CN203984462U - 强实时和准实时一体化的公共存储与推送系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种强实时和准实时一体化的公共存储与推送系统，包括传感器单元、控制单元、外围执行单元、数据存储服务器和信息处理服务器；控制单元分别与传感器单元、外围执行单元以及数据存储服务器通过网络相连接，信息处理服务器分别与传感器子系统、数据存储服务器通过网络相连接；所述传感器单元包括节点计算机、语音输入设备、以及雷达、红外传感器和视频输入设备中的一种或多种设备；所述控制单元包括存储器和节点计算机。本实用新型实现了应用数据显示、控制与存储相分离，满足了工业应用中数据存储服务的实时性与可靠性要求，同时节省了系统存储资源，降低了系统复杂度，易于整体系统的升级和维护。

Description

强实时和准实时一体化的公共存储与推送系统

技术领域

   本实用新型属于工业系统数据存储技术领域，特别是一种强实时和准实时一体化的公共存储与推送系统。

背景技术

随着计算机和网络应用技术的发展，现代工业网络对存储系统的实时性和可靠性的要求越来越高，而目前工业网络中，各子系统分别为不同的应用业务配置了单独的存储资源，即“烟囱式”存储资源配置模式，这种配置模式在一定程度上能够有效实现系统业务数据的存储功能。但同时存在着以下缺陷：

（1）实时性较低。若系统应用业务之间存在串行接力关系，即应用A需要应用B的存储数据，应用B需要应用C的存储数据等，以此存在着排队读取数据、等待数据融合/计算等过程，不利于系统的快速响应，不支持集中数据存储、处理与按需订阅-分发。

（2）存储系统承载着单点故障，无法抗拒灾难性故障，如机房断电、设备受损等，可靠性较低。因此当局部网络线路或存储节点出现故障时，数据存储、读取、修改等将无法正常进行，这对于一些可靠性要求高的行业（如金融/证券、航空/航天、铁路、舰船、国防装备等），这种情况是不可接受的。

（3）系统复杂度高，灵活性低，不易独立升级，表现在系统升级时牵一发而动全身。系统中应用显示、控制设备（如显控台、节点计算机等）与应用执行设备存在着一一对应的紧耦合独占关系，当系统需要升级时则需要同时对所有这些设备同时做出改动。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种强实时和准实时一体化的公共存储与推送系统, 通过构建公共冗余存储平台，根据系统实时性要求按需分别提供强实时与准实时的并发数据存储、读取等服务，实现应用数据显示、控制与存储相分离，满足了工业应用中数据存储服务的实时性与可靠性要求，同时节省了系统存储资源，降低了系统复杂度，易于整体系统的升级和维护。

本实用新型解决上述问题的技术方案为：一种强实时和准实时一体化的公共存储与推送系统,包括传感器单元、控制单元、外围执行单元、数据存储服务器和信息处理服务器；控制单元分别与传感器单元、外围执行单元以及数据存储服务器通过网络相连接，信息处理服务器分别与传感器子系统、数据存储服务器通过网络相连接；

所述传感器单元包括节点计算机、语音输入设备、以及雷达、红外传感器和视频输入设备中的一种或多种设备组成；

所述控制单元包括存储器和节点计算机；

所述外围执行单元包括显控台、节点计算机、语音输出设备、伺服运转设备、以及雷达、红外和电视视频设备中的一种或多种设备；

所述的数据存储服务器由强实时数据存储服务器、准实时数据存储服务器、存储交换机、磁盘冗余阵列、UPS电源和风扇组成；

所述的信息处理服务器由多个计算服务器、网络接口单元、不间断电源以及风机组成。

按上述方案，所述传感器单元、控制单元、外围执行单元、数据存储服务器和信息处理服务器之间的网络连接采用三层网络拓扑结构；

所述三层网络拓扑结构包括：

网络核心层，由至少四个10G核心层交换机柜组成，核心层交换机柜之间通过千兆多模光缆全网状互连；数据存储服务器和信息处理服务器通过光缆与核心层交换机柜相连接，构成冗余核心层；

网络接入层，由多个1G接入层交换机组成，通过双绞线或光缆与核心层交换机柜互连；

网络节点层，由控制单元以及多个传感器单元、外围执行单元组成，与接入层交换机冗余连接。

本实用新型装置带来的有益效果是： 

    （1）提供了强实时/准实时一体化的公共存储与推送系统，采用集成化、层次化设计，根据系统要求可将数据按强实时、准实时特征分级存储，并在网络核心层构建公共存储冗余平台，取消了原各个子系统中每个应用专有的存储资源，从而提高了系统实时性、可靠性要求，节省了系统软硬件资源，简化了系统网络结构。该架构的简单性使得一体化存储/推送系统能够不断扩大规模，易于升级，而不会像传统存储系统一样出现复杂性的增加。

（2）在网络核心层设置高性能数据存储服务器，作为系统公共存储冗余平台，可有效支持工业应用中各项高性能并发存储服务，具有较强的抗损顽存重组能力。此外由于一体化集成设计，一次性完成原应用之间串行接力存储/计算流程，通过订阅分发技术主动向应用层推送所需数据，提高了系统快速响应能力。

（3）将网络节点层的数据输入、控制、显示与存储相分离，显控台只负责人机交互界面的终端设备，不负责具体的存储和计算，因此与各个应用执行设备之间没有一一对应的耦合关系，可根据职责灵活定义权限与功能。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的装置的结构示意图；

图2为本实用新型的网络结构连接示意图；

图3为本实用新型的数据存储服务器结构示意图；

图4为本实用新型的磁盘阵列存储空间逻辑组成示意图。

具体实施方式  

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，一种强实时/准实时一体化的公共存储与推送系统，由传感器子系统、控制子系统、外围执行子系统、数据存储服务器和信息处理服务器组成。

传感器子系统由节点计算机、传感器/雷达/红外/视频语音输入设备等组成，根据系统实时性要求，将业务数据分为强实时数据和准实时数据，其数据类型包括：传感器数据、软件交互/管理数据、测量数据、语音/视频数据、状态信息等，并通过专用一体化网络将数据传输到数据存储服务器或信息处理服务器做进一步存储与处理。

所述的控制子系统分别与传感器子系统、外围执行子系统以及强实时/准实时数据存储服务器相连接，产生的控制指令信息经网络分别传输到传感器子系统、外围设备执行系统以及数据存储服务器，用于实现对输入/输出系统的控制以及控制信息的存储。控制子系统的控制信息或指令由人工控制产生或者根据传感器子系统的信息自动触发产生。

所述的外围执行子系统，包括数据处理机、显控设备、节点计算机、语音/视频设备、伺服运转设备等，与控制子系统、数据存储服务器相连接，用于主动接收控制子系统发送的控制信息，被动接收数据存储服务器推送的各种数据类型信息，根据系统要求实现综合显示、数据处理等外围应用功能。

数据存储服务器通过网络接收传感器子系统、控制子系统、外围执行子系统、信息处理服务器发送的传感器数据、控制数据、执行设备反馈信息、处理后的业务数据，并按数据类型分类存储到强实时、准实时数据库中；此外数据存储服务器根据系统接口协议，可通过数据订阅与分发技术主动将存储信息推送至控制子系统和外围执行子系统。

信息处理服务器分别与传感器子系统、数据存储服务器通过网络相连接，接收传感器子系统和数据存储服务器发送的强实时/准实时数据，进行相关计算处理后存储在数据存储服务器中。

如图2所示，为实现上述传感器子系统、控制子系统、外围执行子系统、数据存储服务器以及信息处理服务器之间的网络互联，本发明所采用的一体化网络拓扑结构包括三层：网络核心层、网络接入层和网络节点层。网络核心层由四个（或更多）10G核心层交换机柜组成，核心层交换机柜之间通过千兆多模光缆全网状互连；网络接入层，由多个1G接入层交换机（或网元）组成，通过双绞线或光缆与核心层交换机柜互连；网络节点层，由控制子系统以及多个传感器子系统、外围执行子系统组成，与接入层交换机冗余连接。

核心交换机可使用带路由的64G无阻塞3层交换机，以此提供强大而完善的路由与网络交换能力，可支持目前主流的网络路由标准，支持以太网、分组交换，支持64G bit的3层底板数据交换。

如图3所示，数据存储服务器作为系统的公共数据存储与推送平台，提供公共并发存储与数据推送服务，物理上通过光缆分别与一台核心层交换机柜相连接，共4台（非必须），采取标准机柜形式，在机柜内含有强实时数据存储服务器、准实时数据存储服务器、存储交换机、磁盘冗余阵列、UPS电源、风扇，其中的部件均可支持热更换。

强实时数据库用于存储系统实时性要求较高的数据，这些数据通过内共享内存或内存映射的方式存储在内存（或高速缓存）中，并通过系统定义良好的协议和接口，主动推送数据。

所述的准实时数据库用于存储实时性要求不高或历史性相关数据，这些数据通过录入或导入方式存在磁盘中，供各子系统随时调用。

存储交换机通过高带宽光缆与核心层交换机柜相连接，构成公共存储冗余平台，为系统提供数据并发存储与推送服务。

磁盘冗余阵列按照各子系统的存储需要，统一的存储空间划分，供各子系统设备使用，物理上可采用商用磁盘柜来实现，内部配备有多块大容量的存储盘构成冗余存储阵列。

如图4所示，磁盘阵列存储空间逻辑上由系统公用存储区域、子系统专用存储区域和备用存储区域组成。系统公共存储内容包括公共的传感器、视频、语音、管理数据等。系统公用存储区域和子系统专用存储区域进一步划分为：强实时数据库存储区、准实时数据库存储区和以文件形式存储的非结构化数据存储区。

强实时数据库和准实时数据库结构采用三层结构，最上层为数据库管理软件（DBMS）：强实时数据库所采用的数据库管理软件可包括Solid DB、TimesTen、extreme DB等，准实时数据库所采用的数据库管理软件可包括Oracle、达梦等；中间层是针对不同数据类型的数据（传感器数据、控制信息数据、反馈状态数据等）所建立的专业数据库（DB）；最下层是由各个专业数据库所建立的数据表。

信息处理服务器由多个计算服务器、网络交换机、不间断电源（UPS）以及风机/监视器组成，与核心层交换机对称连接，包括2台（可酌情增加）。

使用6~10个计算服务器构成多机集群服务器，根据需要可具有抗恶劣环境能力，均配置有千兆双冗余网卡、电源、多个风扇以及状态监视器，支持并发计算任务。计算服务器之间可自动均衡并发计算负荷，即使少数损坏，剩余的服务器仍可保证系统所需的计算能力。

网络交换机可提供万兆以太网和以太网光纤通道功能，通过光缆与核心层交换机柜相连接，为计算服务器提供网络连接与管理能力。

数据存储服务器、信息处理服务器中的UPS电源可采用双冗余带旁路保护的不间断电源（约3000KVA）；所述的风扇/风机可采用700CFM可变速风机，入口温度不超过10摄氏度；所述的机柜架可采用901D防震机柜架(即19“EIA”)。

所述的核心交换机柜、数据存储服务器以及信息处理服务器可根据位置分散的安全抗毁策略安装在不同的机房内。

本发明所涉及到的存储设备、网络设备、网络技术体制等，根据实际应用的需要均可酌情采用市场上成熟的商用标准技术和现成货架设备，使用层次化设计，支持国际标准网络/存储接口和协议。

Claims (2)

1.一种强实时和准实时一体化的公共存储与推送系统，其特征在于，包括传感器单元、控制单元、外围执行单元、数据存储服务器和信息处理服务器；控制单元分别与传感器单元、外围执行单元以及数据存储服务器通过网络相连接，信息处理服务器分别与传感器子系统、数据存储服务器通过网络相连接；

所述传感器单元包括节点计算机、语音输入设备、以及雷达、红外传感器和视频输入设备中的一种或多种设备；

所述控制单元包括存储器和节点计算机；

所述外围执行单元包括显控台、节点计算机、语音输出设备、伺服运转设备、以及雷达、红外和电视视频设备中的一种或多种设备；

所述的数据存储服务器由强实时数据存储服务器、准实时数据存储服务器、存储交换机、磁盘冗余阵列、UPS电源和风扇组成；

所述的信息处理服务器由多个计算服务器、网络接口单元、不间断电源以及风机组成。

2.根据权利要求1所述的公共存储与推送系统，其特征在于，所述传感器单元、控制单元、外围执行单元、数据存储服务器和信息处理服务器之间的网络连接采用三层网络拓扑结构；

所述三层网络拓扑结构包括：

网络核心层，由至少四个10G核心层交换机柜组成，核心层交换机柜之间通过千兆多模光缆全网状互连；数据存储服务器和信息处理服务器通过光缆与核心层交换机柜相连接，构成冗余核心层；

网络接入层，由多个1G接入层交换机组成，通过双绞线或光缆与核心层交换机柜互连；

网络节点层，由控制单元以及多个传感器单元、外围执行单元组成，与接入层交换机冗余连接。