实时数据库关键技术研究与工业应用

摘要

大数据背景下的工业互联网正面临着严峻挑战，关系数据库在结构设计与算法研究层面已无法满足海量数据的性能要求。为此，迫切需要提出更符合实际的实时数据库理论，以解决大容量数据堆积需求下，数据提取、计算、缓存等一系列操作的实时性问题，其中涉及数据建模、事务调度、并发控制、压缩与序列化与数据库恢复等关键技术。 论文结合实时数据库的基本理论和主要关键技术，提出了系统总体设计流程。主要任务如下： （1）抽象协议网关，由于底层工业通信协议众多，数据格式和命名规范各不相同。要实现服务层数据透明化传输，必须屏蔽底层协议差异。因此，基于OPC协议规范对底层设备抽象出驱动接口，批量读写接口等。 （2）数据服务，周期轮询下位机数据。每次轮询都与缓存对象进行比对，如果产生变化则提取至缓存区并定时归档，否则丢弃此次数据对象。数据缓存时，进行预警条件判断，根据各种条件类型向客户端（可视化组件）发出预警通知。 （3）可视化组件，下位机参数变量要同步至可视化界面，必须通过自定义协议解析Tag数据包进行服务端与客户端通信。 系统基于面向对象语言C#和WPF完成系统整体架构和模块开发。WPF的好处在于前后端分离，利用微软提供的强大设计工具Blend可以设计出简单美观的可视化图元，而且通过属性依赖于数据绑定技术简化了后端的代码控制，提高了开发效率。C#继承了C++和Java的良好特性，而且基于.NET框架的代码托管技术具有较好的平台移植性。

目录

第一个书签之前

摘 要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1课题背景与来源

1.2国内外研究现状

1.2.1 实时数据库发展

1.2.2 传统实时数据库系统

1.2.3 组态实时数据库系统

1.3课题研究意义

1.4论文组织结构

第二章 实时数据库基本理论

2.1 实时数据模型

2.2.1 时间特征

2.2.2 映像对象

2.2.3 导出对象

2.2.4 不变对象

2.2 实时事务模型

2.2.1 实时事务概述

2.2.2 实时事务特征

2.2.3 实时事务调度

2.3 实时事务冲突理论

2.3.1 冲突定义

2.3.2 冲突探测

2.3.3 冲突处理

2.4 系统资源管理

2.4.1 超载控制

2.4.2 实时内存分配

2.4.3 磁盘I/O调度

2.4.4 缓冲区管理

2.5 本章小结

第三章 实时数据库关键技术

3.1 实时数据库系统架构

3.1.1 传统实时数据库

3.1.2 实时内存数据库

3.1.3 主动实时内存数据库

3.1.4 分布式主动实时内存数据库

3.2 实时事务调度算法

3.2.1 基于截止期的调度算法

3.2.2 基于紧迫性的调度算法

3.2.3 基于价值函数的调度算法

3.3 实时并发控制算法

3.3.1 琐式并发控制

3.3.2 乐观并发控制

3.4 数据存储技术

3.4.1 数据组织结构

3.4.2 数据压缩

3.4.3 数据序列化

3.5 数据检索技术

3.6 实时数据库恢复

3.6.1恢复策略

3.6.2 实时恢复算法

3.7 本章小结

第四章 实时数据库系统设计

4.1 系统需求分析

4.1.1 系统概述

4.1.2 功能性需求分析

4.1.3 非功能性需求分析

4.2 系统架构设计

4.2.1 网络层

4.2.2 协议驱动层

4.2.3 平台服务层

4.2.4 应用层

4.3 系统详细设计与实现

4.3.1 驱动加载

4.3.2 协议网关

4.3.3 数据服务

4.3.4 故障预警

4.3.5 系统配置

4.3.6 图元组件

4.4 安装与部署

4.4.1 安装环境

4.4.2 部署流程

4.5 本章小结

第五章 系统仿真与性能分析

5.1 应用模拟

5.1.1 应用背景

5.1.2 图元构建

5.1.3 变量关联

5.1.4 启动应用

5.2 仿真测试

5.2.1 连通测试

5.2.2 功能测试

5.2.3 数据测试

5.3 性能分析

5.3.1 采集效率

5.3.2 存储效率

5.3.3 检索效率

5.3.4 功能丰富性

5.3.5 扩展性

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 前景展望

致 谢

参考文献

附 录