分布式系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用精選(九篇)

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第1篇：分布式系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用范文

【關(guān)鍵詞】分布式光纖測溫；拉曼散射；OTDR；溫度；電纜

物聯(lián)網(wǎng)是繼計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的第三次信息技術(shù)革命，將成為下一個萬億級美元以上的產(chǎn)業(yè)，傳感技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)中的物理感知和數(shù)據(jù)采集層，為物聯(lián)網(wǎng)提供最基礎(chǔ)的物理信息數(shù)據(jù)，構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)和核心。基于拉曼散射的分布式光纖測溫系統(tǒng)作為物聯(lián)網(wǎng)感知層設(shè)備，可以利用光纖作為溫度信號的傳導(dǎo)介質(zhì)，測量沿光纖走向的連續(xù)空間內(nèi)溫度場的分布情況。通過高速采集卡采集攜帶溫度信息的數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行同步累積，數(shù)字累加和小波變換的處理，去除噪聲的干擾，并通過OTDR解調(diào)準(zhǔn)確地得出光纖沿線上任一點被測量在時間和空間上的信息分布，具有抗電磁干擾強(qiáng)、靈敏度高、耐腐蝕、本征安全、測量距離長、定位精度高、使用壽命長等優(yōu)勢。

1 分布式光纖測溫系統(tǒng)工作原理

基于拉曼散射的分布式光纖溫度傳感器是基于光纖內(nèi)部的拉曼散射現(xiàn)象的溫度特性，利用光時域反射測量技術(shù)（OTDR），將較高功率帶電光脈沖送入光纖，然后將返回的散射光強(qiáng)隨時間的變化探測下來。分布式光纖溫度傳感器基于背向散射或者前向散射機(jī)理，其中背向散射具有溫度測量的實際意義，若能測量出背向散射光的強(qiáng)度，就可以計算出反射點的溫度，這就是利用光纖測量溫度的基本原理[1-2]。

入射光子與介質(zhì)分子在光纖纖芯介質(zhì)材料密度的成分起伏和微觀變化等因素的影響下，二者相互作用，入射光中光子與分子由于介質(zhì)的非線性效應(yīng)而發(fā)生非線性碰撞。光子與分子之間在非彈性過程中發(fā)生能量交換，光子不僅改變了運動的方向，同時光子的部分能量傳遞給分子，或者分子振動和轉(zhuǎn)動的部分能量傳遞給光子，從而改變了光子的頻率，這就是拉曼散射[2]。

因為光纖具有一定的長度，且拉曼散射是產(chǎn)生在光纖中的每一個微觀點的，所以如何確定我們探測到的拉曼散射在光纖中發(fā)生的位置就需要用到光時域反射技術(shù)[3-5]。

光時域反射技術(shù)（OTDR）最初用于評價光學(xué)通信系統(tǒng)中光纖、光連接器等的性能，是用于檢驗光纖損耗特性、光纖故障的有效手段，同時也是分布式光纖傳感器的基礎(chǔ)[6]。光源發(fā)射出一系列的激光脈沖進(jìn)入光纖中，它們會在光纖中產(chǎn)生背向散射。在時域中，入射光經(jīng)后向散射返回到光纖入射端所需的時間為t，激光脈沖在光纖中所走過的路程為2L，2L=v？鄢t，v=C/n，其中v為光在光纖中的傳播速度、C為真空中的光速、n為光纖折射率。在測得時刻t時，就可求的距離光源L處的距離。

圖1 OTDR原理框圖

圖1中的主時鐘產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號，脈沖發(fā)生器根據(jù)這個時鐘產(chǎn)生符合要求的窄脈沖，并且它來調(diào)制光源；光定向耦合器將光源發(fā)出的光耦合到被測光纖，同時將散射和反射信號耦合進(jìn)行光檢測器，經(jīng)放大及信號處理后送入示波器，顯示輸出波形及在數(shù)據(jù)輸出系統(tǒng)輸出的有關(guān)數(shù)據(jù)。要進(jìn)行信號處理的原因是后向散射光非常微弱，淹沒在噪聲中，只有采用取樣積分器對微弱散射光進(jìn)行取樣求和，隨機(jī)噪聲抵消，才能將散射信號取出。

2 系統(tǒng)主要功能

1）實時數(shù)據(jù)采集：能夠?qū)崟r的采集光纜沿途的溫度，形成實時數(shù)據(jù)庫。

2）實時數(shù)據(jù)顯示：顯示電纜的實時溫度[7]。

3）升溫速率報警：當(dāng)電纜達(dá)到用戶要求設(shè)置的升溫速率預(yù)訂值時，可以報警、指出報警電纜處位置、數(shù)據(jù)存儲和打印[8]。

4）超溫報警：根據(jù)用戶要求設(shè)置報警和預(yù)警溫度警戒值，并且可實現(xiàn)電纜分段報警，對電纜的不同部分實施不同標(biāo)準(zhǔn)的報警設(shè)置。

5）特性曲線顯示：包括某一時段電纜某點的溫度變化曲線、某時段電纜溫度變化曲線、某時段電纜某點的最高溫度變化曲線和某日電纜最高溫度分布曲線等。

6）歷史數(shù)據(jù)顯示：用戶可以通過歷史數(shù)據(jù)查詢得到電纜某時刻溫度、某日電纜某點的溫度、某時刻電纜某點的溫度、某日電纜最高溫度及某時刻電纜某點的最高溫度。

7）遠(yuǎn)程監(jiān)控：通過Internet可對現(xiàn)場設(shè)備實施遠(yuǎn)程監(jiān)控、診斷和維修等。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作機(jī)理

基于拉曼散射的分布式光纖測溫系統(tǒng)分為硬件與軟件兩大部分（見圖2）。硬件主要有激光器、雙向耦合器、光電雪崩二極管、放大器、信號采集處理卡、DTS主計算機(jī)和工控機(jī)等組成。軟件由采集端程序和分析段程序組成，分別運行在兩臺PC機(jī)上，通過TCP/IP協(xié)議完成通信。采集端程序運行平臺通過與信號處理卡通信，讀取卡狀態(tài)、相關(guān)數(shù)據(jù)，通過運算，計算得出電纜各點的溫度值，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到分析端，同時在界面顯示；分析端程序運行平臺通過Internet接收所采集的溫度數(shù)據(jù)，通過運算，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的報警值，產(chǎn)生報警并在圖形界面顯示，所采集的數(shù)據(jù)同時被存入相應(yīng)的實時數(shù)據(jù)庫。傳感光纜既是傳輸載體優(yōu)勢傳感媒體，可以把監(jiān)測對象的溫度的實時情況反饋到主機(jī)。

圖 2 基于拉曼散射的分布式光纖測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

工作機(jī)理：當(dāng)被監(jiān)測對象發(fā)生溫度變化時，傳感電纜會感受大溫度的變化并隨之改變。光纖中背向散射光的強(qiáng)度被調(diào)制，并被波分復(fù)用器分開成斯托克斯光宇反斯托克斯光，光電雪崩二極管和放大器分別對這兩種光進(jìn)行接收放大處理，然后經(jīng)信號采集處理卡后，由DTS主計算機(jī)進(jìn)行解調(diào)和數(shù)據(jù)處理，將被測對象上各點的溫度信息實時地提取并存儲。由工控機(jī)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，以實現(xiàn)分析、報警。實時顯示和查詢等功能。

4 工程應(yīng)用

本系統(tǒng)被某省電力公司安裝在220kV玉賢至七里廟輸電線路上，實現(xiàn)對2回路（玉墨一回、玉墨二回）中的四根電纜（每根電纜長度約5.6km）的表面溫度信息的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢、遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能，從系統(tǒng)主要功能上分為數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)監(jiān)控。數(shù)據(jù)采集端相當(dāng)于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和存儲。監(jiān)控端相當(dāng)于終端負(fù)責(zé)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形化展示、監(jiān)測、查詢、分析。通過實時溫度監(jiān)測，可以及時發(fā)現(xiàn)潛在危險，發(fā)出報警信息，避免電力事故發(fā)生，提高電纜的運行安全性和可靠性。

待工程施工及軟件配置完成后，系統(tǒng)進(jìn)入正常運行狀態(tài)，通過觀察監(jiān)控界面（見圖3）的實時數(shù)據(jù)，可以時刻掌握被測電纜的運行狀態(tài)。

圖3 分布式光纖測溫系統(tǒng)監(jiān)控界面截圖

圖4 玉墨1回路A相電纜溫度實時曲線

圖5 玉墨1回路C相電纜溫度實時曲線

圖6 玉墨2回路A相電纜溫度實時曲線

圖7 玉墨2回路C相電纜溫度實時曲線

圖4-圖7顯示了項目名稱、工控機(jī)CPU的使用率與內(nèi)存的使用率、DTS分布式距離至用戶對象距離的映射圖、玉墨1回路A相和C的分布式溫度信息、玉墨2回路A相和C相的分布式溫度信息、通過觀察這些信息，可隨時掌握電纜的運行溫度、溫度曲線等狀態(tài)信息。

一旦電纜的發(fā)生局部過熱，將在監(jiān)控界面上顯示出溫度異常信息，彈出報警信息框，并且觸發(fā)聲光報警器，啟動短信模塊，發(fā)出報警信息。

通過分布式光纖測溫系統(tǒng)對電纜運行狀態(tài)的溫度信息進(jìn)行實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)潛在故障，采用多種報警方式提醒用戶，以便盡早采取行動，避免事故發(fā)生。

5 結(jié)論

基于拉曼散射的分布式光纖測溫系統(tǒng)能夠?qū)崟r提供待測對象全程的表面溫度、導(dǎo)芯溫度、接頭溫度等信息，且具有抗干擾、本征安全、測量距離遠(yuǎn)、精度高、定位準(zhǔn)等優(yōu)勢，是電力電纜、橋梁、隧道等領(lǐng)域在線狀態(tài)監(jiān)測的最佳手段。通過在電纜上安裝分布式光纖測溫系統(tǒng)，能夠為用戶提供電纜實時運行狀態(tài)信息，及時發(fā)現(xiàn)潛在異常點，實現(xiàn)故障早期預(yù)警，防止和杜絕電力事故發(fā)生，保證監(jiān)控對象運行的安全性和可靠性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉媛，張勇，雷濤，等.分布式光纖測溫技術(shù)在電纜溫度監(jiān)測中的應(yīng)用[J].山東科學(xué)，2008，21（6）：50-54.

[2]張在宣，王劍鋒，劉紅林，等.30km遠(yuǎn)程分布式光纖拉曼溫度傳感器系統(tǒng)的實驗研究[J].中國激光，2004，31（5）：613-616.

[3]張在宣，張步新，陳陽.光纖背向激光自發(fā)啦曼散射的溫度效應(yīng)研究[J].光子學(xué)報，1996，25（3）：273-278.

[4]陳軍，李永麗.應(yīng)用于高壓電纜的光纖分布式溫度傳感技術(shù)[J].電力系統(tǒng)及自動化學(xué)報，2005，17（3）：47-49.

[5]何明科，張佩宗，李永麗.分布式光纖測溫技術(shù)在電力設(shè)備過熱監(jiān)測中的應(yīng)用[J].電力設(shè)備，2007，8（10）：30-32.

[6]彭超，趙建康，苗付貴.分布式光纖監(jiān)測技術(shù)在線監(jiān)測電纜溫度[J].高電壓技術(shù)，2006，8（32）：43-45.

第2篇：分布式系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用范文

分析了我校網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化實驗室的管理現(xiàn)狀和存在的問題，提出了實驗室數(shù)字化管理的必要性，分析了分布式管理系統(tǒng)的架構(gòu)及存在的優(yōu)點和缺點，提出將Agent技術(shù)用于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗室的數(shù)字化管理系統(tǒng)中的可行性.

關(guān)鍵詞：

分布式系統(tǒng)；數(shù)字化實驗室管理；Agent技術(shù)

隨著我校數(shù)字化校園建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，數(shù)字化實驗室越建越多，在各學(xué)科教學(xué)改革中的作用也越來越明顯.如何管理好這些實驗室，為學(xué)科教學(xué)提供良好的軟硬件環(huán)境，讓它們發(fā)揮更大的作用，是擺在我們面前的問題.

1我校網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化實驗室的管理現(xiàn)狀

目前，我校的數(shù)字化校園建設(shè)已經(jīng)初具規(guī)模，但是我校實驗室的管理還停留在傳統(tǒng)的管理模式即人的管理上：上機(jī)記錄需要人來填寫；安排上機(jī)需要人來安排；計算機(jī)出現(xiàn)故障時不能及時發(fā)現(xiàn)，需要老師檢查才能發(fā)現(xiàn)；學(xué)生上課時玩游戲難以控制；實驗室的設(shè)備也沒有防火防盜設(shè)施等等.如何解決這些問題，使數(shù)字化實驗室的管理規(guī)范化，就需要我們探索出一個適合的、功能全的系統(tǒng).

2分布式數(shù)字化實驗室管理系統(tǒng)

計算機(jī)實驗室的管理由傳統(tǒng)的管理模式向先進(jìn)的數(shù)字管理模式轉(zhuǎn)變，由最初的單一管理功能轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄻踊芾砉δ埽蓡蝹€計算機(jī)實驗室管理轉(zhuǎn)變到全校分布式互聯(lián)計算機(jī)實驗室統(tǒng)一管理，這要求采用多種先進(jìn)的軟件技術(shù)，構(gòu)建一個分布式數(shù)字化共享管理軟件平臺，包括統(tǒng)一實驗室管理、上機(jī)認(rèn)證、多媒體教學(xué)、網(wǎng)上行為等，提供統(tǒng)一的認(rèn)證入口，并且和我校現(xiàn)有的一卡通和網(wǎng)絡(luò)身份認(rèn)證系統(tǒng)接軌.分布式管理系統(tǒng)是建立在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上，具有高度的內(nèi)聚性和透明性，它涉及到多個計算機(jī)實驗室、成百上千臺計算機(jī)和多臺服務(wù)，為了確保計算機(jī)之間的通信暢通無阻，系統(tǒng)采用了C/S（客戶機(jī)/服務(wù)器）模式，用Socket多線程和多端口技術(shù)編程，以保證多臺計算機(jī)、多個用戶之間的正常通信.

2.1系統(tǒng)設(shè)計

分布式管理系統(tǒng)要求所有的計算機(jī)數(shù)字化實驗室管理采用統(tǒng)一平臺，一個后臺數(shù)據(jù)庫，放在網(wǎng)絡(luò)中心集中管理.數(shù)據(jù)庫不對實驗室公開，實驗室只負(fù)責(zé)教學(xué)及實驗管理和學(xué)生自助上機(jī).整個系統(tǒng)的框架圖如下圖所示：

2.1.1硬件組成

分布式管理系統(tǒng)的硬件主要由主服務(wù)器、各實驗室服務(wù)器、學(xué)生用計算機(jī)、監(jiān)控機(jī)、刷卡機(jī)等組成.主服務(wù)器安裝SQLServer數(shù)據(jù)庫和主服務(wù)器端程序，主服務(wù)器中存儲全校師生的基本信息數(shù)據(jù)和全校的計算機(jī)專業(yè)課和公共課課表以及實驗安排表；各實驗室服務(wù)器安裝SQLServer數(shù)據(jù)庫、實驗室服務(wù)器端程序，并和刷卡機(jī)相連，這個服務(wù)器負(fù)責(zé)學(xué)生的刷卡注冊并記錄學(xué)生們的上課和實驗情況，并且和主服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；監(jiān)控機(jī)安裝監(jiān)控程序，實時監(jiān)控火警、盜警以及學(xué)生是否玩游戲等情況；學(xué)生機(jī)安裝客戶端程序，將學(xué)生的上課及實驗信息傳回實驗室服務(wù)器，并且受控于監(jiān)控機(jī).

2.1.2軟件設(shè)計

分布式數(shù)字實驗室概念就是集成多種軟件技術(shù)，包括集成了底層管理、內(nèi)核保護(hù)、動態(tài)屏幕截取、屏幕監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)阻斷等多種軟件技術(shù)，更好地完善數(shù)字化實驗室的專業(yè)管理，以解決數(shù)字化實驗室的統(tǒng)一管理、信息認(rèn)證、多媒體教學(xué)、網(wǎng)上偵聽及阻斷等多種專業(yè)的管理要求.

2.1.2.1系統(tǒng)程序的構(gòu)建與設(shè)計

分布式管理系統(tǒng)是多個計算機(jī)的統(tǒng)一整體，成百上千臺計算機(jī)和多臺服務(wù)器分布在不同實驗室.所以根據(jù)這樣的分布式特點，管理系統(tǒng)基于Win-dows7操作系統(tǒng)平臺，采用C／S（客戶機(jī)/服務(wù)器）模式，并且應(yīng)用VC++軟件進(jìn)行編程.整個系統(tǒng)主要分為主服務(wù)器端、各實驗室服務(wù)器端、學(xué)生端和監(jiān)控端，通過VC++和Socket多線程網(wǎng)絡(luò)編程使系統(tǒng)各部分有序地結(jié)合在一起，以完成系統(tǒng)的相應(yīng)功能.

2.1.2.2數(shù)據(jù)庫的組建

分布式系統(tǒng)采用SQLServer組建數(shù)據(jù)庫，并使用ADO數(shù)據(jù)訪問技術(shù)與各程序相連，根據(jù)分布式管理系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能，在數(shù)據(jù)庫中建立相關(guān)的表，主要的數(shù)據(jù)表如下表所示.

2.1.2.3數(shù)據(jù)的備份

分布式管理系統(tǒng)是建立在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上的多臺計算機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)，所以，為了防止由于各種病毒的侵入、學(xué)生的非法操作和計算機(jī)硬件損壞等因素對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的破壞，系統(tǒng)設(shè)計了本地備份和遠(yuǎn)程備份兩種備份方案，以確保系統(tǒng)能正常運行.

2.1.3與校園一卡通的對接

我校數(shù)字化校園的平臺—校園網(wǎng)已運行使用，校園一卡通也在教務(wù)處、食堂、圖書館等部門廣泛使用.如何將計算機(jī)實驗室的分布式系統(tǒng)與一卡通系統(tǒng)對接呢？對接方式有兩種，一種是緊耦合方式，就是兩個系統(tǒng)進(jìn)行對接，系統(tǒng)只使用一個電子錢包，使用一卡通的卡內(nèi)信息，學(xué)生的信息從卡上直接讀取，并在需要的情況下把產(chǎn)生的記錄傳送到一卡通中心的數(shù)據(jù)上；另一種是松耦合方式，就是兩個系統(tǒng)先不進(jìn)行對接，系統(tǒng)有兩個獨立電子錢包，在計算機(jī)實驗室的刷卡機(jī)上刷卡只使用一卡通的卡號信息.具體使用哪種耦合方式再根據(jù)具體情況做出選擇.

2.2分布式數(shù)字化實驗室管理系統(tǒng)的優(yōu)點和缺點

2.2.1分布式計算機(jī)數(shù)字化實驗室管理系統(tǒng)的使用，使實驗室的管理開啟了數(shù)字化模式，在規(guī)范實驗室管理和提高實驗室的效率方面的優(yōu)點是毋庸置疑的.分布式管理系統(tǒng)是建立在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的多臺計算機(jī)協(xié)作運行的管理系統(tǒng)，因為多臺計算機(jī)相互協(xié)作完成一個共同任務(wù)這樣就加快了系統(tǒng)的處理速度，簡化了主機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)；多臺計算機(jī)間可以隨時交換信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和資源共享；成本低，易于維護(hù)，可以逐步實現(xiàn)實驗室的自動管理與無人職守；由于后臺系統(tǒng)與服務(wù)器端是采用分布聯(lián)接方式，而學(xué)生端與服務(wù)器端連接，所以系統(tǒng)能支持多達(dá)10萬臺遠(yuǎn)程計算機(jī)的實時連接及實時的后臺數(shù)據(jù)處理，以便于管理的實驗室數(shù)量和計算機(jī)數(shù)量根據(jù)需求隨時進(jìn)行擴(kuò)充.

2.2.2盡管分布式管理系統(tǒng)有許多優(yōu)點，但也存在一些缺點.首先，由于分布式管理系統(tǒng)是基于經(jīng)典的C/S模式，即將分布式應(yīng)用分解為客戶和服務(wù)器兩大部分，服務(wù)器只有在接到客戶的請求后方能提供服務(wù)；第二個潛在的問題是通信網(wǎng)絡(luò)，因為系統(tǒng)是基于網(wǎng)絡(luò)平臺之上的，那么網(wǎng)絡(luò)的信息丟失或飽和都將會抵消我們通過建立分布式系統(tǒng)所獲得的大部分優(yōu)勢；第三是安全問題，數(shù)據(jù)易于共享是具有兩面性的，由于在分布式管理系統(tǒng)中，整個系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)都可以方便地存取，所以系統(tǒng)的安全性問題成為我們經(jīng)常要考慮大問題.

3將Agent技術(shù)應(yīng)用于分布式數(shù)字化管理系統(tǒng)中

Agent技術(shù)是一種處于一定環(huán)境下包裝的計算機(jī)系統(tǒng)，為實現(xiàn)設(shè)計目的，能在該環(huán)境下靈活的，自主的活動.在分布計算領(lǐng)域，通常把在分布式系統(tǒng)中持續(xù)自主發(fā)揮作用的活著的計算實體稱為A-gent.它能夠有效地緩解順序的、集中的控制對系統(tǒng)的約束，以一種并發(fā)的、非集中的方式來尋求問題的解決.基于Agent技術(shù)的分布式系統(tǒng)使人們跳出了C/S系統(tǒng)的局限，適應(yīng)了應(yīng)用需求的發(fā)展.在分布式計算機(jī)數(shù)字化實驗室管理系統(tǒng)中加入Agent技術(shù)，開啟了新的計算機(jī)數(shù)字化實驗室管理系統(tǒng)模式，在這種新的模式中，Agent既是系統(tǒng)的基本構(gòu)成單位，又是系統(tǒng)中獨立運行的實體.這種模式不僅可以占用更少的網(wǎng)絡(luò)，還可以縮短網(wǎng)絡(luò)連接的時間，減少網(wǎng)絡(luò)阻塞的發(fā)生，使系統(tǒng)更加安全和可靠，以便更好地對計算機(jī)實驗室進(jìn)行管理；而且由于Agent具有交互性和主動性，查找信息和遠(yuǎn)程交流更加方便快捷，提高了實驗室的管理效率，保證了實驗室分配的準(zhǔn)確性，還降低了人工干預(yù)的費用.

3.1系統(tǒng)平臺模式

基于Agent的分布式計算機(jī)實驗室管理系統(tǒng)在傳統(tǒng)的C/S（客戶/服務(wù)器）構(gòu)架上增加了一個s（分服務(wù)器）層，服務(wù)器層之間使用Agent層，即C/s/A/S（客戶端/分服務(wù)器/Agent/總服務(wù)器）模式，這種模式與傳統(tǒng)模式相比，占用客戶端的資源很少，要求客戶端條件比較低.即使網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障斷開，學(xué)生端只要與本實驗室的服務(wù)器連接就可以繼續(xù)進(jìn)行刷卡，等網(wǎng)絡(luò)重新連接上之后，實驗室服務(wù)器上的記錄即可傳到總服務(wù)器上.這種模式降低了系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)的依賴性，并且允許間斷式的連接，提高了網(wǎng)絡(luò)的利用率.

3.2分服務(wù)器層的實現(xiàn)

分服務(wù)器層在系統(tǒng)里相當(dāng)于一個“橋梁”，起著連接作用，上面連接總服務(wù)器，下面連接客戶端，并為客戶端提供服務(wù).分服務(wù)器層使用一個ClientSocket組件即TclientSocket類與總服務(wù)器相連接，并且使用ServerSocket組件即TserverSocket類給客戶端提供服務(wù).如果需要向總服務(wù)器發(fā)出請求數(shù)據(jù)時，由ClientSocket組件申請與總服務(wù)器建立連接，并把總服務(wù)器反饋回來的信息進(jìn)行相應(yīng)處理后存入分服務(wù)器層數(shù)據(jù)庫中，供以后使用.ServerSocket組件一直進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽，當(dāng)某個客戶端發(fā)送過來數(shù)據(jù)時，它接收數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)處理后，把處理結(jié)果送還給這個客戶端.

3.3數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計

在任何一個管理系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫都是系統(tǒng)的核心.在基于Agent技術(shù)的數(shù)字化實驗室管理系統(tǒng)中，總心服務(wù)器、各實驗室服務(wù)器、客戶端都得圍繞著數(shù)據(jù)庫來運行.由于數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)存儲量大、訪問的用戶數(shù)目多.所以對數(shù)據(jù)的安全性和一致性要求比較高，對訪問速度的要求也比較高.在基于Agent技術(shù)的數(shù)字化實驗室管理系統(tǒng)中采用SQLServer組建后臺數(shù)據(jù)庫，并使用ODBC驅(qū)動程序?qū)⒏鞣N數(shù)據(jù)庫程序互相連接，以保證用統(tǒng)一的方式處理所有的數(shù)據(jù)庫.計算機(jī)實驗室的數(shù)字化管理是實現(xiàn)數(shù)字化校園的重要組成部分，隨著我校教學(xué)改革工作的深入，計算機(jī)公共課和專業(yè)課的上課與實驗、老師的科研、學(xué)生的創(chuàng)新項目設(shè)計都在計算機(jī)實驗室里進(jìn)行，計算機(jī)實驗室的作用越來越重要，數(shù)字化管理的實現(xiàn)也迫在眉睫.我們將不斷地探索和完善計算機(jī)實驗室的管理模式，早日實現(xiàn)計算機(jī)實驗室的數(shù)字化管理.

參考文獻(xiàn)：

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第3篇：分布式系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞:城市軌道交通；變電所；綜合自動化系統(tǒng)

Abstract: at present, with the rapid development of urbanization, urban public transportation network as an important part of urban rail traffic network construction is also in fast development. This paper analyzes the urban rail traffic substation integrated automation of the definition, system structure and basic function.

Keywords: urban rail traffic; Substation; Integrated automation system

中圖分類號：TM63文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：

前言

隨著社會的發(fā)展,城市人口日益集聚、土地資源日益緊缺、環(huán)境保護(hù)日益重要。近年來，城市軌道交通建設(shè)進(jìn)入了蓬勃發(fā)展期,變電所綜合自動化在城市軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用有了很大發(fā)展。本文研究了城市軌道交通變電所綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。

1 變電所綜合自動化系統(tǒng)的定義

變電所綜合自動化系統(tǒng)是將變電所的二次設(shè)備經(jīng)過功能組合與優(yōu)化設(shè)計，利用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信號處理技術(shù)，實現(xiàn)對變電所設(shè)備測量、監(jiān)控和微機(jī)保護(hù)以及與調(diào)度控制中心通信等綜合性的自動化功能。

2 變電所綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

變電所綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展過程與集成電路技術(shù)、微機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)密切相關(guān)。隨著科技的不斷發(fā)展，綜合自動化系統(tǒng)的體系不斷完善，功能和性能也不斷提高。從發(fā)展過程來看，典型的結(jié)構(gòu)主要有：集中式結(jié)構(gòu)、分布式結(jié)構(gòu)、分層分布式結(jié)構(gòu)等幾種結(jié)構(gòu)類型。

1.1 集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

集中式系統(tǒng)一般采用功能較強(qiáng)的計算機(jī)并擴(kuò)展其I／O 接口，集中采集變電所模擬量和數(shù)字量等信息，集中進(jìn)行計算和處理，分別完成微機(jī)測量、微機(jī)保護(hù)和自動控制等功能。由前置機(jī)完成數(shù)據(jù)輸入輸出、測量、保護(hù)及控制等功能，后臺機(jī)完成數(shù)據(jù)處理、顯示、打印及遠(yuǎn)方通訊等功能。

集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對計算機(jī)的性能要求較高，系統(tǒng)可擴(kuò)展及可維護(hù)性較差，目前已基本被新的模式取代。

1.2 分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

分布式系統(tǒng)是將按功能分布的多臺計算機(jī)連接到能共享資源的網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)分布式處理。其結(jié)構(gòu)的最大特點是采用主、從CPU協(xié)同工作，各功能模塊之間采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或串行方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，將變電所綜合自動化系統(tǒng)的功能分散給多臺計算機(jī)來完成。

分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提高了處理并行事件的能力，解決了數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問題，提高了系統(tǒng)的實時性。該結(jié)構(gòu)方便系統(tǒng)擴(kuò)展和維護(hù)，局部故障不影響其他模塊正常運行。自問世以來，顯示出強(qiáng)大的生命力，但目前還存在抗電磁干擾、信息傳輸途徑及可靠性保證方面的問題。

1.3 分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

分層分布式系統(tǒng)從邏輯上將變電所自動化系統(tǒng)劃分為變電所層和間隔層，采用面向電氣一次設(shè)備或電氣間隔設(shè)備進(jìn)行設(shè)計。間隔層中數(shù)據(jù)采集、控制單元和保護(hù)單元就地分散安裝在開關(guān)柜上或其他一次設(shè)備附近，相互間通過通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，并與所級測控主機(jī)通信。

分層分布式系統(tǒng)集中了分布式的全部優(yōu)點，具體很好的擴(kuò)展性和維護(hù)性。此外，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)減少了二次設(shè)備及二次電纜，節(jié)省了工程投資。

2.變電所綜合自動化系統(tǒng)功能分析

2.1 微機(jī)保護(hù)

微機(jī)保護(hù)是綜合自動化系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它的功能和可靠性如何，在很大程度上影響了整個系統(tǒng)的性能，因此設(shè)計時必須給予足夠的重視。微機(jī)保護(hù)的各保護(hù)單元，除了具有獨立、完整的保護(hù)功能外，還必須具有：①保護(hù)裝置必須滿足快速性、選擇性、靈敏性和可靠性的要求，其工作不受監(jiān)控系統(tǒng)和其他子系統(tǒng)的影響。②故障記錄功能。當(dāng)被保護(hù)對象發(fā)生故障時，能自動記錄保護(hù)動作前后有關(guān)的故障信息，包括短路電流、故障發(fā)生時間等，以利于分析故障。③具有與統(tǒng)一時鐘對時功能，以便準(zhǔn)確記錄發(fā)生故障和保護(hù)動作的時間。④存儲多種保護(hù)整定值功能。⑤授權(quán)修改保護(hù)整定值功能。對保護(hù)整定值的檢查與修改要直觀、方便、可靠，同時為了加強(qiáng)對定值的管理，修改定值要校對密碼，以及記錄修改定值者的密碼。⑥保護(hù)管理機(jī)功能。保護(hù)管理機(jī)把保護(hù)系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)系起來，負(fù)責(zé)管理和監(jiān)視保護(hù)系統(tǒng)中各保護(hù)單元的工作狀態(tài)，并下達(dá)由監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)來的整定值修改等信息；⑦通信功能。由保護(hù)管理機(jī)或通信控制器與各保護(hù)單元通信，各保護(hù)單元必須設(shè)置有通信接口，便于與保護(hù)管理機(jī)等連接。⑧故障自診斷、自閉鎖和自恢復(fù)功能。每個保護(hù)單元應(yīng)有完善的故障自診斷功能，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部有故障，能自動報警，并能指明故障部位，以利于查找故障和縮短維修時間，對于關(guān)鍵部位的故障，能自動閉鎖保護(hù)出口。

2.2控制和操作閉鎖

操作人員可通過CRT屏幕對斷路器、電動隔離開關(guān)投切進(jìn)行遠(yuǎn)方操作。為了防止系統(tǒng)故障時無法操作被控設(shè)備，在系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)保留人工就地控制方式。操作閉鎖應(yīng)具有以下功能：根據(jù)實時狀態(tài)信息，自動實現(xiàn)斷路器、開關(guān)的操作閉鎖功能；操作出口應(yīng)具有同時操作閉鎖功能；操作出口應(yīng)具有跳合閉鎖功能。

2.3數(shù)據(jù)處理和記錄

數(shù)據(jù)的形成和存儲是數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容，它包括上一級調(diào)度中心，變電設(shè)備管理和保護(hù)專業(yè)要求的數(shù)據(jù)，主要有：斷路器動作次數(shù)；斷路器切除故障時截斷容量；母線電壓定時記錄的最大、最小值及其時間每天的峰谷值及其時間；獨立負(fù)荷每天的峰谷值及其時間；控制操作及修改整定值的記錄。

2.記錄和故障錄波

事件記錄包含保護(hù)動作序列記錄、開關(guān)跳合閘記錄，其分辨率一般在1-10ms 之間，以滿足不同電壓等級的要求。變電所故障錄波可根據(jù)需要采用兩種方式實現(xiàn)，一種是集中配置專用故障錄波器，并能與監(jiān)控系統(tǒng)通信。另一種是分散型，即由微機(jī)保護(hù)裝置兼作記錄及測距計算，再將數(shù)字化的波型及測距結(jié)果送監(jiān)控系統(tǒng)存儲和分析。

2.5數(shù)據(jù)濾波處理功能

現(xiàn)場數(shù)據(jù)通過所內(nèi)網(wǎng)絡(luò)傳至所內(nèi)控制屏,經(jīng)數(shù)據(jù)過濾及處理后接入車站綜合監(jiān)控屏、經(jīng)光纖上傳數(shù)據(jù)至中央監(jiān)控系統(tǒng)。其中干擾問題可能由多種原因引起,在設(shè)計時要根據(jù)應(yīng)用場所分析可能出現(xiàn)的干擾,有目的地設(shè)計抗干擾電路，選擇合適的濾波處理。如采用了遞推平均濾波法、中位值平均濾波法來處理電力數(shù)據(jù),以提高數(shù)據(jù)的有效性。

2.6 與遠(yuǎn)方控制中心的通信功能

在常規(guī)遠(yuǎn)動‘四遙’的基礎(chǔ)上增加了遠(yuǎn)方修改整定保護(hù)定值、故障錄波與測距信號的遠(yuǎn)傳功能，其信息量大于傳統(tǒng)的遠(yuǎn)動系統(tǒng)。根據(jù)現(xiàn)場的要求，系統(tǒng)應(yīng)具有通信通道的備用及切換功能，保證通信的可靠性。

2.7 系統(tǒng)的自診斷功能

系統(tǒng)內(nèi)各插件應(yīng)具有自診斷功能，并把數(shù)據(jù)送往后臺機(jī)和遠(yuǎn)方調(diào)度中心。裝置本身實時自檢功能，可對其各部分采用查詢輸入檢測等方法實時檢查，能快速發(fā)現(xiàn)裝置內(nèi)部的故障及缺陷，并給出提示，指出故障位置，方便維護(hù)與維修。

結(jié)束語

第4篇：分布式系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用范文

在網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的不斷發(fā)展下，分布式軟件系統(tǒng)應(yīng)用日益廣泛。分布式系統(tǒng)設(shè)計架構(gòu)設(shè)計使用兩層C/S架構(gòu)模式和三層B/S架構(gòu)模式，可以用于進(jìn)行數(shù)據(jù)的管理和用戶登錄使用。本文以分布式系統(tǒng)管理為基礎(chǔ)，對分布式軟件工程架構(gòu)的實現(xiàn)進(jìn)行了分析和探討。

關(guān)鍵詞:

現(xiàn)代分布式軟件；工程架構(gòu)；C/S架構(gòu)；B/S架構(gòu)

隨著數(shù)據(jù)庫技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，分布式軟件系統(tǒng)的應(yīng)用也日益廣泛。分布式系統(tǒng)通過對軟件工程開發(fā)理論和成熟的IT開發(fā)設(shè)計技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，可以實現(xiàn)自動化的管理。近年來，管理軟件系統(tǒng)發(fā)展越來越快，軟件的功能也日益增加，為了可以保證軟件的可擴(kuò)展性和可靠性，需要建立一個良好的分布式管理系統(tǒng)。當(dāng)前，軟件體系架構(gòu)還沒有提出一個明確的概念，軟件體系結(jié)構(gòu)所面對的研究對象也有所不同。因此，可以參考軟件功能定義的不同，對軟件系統(tǒng)架構(gòu)之間的交互性、交互模式等進(jìn)行約束。本文重點對三層B/S體系架構(gòu)模式和C/S體系架構(gòu)的原理進(jìn)行了分析，并對其作用進(jìn)行了探討，分析了系統(tǒng)架構(gòu)的優(yōu)勢和劣勢。

1研究背景和研究意義

1.1研究背景

在企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程中，工時管理是非常重要的一項基礎(chǔ)性工作，可以為企業(yè)的生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)組織、確定產(chǎn)品價格、核算成本等工作內(nèi)容提供參考依據(jù)。工時管理質(zhì)量直接的對公司的經(jīng)濟(jì)效益以及產(chǎn)品的成本造成了比較大的影響，做好管理工作可以提升企業(yè)的生產(chǎn)效率，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。所以工時管理是非常重要的。在信息化管理的今天，企業(yè)為了提高管理效率，需要積極的開發(fā)管理軟件，并積極實行數(shù)字化管理。由于不同應(yīng)用軟件的開發(fā)環(huán)境存在差異性，例如編程語言不同、開發(fā)平臺不同、應(yīng)用系統(tǒng)使用的設(shè)計模式不同等。這些差異性導(dǎo)致應(yīng)用軟件底層數(shù)據(jù)也存在差異，數(shù)據(jù)模式、數(shù)據(jù)操作和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存在異構(gòu)性。在對企業(yè)流程進(jìn)行動態(tài)性管理時，為了適應(yīng)社會的發(fā)展，需要不斷的進(jìn)行改革。例如企業(yè)發(fā)展過程中有可能需要收購或兼并一些小企業(yè)，或者需要進(jìn)行拆分后對業(yè)績進(jìn)行提升。在企業(yè)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整合時，需要隨時對企業(yè)的原有業(yè)務(wù)進(jìn)行調(diào)整。同時企業(yè)需要調(diào)整市場業(yè)務(wù)或者引入新技術(shù)時，為了滿足新的需求，企業(yè)需要變更一些業(yè)務(wù)。由于企業(yè)的合作關(guān)系會隨著市場的變化而產(chǎn)生變化，企業(yè)之間的合作關(guān)系也會產(chǎn)生一定的變化，為了適應(yīng)這些變化，需要動態(tài)化的進(jìn)行調(diào)整。企業(yè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的共享性實質(zhì)上指的是業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的共享和交互，即從外界獲取所需的數(shù)據(jù)以及向數(shù)據(jù)傳送出去。因為信息化建設(shè)會使用企業(yè)外部和內(nèi)部信息存在信息孤島，對企業(yè)信息化軟件的利用和信息共享造成影響。所以，在開發(fā)軟件時需要對各種共享問題進(jìn)行綜合考慮。在進(jìn)行企業(yè)應(yīng)用軟件開發(fā)時，為了可以更好的適應(yīng)企業(yè)業(yè)務(wù)環(huán)境，需要保證應(yīng)用軟件的靈活性、動態(tài)性和高效性。首先，要結(jié)合企業(yè)的業(yè)務(wù)流程開發(fā)企業(yè)應(yīng)用軟件，并分解復(fù)雜的業(yè)務(wù)流程，使其成為獨立的子流程，在實際應(yīng)用時，可以根據(jù)具體的情況靈活的對這些服務(wù)進(jìn)行組合。此外，企業(yè)因為合作伙伴、政策、客戶變化等需要對業(yè)務(wù)流程進(jìn)行改變時，為了可以適應(yīng)市場業(yè)務(wù)環(huán)境的變化，要求企業(yè)軟件可以支持組建松散組合。這樣一來，企業(yè)軟件的開發(fā)對開發(fā)人員來說無疑是一個非常大的挑戰(zhàn)。在這種情況下進(jìn)行軟件開發(fā)時，不單是為了可以達(dá)到企業(yè)業(yè)務(wù)發(fā)展需求，同時還要保證系統(tǒng)的高效性、可靠性和共享性。為了可以滿足上述要求，需要從技術(shù)的角度做好架構(gòu)。從目前軟件發(fā)展情況來看，軟件架構(gòu)構(gòu)建已經(jīng)經(jīng)歷了面向?qū)ο蟆⒚嫦蜻^程、面向構(gòu)件幾個階段，其中面向?qū)ο笾豢梢灾С滞N語言，面向過程不適用于開發(fā)大軟件系統(tǒng)。面向構(gòu)件雖然可以做到構(gòu)件二進(jìn)制級別共享，不過應(yīng)用平臺有一定的局限性。所以，一種面向服務(wù)體系的結(jié)構(gòu)被提出，通過應(yīng)用這種服務(wù)體系可以提高業(yè)務(wù)軟件的靈活性。此外，在數(shù)據(jù)庫部署過程中使用分布式部署的方式可以利用數(shù)據(jù)庫管理器對劃分開的獨立數(shù)據(jù)庫進(jìn)行控制，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效訪問。另外，利用通用接口可以實現(xiàn)兩個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的集成和共享。本文重點從分布式軟件角度對軟件工程進(jìn)行架構(gòu)，確保其可以達(dá)到企業(yè)的發(fā)展要求。

1.2探究現(xiàn)代分布式軟件工程架構(gòu)的意義

本次研究需要解決的問題為當(dāng)前工時軟件需要重點解決的問題，研究的意義主要由下述幾個方面的的內(nèi)容：（1）在工時軟件平臺中引入分布式技術(shù)，探索基于架構(gòu)的軟件平臺，對工時軟件平臺的架構(gòu)模型進(jìn)行完善，并為設(shè)計提供新思路、新方案[2]。（2）提供一個可以滿足企業(yè)變化要求的方案，提升系統(tǒng)的靈活性。使企業(yè)工時軟件可以更高效、更快速的達(dá)到業(yè)務(wù)企業(yè)的業(yè)務(wù)需求。（3）進(jìn)行分布式數(shù)據(jù)庫的部署和設(shè)計可以提升軟件數(shù)據(jù)信息的處理速度，對任務(wù)進(jìn)行均衡的分?jǐn)偂＃?）利用底層接口包可以對系統(tǒng)數(shù)據(jù)實現(xiàn)信息集成和數(shù)據(jù)共享，保證接口的靈活性，便于開發(fā)者進(jìn)行開發(fā)和使用。

2C/S架構(gòu)介紹

在分布式管理系統(tǒng)發(fā)展初期，C/S體積架構(gòu)是一種常用的系統(tǒng)架構(gòu)，主要包括系統(tǒng)服務(wù)器端和系統(tǒng)客戶端，其中服務(wù)段是系統(tǒng)的的核心，主要有應(yīng)用服務(wù)器、Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行溝通，可以對用戶發(fā)出的邏輯業(yè)務(wù)請求進(jìn)行解析，并將收到的服務(wù)請求發(fā)送至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器，進(jìn)而降低數(shù)據(jù)的處理效果和反饋響應(yīng)結(jié)果。客戶端為用戶提供系統(tǒng)操作界面，登錄操作系統(tǒng)后可以相系統(tǒng)發(fā)起邏輯業(yè)務(wù)請求。因為目前很多用戶利用的硬件配置均比較高，有助于提升服務(wù)器對邏輯業(yè)務(wù)的處理能力，緩解用戶解決服務(wù)器壓力，使服務(wù)器系統(tǒng)的通信需求降低，進(jìn)而降低系統(tǒng)的開銷成本。所以，當(dāng)前大部分的分布式系統(tǒng)軟件都是使用兩層C/S系統(tǒng)架構(gòu)。利用C/S架構(gòu)可以在局域網(wǎng)環(huán)境中使用，使用響應(yīng)時間比較短、帶寬比較高、處理效率良好的通信傳輸方式。雖然C/S架構(gòu)適用范圍比較廣泛，而且優(yōu)點也非常多。但是隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，政府單位的工作人員經(jīng)常需要出差，在需要進(jìn)入到系統(tǒng)時，如果不安裝客戶端則無法使用，而且隨著系統(tǒng)功能日益完善，使用系統(tǒng)的用戶會越來越多。所以，不適合在C/S體系中進(jìn)行使用，在實際應(yīng)用過程中，需要引入更加先進(jìn)的B/S架構(gòu)。

3B/S架構(gòu)介紹

在時代的不斷發(fā)展下，網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量日益增多，需要使用到的程序也日益增多，為了滿足使用要求，需要引入更加先進(jìn)的系統(tǒng)架構(gòu)。通過利用先進(jìn)的架構(gòu)可以把系統(tǒng)集成起來，然后利用瀏覽器直接訪問系統(tǒng)，不需要在設(shè)備上安裝客戶端程序，從而可以滿足各個層次的用戶使用要求。為了可以使上述問題得到解決，計算機(jī)行業(yè)的專家經(jīng)過研究后提出了B/S體系架構(gòu)模式，此架構(gòu)模式主要包括Web服務(wù)器、瀏覽器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等。其中Web服務(wù)器又叫做邏輯業(yè)務(wù)處理層、瀏覽器有叫做表示層、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器又叫做數(shù)據(jù)庫處理層。各層的功能如下：（1）邏輯業(yè)務(wù)處理層。在B/S體系架構(gòu)中，邏輯業(yè)務(wù)處理層指的是表示層和數(shù)據(jù)處理層之間的一層，利用該層可以封裝系統(tǒng)應(yīng)用模型，并為數(shù)據(jù)表示層和處理層提供數(shù)據(jù)庫鏈接服務(wù)，可以根據(jù)用戶發(fā)出的請求，鏈接系統(tǒng)服務(wù)器端的數(shù)據(jù)庫，然后將得到的處理結(jié)果返回至用戶瀏覽器。（2）表示層。表示層指的是分布式系統(tǒng)和用戶的交互接口，在為用戶提供輸入輸出服務(wù)時可以通過具有良好友好性的圖形實現(xiàn)。在實際操作過程中，用戶主要利用瀏覽器來進(jìn)行操作。并利用表示層將用戶填入的信息發(fā)送到邏輯業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理層，邏輯業(yè)務(wù)處理層在收到客戶請求時會立即做出相應(yīng)，并在瀏覽器中將得到的反饋結(jié)果輸出。（3）數(shù)據(jù)處理層。在B/S模型中，數(shù)據(jù)處理層是模型的最底層，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的維護(hù)、數(shù)據(jù)的修改、數(shù)據(jù)的定義等，并且可以及時處理和回復(fù)接收到的瀏覽器請求數(shù)據(jù)。當(dāng)前在分布式應(yīng)用系統(tǒng)中B/S體系架構(gòu)是一種常用的架構(gòu)技術(shù)，在該架構(gòu)中應(yīng)用分布式管理系統(tǒng)時，用戶不需要按照客戶端應(yīng)用程序，只需要將服務(wù)器地址輸入到IE瀏覽器中就可以登錄到系統(tǒng)中進(jìn)行操作。但是隨著云計算技術(shù)和集成移動計算計技術(shù)應(yīng)用的越來越廣泛，如果只是使用B/S系統(tǒng)架構(gòu)是達(dá)不到系統(tǒng)要求的。所以，在未來分布式系統(tǒng)架構(gòu)會朝著B/S、C/S混合架構(gòu)的模式發(fā)展，可以顯著提升管理系統(tǒng)的響應(yīng)性能，從云計算角度對分布式透明云計算架構(gòu)進(jìn)行研究，有助于分布式系統(tǒng)的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。

4結(jié)束語

綜上所述，在計算機(jī)軟件技術(shù)不斷發(fā)展過程中，軟件技術(shù)得到了快速發(fā)展，尤其是面向云計算、面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)和分布式技術(shù)的應(yīng)用，使軟件的復(fù)雜性得到了提升，而且應(yīng)用好的軟件系統(tǒng)架構(gòu)可以使軟件系統(tǒng)服務(wù)性能顯著提升，使軟件應(yīng)用得到進(jìn)一步的改進(jìn)。

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第5篇：分布式系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞：GIS WebGlS 校園地理信息系統(tǒng)

中圖分類號：TP393

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-2422(2007)06-0020-02

1　基于WebService的WebGIS

WebService可以理解為一個由其它的應(yīng)用程序通過Intemet調(diào)用的軟件組件。特點有(1)通過標(biāo)準(zhǔn)的Web協(xié)議(如SOAP協(xié)議)，WebService向Web用戶提供各種功能；(2)通過使用Web服務(wù)描述語言(WSDL)文檔的XML文檔，Websetrice能夠詳細(xì)地說明接口，使用戶能輕易創(chuàng)建客戶端應(yīng)用程序：(3)通過統(tǒng)一描述、發(fā)現(xiàn)和集成協(xié)議(UDDI)，WebService可以進(jìn)行注冊，使?jié)撛谟脩裟軌蜉p易找到這些服務(wù)。

2　構(gòu)建基于Web服務(wù)的分布式WebGIS應(yīng)用系統(tǒng)，

利用開發(fā)工具(如Visual 等)直接從底層開發(fā)GIS Web服務(wù)，也可以將已有的GIS應(yīng)用系統(tǒng)或GIS組件封裝成Web服務(wù)，以供其它需要的應(yīng)用系統(tǒng)通過互聯(lián)網(wǎng)來調(diào)用。

2.1　構(gòu)建WebGIS結(jié)構(gòu)體系

將基于Web服務(wù)的分布式WebGIS應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計為由數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層和客戶端組成的三層結(jié)構(gòu)體系。客戶端是唯一與最終用戶的交互點，通過超文本傳輸協(xié)議，將服務(wù)請求及相關(guān)參數(shù)提交給Web服務(wù)器，以便與業(yè)務(wù)邏輯層進(jìn)行交互，并把響應(yīng)結(jié)果呈現(xiàn)給用戶，同時完成基本的操作。業(yè)務(wù)邏輯層是分布式WebGIS應(yīng)用系統(tǒng)的核心。它負(fù)責(zé)處理客戶端的應(yīng)用請求和聯(lián)系數(shù)據(jù)層，以完成業(yè)務(wù)邏輯的計算任務(wù)，并將處理結(jié)果返回給客戶端。應(yīng)用服務(wù)器解析請求并執(zhí)行應(yīng)用邏輯，加載和調(diào)用相應(yīng)的本地組件和遠(yuǎn)程GIS Web服務(wù)協(xié)同進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，并將處理結(jié)果通過Web服務(wù)器返回給客戶端。在應(yīng)用中，調(diào)用的Web服務(wù)接口保持不變，應(yīng)用系統(tǒng)就無需考慮Web服務(wù)是否改變。

2.2　構(gòu)建GIS解決方案

GIS WebService適用于理解XML和通過標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)(LAN／WANAntemet)連接的任何應(yīng)用程序，包括桌面應(yīng)用程序。利用GIS WebService的應(yīng)用程序可以輕易實現(xiàn)GIS的功能而不需要在本地安裝GIS工具以及空間數(shù)據(jù)。以此構(gòu)建低成本、可伸縮并與其它系統(tǒng)(如DBMS、Web Server等)無縫集成的分布式GIS系統(tǒng)，此系統(tǒng)具有松散耦合的架構(gòu)，以此提供了構(gòu)建復(fù)雜的分布式系統(tǒng)的解決方案。

2.3　構(gòu)建GIS WebService空間數(shù)據(jù)

用WebService在傳輸數(shù)據(jù)時，默認(rèn)是利用XML文本的形式傳輸數(shù)據(jù)的，這就大大增加了傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。如果網(wǎng)絡(luò)帶寬不夠就會影響系統(tǒng)的性能，這時可以采用在XML中嵌入二進(jìn)制數(shù)據(jù)的方法。

第6篇：分布式系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用范文

與分布式賬本技術(shù)（如Hyperledger Fabric或R3 Corda）相比，以太坊區(qū)塊鏈保持了相似性但也有差異。在對區(qū)塊鏈和分布式賬本技術(shù)平臺及其帶給企業(yè)的價值進(jìn)行合理評估時，對其核心功能和特性進(jìn)行系統(tǒng)梳理是很有必要的。 由于區(qū)塊鏈源于密碼學(xué)和數(shù)據(jù)配置原則，某些功能在協(xié)同數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中已經(jīng)得到了很好的應(yīng)用，而其他一些功能只有在真正的區(qū)塊鏈技術(shù)中才能實現(xiàn)。

在本文中，我們將評估面向企業(yè)平臺（包括Ethereum，Hyperledger Fabric和R3 Corda）的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)功能，包括軟件如何獲取其影響以及整個系統(tǒng)是如何整體優(yōu)化的，無論它是通過傳統(tǒng)的分布式系統(tǒng)還是通過區(qū)塊鏈系統(tǒng)。

特別是，我們將重點關(guān)注三個關(guān)鍵功能：

數(shù)據(jù)協(xié)調(diào) – 系統(tǒng)中的信息和信任是如何更好地在利益相關(guān)者之間分發(fā)和分配；

加密經(jīng)濟(jì)內(nèi)部激勵層 – 系統(tǒng)機(jī)制如何構(gòu)建，以便不同的利益相關(guān)者和用戶基于經(jīng)濟(jì)激勵來確保系統(tǒng)的有效運行，例如博弈論和機(jī)制設(shè)計；

數(shù)字資產(chǎn)整合 – 系統(tǒng)如何融入數(shù)字商品經(jīng)濟(jì)，也就是所謂的代幣經(jīng)濟(jì)學(xué)。

區(qū)塊鏈的主要目標(biāo)：企業(yè)想通過這項技術(shù)實現(xiàn)什么目標(biāo)？

像Ethereum這樣的區(qū)塊鏈與其他分布式帳本技術(shù)類似，有著相似的目標(biāo)。然而想知道企業(yè)希望利用區(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)什么樣的目標(biāo)很難，就像20世紀(jì)90年代的互聯(lián)網(wǎng)剛剛誕生時一樣，當(dāng)時企業(yè)也不知道如何使用這種強(qiáng)大的工具。與現(xiàn)在的情況類似，目前我們都知道區(qū)塊鏈技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)很多功能，但如何將這些功能架構(gòu)到商業(yè)業(yè)務(wù)邏輯上還需要進(jìn)一步了解和評估其底層功能。

有三個主要的評估維度：數(shù)據(jù)的處理和協(xié)調(diào)，可信及不可變的記錄以及資產(chǎn)的數(shù)字化。

這三大維度足以涵蓋區(qū)塊鏈的主要用途，同時允許將這些功能進(jìn)一步外推到其他商業(yè)業(yè)務(wù)場景中。通過這三個方面的討論，可以揭示實體企業(yè)使用該技術(shù)的背后邏輯。

有效處理及協(xié)調(diào)信息

如果以改進(jìn)分布式系統(tǒng)設(shè)計或數(shù)據(jù)庫協(xié)調(diào)性作為唯一目的，那么區(qū)塊鏈不一定是必需的。在傳統(tǒng)的宣傳上，區(qū)塊鏈?zhǔn)腔诩夹g(shù)促進(jìn)平臺中數(shù)據(jù)傳輸，達(dá)到更好的數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)和分布式共識機(jī)制。

雖然有用，但這些所需功能特性的重要部分也可通過更好協(xié)調(diào)中央數(shù)據(jù)庫或分布式系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化。在評估當(dāng)中，有必要確定平臺和協(xié)議試圖優(yōu)化現(xiàn)有數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)功能與實施新的區(qū)塊鏈功能程度。區(qū)塊鏈不僅只適用于更高級的數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)。

產(chǎn)品和交易記錄的不可變/可信記錄

關(guān)于為什么我們需要區(qū)塊鏈的原始論文圍繞著“數(shù)字化信任”的概念展開。如ConsenSys的Andrew Keys所說“互聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)致信息數(shù)字化，而區(qū)塊鏈導(dǎo)致信任和協(xié)議的數(shù)字化。”

這個論點體現(xiàn)了區(qū)塊鏈希望實現(xiàn)的精神，同時為我們的社會及商業(yè)提供了另一條路。額外的變量將是價值的數(shù)字化。當(dāng)信任價值被錨定到系統(tǒng)時，某些聯(lián)盟結(jié)構(gòu)和激勵機(jī)制將影響和激勵系統(tǒng)內(nèi)的正確行為，從而形成強(qiáng)大的平臺。

在設(shè)計一個系統(tǒng)時，不可更改（不變性）常常被用作信任的同義詞，即因為系統(tǒng)是不可變的，所以人們相信系統(tǒng)不變性機(jī)制能確保做壞事會受到懲罰。在我們的平臺協(xié)議評估中，重要的是要評估可信系統(tǒng)實施背后的機(jī)制，以確保商業(yè)模式機(jī)制（通過密碼經(jīng)濟(jì)學(xué)進(jìn)一步探索）會對平臺用戶有益。

資產(chǎn)數(shù)字化

商品和資產(chǎn)的數(shù)字化被視為大多數(shù)區(qū)塊鏈或分布式賬本技術(shù)的主要目標(biāo)。如果企業(yè)正在嘗試資產(chǎn)數(shù)字化，分布式賬本的數(shù)據(jù)庫協(xié)調(diào)能夠提供一些功能，但更應(yīng)該考慮這些數(shù)字產(chǎn)品的可用性。

由于數(shù)據(jù)庫協(xié)調(diào)實質(zhì)上是集中運行或通過傳統(tǒng)軟件模式分布在一個或多個交易小組之間，因此數(shù)字化水平可能會受限于數(shù)字化平臺提供的自由度。

雖然數(shù)字化商品的概念聽起來像一個簡單的過程，但圍繞房地產(chǎn)，甚至人類注意力及電力等商品如何數(shù)字化在經(jīng)濟(jì)激勵動力和經(jīng)濟(jì)推理的不同方面，我們要重新考慮，哪個平臺負(fù)責(zé)數(shù)字化，哪個供應(yīng)商平臺在哪種情況下出現(xiàn)“供應(yīng)商鎖定”程度以及對哪個管理平臺的依賴。

記錄和注冊管理機(jī)構(gòu)（如權(quán)證系統(tǒng)和供應(yīng)鏈）也可以通過分布式賬本系統(tǒng)實現(xiàn)，但如果依賴封閉的專有系統(tǒng)，數(shù)字資產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)激勵層的互動水平相當(dāng)有限，并且在擴(kuò)散到數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)或市場時會嚴(yán)重受阻。利用開放市場提供的自由市場系統(tǒng)對于在不斷發(fā)展的數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)中起促進(jìn)作用。

評估數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)特性

數(shù)據(jù)庫協(xié)調(diào)：特征

當(dāng)深入分析了這些平臺的功能特性時，如不可變性，安全性，可擴(kuò)展性，可管理性和性能，但通過了解構(gòu)建體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，可以了解更多內(nèi)容。

在分布式系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)，已經(jīng)有許多工具了。其中重要的例子就是Hadoop 及其生態(tài)系統(tǒng)集成的Spark，Hive和Zookeeper等工具。對這些產(chǎn)品的依賴顯示了分布式系統(tǒng)工具和協(xié)議的大量集成。

進(jìn)一步的相似性可以在協(xié)議中顯示出來，例如Tendermint，BPFT共識引擎被設(shè)計為具有與Apache Zookeeper等工具類似的功能。在內(nèi)部，也有研究沿著事件排序數(shù)據(jù)庫的方向發(fā)展，可以從協(xié)調(diào)的數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)中復(fù)制所需的多種功能。

通過評估Apache Kafka及數(shù)據(jù)流服務(wù)如何在企業(yè)環(huán)境中實現(xiàn)高水平吞吐量，我們可以根據(jù)對這些數(shù)據(jù)庫協(xié)調(diào)和優(yōu)化的不同級別的依賴關(guān)系區(qū)分區(qū)塊鏈和分布式分類賬之間的功能差異。

包括Plasma在內(nèi)的以太坊實現(xiàn)正在利用像MapReduce這樣的工具來增強(qiáng)UTXO和基于賬戶的模型之上的某些映射功能，同時也將組件減少到Merkle證明中，盡管協(xié)議的基礎(chǔ)層依然依賴以太坊區(qū)塊鏈。通過了解這些細(xì)節(jié)，可以進(jìn)一步了解如何最好地評估這些軟件平臺的技術(shù)特性。

數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)：平臺比較

（1）IBM Fabric

通過深入了解Fabric體系結(jié)構(gòu)，該平臺創(chuàng)建了一個復(fù)雜的開發(fā)環(huán)境，專注于軟件體系結(jié)構(gòu)的詳細(xì)配置實現(xiàn)出色的吞吐量，從而在分布式節(jié)點環(huán)境中實現(xiàn)最佳性能。客戶端和分布式背書節(jié)點網(wǎng)絡(luò)之間的鏈碼的移動，以及滿足認(rèn)可政策的交易機(jī)制和收據(jù)傳輸在封閉系統(tǒng)中是有效的。

而在專用信道內(nèi)傳播交易的Gossip 協(xié)議允許協(xié)調(diào)大型數(shù)據(jù)集。雖然基礎(chǔ)設(shè)施強(qiáng)大且有能力，但在思考如何設(shè)計架構(gòu)以允許多邊協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)的過程中，要考慮最終可能存在一個難以管理的網(wǎng)絡(luò)涉及的因素。

圖2：Hyperledger Fabric架構(gòu)

該圖展示了Fabric的一些架構(gòu)配置以及組件如何組織到為高級信息處理和最大交易吞吐量而設(shè)計的系統(tǒng)中。

主要思想是渠道提供了在平臺內(nèi)移動交易的機(jī)會。在查看體系結(jié)構(gòu)時，OSN（ordering service nodes）的功能用于記錄Apache Kafka交易排序的功能。在數(shù)據(jù)流生態(tài)系統(tǒng)中，Kafka是一個功能強(qiáng)大的工具，具有將各種交易排序附加到單獨的Kafka集群并最終分區(qū)的功能。

這種設(shè)置中，數(shù)據(jù)能夠分布在集群中以形成分布式存儲平臺，該分布式存儲平臺可以記錄數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，影射在區(qū)塊上或有時記錄在“狀態(tài)”的結(jié)構(gòu)定義內(nèi)被稱為“塊”或Blob的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，價值儲存配置。在此軟件框架中承認(rèn)的是，該生態(tài)系統(tǒng)中的所有參與者和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都是本地的，因為它們主要與該軟件生態(tài)系統(tǒng)中的其他用戶一起工作。

圖3：Apache Kafka

盡管應(yīng)該認(rèn)識到哈希的配置并不遵循與來自比特幣或以太坊的區(qū)塊鏈系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的原始架構(gòu)設(shè)計，但實際上Fabric采用了分布式帳本的子結(jié)構(gòu)來部署某些哈希鏈接的數(shù)據(jù)存儲。

雖然數(shù)據(jù)blob被批量處理并經(jīng)歷交付事件以最終創(chuàng)建交易的散列鏈接，但必須了解，此過程不一定會將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)狀態(tài)的修改。相反，這些塊的配置方式是將信息存儲在具有不同散列實例的數(shù)據(jù)庫類型結(jié)構(gòu)中。

在Fabric生態(tài)系統(tǒng)中，交付事件稱為塊，而鏈代碼通過部署事件最終將數(shù)據(jù)保護(hù)在排序服務(wù)結(jié)構(gòu)的鏈接部分中。該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和模塊的配置能夠允許分布式數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)預(yù)期的交易吞吐量，盡管應(yīng)該承認(rèn)，資產(chǎn)代碼協(xié)調(diào)仍然是一個尚未完全解決的挑戰(zhàn)，作為資產(chǎn)和價值的Fabric生態(tài)系統(tǒng)不一定具有可以在賬簿中進(jìn)行協(xié)調(diào)的數(shù)字表達(dá)。

（2）R3 Corda

R3 Corda聲稱不建立區(qū)塊鏈的環(huán)境之上，而是一個分布式的數(shù)據(jù)庫，利用各種形式的結(jié)構(gòu)重新配置來構(gòu)建，它主要由銀行和其他機(jī)構(gòu)用于其流程的系統(tǒng)。該平臺大量借鑒了比特幣交易中使用的UTXO模型，其中狀態(tài)由一系列輸入和輸出定義，并且輸入的不同重新配置可以決定輸出的狀態(tài)。

R3 Corda架構(gòu)框架依賴于被稱為公證的子模塊的節(jié)點結(jié)構(gòu)，該架構(gòu)有助于保持其他平臺中驗證器結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)有效性，該結(jié)構(gòu)有抽象共識功能。節(jié)點由附加在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的關(guān)系數(shù)據(jù)庫組成，允許使用SQL進(jìn)行查詢。交易通信中受制于子協(xié)議。

這些流程與IBM Fabric中看到的渠道體系結(jié)構(gòu)相當(dāng)，只有與交易相關(guān)的各方才能訪問信息。類經(jīng)過轉(zhuǎn)換，變成稱為Fibers或協(xié)同例程的狀態(tài)機(jī)。該體系結(jié)構(gòu)與子流進(jìn)行通信，并與在平臺范圍內(nèi)具有預(yù)定義功能的流庫進(jìn)行交互。此外，Corda內(nèi)還有一個自包含的身份層，允許在整個網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行不同程度的訪問控制。

R3 Corda公開聲明不打算成為區(qū)塊鏈，因為考慮到將分布式數(shù)據(jù)庫的概念重新配置到分布式數(shù)據(jù)庫確實非常依賴傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。雖然系統(tǒng)圍繞新型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和分布式系統(tǒng)組織方式的不同構(gòu)成進(jìn)行架構(gòu)，但該平臺確實具有數(shù)據(jù)分配的功能，并找到了各種優(yōu)化數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)功能的方法。

需要記住的是，由于系統(tǒng)僅限于特定架構(gòu)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)，因此，由于模塊化和互操作性未在原始設(shè)計中實施，所以已經(jīng)犧牲了與實際區(qū)塊鏈系統(tǒng)的集成。

圖4：R3 Corda工作流程

（3）Ethereum

以太坊生態(tài)系統(tǒng)由私有鏈和公有鏈生態(tài)系統(tǒng)組合而成。公有鏈沒有在數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)環(huán)境中描述的吞吐量和數(shù)據(jù)處理能力，因此不應(yīng)根據(jù)這些能力進(jìn)行評估。在評估以太坊的這一方面時，最有意義的是綜合以太坊私有鏈的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞牟煌?xì)微差別。

以太坊黃皮書頒布了關(guān)于以太坊的規(guī)范以及代碼庫的技術(shù)細(xì)節(jié)。由于嚴(yán)格遵守此協(xié)議，以太坊的分支以及聯(lián)盟實施方案確實與原有的技術(shù)基礎(chǔ)相類似。事實上，無論是在工作證明（Proof of Work， PoW ），權(quán)威證明（Proof of Authority）或利益證明（Proof of Stake， PoS）實施方面，相同的規(guī)范都是連續(xù)的，因為協(xié)議被認(rèn)為是相同的以太坊虛擬機(jī)（EVM）規(guī)范的后代。

改進(jìn)的體系結(jié)構(gòu)仍然指定與原始EVM對齊。像Quorum這樣的平臺的關(guān)鍵變化包括改變共識機(jī)制，修改全球根狀態(tài)以適應(yīng)私有和公有狀態(tài)，Patricia Merkle嘗試以及處理私人交易的附加模塊。

該架構(gòu)允許該軟件從原來的以太坊配置中維護(hù)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，同時通過改進(jìn)實現(xiàn)更高的交易吞吐量。除了Quorum提供的改進(jìn)的數(shù)據(jù)交易優(yōu)化之外，通過諸如Plasma，Truebit和Cosmos等工具協(xié)調(diào)和集成公共以太坊環(huán)境的功能為協(xié)議提供了額外的可擴(kuò)展性。

通過對Plasma等工具的技術(shù)評估以及在Casper中獲得一致意見的形式，數(shù)據(jù)庫管理工具（如MapReduce和Abstract Rewrite Systems）將在Ethereum中實施。在Plasma體系統(tǒng)中，MapReduce是匯集基于賬戶的系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和多重設(shè)置的位圖 – UTXO承諾結(jié)構(gòu)的組成部分。

通過結(jié)合防欺詐機(jī)制設(shè)計（Fraud-proof mechanism designs）和權(quán)益激勵結(jié)構(gòu)（Fidelitybond incentive structures），利用根鏈，Plasma鏈和子鏈之間的相互作用，精心策劃的交易處理范例有助于滿足Block-withholding和Mass withdrawalsurfaces之間的動態(tài)。

它還允許使用來自Casper或Truebit等系統(tǒng)的機(jī)制來填充更多的加密經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，以便根據(jù)空間中普遍存在的數(shù)據(jù)可用性問題鏡像擦除編碼中使用的概念。對于多連接體系結(jié)構(gòu)，以太坊將能夠?qū)⒎植际綌?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫協(xié)調(diào)和吞吐量功能與實際區(qū)塊鏈的公有鏈兼容功能相結(jié)合。

數(shù)據(jù)庫協(xié)調(diào)：結(jié)論

關(guān)于數(shù)據(jù)庫協(xié)調(diào)能力的一個可行結(jié)論是，由于依賴傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和分布式系統(tǒng)軟件架構(gòu)，IBM基于整體單一設(shè)計和大量資源密集型過程，構(gòu)建了Fabric，IBM擁有卓越的數(shù)據(jù)庫管理工具集。

R3 Corda仍在進(jìn)一步定義其功能，同時為銀行和金融機(jī)構(gòu)提供多種協(xié)調(diào)服務(wù)，對比特幣協(xié)議中的細(xì)微差別進(jìn)行私人重新配置。以太坊雖然設(shè)計用于公有鏈的兼容性，它沒有IBM Fabric的原始數(shù)據(jù)庫處理能力，但和Fabric相比，在企業(yè)案例中具有很好的可用性和可伸縮性。

遵循基于unix理念的模塊化設(shè)計，以太坊和互補(bǔ)客戶的私人實例可以作為構(gòu)建大型系統(tǒng)的構(gòu)件。與Ethereum相關(guān)的代碼庫旨在與Fabric等數(shù)據(jù)庫平臺的事務(wù)吞吐量功能相媲美，同時允許Corda和Fabric中不存在的功能，但互補(bǔ)關(guān)系也可跨平臺進(jìn)行探索。主要的區(qū)分因素可能會從后續(xù)因素的評估中進(jìn)一步闡明。

軟件平臺內(nèi)的一個加密經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)需要機(jī)制設(shè)計和博弈理論的各種配合，激勵系統(tǒng)內(nèi)角色以最優(yōu)方式行事，這既有利于他們自身的利益，也有利于整體生態(tài)系統(tǒng)。區(qū)塊鏈系統(tǒng)與分布式賬本數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心區(qū)分原則是能夠?qū)C(jī)制設(shè)計作為一種經(jīng)濟(jì)激勵層，確保適當(dāng)信任和合作，使系統(tǒng)的行為方式有利于實現(xiàn)用戶分布式共識及安全。 這些依賴于“反向博弈論”設(shè)計的系統(tǒng)的主要目標(biāo)是在一個子系統(tǒng)內(nèi)創(chuàng)建一個主導(dǎo)策略，從而形成激勵的均衡結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步增強(qiáng)整個系統(tǒng)的整體完整性。

加密經(jīng)濟(jì)機(jī)制設(shè)計實例

Plasma & Truebit

Plasma旨在為以太坊網(wǎng)絡(luò)帶來可擴(kuò)展性和多鏈性。通過提供以太坊體系的多個區(qū)塊鏈可以相互連通的催化劑，Plasma可充當(dāng)私有鏈和公有鏈網(wǎng)絡(luò)之間的溝通橋梁。進(jìn)一步的分析可以看出，Plasma為Ethereum網(wǎng)絡(luò)提供了擴(kuò)展性和可用性。

要了解Plasma的有效性，了解Plasma的設(shè)計機(jī)制很重要。大量的互操作性是通過所謂的Fraud proofs來實現(xiàn)。通過配置區(qū)塊鏈，基于MapReduce函數(shù)的計算及通過最小化信任來實現(xiàn)可伸縮性，以便即使是新派生的子區(qū)塊鏈仍然可以可靠地驗證交易。

圍繞Plasma設(shè)計了一種機(jī)制，以便在發(fā)現(xiàn)故障鏈時允許所謂的Mass Exists。這些與錯誤操作有關(guān)的情況與數(shù)據(jù)可用性的不一致性和阻止預(yù)扣攻擊(block withholding attacks)相關(guān)。通過允許關(guān)聯(lián)鏈的交替配置懲罰邪惡活動的機(jī)制，生態(tài)系統(tǒng)希望實現(xiàn)內(nèi)聚均衡。

Plasma在Truebit平臺上實現(xiàn)相當(dāng)多高密集的經(jīng)濟(jì)激勵結(jié)構(gòu)，旨在增加以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的離線計算能力。通過構(gòu)建Truebit系統(tǒng)圍繞驗證博弈進(jìn)行構(gòu)建，在該驗證博弈中，整體共識機(jī)制的解算器可以被驗證者挑戰(zhàn)，驗證者如果識別出邪惡行為則獲得獎勵，這是一個系統(tǒng)內(nèi)部加密經(jīng)濟(jì)的“檢查和平衡”公平的行為策略。

由于Plasma通過TrueBit的影響致力于創(chuàng)建一個多連接互操作性網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)的內(nèi)部實施對于實現(xiàn)信息和共識保真度至關(guān)重要。

以太坊Casper權(quán)益證明

在以太坊通過實施Casper權(quán)益證明共識機(jī)制的過程中，也可以看到加密經(jīng)濟(jì)激勵層的一個例子。盡管工作證明（POW）有自己的內(nèi)在博弈理論激勵結(jié)構(gòu)來防止參與者操控網(wǎng)絡(luò)，但是向權(quán)益證明過渡還有更多的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來阻止參與者在遇到分叉時模凌兩可或試圖創(chuàng)建區(qū)塊鏈的其他實例。權(quán)益協(xié)議創(chuàng)建了一個拜占庭容錯環(huán)境（Byzantine Fault Tolerant，BFT）。在這個環(huán)境中，Ether將被綁定到共識機(jī)制中。這意味著，參與者在系統(tǒng)內(nèi)將受到忠誠的約束。

如果攻擊者計劃在共識機(jī)制中模棱兩可或試圖控制，那么有關(guān)切入型算法“slasher algorithms”的各種協(xié)議將會破壞Ether所有者或攻擊者的權(quán)益，從而懲罰他們的惡意行為。在懲罰背后的機(jī)制設(shè)計中，Ether破壞的數(shù)量一直被編程為與攻擊者希望獲得的數(shù)量成正比，在這個數(shù)量中，攻擊者永遠(yuǎn)不想妥協(xié)系統(tǒng)。

Cosmos and Tendermint

Cosmos也在建立一個依賴Tendermint共識機(jī)制的生態(tài)系統(tǒng)，該機(jī)制嚴(yán)重依賴于拜占庭容錯算法。該平臺依賴于與比特幣網(wǎng)絡(luò)中礦工類似的驗證器。驗證人擁有一個叫Atom的token，用于通過依賴綁定驗證器生成的信任的證據(jù)機(jī)制來保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。

Cosmos生態(tài)系統(tǒng)中的參與者之間的相互作用也表明了一種博弈理論結(jié)構(gòu)，即如果發(fā)現(xiàn)驗證者發(fā)現(xiàn)違反協(xié)議，驗證者可能會丟失其令牌（Token）或委托給他們的令牌。由于這個系統(tǒng)中的利益相關(guān)者的這種保稅存款設(shè)計，共識機(jī)制允許保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的激勵機(jī)制。此安全設(shè)計允許應(yīng)用程序區(qū)塊鏈接口（ABCI），區(qū)塊鏈間通信協(xié)議（IBC）以及Cosmos集線器和區(qū)域之間的不同交互功能正常運行。

R3 Corda和IBM Fabric

需要注意的一點是，R3 Corda和Hyperledger Fabric在其軟件體系結(jié)構(gòu)中沒有這些加密經(jīng)濟(jì)激勵層。由于軟件體系結(jié)構(gòu)是基于分布式數(shù)據(jù)庫聚焦范例進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計的，因此它們最初不是為在整個框架中加入加密貨幣層而設(shè)計的。

由于軟件設(shè)計的內(nèi)在差異，它們還沒有經(jīng)過校準(zhǔn)，無法參與那些與眾多區(qū)塊鏈具有互操作性和協(xié)調(diào)性的多鏈生態(tài)系統(tǒng)。由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的最大吞吐量考慮在內(nèi)，基于這些系統(tǒng)的初始構(gòu)建，忽略了包含區(qū)塊鏈（包括公共區(qū)塊鏈主網(wǎng)）的可互操作網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞捏w系結(jié)構(gòu)布局。

為什么加密經(jīng)濟(jì)機(jī)制設(shè)計是必要的？

有人可能會問，為什么要把加密經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)設(shè)施層架構(gòu)在軟件上？因為存在于計算環(huán)境中的這種模型所創(chuàng)造的是一種不變的可信任的新層，而不依賴于中心化實體。

數(shù)十年來，我們一直在客戶端-服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫中構(gòu)建軟件。像IBM，Intel和Oracle這樣的公司在其初創(chuàng)及其后創(chuàng)的系統(tǒng)及子系統(tǒng)中完善了這個模型，而這些模型仍然在分布式系統(tǒng)以及新近的分布式賬本系統(tǒng)中使用。

盡管這些體系仍然集中在各個方面，無論是通過中心化實體還是cartel-like (卡特爾式) 的聯(lián)合體結(jié)構(gòu)。這種聯(lián)盟結(jié)構(gòu)為了確保系統(tǒng)的正常運行，激勵機(jī)制都是基于中心實體而不是真正的激勵結(jié)構(gòu)。

圖6：客戶端服務(wù)器模型

去中心化系統(tǒng)為在軟件環(huán)境中達(dá)到某些目標(biāo)提供了可行的替代方案。這種方案主要權(quán)衡是內(nèi)部交易信任 vs 執(zhí)行。由于大型中心系統(tǒng)的信任度更高，因此它被認(rèn)為能夠更好地執(zhí)行。盡管區(qū)塊鏈系統(tǒng)的特征，是在這個系統(tǒng)中信任和價值可以在不依賴大型中心實體的情況下合理配置。

在系統(tǒng)設(shè)計中倡導(dǎo)的一個思想是，為了優(yōu)化系統(tǒng)，還需要對子系統(tǒng)進(jìn)行次優(yōu)化。這意味著系統(tǒng)的協(xié)調(diào)必須進(jìn)行協(xié)調(diào)和架構(gòu)，以便內(nèi)部子系統(tǒng)在整個更大的生態(tài)系統(tǒng)中也具有利益及激勵，以進(jìn)一步實現(xiàn)合作目標(biāo)。

通過創(chuàng)建一個用于整體環(huán)境優(yōu)化的加密經(jīng)濟(jì)博弈理論，融合計算機(jī)科學(xué)和經(jīng)濟(jì)模式，以創(chuàng)建數(shù)字經(jīng)濟(jì)中的新軟件架構(gòu)。

基于對數(shù)字經(jīng)濟(jì)的這種愿景，應(yīng)該認(rèn)識到，使用私有鏈和公有鏈的組合互動，各層商業(yè)和商業(yè)關(guān)系超越傳統(tǒng)模式，創(chuàng)建一個可行的數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)成為可能。

整合到區(qū)塊鏈token經(jīng)濟(jì)體系中

為了調(diào)查的目的，有必要定義Token化的概念，它借鑒了這樣一個概念，即企業(yè)或?qū)嶓w能夠根據(jù)我們生態(tài)系統(tǒng)中目前存在的某些數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)建各種形式的資產(chǎn)、商品和服務(wù)的可互換或不可互換的表現(xiàn)方式。

最初的token化設(shè)計會有各種各樣的故障和缺陷，Token經(jīng)濟(jì)仍在發(fā)展，需要時間迭代才能進(jìn)一步完善。盡管資產(chǎn)，金融產(chǎn)品，能源和注意力的Token化都是可行的商業(yè)模式，但它們實施的確切動態(tài)需要額外的功能和訪問層次，需要時間進(jìn)行改進(jìn)。

token化經(jīng)濟(jì)需要博弈論機(jī)制設(shè)計和區(qū)塊鏈創(chuàng)新，隨著它們帶來重大發(fā)現(xiàn)和發(fā)展，最終促進(jìn)token化經(jīng)濟(jì)的成功。

正如Josh Stark關(guān)于數(shù)字經(jīng)濟(jì)學(xué)的文章中所描述的那樣，評估表現(xiàn)出最強(qiáng)可用性跡象的Token，看看它是否構(gòu)成了整體業(yè)務(wù)的經(jīng)濟(jì)學(xué)和博弈論設(shè)計的必要組成部分。

如果企業(yè)可以對其生態(tài)系統(tǒng)的各個方面進(jìn)行數(shù)字化或Token化，那么創(chuàng)建的產(chǎn)品線將以指數(shù)級擴(kuò)展，超越了我們用來交換實物商品，金融資產(chǎn)，商品或技術(shù)服務(wù)的傳統(tǒng)方式。通過創(chuàng)建Token化資產(chǎn)可以實現(xiàn)數(shù)字媒體。一些重要的發(fā)展可以從新的生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展而來。

在查看區(qū)塊鏈工具的生態(tài)系統(tǒng)時，顯然以太坊實際上是Token化經(jīng)濟(jì)得以創(chuàng)建的基礎(chǔ)。如果Token化經(jīng)濟(jì)模型能夠結(jié)合私有鏈，可擴(kuò)展性解決方案和隱私工具（如ZK-Snarks）的功能，則數(shù)字資產(chǎn)的整體Token化將全面超越受內(nèi)部激勵限制的傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)模式。

實現(xiàn)區(qū)塊鏈的業(yè)務(wù)目標(biāo)

為了實現(xiàn)區(qū)塊鏈的上述業(yè)務(wù)目標(biāo)，我們必須評估需要提供服務(wù)的各個維度。在詳細(xì)介紹上述模型功能的圖表概述中，Ethereum能夠?qū)崿F(xiàn)分布式數(shù)據(jù)庫協(xié)調(diào)方案，激勵層以及Token化，而R3 Corda和IBMFabric尚有一些功能未涉及。

我們針對現(xiàn)實世界不同的業(yè)務(wù)場景應(yīng)用不同功能，以更好地理解平臺的功能。

圖7：功能摘要

信息的有效分配

從功能上講，從分布式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫協(xié)調(diào)和利用角度來看，這些產(chǎn)品有著同樣相匹配的功能。 R3 Corda，IBM Fabric和企業(yè)版以太坊確實具有分布式信息分配功能，可以通過不同層次的訪問權(quán)限控制和聯(lián)盟配置管理來促進(jìn)信息分配。雖然每個平臺的軟件架構(gòu)配置都不相同，但每個平臺都可以執(zhí)行有效的信息分配和協(xié)調(diào)所需的性能。

可信不可篡改的信息

在許多這些技術(shù)的背景下，不變性被視為信任的同義概念。在評估不變性特征時，必須了解的是，在利用基于Apache的數(shù)據(jù)流工具（如Kafka）的系統(tǒng)中，存在允許讀/寫數(shù)據(jù)訪問的固有功能。因此，由于在系統(tǒng)設(shè)計中進(jìn)行了一些選擇，IBM Fabric的不變性方面受到一定限制。

對于R3 Corda基于UTXO模型的系統(tǒng)，不變性方面在整個系統(tǒng)范圍內(nèi)保持不同。由于其系統(tǒng)的整體分布式賬本設(shè)計，它們已經(jīng)建立了可在整個平臺上展示的某些信任方面。

在以太坊背景下建立起來的信任和不變性都是在基于Patricia Merkle Tries的公有鏈的子協(xié)議中。由于這種生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)核心軟件范例的保存以及與公有鏈的可連接性，以太坊區(qū)塊鏈和以太坊的相關(guān)派生能夠充分證實不變性。隨著資產(chǎn)數(shù)字化開始，這種不變性中獲得的信任終將增加生態(tài)系統(tǒng)的價值。

資產(chǎn)數(shù)字化

應(yīng)該認(rèn)識到，IBM Fabric名義上能夠創(chuàng)建數(shù)字資產(chǎn)的，因為資產(chǎn)的數(shù)字化實際是把產(chǎn)品注冊成數(shù)字格式。但是在Fabric上創(chuàng)建的數(shù)字化資產(chǎn)將只能在Fabric的系統(tǒng)上運行。就像如果你在某一電子郵件客戶端A上創(chuàng)建的郵箱只能夠與使用完全相同的電子郵件客戶端A的人進(jìn)行通信，這與當(dāng)前世界中存在多個電子郵件客戶端可以互相通信的不同。

R3 Corda也存在類似的不一致之處，因為R3的平臺用戶在與R3之外的其他平臺進(jìn)行交互通信時會受到限制，從而導(dǎo)致供應(yīng)商鎖定(vendorlock-in)。由于R3 Corda主要關(guān)注銀行客戶，而銀行需要獨立的銀行軟件。應(yīng)該指出的是，該平臺的用戶將僅限于與僅使用R3 Corda的機(jī)構(gòu)建立銀行業(yè)務(wù)關(guān)系，無法與不使用R3 Corda的生態(tài)系統(tǒng)伙伴進(jìn)行無縫互接。

由于以太坊是一種類似于Web服務(wù)中的HTTP或TCP / IP的底層協(xié)議，因此不存在只面向以太坊的構(gòu)建者“供應(yīng)商鎖定”問題。通過以太坊區(qū)塊鏈的不同方面建立的信任關(guān)系能夠在全球資產(chǎn)數(shù)字化的新經(jīng)濟(jì)體系內(nèi)發(fā)揮作用。如果再參考電子郵件示例，以太坊協(xié)議可以被視為與IMAP或POP3類似的通用協(xié)議來訪問電子郵件。

以太坊和以太坊派生的協(xié)議可以充當(dāng)區(qū)塊鏈基礎(chǔ)設(shè)施，公司可以建立數(shù)字資產(chǎn)。類似于每個公司在90年代后期能夠使用HTML創(chuàng)建網(wǎng)站，每家公司都能夠使用以太坊智能合約為其服務(wù)和產(chǎn)品創(chuàng)建數(shù)字經(jīng)濟(jì)，這些合約可以創(chuàng)建token，可通過更廣泛的網(wǎng)絡(luò)訪問。

未來之路

為了構(gòu)建一個足夠強(qiáng)大的平臺，可以與公共市場進(jìn)行互動，該系統(tǒng)必須能夠滿足業(yè)務(wù)需求，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效處理、額外的信任分配層以及具備數(shù)字經(jīng)濟(jì)資產(chǎn)的代表能力。顯然，這三個維度的目標(biāo)都是通過不同的技術(shù)進(jìn)步和技術(shù)配置來達(dá)到類似的目標(biāo)。

在未來的道路上，我們必須考慮經(jīng)濟(jì)商業(yè)模式在這個生態(tài)系統(tǒng)中的發(fā)展方向，顯然基于以太坊的平臺在融入數(shù)字經(jīng)濟(jì)中具有優(yōu)勢，盡管在某些數(shù)據(jù)交易中存在明顯的弱點，這正是IBM Fabric和R3 Corda的突出特點。

由于不同的區(qū)塊鏈和分布式賬本平臺被快速迭代使用，并且超越了我們當(dāng)前技術(shù)時代已有功能，所以圍繞使用哪個平臺進(jìn)行構(gòu)建的決策將會嚴(yán)重依賴于我們的生態(tài)系統(tǒng)中的場景用例，可以看到不同的用例相互依賴。

本文并不試圖說明一個平臺總體上比另一個平臺更好，而是在于說明各有特色。以太坊具有的某些功能是Fabric和Corda這樣的分布式賬本所沒有的，但Fabric和Corda也有Ethereum目前不能達(dá)到的較高的性能。

為了真正實現(xiàn)現(xiàn)有系統(tǒng)所期望的交互和可擴(kuò)展性的水平，必須構(gòu)建和設(shè)計一個協(xié)議，并考慮到所有的交互，類似于互聯(lián)網(wǎng)最初設(shè)計的方式。以太坊作為協(xié)議，能夠充當(dāng)基礎(chǔ)技術(shù)棧，為足夠廣泛的生態(tài)系統(tǒng)提供服務(wù)，可以涵蓋經(jīng)濟(jì)環(huán)境中的必要因素，但請記住，該平臺目前尚不完整，并且還可能受益于之前DLT對手們固有的功能。

第7篇：分布式系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞：TTE網(wǎng)絡(luò) 分布式 數(shù)據(jù)采集

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）05-0000-00

1 引言

目前，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般使用集中采集方式，被測系統(tǒng)通過電纜連接到數(shù)據(jù)采集設(shè)備，數(shù)據(jù)采集設(shè)備采用商用總線（VME、CPCI）等通用總線設(shè)計。雖然這種設(shè)計方便，但是這種系統(tǒng)存在較大的缺陷，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：一是系統(tǒng)同步性差，采集到的數(shù)據(jù)往往是不同時刻值的數(shù)據(jù)，無法準(zhǔn)確評估在同一個時間剖面內(nèi)被測系統(tǒng)的工作狀態(tài)；二是系統(tǒng)實時性不高；三是系統(tǒng)布線復(fù)雜，可擴(kuò)展性差。

針對上述問題，本文提出了一種基于TTE網(wǎng)絡(luò)的分布式智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。解決了傳統(tǒng)以太網(wǎng)以事件為觸發(fā)機(jī)制而存在的不確定性，繼承了傳統(tǒng)以太網(wǎng)的優(yōu)點，同時還具有高實時性、確定性、高可靠性等特點。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

分布式智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采由一個主采集節(jié)點和若干個智能子節(jié)點組成，其組織原理如圖1所示。其中主采集節(jié)點是系統(tǒng)的控制核心，負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集控制、數(shù)據(jù)存儲與傳輸、時鐘同步、系統(tǒng)管理等；智能子節(jié)點可以自主的完成規(guī)定的數(shù)據(jù)采集動作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的緩存，時間同步及采集數(shù)據(jù)上傳等功能。

分布式智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用主采集節(jié)點統(tǒng)一授時，各個子節(jié)點在此授時的同步下完成數(shù)據(jù)采集動作，經(jīng)理論分析和試驗驗證，系統(tǒng)的同步誤差小于1us。該系統(tǒng)可以為數(shù)據(jù)分析提供更加平滑的時間剖面，為分析被測系統(tǒng)在同一時刻下各個節(jié)點的狀態(tài)提供強(qiáng)有力的支撐。

2.2 主采集節(jié)點實現(xiàn)

主采集節(jié)點由主控單元、存儲單元及TTE接口協(xié)議單元組成。主控單元是系統(tǒng)的控制核心，對外接收數(shù)據(jù)采集方式配置并上傳系統(tǒng)工作狀態(tài)，對內(nèi)控制采集系統(tǒng)的工作；存儲單元用于存儲采集到的數(shù)據(jù)，用于事后分析和處理。

主控單元接收上位機(jī)配置信息和控制指令，上傳系統(tǒng)工作狀態(tài)和關(guān)鍵數(shù)據(jù)。主控單元由ARM處理器、FPGA、電源系統(tǒng)等組成。ARM處理器完成主控單元事務(wù)處理工作。FPGA是控制的核心，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的時間同步、數(shù)據(jù)接收、存儲等核心功能均由FPGA實現(xiàn)。存儲單元選用美光公司的NANDFLASH器件，設(shè)計容量可達(dá)64GB到512GB。

2.3 智能子節(jié)點實現(xiàn)

子節(jié)點實現(xiàn)具體的數(shù)據(jù)采集功能，周期的完成規(guī)定采集動作，并將采集數(shù)據(jù)通過光接口上傳到主采集節(jié)點。從功能上分為TTE接口協(xié)議單元和功能單元兩個部分。TTE接口協(xié)議單元實現(xiàn)同主采集節(jié)點的通訊，完成數(shù)據(jù)、狀態(tài)等信息的上傳和指令信息的接收；功能單元完成具體的數(shù)據(jù)采集，按類型可以分為總線數(shù)據(jù)采集、AD、開關(guān)量等。

3 結(jié)語

本文描述了一種分布式智能采集系統(tǒng)的設(shè)計，該系統(tǒng)具備實時性好、同步精度高等特點，經(jīng)使用驗證，該系統(tǒng)工作穩(wěn)定、可靠性高，可以應(yīng)用于對數(shù)據(jù)采集要求較高的場合。

參考文獻(xiàn)

第8篇：分布式系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞：CAN總線高速采集A／D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)傳輸

在某大網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的建筑中，由于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特殊性及其所處地理位置在沿海臺風(fēng)多發(fā)地帶，因此需要設(shè)計高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的健康狀況進(jìn)行實時監(jiān)測，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行實時分析和評估。由于需要對網(wǎng)架上受力情況進(jìn)行多點監(jiān)測，考慮到硬件集中控制擴(kuò)展能力差且在現(xiàn)場施工有較大的布線困難，因此本系統(tǒng)采用目前廣泛應(yīng)用的分布式系統(tǒng)設(shè)計方案，將各個控制單元分布在現(xiàn)場各采集點上。為了實現(xiàn)分布式系統(tǒng)的監(jiān)測與控制功能，需要建立良好的通訊方式，以完成系統(tǒng)主機(jī)與各智能單元之間的信息交換與通信。根據(jù)本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特點，其通信系統(tǒng)應(yīng)具有良好的可靠性、適應(yīng)性、可擴(kuò)展性和簡單的連接方式，并能滿足長距離傳輸?shù)男枰Ｓ捎诖藬?shù)據(jù)采集系統(tǒng)節(jié)點數(shù)多(100路)、對信號傳輸速度要求高且誤碼率低，利用485總線搭建數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的傳統(tǒng)方式，其最大控制結(jié)點只能有32個，在超過lkm的布線結(jié)構(gòu)中傳輸速度只有l(wèi)OOkbps，且“數(shù)據(jù)碰撞”和“死鎖”等問題不易解決，因此采用485總線顯然達(dá)不到設(shè)計要求。

相對于傳統(tǒng)的485總線來講，控制器局域網(wǎng)CAN(ControllerAreaNetwork)作為現(xiàn)場總線的一種，以其分時多主、非破壞性總線仲裁和自動檢錯重發(fā)等靈活、可靠的通信技術(shù)解決了485總線現(xiàn)場調(diào)試?yán)щy、開發(fā)周期長等問題[1]。尤其在較為艱苦的安裝環(huán)境中，其高效的現(xiàn)場調(diào)試性能顯得尤為實用。作為一種分散式、數(shù)字化、雙向多點、具有高速率高可靠性特點的通信系統(tǒng)，CAN可以構(gòu)建靈活的多主通訊機(jī)制，也可以建立主從式結(jié)構(gòu)，而且這兩種方式下的硬件物理聯(lián)接完全相同。其自動進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼、CRC冗余校驗、出錯自動重發(fā)的功能保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率，某一節(jié)點嚴(yán)重出錯時能自動脫離總線保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，且其具有極強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可驅(qū)動多達(dá)110個節(jié)點，可滿足本系統(tǒng)高速、精確、多負(fù)載的要求。

1采集卡硬件電路的設(shè)計

1．1CAN總線分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。本系統(tǒng)由上位監(jiān)控PC機(jī)、CAN總線適配卡和控制單元三部分組成。上位監(jiān)控PCs機(jī)采用IBM-PC兼容機(jī)，主要負(fù)責(zé)對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的接收與管理、控制命令的發(fā)送以及各控制單元動態(tài)參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)的實時顯示；CAN總線適配卡可以使PC機(jī)方便地連接到CAN總線上；控制單元以單片機(jī)為核心，主要負(fù)責(zé)對現(xiàn)場的環(huán)境參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，對采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包處理并將處理過的數(shù)字信號通過CAN通信控制器SJA1000送入CAN總線。

1．2控制單元模塊設(shè)計及關(guān)鍵問題的解決

控制單元的主要功能是將現(xiàn)場采集的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過CPU處理后再由CAN總線控制器打包送上CAN總線以便上位機(jī)接收處理；接收上位機(jī)控制信號，實現(xiàn)現(xiàn)場控制的具體操作。具體需要解決的問題為：①CAN模塊設(shè)計；②A／D模塊設(shè)計。

1．2．1CAN模塊設(shè)計

控制單元以8位單片機(jī)AT89C51為核心，選用器件SJA1000作為CAN控制器，并選用芯片82C250和6N137作為CAN控制器接口和光耦隔離。硬件電路如圖2所示。

系統(tǒng)采用的CAN總線通信控制器SJA1000是PHILIPS公司生產(chǎn)的一種獨立式CAN器件，其原理框圖如圖3所示。它與CAN2．OB相兼容[1]，同時支持11位(BasicCAN模式)和29位(PeliCAN模式)識別碼。

圖2中AT89C51單片機(jī)的ALE、WR、RD端分別控制SJA1000的ALE／AS、WR、RD端，地址和數(shù)據(jù)線ADO～AD7由P0口分時復(fù)用實現(xiàn)。SJA1000的中斷請求信號INT在中斷允許且有中斷發(fā)生時，由高電來此跳變到低電平，所以INT和AT89C51的INT0直接相連。片選信號CS由GAL譯碼電路控制，當(dāng)CS接到低電平時，SJA1000被選中，CPU可對SJA1000進(jìn)行讀／寫操作。為了增強(qiáng)控制節(jié)點的抗干擾能力，防止線路間串?dāng)_，SJA1000通過光耦6N137與82C250相連，從而使總線上各個CAN節(jié)點之間實現(xiàn)隔離，以保護(hù)CAN控制器正常工作。82C250是CAN總線收發(fā)器，是CAN控制器SJA1000正常工作與CAN總線的接口器件，對CAN總線以差分方式發(fā)送。其引腳RS用于選擇82C250的工作模式(高速、斜率控制或等待)。RS腳接地，82C250工作于高速方式，RS腳串接一個電阻R后再接地，若82C250處于CAN總線的網(wǎng)絡(luò)終端，總線接口部分必須加一個120Ω的匹配電阻，以保護(hù)82C250免受過流的沖擊。

1．2．2A／D模塊設(shè)計

A／D芯片選用12位高速采集芯片AD574。在本設(shè)計中，A／D模塊的功能是將外部模擬信號通過AD574轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后并行輸入到AT89C51，然后AT89C51將其打包，并行輸出至CAN總線通信控制器SJA1000，經(jīng)總線收發(fā)器至CAN總線。其監(jiān)控電路采用DS1232，它具有電源監(jiān)控、手動復(fù)位和看門狗功能，還能同時輸出高低電平的兩路復(fù)位信號，分別輸出至AT89C51和SJA1000的復(fù)位端，以滿足本次設(shè)計的要求。

2軟件設(shè)計

本健康監(jiān)測系統(tǒng)要求軟件部分具有現(xiàn)場數(shù)字信號顯示、檢測并驅(qū)動現(xiàn)場信號設(shè)備等功能。在本設(shè)計中主要完成兩部分任務(wù)：第一是PC機(jī)部分的上位機(jī)顯示，主要通過集成開發(fā)環(huán)境軟件設(shè)計出上位機(jī)監(jiān)視顯示界面，其重點在于PC機(jī)與現(xiàn)場節(jié)點間的通信；第二是現(xiàn)場節(jié)點控制設(shè)計，即設(shè)備驅(qū)動功能的實現(xiàn)，目的是能接收上位機(jī)的控制信號，使現(xiàn)場節(jié)點按既定的工作方式工作。

根據(jù)系統(tǒng)的工作要求，工作重點包括CAN總線通信程序、看門狗的初始化、A／D采樣控制程序、執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制程序和控制算法等，主要流程如圖4所示。限于篇幅，這里著重介紹SJA1000初始化程序設(shè)計、發(fā)送程序設(shè)計、接收程序設(shè)計以及A／D轉(zhuǎn)換程序的設(shè)計。

2．1SJA1000初始化設(shè)計

初始化流程圖如圖5所示。AT89C51上電或復(fù)位后，調(diào)用復(fù)位程序給SJA1000的復(fù)位端(RST)提供復(fù)位信號，使SJA1000進(jìn)入復(fù)位模式。SJA1000的初始化只有在復(fù)位模式下才可以進(jìn)行。初始化程序主要完成以下寄存器的設(shè)計：(1)通過對SJA1000的時鐘分頻寄存器定義，判斷是使用BassicCAN模式還是使用PeliCAN模式；是否使能CLOCKOUT及輸出時鐘頻率；是否使用旁路CAN輸入比較器；TX1輸出是否采用專門的接收中斷。(2)通過寫驗收碼寄存器和驗收屏蔽寄存器定義接收報文的驗收碼，以及對報文和驗收碼進(jìn)行比較的相關(guān)位定義驗收屏蔽碼。(3)通過寫總線定時寄存器定義總線的位速率、位周期內(nèi)的采樣點和一個位周期內(nèi)的采樣數(shù)量。(4)通過寫輸出寄存器定義CAN總線輸出管腳TX0、TX1的輸出模式和輸出配置。(5)清除SJA1000的復(fù)位請求標(biāo)志，進(jìn)入正常工作模式，這樣SJA1000方可進(jìn)行報文的發(fā)送和接收。

2.2發(fā)送和接收程序設(shè)計

單片機(jī)將要發(fā)送的報文送到SJA1000的發(fā)送緩沖區(qū)，然后將SJA1000命令寄存器的發(fā)送請求標(biāo)志位(TR)置位，發(fā)送過程由SJA1000獨立完成。在新報文寫入發(fā)送緩沖區(qū)之前，必須檢查狀態(tài)寄存器的發(fā)送緩沖器的狀態(tài)標(biāo)志位(TBS)，若為“1”，則發(fā)送緩沖器被釋放，可將新的報文寫入發(fā)送緩沖器；否則，發(fā)送緩沖器被鎖定，新的報文不能被寫入，發(fā)送程序可以采用中斷方式和查詢方式。在本次設(shè)計中，采用的是查詢方式。

報文的接收也是由SJA1000獨立完成的。收到的報文通過接收濾波器存放在FIFO中，第一條報文進(jìn)入接收緩沖器，由狀態(tài)寄存器的接收緩沖器狀態(tài)標(biāo)志位(RBS)和接收中斷標(biāo)志位(RI)標(biāo)出。單片機(jī)從接收緩沖器取走一條報文后，要通過置位SJA1000的命令寄存器來釋放接收緩沖器。在本次設(shè)計中，接收程序的設(shè)計采用的是中斷方式。

2．3A／D轉(zhuǎn)換設(shè)計

第9篇：分布式系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用范文

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制；長輸管道；集中式結(jié)構(gòu)；分布式結(jié)構(gòu)

1.長輸管道監(jiān)控特點

長輸管道一般分布廣泛、站點較多，輸送介質(zhì)多為天然氣、原油、成品油、液態(tài)天然氣、水和其他液態(tài)化工產(chǎn)品等。一般采用密閉輸送流程，所有泵站、壓氣站、分輸下載站、配氣站、截斷閥室和管路等構(gòu)成完整的水力系統(tǒng)。因此，長輸管道一般設(shè)立調(diào)度控制中心由SCADA系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度，實現(xiàn)中心控制、站控和就地控制相結(jié)合的控制方式。有的管道設(shè)立站點監(jiān)控，有的并不設(shè)立站點監(jiān)控，而是通過調(diào)度控制中心統(tǒng)一進(jìn)行管理。站點的遠(yuǎn)程端由PLC或RTU進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)督控制，將控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸{(diào)度中心，從而完成整個管道的自動化控制。長輸管道的通信系統(tǒng)是決定整個SCADA系統(tǒng)可靠性和有效性的重要基礎(chǔ)，目前多采用自建光纖、衛(wèi)星、微波、電話等多種方式，不同的通信基礎(chǔ)直接決定了SCADA系統(tǒng)調(diào)控中心數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的選擇方式。通過以上分析，可以看到非光纖通信條件下，長輸管道要求SCADA系統(tǒng)設(shè)計必須滿足低速和有限帶寬的長距離通信要求。在SCADA系統(tǒng)中，控制器中的數(shù)據(jù)以非常小的數(shù)據(jù)包進(jìn)行傳輸，許多歷史數(shù)據(jù)存儲在中心數(shù)據(jù)庫中。監(jiān)控數(shù)據(jù)以逢變則報或進(jìn)行內(nèi)部輪詢以達(dá)到最小數(shù)據(jù)的目的傳輸，并且控制器都具有歷史回填的功能，在通信恢復(fù)時，能夠?qū)魉褪〉臍v史數(shù)據(jù)重新傳輸?shù)街行臄?shù)據(jù)庫，以保證數(shù)據(jù)的完整性。

2.長輸管道SCADA系統(tǒng)國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展

SCADA系統(tǒng)是建立在數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)之上的一系列應(yīng)用軟件的組合，其主要功能有系統(tǒng)模擬圖實時監(jiān)控―實時監(jiān)測沿線各站庫生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)；歷史數(shù)據(jù)分析―包括歷史數(shù)據(jù)曲線、超限額運行時間統(tǒng)計等。經(jīng)概括，SCADA系統(tǒng)的硬件構(gòu)成有四種形式：PC+板卡，PLC，DCS及RTU遠(yuǎn)程終端單元，在功能上都有完成數(shù)據(jù)采集與控制的能力，但它們各有不同的適用范圍。DCS適合于大型生產(chǎn)裝置，如煉油廠、化工廠的大型成套化工裝置，DCS具有獨立的軟硬件，運行穩(wěn)定可靠；缺點是價格昂貴，擴(kuò)充麻煩。PLC適用于控制，規(guī)模可大可小。RTU則適用于小型局部的場合，優(yōu)點是通信靈活，計算與數(shù)據(jù)存儲能力強(qiáng)，如用于輸氣管道進(jìn)出口的流量采集，天然氣計量采用RTU產(chǎn)品，具有明顯的甚至不可替代的優(yōu)勢。可實現(xiàn)SY/N6143計量標(biāo)準(zhǔn)嵌入式應(yīng)用，大幅提高可計量程序運行的可靠性和實時性；流量累計等重要數(shù)據(jù)在RTU內(nèi)做備份，而不僅依賴傳統(tǒng)的計算機(jī)做數(shù)據(jù)備份，即使計算機(jī)和通信設(shè)備出現(xiàn)故障，數(shù)據(jù)依舊可恢復(fù)，大幅提高了數(shù)據(jù)存儲的安全性。SCADA系統(tǒng)由 PLC和通信技術(shù)共同發(fā)展而來，具備高度靈活的通信方式；可選擇自建光纖，租用公網(wǎng)，衛(wèi)星通信，CDMA，GPRS等有線和無線通信方式；根據(jù)不同的通信方式選擇適合的通信協(xié)議，目前常用的有DNP，OPC，CIP，Modbus TCP/IP，IEC60870-5-104 TCP/IP 等；可根據(jù)施工和投資的具體方案及數(shù)據(jù)通信所需帶寬的要求，選擇合適的通信方式。基于目前采用集中控制的要求，一般設(shè)有兩個獨立的物理網(wǎng)絡(luò)，并保證SCADA 通信系統(tǒng)的冗余性。

3.調(diào)度控制中心數(shù)據(jù)庫的集中式和分布式結(jié)構(gòu)

集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)雖然效率高，但由于負(fù)荷集中，計算機(jī)硬件和軟件的擴(kuò)充受到限制，目前國外很多廠家的遠(yuǎn)程站點的數(shù)據(jù)庫都限制在25000點以內(nèi)。如中石油北京油氣調(diào)控中心，由于不同管段的建設(shè)時間不同，其選用的 SCADA系統(tǒng)不同，造成調(diào)控中心必須選取集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。其天然氣管道，為保證調(diào)度中心SCADA 系統(tǒng)的穩(wěn)定性，將所有站點分為幾套服務(wù)器分別進(jìn)行處理。在這種特大型結(jié)構(gòu)中，必須選擇最佳數(shù)據(jù)存儲方法和訪問結(jié)構(gòu)，集中式也要解決這些差異問題。再如，中國石化運行的珠三角成品油管道，采用 ABB公司的SCADAVISON集中式數(shù)據(jù)庫，目前站點為22個，數(shù)據(jù)點達(dá)22000點，也基本達(dá)到了它的運行負(fù)荷能力。目前，世界范圍內(nèi)天然氣長輸管道多采用該種結(jié)構(gòu)，需要調(diào)度中心數(shù)據(jù)服務(wù)器根據(jù)站點數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)籌劃分設(shè)置。

在集中式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和通信技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上產(chǎn)生和發(fā)展了分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，雖然已發(fā)展成熟，但工業(yè)化控制系統(tǒng)采用這種數(shù)據(jù)庫的SCADA系統(tǒng)的情況出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代末，成功推出應(yīng)用的也不是很多。各個站點服務(wù)器的采集數(shù)據(jù)原理同集中式；區(qū)別在于調(diào)度中心總服務(wù)器對各個站點服務(wù)器數(shù)據(jù)庫進(jìn)行實時訪問，通過一定的數(shù)據(jù)訪問權(quán)限和驗證模式的設(shè)置和授權(quán)形成了全局共享結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了全局?jǐn)?shù)據(jù)庫信息的調(diào)用。歷史存儲信息分布在各個遠(yuǎn)程站點中，站點中的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的數(shù)據(jù)實時到調(diào)度中心總服務(wù)器內(nèi)存中，調(diào)度中心總服務(wù)器僅對重要數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和歸檔，而實時操作日志分別存儲在調(diào)度中心總服務(wù)器和相應(yīng)數(shù)據(jù)源的站點服務(wù)器中，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的高效數(shù)據(jù)庫。目前典型應(yīng)用的場合是中國石化的西南成品油管道，全線共21個站點，2座調(diào)度控制中心。這種分布式數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)了對處于極度分散的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的無縫訪問，實現(xiàn)操作控制信息的交互、動態(tài)調(diào)整用戶和信息應(yīng)用需求。不同數(shù)據(jù)庫間的歷史查詢，避免了數(shù)據(jù)庫的復(fù)制，同時避免了控制層 PLC控制器數(shù)據(jù)的雙重響應(yīng)。實時數(shù)據(jù)、報警、操作日志只有在發(fā)生變化時才會遞交給調(diào)度中心服務(wù)器；沒有設(shè)置內(nèi)部系統(tǒng)的輪詢機(jī)制，也降低了對通信系統(tǒng)的要求。雖然目前工業(yè)用分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)還處于中小型階段，能否向更大數(shù)據(jù)庫的規(guī)模化發(fā)展，受到通信系統(tǒng)、計算機(jī)和軟件應(yīng)用系統(tǒng)的可用性、可靠性及數(shù)據(jù)的存取效率等的直接影響，有待理論的進(jìn)一步突破。

4.集中式和分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較

兩種數(shù)據(jù)庫技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域都有實際的應(yīng)用，分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是在集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，但并不是簡單地將集中數(shù)據(jù)庫分散到不同的場地，它在實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的獨立性、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)冗余、并發(fā)控制、完整性、安全性、事務(wù)處理等方面具有更加豐富的內(nèi)容。分布式數(shù)據(jù)庫較集中式數(shù)據(jù)庫有著自己不可替代的優(yōu)勢，若網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中通信恢復(fù)、診斷、優(yōu)化的問題能得到解決，必將在SCADA系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)等融合擴(kuò)展方面取得更大的發(fā)展。

5.結(jié)束語

集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的SCADA系統(tǒng)作為經(jīng)典、成熟的結(jié)構(gòu)方式，已在長輸管道領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用；而分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)庫技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)兩者相互滲透和有機(jī)結(jié)合的成果。作為一門創(chuàng)新技術(shù)，若網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中通信恢復(fù)、診斷、優(yōu)化的問題能得到解決，分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的SCADA系統(tǒng)將有更加長足的發(fā)展。因此，在實際應(yīng)用中要靈活選用，根據(jù)系統(tǒng)的安全可靠性和運行模式要求配置主控中心、備用控制中心、分控站和站控，最大限度地發(fā)揮不同結(jié)構(gòu)的作用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]田洪波，姜波，武建宏.SCADA系統(tǒng)在長輸管道的應(yīng)用和發(fā)展[J].石油化工自動化，2008，（04）.