CN111541599B - 基于数据总线的集群软件系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于数据总线的集群软件系统及方法，包括：服务器层，通过总线机制，将硬件服务器集群利用虚拟化技术，根据分布式组件需求分配设定的资源，建立其对应的容器，通过容器实现各组件的隔离与解耦；所述硬件服务器集群包括：由web服务器、数据服务器以及通讯服务器构成的硬件服务器组成的集群；将每台硬件服务器作为单个节点，集群内节点共享通信、内存空间及数据处理功能；单个节点故障不会影响整个系统的正常运行。本发明通过容器实现各组件的隔离、解耦并各司其职，共同组成系统的分布式功能系统。每台服务器都作为冗余备份的集群的单个节点，当机器发生故障，只相当于平台损失了一部分硬件能力，不会影响到整个系统的正常运行。

Description

基于数据总线的集群软件系统及方法

技术领域

本发明涉及电力行波平台监测系统软件架构技术领域，尤其涉及基于数据总线的集群软件系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

近年来随着国民经济的不断发展，电网规模不断增强，以及集成行波测距技术的日益成熟，对电力行波平台监测系统的一体化、可靠性、可维护性、安全性、可扩展性、实用性等要求也进一步提高，因此，建立一种一体化可扩展的集群电力系统软件架构的任务尤为重要。

但是发明人在研究中发现，现有的电力系统软件架构可能存在如下缺点：

(1)较传统的由讯通服务器、web服务器、数据服务器构成的平台，不具有良好的易扩展性。

(2)某一环节故障，可能会导致整个系统无法运行。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于数据总线的一体化可扩展的集群软件系统及方法，通过冗余节点的设置策略，使得单个节点的故障，不会影响整个系统的正常运行，能够实现节点间的自动无缝切换，同时满足系统架构一体化、可靠性、可维护性、安全性、可扩展性、实用性的要求。

在一些实施方式中，采用如下技术方案：

基于数据总线的集群软件系统，包括：

服务器层，通过总线机制，将硬件服务器集群利用虚拟化技术，根据分布式组件需求分配设定的资源，建立其对应的容器，通过容器实现各组件的隔离与解耦；

所述硬件服务器集群包括：由web服务器、数据服务器以及通讯服务器构成的硬件服务器组成的集群；

将每台硬件服务器作为单个节点，集群内节点共享通信、内存空间及数据处理功能；单个节点故障不会影响整个系统的正常运行。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种故障录波监控系统，包括：级联连接的多级监控中心，每一级监控中心与行波监测终端设备通信；每一级监控中心均包括上述的基于数据总线的集群软件系统；每一级监控中心的通信服务器与行波监测终端设备进行数据通信，同时与上级监控中心的通信服务器进行数据通信。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种故障录波监控方法，包括：采用多级监控中心级联的方式，每一级监控中心与行波监测终端设备通信；

对于每一集监控中心，通过总线机制，将硬件服务器集群利用虚拟化技术，根据分布式组件需求分配设定的资源，建立其对应的容器，通过容器实现各组件的隔离与解耦；

所述硬件服务器集群包括：由web服务器、数据服务器以及通讯服务器构成的硬件服务器组成的集群；

将每台硬件服务器作为单个节点，集群内节点共享通信、内存空间及数据处理功能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明利用总线机制，将硬件服务器集群利用虚拟化技术，根据分布式组件需求分配适当的资源，建立其对应的容器。通过容器实现各组件的隔离、解耦并各司其职，共同组成系统的分布式功能系统。该模式下使平台具有更强的系统安全性，每台服务器都作为冗余备份的集群的单个节点，当机器发生故障，只相当于平台损失了一部分硬件能力，不会影响到整个系统的正常运行。

本发明外前端具备负载均衡机制，通过将大量并发请求平衡分配给各个容器及分布式单元，确保网络服务的响应速度，缓解高并发压力并保证系统的健壮性。

本发明数据库容量的扩充，可采用非关系型文档存储的方式，突破了传统意义上的关系型数据库在盘符及硬件扩充诸多限制，以节点为单位，当系统扩充时只需将新的节点加入即可。

本发明的集群方式，用脚本读取数据库健康状态来控制各节点间程序是否运行，省略了一般集群利用中间件在各个机器上发心跳维持链接的繁琐步骤。此外，冗余备份、镜像介质的拓展集群也可保证数据的安全性。

本发明基于数据总线的集群软件系统采用层次化设计，各层次之间相对独立，下层对上层以确定的界面提供标准化的数据与技术支撑服务。层次化的结构体系，将可充分保证整个系统的可扩展、可伸缩、可维护、及开放性能，从而保证整个系统建设的可持续健康发展。

本发明系统信息层次化组织，使用标准协议和格式，具有与其他系统兼容的接口，规模可大可小，扩展性强，可部署在各种网络环境，适应性强。

本发明规约模型规范化和规约接口规范化，使其整个系统具有完整兼容性设计；“插件式”体系结构，使平台可实现对支持标准通讯规约的行波监测终端的“即插即用”，同时兼容各种非标准规约的终端装置，以保护现有软硬件投资。

附图说明

图1为本发明实施例一中的基于数据总线的集群软件系统架构示意图；

图2为本发明实施例二中的故障录波监控拓扑示意图；

图3为本发明实施例一中所涉及的负载均衡机制图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一

在一个或多个实施例中，公开了一种基于数据总线的一体化可扩展的集群软件系统架构，参照图1，包括：

数据采集及持久化层：用于包含通讯程序、持久化机制以及与规约通讯模块的交互部分，用于采集设备上送的数据并实现持久化。

模块化业务逻辑单元：为业务层可配置式处理单元，用于系统的业务逻辑处理。每个业务逻辑只要规范式开发即可实现特定功能的特定实现，该模式使系统不但能够适应新功能开发后的即插即用(不需要对系统停止或重启，更不会影响其他功能的使用)，同时能够任意更改某一功能的逻辑处理算法流程(拿系统最为核心的测距算法为例，只需配置性操作就可以更改整个计算过程的业务逻辑)。

服务器层，采用总线机制，将硬件服务器集群利用虚拟化技术，根据分布式组件需求分配适当的资源，建立其对应的容器。通过容器实现各组件的隔离、解耦并各司其职，共同组成系统的分布式功能系统。

具体地，分布式组件是指利用在一个分布式系统中，一组独立的组件机制展现给用户的是一个统一的整体，就好像是一个组件系统。组件系统拥有多种通用的物理和逻辑资源，可以动态的分配任务，分散的物理和逻辑资源通过计算机网络实现信息交换，共同作用于一个目的或一种功能。

分配适当的资源是指分布式组件根据软件的运行时态的硬件成本消耗(往往取大于基本稳定硬件成本消耗的180％)来作为初始化策略，在安装的对应容器中调用，这样容器就能动态调整其在硬件设施中所占的资源的多少，通过底层交互协议达到动态分配硬件资源的目的。

容器是指使用软件技术在一台电脑或服务器中虚拟(或者说模拟)出来的多台计算机环境，或者利用多台电脑或服务器模拟出一台物理设备的环境，在容器化之后，达到从应用层看来，这个虚拟环境跟普通的计算机安装完系统后的运行环境没有任何差别的目的。容器之间的关系是并列协同工作的，共同构成一个完整的系统。

容器包括什么功能是根据运行在其上面的应用程式来定的，可以理解为容器就是一个运行环境，假如该容器中既跑着通讯程序也跑着web应用也跑数据库程序那么几乎可以理解为该容器具备系统的全部功能。

高级应用层：具体的人机交互层。采用前端架构及渲染引擎技术技术具备跨语言的兼容性。2d界面利用集成框架最终形成浏览器可识别的脚本语言，3d 界面利用webgl作为渲染引擎，作为浏览器及gpu可识别的渲染管线。

具体地，上述系统各层次之间相对独立，但下层对上层以确定的界面(标准信息模型，标准数据操作机制)提供标准化的数据与技术支撑服务。层次化的结构体系，将可充分保证整个系统的可扩展、可伸缩、可维护、及开放性能，从而保证整个系统建设的可持续健康发展。

系统的集群方式，系统采用分布式原则，将每台服务器作为单个节点，节点间共享内存、空间及处理能力；系统的通讯模块、服务模块及数据存储模块共同运行在由多个节点组成的集群，构成系统服务的核心；该模式下使平台具有更强的系统安全性，每台服务器都作为冗余备份的集群的单个节点，当机器发生故障，只相当于平台损失了一部分硬件能力，不会影响到整个系统的正常运行。

本实施方式的集群方式，用脚本读取数据库健康状态来控制各节点间程序是否运行，省略了一般集群利用中间件在各个机器上发心跳维持链接的繁琐步骤。其中，数据库健康状态是指每一个按照策略运行的数据节点是否正常工作。数据库节点跟磁盘阵列中一块磁盘意义差不多，数据库的工作状态可以根据策略分多种，以冗余备份的方式为例，将数据库分为多个备份节点，只做冗余态写入全部节点中，而读库过程中只从为主的节点中读取。一个数据库节点可以理解为一份备份。

节点间程序是指整个数据库的控制策略，以上面的冗余备份策略为例，程序依附于数据库的驱动程序中，每个节点都有一份并根据自己所配置的策略去运行，完成每个数据节点应做的工作。

数据库中的驱动程序能够接受指令完成对应功能的实现，系统的控制中心 (可以理解为整个系统的大脑)通过心跳机制周期性读取数据库各节点的健康状态，再通过总线机制将命令下达到对应的数据库节点，命令通过该数据节点的驱动程序执行，告诉该节点该做什么，最终使各个节点协同合作保证数据库的正常运行。

此外，通过冗余备份、镜像介质的拓展集群也可保证数据的安全性。

在另一些实施方式中，总线机制的对外前端具备负载均衡机制；如图3所示，是负载均衡的机制图；有5个用户同时发请求，只有4个服务器的情况下，请求A 发到服务器1，请求B发到服务器2，请求C发到服务器3，请求D发到服务器4，再有请求E时，负载均衡机制会自动将请求E发到服务器1。通过该组件将大量并发请求平衡分配给各个容器及分布式单元，确保网络服务的响应速度，缓解高并发压力并保证系统的健壮性。

系统的总线机制提供对外服务接口以满足平台端的后期运维与拓展，外部系统可以通过webservice/https/远程调用等多种方式调用与查看总调平台的数据，总线机制通过监听器与权限控制单元严格掌控外部调用的身份特征与授权范围，保证外部系统只能调用其权限允许的接口及实现，并在数据发送与接收过程经过复杂的加解密过程。系统的消息总线具备中间件功能，能够订阅其他系统发布的消息信息或做转发。

在一些实施方式中，本实施方式的集群设计使得系统具有良好的易扩展性。

其中，软件可扩展性，包括软件扩充能力，即增加新模块、增加新软件功能和系统容量可扩充都可以利用节点的横向扩充及物理节点的虚拟化技术来解决。

硬件功能建设的扩充，是指能在系统现场方便的完成的，系统设备具有大的硬件变动或修改，新老设备之间能做到平稳过渡连接，不对正常运行系统设备产生任何影响。

系统容量的扩充，包括可接入的厂站数量、系统数据库的容量等，没有设计容量上的限制。

数据库容量的扩充，这种扩充不需要增加任何设备的连接和软件的重新编译或修改，即可保证系统的正常运行。

在另一些实施方式中，还包括：

系统的性能掌控方式，添加系统的单个节点(服务器)可扩充500-800台设备接入量，提供500GB-1TB的存储容量，拓展1000-3000的负载访问量。

系统的分布式集群数据备份方式，数据服务模块采用冗余备份、云备份及增量备份的方式保证数据的安全性。其中只要数据改变节点，即做冗余备份及云备份，增量备份的时间可根据用户需求与现场情况自行设置。

系统的软件的工作条件是不依赖于任何硬件平台，是独立于硬件的功能模块。

实施例二

在一个或多个实施方式中，公开了一种故障录波监控系统，参照图2，具体包括：级联连接的多级监控中心，每一级监控中心与行波监测终端设备通信；本实施例中，包括三级监控中心：地调测距监控中心，中调测距监控中心和总调测距监控中心；每一级监控中心的通信服务器与行波监测终端设备进行数据通信，同时与上级监控中心的通信服务器进行数据通信。

每一级监控中心都由通讯服务器、数据库服务器和WEB服务器、平台系统管理员站和可直接登录平台的客户端组成；其中，

通讯服务器，确保行波数据汇集到平台侧的连续性和稳定性。

数据库服务器，通过安装Mysql数据库平台，用于提供整个系统的行波数据存取服务。

Web服务器，用于提供数据发布的信息服务。

每一级监控中心的结构组成均采用实施例一中所述的基于数据总线的集群软件系统方式实现。

行波测距联网分析平台主要完成对整个行波监测系统的管理及系统配置、汇总后数据的发布和高级应用等功能的实现。行波监测终端通过数据通讯服务器被动或者主动完成采集数据的上传。每一级监控中心的通信服务器不但负责与行波监测终端设备通过IEC61850规约、IEC103规约或者其他规约进行自动或者被动的数据通信，还负责与上级分/平台通信服务器利用IEC103规约、http协议、JMS消息服务、分布式EJB远程调用进行自动或者被动的数据通信。

系统的全网一体化规划设计，主要体现在规约模型规范化和规约接口规范化，使其整个系统具有兼容性设计。具体包括：一体化数据采集、一体化建模和一体化运行监视。

其中，一体化数据采集，是指利用分布式技术部署行波采集，在同一个集群范围内的这些行波采集装置就看作是同一数据采集中心；在同一数据采集中心框架内，利用分布式技术部署行波采集装置，将行波数据的采集放在行波采集服务器上。需配置规约插件和数据模型插件，规范分布式采集行波数据，交由行波平台后台处理。

一体化建模，是指采用平台模型共享技术；举例来讲，行波测距联网分析平台的电网一次设备模型和主接线图与EMS系统共用，无需单独维护，利用EMS 系统的一次接线图填库的方式来生成系统的一次设备模型。二次设备模型在站端测距装置建模，系统从站端测距装置召唤二次设备模型，导入数据库，导入时通过一次设备名称匹配建立一二次设备模型的关联关系，实现一二次设备的一体化建模。

一体化运行展示方式，是利用图、模、库一体化的技术。在厂站接线图上，通过不同的应用模块(功能模块)的切换实现电网一二次设备运行状态的一体化监视；还可实现对二次设备运行状态的实时监视和在线查询。

在系统一体化基础上，采用“插件式”应用体系结构，使行波测距联网分析系统可实现对支持标准通讯规约的行波监测终端的“即插即用”，同时兼容各种非标准规约的终端装置，以保护现有软硬件投资。

通过系统化、标准化、一体化设计，实现整个系统数据高度共享、分层分布、上下互联互通的系统目标。

实施例三

在一个或多个实施方式中，公开了一种故障录波监控方法，包括：

采用多级监控中心级联的方式，每一级监控中心与行波监测终端设备通信；

对于每一集监控中心，通过总线机制，将硬件服务器集群利用虚拟化技术，根据分布式组件需求分配设定的资源，建立其对应的容器，通过容器实现各组件的隔离与解耦；

所述硬件服务器集群包括：由web服务器、数据服务器以及通讯服务器构成的硬件服务器组成的集群；

将每台硬件服务器作为单个节点，集群内节点共享通信、内存空间及数据处理功能。

上述方法的具体实施方式已在实施例一和实施例二中详细说明，不再赘述。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.基于数据总线的集群软件系统，其特征在于，包括：

服务器层，通过总线机制，将硬件服务器集群利用虚拟化技术，根据分布式组件需求分配设定的资源，建立其对应的容器，通过容器实现各组件的隔离与解耦；

所述硬件服务器集群包括：由web服务器、数据服务器以及通讯服务器构成的硬件服务器组成的集群；

将每台硬件服务器作为单个节点，集群内节点共享通信、内存空间及数据处理功能；单个节点故障不会影响整个系统的正常运行。

2.如权利要求1所述的基于数据总线的集群软件系统，其特征在于，还包括：

数据采集及持久化层，被配置为采集设备上送的数据并实现持久化；

模块化业务逻辑单元，被配置为实现系统的业务逻辑处理，为可配置式处理单元；

高级应用层，被配置为采用渲染引擎技术实现人机交互。

3.如权利要求1所述的基于数据总线的集群软件系统，其特征在于，通过负载均衡机制，将大量并发请求平均分配给各个容器。

4.如权利要求1所述的基于数据总线的集群软件系统，其特征在于，利用脚本读取数据库健康状态来控制各节点间程序是否运行。

5.如权利要求1所述的基于数据总线的集群软件系统，其特征在于，系统数据采用冗余备份、云备份及增量备份的方式，保证系统数据的安全性。

6.如权利要求1所述的基于数据总线的集群软件系统，其特征在于，利用节点的横向扩充及物理节点的虚拟化技术实现增加新模块、增加新软件功能或者扩充系统容量。

7.一种故障录波监控系统，其特征在于，包括：级联连接的多级监控中心，每一级监控中心与行波监测终端设备通信；每一级监控中心均包括权利要求1-5任一项所述的基于数据总线的集群软件系统；每一级监控中心的通信服务器与行波监测终端设备进行数据通信，同时与上级监控中心的通信服务器进行数据通信。

8.如权利要求7所述的一种故障录波监控系统，其特征在于，利用EMS系统的一次接线图填库的方式生成系统的一次设备模型，从站端行波装置调取二次设备模型，导入系统数据库；通过二次设备与一次设备的名称匹配建立一、二次设备模型的关联关系，实现一二次设备的一体化建模。

9.一种故障录波监控方法，其特征在于，包括：采用多级监控中心级联的方式，每一级监控中心与行波监测终端设备通信；

对于每一级 监控中心，通过总线机制，将硬件服务器集群利用虚拟化技术，根据分布式组件需求分配设定的资源，建立其对应的容器，通过容器实现各组件的隔离与解耦；

所述硬件服务器集群包括：由web服务器、数据服务器以及通讯服务器构成的硬件服务器组成的集群；

将每台硬件服务器作为单个节点，集群内节点共享通信、内存空间及数据处理功能。

10.如权利要求9所述的一种故障录波监控方法，其特征在于，利用EMS系统的一次接线图填库的方式生成系统的一次设备模型，从站端行波装置调取二次设备模型，导入系统数据库；通过二次设备与一次设备的名称匹配建立一、二次设备模型的关联关系，实现一二次设备的一体化建模。

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