RTDB设计与实现

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1、监控软件中实时数据库系统的设计与实现李密生（河北科技师范学院计算机系秦皇岛066004）摘要：因为监控软件对数据实时性的要求及其实时多任务的特点，在设计监控软件时对实时数据库的设计最为重要，也只有实时数据才能更加充分地表现出监控软件的长处。本文描述了实时数据库的特征、功能结构，并对实时数据库技术中的物理数据组织、数据库的访问方法、查询处理与优化等问题给出了一个基本解决方案。关键词：监控软件、实时数据库、数据结构1．绪论监控软件作为用户可以定制功能的软件平台工具，是随着分布式控制系统(Distributedcontrolsystem，DCS)及计算机控制技术的日趋成熟而发展起来的。监控

2、软件作为个人计算机监控软件系统的重要组成部分，比PC监控的硬件系统具有更为广阔的发展空间。这是因为：第一，很多DCS和PLC厂家主动公开通信协议，加入“PC监控”的阵营。目前几乎所有的PLC和一半以上的DCS都使用PC作为操作站。第二，由于PC监控大大降低了系统成本，使得市场空间得以扩大，从无人值守的远程监视（如防盗报警、江河汛情监视、环境监控、电信线路监控、交通管制与监控、矿井报警等）、数据采集与计量（如居民水电气表的自动抄写、铁道信号采集与记录等）、数据分析（如汽车和机车自动测试、机组和设备参数测试、医疗化验仪表设备实时数据采集、虚拟仪器、生产线产品质量抽检等）到过程控制，几乎无

3、处不用。第三，各类智能仪表、调节器和PC—based设备可与组态软件构筑完整的低成本自动化系统，具有广阔的市场空间。第四，各类嵌入式系统和现场总线的异军突起，把监控组态软件推到了自动化系统主力军的位置，监控组态软件越来越成为工业自动化系统中的灵魂。监控组态软件是面向监控与数据采集(supervisorycontrolanddataacquisition，SCADA)的软件平台工具，具有丰富的设置项目，使用方式灵活，功能强大。监控组态软件最早出现时，HMI(humanmachineinterface)或MMI(manmachineinterface)是其主要内涵，即要解决人机图形界面问

4、题。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通信及联网、开放数据接口、对I／O设备的广泛支持已经成为他的主要内容。目前自动化产品呈现出智能化、小型化、网络化、PC化、低成本的发展趋势，并逐渐形成了各种标准的网络结构、硬件规范。这使的自动化系统的“水平”和“垂直”集成变得更加容易。监控软件已经成为其中的桥梁和纽带，是自动化系统中的重要组成部分。一般的监控软件都由下列组件组成：图形界面系统、实时数据库系统、第三方程序接口组件、控制功能组件。实时数据库系统是监控组态软件中最为重要的一个组件，因为PC的处理能力太强了，因此实时数据库更加充分的表现出了组态软件的长处。2．实时数据库

5、2．1数据与时间相关数据按照与之相关的时间的性质不同又可分为两类：一是数据本身就是时间即从“时间域”中取值，如“日期”，称为“用户定义的时间”，也就是用户自己知道，而系统并不知道它是时间，系统将毫无区别地把它像其他数据一样处理。二是数据的值随时间而变化，数据库中的数据是对其所服务的“现实世界”中对象状态的描述，对象状态发生变化则引起数据库中相应数据值的变化，因而与数据值变化相关联的时间可以是现实对象状态的实际时间，称为“真实”或“事件”时间（现实对象状态变化的事件发生时间），也可以是将现实对象变化的状态记录到数据库，即数据库中相应数据值变化的时间，称为“事务时间”（任何对数据库的操作

6、都必须通过一个事务进行）。实时数据的导出数据也是实时数据，与之相联的时间自然是事务时间。2．2实时数据库的特征实时数据库(RTDB)的特征主要表现在数据和事务的定时限制上，下面分别介绍。2．2．1RTDB的数据特征在RTDB中，数据随外部环境状态的变化而快速变化，其值只在一定的时间内是“流行”的，过时则无效了，故系统除了维护数据库内部状态（数据值）的正确性、相容性外，还必须同时维护内部状态与外部环境实际状态的一致性，以及数据用来决策新数据时在时间上的相互一致性。RTDB中的一个数据对象d由三个分量组成(dv，dtp，devi)，它们分别为d的当前值、采样时间、外部有效期（外部现实对象

7、状态变化的时间间隔），有效期即自dtp算起dV有效的时间长度。对于RTDB中的每一个d，有内部一致性、外部一致性和相互一致性特征。内部一致性dv满足预先定义的数据库内部状态的完整性和一致性限制。这就是传统意义下的数据正确性。外部一致性设tc为当前或检测时间，当且仅当(tc—dtp)≤devi，则说d是外部一致的，即dv和对应的外部现实对象的状态是一样的。相互一致性用来决策或导出新数据的一组相关数据称为一个相互一致集，记为R，其中的数据必须尽可能地在一个允许