專利名稱：一種基于消息機(jī)制的分布式監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子信息技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于消息機(jī)制的分布式監(jiān)控系統(tǒng)設(shè) 計(jì)方法，及該方法在軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著城市建設(shè)快速發(fā)展，軌道交通已成為城市生活中最重要基礎(chǔ)交通工具。隨著 城市化進(jìn)展加快，各地軌道交通建設(shè)逐漸由單一線路模式發(fā)展成線網(wǎng)模式，綜合監(jiān)控系統(tǒng) 通過深度集成、系統(tǒng)互聯(lián)的方式集成地鐵各個(gè)專業(yè)子系統(tǒng)，來滿足地鐵網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營中兩級(jí)
管理、三層控制的需要。綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用分層、分布式架構(gòu)、結(jié)合計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)處 于車輛段、車站、控制中心等對(duì)不同位置各個(gè)專業(yè)的幾千個(gè)設(shè)備幾十萬數(shù)據(jù)點(diǎn)位的實(shí)時(shí)監(jiān) 控，管理。綜合監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)采用基于CORBA分布式架構(gòu)設(shè)計(jì)方式。基于CORBA的分布式架構(gòu)存在架構(gòu)復(fù)雜、效率低下、開發(fā)繁瑣和調(diào)試麻煩等問題。 此外，一個(gè)典型的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)監(jiān)控點(diǎn)位數(shù)量一般都在10萬以上，如果對(duì)10個(gè)數(shù)據(jù) 點(diǎn)位集中管理、將會(huì)極大的降低系統(tǒng)響應(yīng)和處理效率。因此亟需在分布管理、地址管理提供 有效的解決方法，能夠提供通用的消息定義格式和高效的注冊機(jī)制、信息推動(dòng)機(jī)制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有綜合監(jiān)控分布式系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)，通過對(duì)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)消息分布式管 理，節(jié)點(diǎn)消息路由，消息協(xié)議定義，消息注冊，消息推送機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了一種高效的、可靠的分 布式監(jiān)控管理系統(tǒng)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下綜合監(jiān)控系統(tǒng)分布式平臺(tái)由RTU，F(xiàn)EP, SCADA SERVER, HMI組成，通過RTU采集現(xiàn) 場設(shè)備監(jiān)控點(diǎn)數(shù)據(jù)，經(jīng)RTU處理后，通過MODBUS協(xié)議和FEP交互，F(xiàn)EP通過RTU采集現(xiàn)場數(shù) 據(jù)點(diǎn)，經(jīng)過內(nèi)部協(xié)議轉(zhuǎn)換成平臺(tái)內(nèi)部消息格式，存儲(chǔ)在FEP上，本地SCADA SERVER只會(huì)監(jiān)控 本地RTU數(shù)據(jù)點(diǎn)，通過配置，SCADA SERVER實(shí)時(shí)輪詢到本地FEP服務(wù)器上數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過 消息注冊、消息推送機(jī)制，F(xiàn)EP將SCADA SERVER監(jiān)控的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)推送到SCADA SERVER 上。HMI為人機(jī)監(jiān)控終端，HMI上運(yùn)行著消息平臺(tái)處理中間件，消息平臺(tái)根據(jù)提供HMI程序 需要的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，HMI SCADA CLIENT通過消息注冊機(jī)制向本地或異地SCADA SERVER注冊 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)，SCADA SERVER接收到HMI SCADA CLIENT的注冊消息后，通過消息推送機(jī)制將 數(shù)據(jù)變化推送給HMI SCADA CLIENT，實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)更新到HMI界面上。技術(shù)方案要解決的關(guān)鍵技術(shù)有1數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)地址管理監(jiān)控系統(tǒng)要管理的數(shù)據(jù)點(diǎn)分布在系統(tǒng)各個(gè)監(jiān)控站點(diǎn)上，通過有效的數(shù)據(jù)點(diǎn)管理機(jī) 制才能實(shí)現(xiàn)對(duì)管理，本發(fā)明采用二級(jí)數(shù)據(jù)點(diǎn)位管理方法。通過數(shù)據(jù)站點(diǎn)和數(shù)據(jù)地址管理來 實(shí)現(xiàn)對(duì)待監(jiān)控點(diǎn)的尋址。
消息中間件數(shù)據(jù)站點(diǎn)定義站點(diǎn)號(hào)+模塊號(hào)。站點(diǎn)號(hào)采用16位整數(shù)，模塊號(hào)采用 16位整數(shù)，整個(gè)平臺(tái)可以定義65536個(gè)站點(diǎn)，每個(gè)站點(diǎn)可以定義65536個(gè)模塊，對(duì)應(yīng)每個(gè)站 點(diǎn)數(shù)據(jù)地址采用基礎(chǔ)地址+偏移地址方式，地址定義格式如下基礎(chǔ)地址偏移地址基礎(chǔ)地址采用32位整數(shù)，偏移地址采用32位整數(shù)，基礎(chǔ)地址和偏移地址對(duì)應(yīng)要監(jiān) 控模塊的M0DBUS協(xié)議的地址。2消息協(xié)議定義消息協(xié)議基于UDP協(xié)議，通過動(dòng)態(tài)確認(rèn)幀機(jī)制來實(shí)現(xiàn)可靠性，通過發(fā)送、接收窗口 機(jī)制實(shí)現(xiàn)消息流量控制機(jī)制。消息包采用采用KEY-VALUE機(jī)制，通過定義消息協(xié)議鍵和鍵對(duì)應(yīng)的值，完成對(duì)消 息格式的處理和轉(zhuǎn)換，對(duì)于數(shù)據(jù)監(jiān)控消息，格式定義有STATION-ID 站點(diǎn)號(hào)MODULE-ID 模塊號(hào)DP_ADDRESS 消息地址DP_VALUE 消息值消息平臺(tái)將消息轉(zhuǎn)換為3消息注冊原理分布式監(jiān)控平臺(tái)任一節(jié)點(diǎn)如果需要關(guān)注某數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)變化，首先通過系統(tǒng)查找到該 數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的站點(diǎn)號(hào)和模塊號(hào)，然后發(fā)送注冊消息給該節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)接收到消息后，檢查本 地?cái)?shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)是否有對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，如果發(fā)現(xiàn)沒有，返回錯(cuò)誤消息，如果有所需要節(jié)點(diǎn) 消息，則發(fā)送消息注冊成功。4消息推送原理消息處理節(jié)點(diǎn)接收到注冊消息并成功處理后，后續(xù)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)發(fā)生變化后，處理節(jié) 點(diǎn)檢查本地消息，將應(yīng)用消息轉(zhuǎn)換成消息處理平臺(tái)的通知消息，在消息包中增加站點(diǎn)號(hào)，模 塊號(hào)，消息處理平臺(tái)接收到推送的消息后，尋址找到對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，將消息推送給該節(jié)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)部署示意圖；圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)交互過程示意圖；圖3是本發(fā)明的系統(tǒng)原理具體實(shí)施例方式本發(fā)明通過在監(jiān)控節(jié)點(diǎn)FEP、SCADA SERVER、HMI上部署消息中間件，通過M0DBUS 協(xié)議采集RTU相關(guān)數(shù)據(jù)，搭建綜合監(jiān)控系統(tǒng)管理平臺(tái)。FEP前置處理機(jī)實(shí)施方式 在FEP上部署消息中間件，F(xiàn)EP應(yīng)用軟件通過M0DBUS協(xié)議每500ms輪詢RTU，RTU 返回?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)狀態(tài)，F(xiàn)EP采集到數(shù)據(jù)狀態(tài)后，通過消息中間件提供的接口將數(shù)據(jù)變化點(diǎn)發(fā)送 給消息中間件平臺(tái)，消息中間件處理尋址后，將狀態(tài)變化消息發(fā)送給接收消息變化的SCADA SERVER 節(jié)點(diǎn)。
SCADA SERVER 實(shí)施方式在SCADA SERVER上部署消息中間件，SCADA SERVER啟動(dòng)后通過分析本地?cái)?shù)據(jù)點(diǎn) 地址，將本地?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)地址消息注冊通過消息中間件發(fā)送給本地FEP，本地FEP監(jiān)控到數(shù)據(jù)點(diǎn) 變化后，將數(shù)據(jù)值發(fā)送給SCADA SERVER，SCADASERVER檢測數(shù)據(jù)點(diǎn)，根據(jù)數(shù)據(jù)點(diǎn)位規(guī)則定義， 將數(shù)據(jù)點(diǎn)變化產(chǎn)生告警消息，事件消息，推送給注冊的SCADA HMI CLIENT。SCADA HMI CLIENT 實(shí)施方式在SCADA HMI CLIENT上部署消息中間件，SCADA HMI CLIENT僅關(guān)注本地HMI所 需要數(shù)據(jù)，HMI CLIENT分析數(shù)據(jù)點(diǎn)地址后，分析結(jié)果包含該數(shù)據(jù)點(diǎn)位節(jié)點(diǎn)地址，即數(shù)據(jù)點(diǎn) 位對(duì)應(yīng)的SCADA SERVER地址。SCADA HMI CLIENT將對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)位的注冊消息發(fā)送給對(duì)應(yīng)的 SCADA SERVER，一個(gè)SCADA HMICLIENT可能同時(shí)注冊多個(gè)處于不同地址的SCADA SERVER的 數(shù)據(jù)變化消息。消息注冊成功后，SCADA HMI CLIENT將會(huì)通過消息中間件實(shí)時(shí)接收到SCADA SERVER推送的數(shù)據(jù)點(diǎn)變化值、事件消息、告警消息等。本發(fā)明通過消息中間件部署屏蔽掉底層操作系統(tǒng)的差異性、對(duì)FEP、SCADA SERVER、SCADA CLIENT應(yīng)用層開發(fā)提供了統(tǒng)一的消息尋址、消息路由、消息注冊、消息推送 的機(jī)制。本發(fā)明可有效解決傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)中存在問題，具備以下優(yōu)勢1、采用消息中間件來處理監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)變化，提高系統(tǒng)的處理效率.2、通過消息中間件實(shí)現(xiàn)了集中控制，分散管理的分布式監(jiān)控平臺(tái)，使得系統(tǒng)數(shù)據(jù) 處理點(diǎn)分布合理，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的處理能力能得到充分的利用。3、注冊、通知機(jī)制實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)點(diǎn)的實(shí)時(shí)處理機(jī)制，任何數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)點(diǎn)位變 化都能實(shí)時(shí)反饋到監(jiān)控界面上。4、系統(tǒng)通過一種抽象的節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)點(diǎn)地址定義，使得系統(tǒng)開發(fā)簡單、管理方便。本發(fā)明運(yùn)用于廣州地鐵三號(hào)線延長線項(xiàng)目中，取得了良好的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效
■、Λ
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權(quán)利要求
一種基于消息機(jī)制的分布式監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于基于消息機(jī)制實(shí)現(xiàn)分布式監(jiān)控系統(tǒng)，其步驟為首先，F(xiàn)EP通過MODBUS協(xié)議采集遠(yuǎn)端RTU數(shù)據(jù)點(diǎn)，將數(shù)據(jù)值變化推送給注冊到接收FEP消息變化的SCADASERVER。之后，SCADA SERVER接收到FEP消息變化后，處理消息數(shù)據(jù)，形成事件和告警消息，并推送給注冊到SCADA SERVER上的SCADA HMICLIENT。最后，SCADA HMI CLIENT接收到數(shù)據(jù)變化、告警消息，事件消息，通過OPC協(xié)議傳遞給HMI，顯示在監(jiān)控畫面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于通過在FEP，SCADA SERVER, SCADA HMI CLIENT等節(jié)點(diǎn)上部署消息中間件實(shí)現(xiàn)分布式綜合監(jiān)控系統(tǒng)，各個(gè)監(jiān)控 節(jié)點(diǎn)以基于UDP協(xié)議的可靠消息傳輸協(xié)議作為消息交互監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1與權(quán)利要求2所述的分布式監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于監(jiān)控節(jié) 點(diǎn)在發(fā)送消息前，通過對(duì)站點(diǎn)地址、模塊地址、數(shù)據(jù)點(diǎn)地址進(jìn)行消息路由，決定消息發(fā)送給 監(jiān)控接收節(jié)點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于FEP解析消息數(shù)據(jù)點(diǎn) 基本地址、偏移地址實(shí)現(xiàn)和M0DBUS協(xié)議對(duì)應(yīng)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于可靠消息傳輸協(xié)議 基于UDP協(xié)議，且通過發(fā)送窗口、接收窗口控制實(shí)現(xiàn)流量控制，通過消息確認(rèn)包實(shí)現(xiàn)可靠傳輸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征監(jiān)控接收、發(fā)送節(jié)點(diǎn)之間 通過消息注冊、消息推送機(jī)制實(shí)現(xiàn)接收節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)收到遠(yuǎn)端RTU數(shù)據(jù)點(diǎn)變化通知。全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于消息機(jī)制的分布式監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及其在軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS)中的應(yīng)用，該方法通過消息中間件的接收、處理、發(fā)送單元、按照數(shù)據(jù)點(diǎn)分散控制，集中管理的基本原理、通過實(shí)現(xiàn)監(jiān)控消息發(fā)送、接收節(jié)點(diǎn)地址定義、數(shù)據(jù)監(jiān)控點(diǎn)位地址定義、基于UDP協(xié)議的消息可靠傳輸協(xié)議、消息注冊機(jī)制、消息推送機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了在綜合監(jiān)控系統(tǒng)中FEP、SCADASERVER、SCADA HMI CLIENT之間數(shù)據(jù)值變化、事件、報(bào)警消息高效、可靠傳輸?shù)哪康摹?br> 文檔編號(hào)H04L12/58GK101895429SQ20101023927
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月28日
發(fā)明者陳朝暉 申請(qǐng)人:新太科技股份有限公司