1、自动化应用计算机与通信技术分布式内存数据库在变电站自动化系统中的应用杨磊（中电科技国际贸易有限公司，内蒙古赤峰10 0 0 11）摘要：针对传统数据库技术难以满足电力系统需求的情况，本文设计了一种分布式数据库（SH_MenDB），该种数据库的索引结构是在平衡二叉排序（AVL)的基础上建立的。首先，介绍了分布式数据库的概念；其次，详细分析了内存数据库的设计；再次，设计了内存数据库的系统结构；最后，通过应用事例介绍了分布式数据库（SH_MenDB)在变电站自动化系统中的服务方式。关键词：分布式内存数据库，AVL，变电站YANG Lei中图分类号：TN964Application of Distri
2、buted Memory Database in Substation Automation System(China Electronics Technology International Trade Co.,Ltd.,Chifeng,Inner Mongolia 100011,China)Abstract:Aiming at the situation that traditional database technology is difficult to meet the needs of power systems,adistribution is studied and desig
3、ned SH_MenDB,whose index structure is mainly established on the basis of balanced binarysorting(AVL).Firstly,the concept of distributed database is introduced.Secondly,the design of the memory database isanalyzed in detail.Thirdly,design the system structure of the memory database.Finally,introduce
4、the distribution throughapplication examples the service mode of SH_MenDB in substation automation system.Key words:distributed memory database,AVL,converting station文献标识码：A0引言在变电站自动化系统运行过程中，需管理遥信、遥测、脉冲等数据信息，由于电力系统对数据的存储要求较高，传统数据库的存储效率相对较低，难以为现阶段的电力系统数据存储提供便利,数据存储时间相对较长。加之磁盘文件的操作时间具有不确定性，导致传统数据库存储方式
5、存在较大的安全风险,难以满足电力系统对数据存储的要求，需通过实时数据库实现数据的存储管理。针对数据处理的时效性问题，一般监控系统主要是通过内存与外存的方式实时处理与备份数据,其中，内存是整个数据库的关键部分，用于存储与处理数据，具有存储速度快的特点1内存数据库主要由记录区、索引区、系统信息等3个重要部分组成。而外存主要是通过永久存储设备实现数据信息的存储，如硬盘在存储时需读写磁盘，存储过程较为繁琐，主要用于存储、备份系统中的历史数据。相比之下，内存数据库的优势较为明显，可有效避免繁琐的I/O操作，对于提升实时数据库系统的性能具有十分重要的作用。1分布式内存数据库概述分布式内存数据库(SH_Me
6、nDB)作为内存数据库的一种特殊结构，主要是在libsH基础上设计开发的。由于libsH定义了多种操作系统基本的数据类型,并在GLib的基础上针对各平台研发了相应接口,SH_MenDB可以在不同的平台中运行,具备稳定、高性能的特点。SH_MenDB不仅可为数据存储提供相应的应用编程接口（API),还具有结构化的查询语言功能(SQL)。A PI在各种操作系统与编译器环境中统一存在，可应用于各平台。在SH_MenDB中，SOL接口通信组网主要为TCP/IP的客户机/服务器(C/S)结构,属于一种分布式的内存数据库,当数据库的数据发生变化后,SH_MenDB会通知系统中的各模块2。2内存数据库对象的
7、设计2.1基于AVL树的索引结构在变电站自动化系统中，存取数据信息相对较为频繁,为了有效提升数据信息的存取效率，首先需建立良好的索引结构,由于内存数据库中的数据信息均存储在内存中,建立的索引结构需具有精准查找的功能，常见的数据作者简介：杨磊，男，19 7 9 年生，硕士，工程师，研究方向为信息系统工程。222|自动化应用计算机与通信技术自动化应用库索引结构主要分为顺序结构、散列、树等。其中，顺序结供数据资源，因此，需对其进行并发控制，避免系统出现数构主要是通过数组的方式存储数据，存储过程较为便捷，据存取失败的情况，可有效保证数据的一致性。此外,并发但修改数据过程较为复杂，难以实现数据信息的动态
8、维机机制的建立过程较为复杂，需根据实时数据库的实际情护；散列结构在记录数据时无需对数据进行排序处理，可况创建良好的并发控制机制。实现数据信息的动态修改，但在记录数据时存在冲突，需2.4文件存取缓冲区通过合理的方式解决；树结构主要是指平衡二叉排序初始化内存数据库时，首先需将磁盘中的数据信息转AVL树，该种结构主要是通过移动树的方式保持树的平存至数据库中,并保留历史数据信息5。为了保护磁盘，需衡，可有效降低树高度,存取性能相对较高，可实现对电力尽量减少访问磁盘的频次，还需要在分布式内存数据库中系统中数据信息的高效存取与处理。不同记录数情况下创建相应的文件存取缓冲区对象，实现内存为文件之间的AVL树
9、的高度变化与平均操作时间如表1所示。由表1缓冲，进而保护磁盘，如图1所示。可知，树结构的性能可有效满足现阶段变电站自动化系统内存文件存储缓冲磁盘文件的数据存取要求。图1文件存取缓冲区工作示意图表1SH_Tree性能表记录个数AVL树的高度平均操作时间/ms1154507500115.0001550000192.2内存数据库记录的申请分配及释放在内存数据库处理技术应用后，需通过静态、动态分配的方式相应管理操作系统的内存。此外，系统需根据二维表对象创建内存数据缓冲池链表,以实现内存数据块的分配与回收。通常情况下，缓冲池在建立后会分配相应内存,在对其进行初始化后再将放置于可用的队列中3。当需要在二维
10、表中插入相应的记录时，二维表会自动检测系统中是否存在空闲的内存缓冲池，若有,则可进行存储。若系统中不具有空闲的缓冲池，将重新在缓冲池链表中创建缓冲池,并向其分配相应的内存数据块。清除二维表中的记录时，记录占用的内存会返回缓冲池，缓冲池会删除内存使用过的记录，并将其纳人使用过的队列中。当缓冲池中存在的内存块均为被使用,且缓冲池中剩余内存块时,将缓冲池释放。在静态、动态的分配方式下，可避免频繁存取操作造成的内存受损情况出现，同时解决了内存分配不均的问题。2.3 二维表对象在分布式内存数据库系统中，创建了内存数据库对象、二维表对象，其中，二维对象主要包含数据库名称、表名称等信息，通常情况下，通过AP
11、I、SQ L创建二维表对象。由于内存含有大量长期存放的数据信息，需要在二维表中添加数据加载与保存的方式，使其具有数据删除、更新功能，以及时将磁盘中的数据信息转存至内存数据库中进行管理,提升数据存储的安全性。此外,在分布式内存数据库系统中，通过重载二维表对象的加载和保存方法，可以存取不同格式的数据信息，为用户提供便捷4。作为一种公用的环境，实时数据库可以为多个客户提通常情况下，文件存取缓冲区主要是以二维表为单位1存取数据信息，当数据库从磁盘中加载数据信息时，文件1存取缓冲区会读入二维表中的数据信息，在读入一定量1111后，再将其转存至系统中，系统会自动分配转存数据，然后通过缓冲区将数据信息录入内
12、存数据库，实现数据的分布式管理。当需要存储历史数据时，需将内存中的数据信息录人文件存取缓冲区中，通过缓冲区将数据录入磁盘6,这在一定程度上减少了系统访问磁盘的频次。2.5失步记录缓冲区分布式内存数据库主要是在多个节点上同时运行，且还能确保节点上的数据同步，同时这些节点互不干扰，呈现独立运行的关系，当系统的数据发生改变后，分布式内存数据库会将数据的变化情况录入失步记录缓冲区。此外，分布式内存数据库存在相应线程，可实现多个节点的同步,还能在特定时间内扫描失步缓冲区，得到节点上的失步记录。获取失步记录后，再将其发送至节点中，更新变化数据，当变化数据被节点更新后，节点会作出相应反馈，此时再删除失步记录
13、缓冲区中数据的变化情况。若通信链路在节点运行过程中发生异常，失步记录缓冲区将持续保存失步信息。当失步记录缓冲区的存储空间不足时，将存在的信息转存至磁盘，待通信链路正常后，线程将未处理的数据发送至节点进行更新,实现节点数据的一致性7。3内存数据库系统结构分布式内存数据库的运行方式主要分为两种，一种为服务的方式，另一种为守护进程的方式，通过这两种方式实现分布式数据库的独立运行，也可借助链接静态链接库的方式在程序中运行。当数据库采用服务方式运行时，应用程序智能通过SQL接口访问数据库，此时数据库主要作为服务器，而应用程序则作为用户；若需要将数据库嵌人值程序,可通过API接口操作,也可以通过SQL对其
14、进行访问8。由此可知,SQL的效率远远低于API,但SQL的维护较为简单、使用方便，用户还可根据自身应用程序的2023|16期|2 2 3自动化应用计算机与通信技术需求选择运行方式，具有较强的通用性与开放性。4应用分析将分布式内存数据库系统应用于变电站自动化系统中后,主要采用服务的方式，运行在相应地服务器A、B（A为主机、B为备机）,并在其中加载电力系统中所有的实时数据及设备的参数信息。在分布式内存数据库系统运行后，可实现失步记录缓冲区的持续扫描，并对服务器B进行数据同步，同时将数据信息的变化情况录入磁盘，其监控系统结构图如图2 所示。由图2 可知，保护装置与测控装置中的实时数据首先需更新至主
15、机A，再通过主机中的分布式内存数据库系统将产生的失步记录同步至备机B，此时相关工作人员可通过SQL接口访问内存数据库中获得数据信息，为维护与管理提供重要依据。打印服务器服务器A服务器B操作员工作站HUB工程师工作站保护装置保护测控测控调度调度装置装置 装置中心中心B图2 电站监控系统结构图5结语在电力系统中，传统监控表系统虽然具有相应的实时数据库，但该数据库与系统的联系较为紧密，不具有独立运行的功能。与传统的数据库相比,本文分析的分布式内存数据库优点相对较多，可实现独立运行，也能用于其他领域。此外，该系统还可以通过静态链接库的方式使其在应用程序中运行，灵活性相对较高，满足变电站自动化系统中数据
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