专利名称：电力系统所见即所传、所需即所传动态数据传输方法
技术领域：
本发明涉及电力自动化系统软件和相关装置信息与数据传输的方法和策略，尤其是设计一种动态数据传输方法，属于电力自动化系统技术领域。
背景技术：
目前电力自动化系统的运行、监视和控制基本实现了基于计算机和网络技术的基础上的自动化，其功能的实现又以高速、高效的数据采集与处理方法为基础。电力自动化系统软件需要在较短的时间里通过网络、现场总线、串行端口等通讯端口从终端设备中获取大量的实时性数据，并根据数据类型和应用需求进行转换、处理和存储，最终以图形、表格等视图形式呈现给用户。
随着电力企业规模的扩大，终端设备智能化水平的提高，整个系统中需要传输和处理的数据量相当庞大，以一个中等规模的发电企业为例，仅其低压等级自动化系统中所涉及到的终端设备数量达到1000台以上，信息点就达到120，000个以上。在此情况下需要实现1～2秒刷新数据的电力系统通用技术要求是相当困难的。
目前的电力自动化系统中普遍采用使用高性能设备和变化量传输的方法来提高数据和信息的实时性，但由于系统中所涉及到的设备种类多、数量大，信息容量庞大、应用环境和条件多样等原因，以上方法始终不能有效、合理的解决问题，满足实时性指标和用户应用需求。具体来说有以下3种方法1、选择性能强大的计算机硬件平台，提高数据处理能力；2、选择高速的通讯接口、传输交换设备，通过增加带宽来提高传输能力；3、采用变化量传输方法，减少数据的传输量，减轻系统负载。
上述方法1、2通过使用高性能的设备来提高整个系统的传输和处理能力，尽快的采集信息并处理，在特定的条件下(终端设备数量，信息容量不变)是可以起到明显作用的。但由于各个应用对象(电气企业自动化项目)中的情况是不一样的，如果终端设备的数量增加，每个终端设备的信息量增大，终端设备的通讯端口性能较差时，系统性能均无法保证。不同的应用在实施完毕前无法定量考察、评估系统性能。而一味采用高性能设备势必大幅增加系统制造、维护成本。
图1是现有技术中的变化量传输方法过程示意图，如图所示，方法3通过比较当前值与上次传输值的差是否超出规定范围决定是否传送，以此屏蔽无变化的数据，减少传输量。采用此方法的前提是必须为每个数据设定传输启动条件，该条件过于严格将造成数据可视精度的损失，数据灵敏度下降，过于宽松又起不到有效的数据过滤作用，从而增加系统使用和维护难度。终端设备需要实时数值运算，需要额外占用处理器和存储器资源。传输数据的内容和数量有终端设备决定，使系统控制权倒置，将影响某些应用程序的使用与性能。电力自动化系统是一个动态实时系统，不适合变化量传输方法的应用。
发明内容
为解决上述问题，本发明旨在提供一种在一般硬件配置的情况下能大幅减轻电力自动化系统数据传输和处理的负荷，提高系统性能和可靠性的电力系统所见即所传、所需即所传动态数据传输方法。
为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案来实现的一种电力系统所见即所传、所需即所传动态数据传输方法，通过数据应用嗅探器模块、信息点拓扑结构管理模块、动态描述文件管理模块、网络数据交换控制模块4个模块来实现，其特征在于其包括下列步骤(1)数据应用嗅探器侦测系统使用者需求或电力自动化应用程序的当前数据需求发生变化(如当前使用者的控制命令、当前使用窗口(视图)中显示的各种形式电气设备信息(包括列表、图形、网格等)、终端设备的运行情况以及参与运算量等)，数据应用嗅探器模块根据嗅探结果并将所需的数据、信息组织生成、更新当前中间数据文件*.pls；(2)数据应用嗅探器完成阶段性嗅探后以操作系统消息或事件方式通知信息点拓扑结构管理模块处理中间数据文件*.pls；(3)信息点拓扑结构管理模块根据中间数据文件的内容和该模块中保存的系统拓扑结构，解析出各个信息点所属信源(生成、提供该信息的终端设备)，以信源在系统中的唯一标识为需要参与交换信息的设备创建、更新动态描述文件*.ixl；(4)根据与各个动态描述文件相关的设备在网络中的位置和所属传输信道，由网络数据交换控制模块向各个设备分发特定的动态描述文件；(5)信源终端设备侧的网络数据交换控制模块在收到系统分发的动态描述文件*.ixl后，根据文件中界定的信息范围确定实际参与实时传输的信息范围，通常仅占实际信息数量的一小部分；(6)信源根据信息传输范围和数据需求类型填充动态描述文件；(7)将处理后的动态描述文件*.ixl提交网络数据交换控制模块向系统回传；(8)系统应用程序处理信源终端设备响应的动态描述文件*.ixl，完成信息交换和处理过程；(9)正常通讯过程中如果系统使用者和电力自动化应用程序的当前数据需求未发生变化，数据交换和处理过程维持步骤(5)至步骤(8)的定时循环，直至数据应用嗅探器发现变化。
前述的电力系统所见即所传、所需即所传动态数据传输方法，其特征在于所述的数据应用嗅探器作为操作系统的服务或驻留程序与操作系统一同启动运行，侦听操作系统和应用程序的系统及自定义消息；当发现导致数据应用需求改变的消息时，监测当前应用进程状态，启动信息点嗅探进程。
前述的电力系统所见即所传、所需即所传动态数据传输方法，其特征在于系统中所有终端设备均为电气站、间隔、设备的3层结构组织；各层中的元素在同一层次中均有一个系统范围内的唯一标识称为key，设备对象称之为value，唯一标识Key通常用于快速查找，设备对象value用于存储与唯一标识对应的各种物理和逻辑设备的抽象对象及属性。
拓扑结构中支持的操作有1、添加key/value::Add(key，value)2、删除key/value::Remove(key，value)3、初始化key/value::Init()；4、查找key/value::Find()；5、排序key/value::Sort()；本发明的有益效果是动态数据传输方法以系统使用者(用户或应用程序)对数据的关注度和对数据的应用需求出发，由软件动态控制传输信息的范围和数据交换的频率，在不影响应用的前提下最大限度的减少系统中数据传输和处理过程，能有效减轻系统负荷，提高系统性能和可靠性。采用此方法将带来以下性能改进和增强1、自动化系统网络中的数据传输量降低80％-90％，节约网络设备成本；2、降低终端设备信息传输和处理负载；3、降低自动化系统硬件平台的负载，在普通硬件平台上实现良好的系统性能，节约系统成本；4、增强系统的实时性和可靠性，满足技术要求和应用需求；5、系统性能不依赖特定硬件环境就可以实现定性、定量评估；6、当系统范围越大(包含的终端设备越多)时性能的优势越显著。
本发明和常规传输方法的比较情况具体如图2至图5所示，其中图2是本发明和常规传输方法的数据传输量比较示意图，图3是本发明和常规传输方法的CPU负载比较示意图，图4是本发明和常规传输方法的RAM使用率比较示意图，图5是本发明和常规传输方法的典型大规模应用系统资源占有率比较示意图。
图1是现有技术中的变化量传输方法过程示意图；图2是本发明和常规传输方法的数据传输量比较示意图；图3是本发明和常规传输方法的CPU负载比较示意图；
图4是本发明和常规传输方法的RAM使用率比较示意图；图5是本发明和常规传输方法的典型大规模应用系统资源占有率比较示意图；图6是本发明传输方法中各模块间关系及典型应用方式示意图；图7是数据应用嗅探器模块的作用示意图；图8是信息点拓扑结构管理模板作用的系统关系示意图；图9是网络数据交换控制模块全双工信道或平衡式通讯规约传输控制示意图；图10是网络数据交换控制模块半双工信道或非平衡式通讯规约传输控制示意图。
具体实施例方式
电力自动化系统中用户(使用者或应用程序)通常通过图形或表格的视图界面监视和浏览由终端设备采集、计算的电气设备运行、工作情况。某一时刻用户所使用和关注的信息量是有限的，某个特定用户界面中所含的信息量是有限的，通常只占信息总量的千分之几至万分之几，就使用而言，不可能存在大范围数据频繁切换的情况，因此对于暂时不使用或不关注的信息则没有必要对其进行实时的采集和处理以消耗系统和网络资源，实现所见即所传、所需即所传的设计思路。
本方法通过以下4个主要模块来实现1、数据应用嗅探器模块；2、信息点拓扑结构管理模块；3、动态描述文件管理模块；4、网络数据交换控制模块。
图6是本发明传输方法中各模块间关系及典型应用方式示意图，下面结合附图具体介绍本发明。
图7是数据应用嗅探器模块的作用示意图，数据应用嗅探器模块以系统服务的形式与操作系统一同启动并运行，监测系统中运行的电力自动化系统应用程序的窗口应用情况，当图形和表格视图窗口创建时，以消息方式通知嗅探器，随后由其启动对当前窗口的数据检索，枚举所有信息点，生成中间数据文件*.pls，保存系统中标示信息点的惟一长整形标识。当有多个窗口同时打开、使用时重复上述过程。
图8是信息点拓扑结构管理模板作用的系统关系示意图，信息点拓扑结构管理模板以数据结构为基础，采用树结构Tree＝(D，R)其中D是具有相同特性的数据元素的集合；若D只含有一个数据元素，则R为空集，否则R是D上某个二元关系H的集合，即R＝{H}。H为如下描述的二元关系(1)在D中存在唯一的称为根的数据元素root，它在关系H下无前驱；(2)若D-{root}≠Φ，则存在D-{root}的一个划分D1，D2，...，Dm(m＞0)，对任意一对j≠k(1≤j；k≤m)有Dj∩Dk＝Φ，且对任意的i(1≤i≤m)唯一存在数据元素xi∈Di，有<root，xi>∈H；(3)对应于D-{root}的划分，H-{<root，x1>，...，<root，xm>}有唯一的一个划分H1，H2，...，Hm(m＞0)，对任意一对j≠k(1≤i≤m)有，Hj∩Hk＝Φ，且对任意的i(1≤i≤m)Hi是Di上的二元关系，(Di，{Hi})是一棵符合本定义的树，称为根root的子树。
该模块以系统结构中的电气站、间隔、设备、信息点为元素创建上述树，各元素在系统中以长整型标示作为唯一标识，支持任意条件的遍历与搜索。
动态描述文件管理模块负责根据系统信息拓扑结构将中间数据文件创建、更新为以终端设备为单位的动态描述文件*.ixl。
该类型文件以XML(Extensible Markup Language)文件格式为蓝本进行扩充并保持兼容增加数据请求设备的固定标示，包括计算机名称、IP地址、应用程序标示等为终端设备表述数据请求端基本信息，以及数据应用的方式和对象；增加通讯参数固定段落通讯端口编号、通讯端口类型为终端装置表述通讯端口的基本信息，控制、选择终端设备的通讯端口应用；增加信息点拓扑结构的固定段落，包括所属电气站、间隔、设备的系统内唯一标识为终端装置表述其在系统中的位置，控制信息传输的方式和路由；增加通讯协议的固定段落，为终端装置表述通讯协议和编码规则；增加信息点清单的固定段落，为终端装置表述信息传输的范围。
文件实例<？IXL version＝″1.1″？>
<IXL>
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<title>IXL TEST</title>
<author>SUNFENG</author>
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......
</IXL>
该模块负责动态描述文件的分发和数据传输控制。其由有以下几个过程1、信息交换文件的分发启动条件画面切换、用户操作造成当前信息交换文件内容修改时启动分发过程；传输过程根据文件中包含的终端设备和通讯路由、参数信息将该文件发送至指定的终端设备；2、终端数据响应处理终端设备解析文件后，根据信息点清单作为新的信息映射表，通过对应的网络控制模块或应用程序交换映射表中的数据。解析终端响应的IXL数据文件，提交应用。
3、数据传输控制根据传输信道和通讯规约的性质实现不同的控制方式。
(1)全双工信道或平衡式通讯规约终端设备根据动态描述文件中的指定的数据形式、内容、实时性指标主动向网络数据交换控制模块传输限定的信息和数据。图9是网络数据交换控制模块全双工信道或平衡式通讯规约传输控制示意图。
(2)半双工信道或非平衡式通讯规约由网络数据交换控制模块根据设备的动态描述文件内容发送请求数据命令，终端设备根据命令内容与动态描述文件的交集响应请求。图10是网络数据交换控制模块半双工信道或非平衡式通讯规约传输控制示意图。
以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.电力系统所见即所传、所需即所传动态数据传输方法，其特征在于其包括下列步骤(1)数据应用嗅探器侦测系统使用者需求或电力自动化应用程序的当前数据需求发生变化，数据应用嗅探器模块根据嗅探结果并将所需的数据、信息组织生成、更新当前中间数据文件；(2)数据应用嗅探器完成阶段性嗅探后以操作系统消息或事件方式通知信息点拓扑结构管理模块处理中间数据文件；(3)信息点拓扑结构管理模块根据中间数据文件的内容和该模块中保存的系统拓扑结构，解析出各个信息点所属信源，以信源在系统中的唯一标识为需要参与交换信息的设备创建、更新动态描述文件；(4)根据与各个动态描述文件相关的设备在网络中的位置和所属传输信道，由网络数据交换控制模块向各个设备分发特定的动态描述文件；(5)信源终端设备侧的网络数据交换控制模块在收到系统分发的动态描述文件后，根据文件中界定的信息范围确定实际参与实时传输的信息范围；(6)信源根据信息传输范围和数据需求类型填充动态描述文件；(7)将处理后的动态描述文件提交网络数据交换控制模块向系统回传；(8)系统应用程序处理信源终端设备响应的动态描述文件，完成信息交换和处理过程；(9)正常通讯过程中如果系统使用者和电力自动化应用程序的当前数据需求未发生变化，数据交换和处理过程维持步骤(5)至步骤(8)的定时循环，直至数据应用嗅探器发现变化。
2.根据权利要求1所述的电力系统所见即所传、所需即所传动态数据传输方法，其特征在于所述的数据应用嗅探器与操作系统一同启动运行，侦听操作系统和应用程序的系统及自定义消息，当发现导致数据应用需求改变的消息时，监测当前应用进程状态，启动信息点嗅探进程。
3.根据权利要求1所述的电力系统所见即所传、所需即所传动态数据传输方法，其特征在于系统中所有终端设备均为电气站、间隔、设备的3层结构组织；各层中的元素在同一层次中均有一个系统范围内的唯一标识，唯一标识通常用于快速查找，设备对象用于存储与唯一标识对应的各种物理和逻辑设备的抽象对象及属性。
全文摘要
本发明涉及一种电力系统所见即所传、所需即所传动态数据传输方法，主要通过数据应用嗅探器模块、信息点拓扑结构管理模块、动态描述文件管理模块以及网络数据交换控制模块来实现，当使用者需求或电力自动化应用程序的当前数据需求发生变化时，数据应用嗅探器模块生成中间数据文件，由信息点拓扑结构管理模块处理并生成动态描述文件分发给各设备，网络数据交换控制模块对其进行处理并回传给系统应用程序进行处理，完成信息交换和处理。本发明采用从数据应用需求的角度出发动态确定系统中信息交换和传输的范围以及方式，在一般硬件配置的情况下能大幅减轻电力自动化系统数据传输和处理的负荷，提高系统性能和可靠性。
文档编号H04L12/28GK101056200SQ20071002182
公开日2007年10月17日 申请日期2007年4月30日 优先权日2007年4月30日
发明者孙锋 申请人:国电南京自动化股份有限公司