓扑图包括以下步骤：获取两个连接的的站点，并判断两个站点间是否已经连线，如果未连线则创建两个节点；创建A*寻路算法线程对象，并将当前视图里所有站点添加到障碍容器，且将当前视图里所有连线节点添加到障碍容器；创建起点和终点连线，根据起点和终点计算出A*算法起点和终点节点并寻找最优路径；当路径为最优时根据最优路径绘制连线。
本实施例提供基于核电厂DCS平台站间网络连接的拓扑图展示方法，实现对复杂的站间网络连接拓扑图的直观多样的展示。
1、名词解释
1)图元：在系统中一个数据停留的站点作为一个图元，这些分为数据起始点、终结点、中转点；根据对应站点类型不一样，图元又分为不同的图例显示。
2)连线：两个图元之间的网络连线，表示站点之间的网络关系，一个图元可能发出多条连线，也可能接收多条连线。
3)障碍容器：寻找路径时，需要过滤掉的区域。
4)A*算法：A*算法是比较流行的启发式搜索算法之一，被广泛应用于路径优化领域。它的独特之处是检查最短路径中每个可能的节点时引入了全局信息，对当前节点距终点的距离做出估计，并作为评价该节点处于最短路线上的可能性的量度。A*算法是利用对问题的了解和对问题求解过程的了解，寻求某种有利于问题求解的启发信息，从而利用这些启发信息区搜索最优路径，它不用遍历整个视图，而是每一步搜索都根据启发函数朝着某个方向搜索，当视图很大很复杂时，它的计算复杂度大大优于其他算法，是一种搜索速度非常快、效率非常高的算法。
2、实现过程
本实施例以一个工程为对象，以一个处理单元为单位，以通信卡的通道配置为基础，首先抽取出工程中各元素的关系信息，然后计算出各链接的适用位置，最后以“A*”算法计算出最佳连线。最终形成工程和站级两级拓扑图，清晰的展示了工程的网络拓扑关系。
实现本实施例要完成的主要工作包括四个步骤，其流程如图1所示。
第一步，定义图形元素。
在本发明中首先定义在图形中要出现的所有图形元素，具体如下：
①节点元素有两类，第一类是总体拓扑中用到的节点元素。此类节点分为RPC节点、TU节点、网关节点、安全显示站节点。第二类是在展示通道信息的拓扑图中用到的节点元素，该类节点主要是模块通道，模块分为非冗、主冗、从冗。
②连线元素，连线主要是连接两个节点，分为无交叉点线和有交叉点线。
第二步，定义通信收发标识。
在本发明中，需要严格的定义网络数据的收发标识，任意两个有数据流向的节点之间均有数据收发关系，
①数据发出点定义为数据发送节点，在数据存储区记录定义该节点为标识N(S)。
②数据接收点定义为数据接收点，在数据存储区记录定义节点为标识N(R)。
③在整个定义中N表示数据链标志，用int类型的整形数标识，在工程中是唯一的。S标识数据发送标志。R标识数据接收标志。
第三步，分析提取网络连接信息。
整个DCS系统网络连接信息来源于设备组态中各站点间通信地址的配置关系，该数据存储于工程数据库中，系统将各站的通信模块信息、连接的通道信息进行提取。根据第一步及第二步的定义，将数据进行归类整理，存放于拓扑图绘制软件数据专用存储区。
第四步，绘制拓扑图。
在整个拓扑图生成流程中，此步是核心步骤，使用了A*”算法在核电控制系统桌面软件的应用，智能选取连线最优位置等关键技术。是最终成图的关键步骤，其流程如图2所示。
绘制图形的具体流程描述如下：
1)获取两个连接的的站点；
2)判断两个站点间是否已经连线；
3)创建两个节点；
4)创建A*寻路算法线程对象；
5)将当前视图里所有站点添加到障碍容器；
6)将当前视图里所有连线节点添加到障碍容器；
7)创建起点和终点连线；(横坐标差值大于纵坐标差值，采取水平方向，反之采取垂直方向)；
8)根据起点和终点计算出A*算法起点和终点节点；
9)开启A*算法线程，计算路径；
10)判断是否点击取消连线按钮；
11)判断是否找到最短路径；
12)将所有最短路径连接起来；
本实施例已在安全级DCS系统上采用，该系统已经Center项目进行供货。通过提供网络链路拓扑图生成软件，实现了对基于核电厂DCS平台站间网络连接的拓扑图展示的功能；本发明可以简单、清晰、有序的显示网络拓扑图，为使用者阅读图形提供了方便；同时，本发明显示的拓扑图后台快速计算、前台快速显示网络拓扑图，提高了图形显示效率，给用户带来极好的适应体验。
在安全级DCS项目中，已经实现了上述基于基于核电厂DCS平台站间网络连接的拓扑图展示。
1、利用本方法定义的图形元素如图3-图9所示。
2、利用本方法生成总体拓扑图如图10所示。该拓扑图展示了整个工程各站的连接关系。
3、利用本方法生成带通道信息拓扑图如图11所示。该拓扑图展示了整个工程各站通信模块的通道的详细连接关系。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.基于核电厂DCS平台站间网络连接的拓扑图展示方法，其特征在于，包括以下步骤：
建立图形中要出现的所有图形元素；所述图形元素包括节点元素和用于连接两个节点元素的连线元素；
根据任意两个节点元素之间的数据收发关系建立网络数据的收发标识；
提取设备组态中各站点间通信地址的配置关系，并将所述配置关系归类整理至专用存储区；所述归类整理为将所述配置关系归类于节点元素和连线元素；
建立拓扑图时，采用A*算法根据所述专用存储区内存储的配置关系，将节点元素通过与节点元素匹配的连线元素连接，具体包括：
获取两个连接的站点，并判断两个站点间是否已经连线，如果未连线则创建两个节点；
创建A*寻路算法线程对象，并将当前视图里所有站点添加到障碍容器，且将当前视图里所有连线节点添加到障碍容器；
创建起点和终点连线，根据起点和终点计算出A*算法起点和终点节点并寻找最优路径；
当路径为最优时根据最优路径绘制连线。
2.根据权利要求1所述的基于核电厂DCS平台站间网络连接的拓扑图展示方法，其特征在于，所述节点元素包括总体拓扑中的节点元素和展示通道信息的节点元素。
3.根据权利要求2所述的基于核电厂DCS平台站间网络连接的拓扑图展示方法，其特征在于，所述总体拓扑中的节点元素包括RPC节点、TU节点、网关节点和安全显示站节点。
4.根据权利要求2所述的基于核电厂DCS平台站间网络连接的拓扑图展示方法，其特征在于，所述展示通道信息的节点元素包括非冗、主冗、从冗。
5.根据权利要求1所述的基于核电厂DCS平台站间网络连接的拓扑图展示方法，其特征在于，所述连线元素包括无交叉点线和有交叉点线。
6.根据权利要求1所述的基于核电厂DCS平台站间网络连接的拓扑图展示方法，其特征在于，建立网络数据的收发标识时，将数据发出点建立为数据发送节点，并将数据接收点建立为数据接收节点。
7.根据权利要求6所述的基于核电厂DCS平台站间网络连接的拓扑图展示方法，其特征在于，将数据发送节点标识为N(S)，并将数据接收节点标识为N(R)；在整个工程中将N作为数据链标识，N采用int类型的整形数标识，且在工程中是唯一的。
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