分布式系统设计与应用精选(九篇)

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第1篇：分布式系统设计与应用范文

【关键词】分布式光纤测温；拉曼散射；OTDR；温度；电缆

物联网是继计算机、互联网与移动通信网之后的第三次信息技术革命，将成为下一个万亿级美元以上的产业，传感技术作为物联网中的物理感知和数据采集层，为物联网提供最基础的物理信息数据，构成物联网的基础和核心。基于拉曼散射的分布式光纤测温系统作为物联网感知层设备，可以利用光纤作为温度信号的传导介质，测量沿光纤走向的连续空间内温度场的分布情况。通过高速采集卡采集携带温度信息的数据，并将采集到的数据进行同步累积，数字累加和小波变换的处理，去除噪声的干扰，并通过OTDR解调准确地得出光纤沿线上任一点被测量在时间和空间上的信息分布，具有抗电磁干扰强、灵敏度高、耐腐蚀、本征安全、测量距离长、定位精度高、使用寿命长等优势。

1 分布式光纤测温系统工作原理

基于拉曼散射的分布式光纤温度传感器是基于光纤内部的拉曼散射现象的温度特性，利用光时域反射测量技术（OTDR），将较高功率带电光脉冲送入光纤，然后将返回的散射光强随时间的变化探测下来。分布式光纤温度传感器基于背向散射或者前向散射机理，其中背向散射具有温度测量的实际意义，若能测量出背向散射光的强度，就可以计算出反射点的温度，这就是利用光纤测量温度的基本原理[1-2]。

入射光子与介质分子在光纤纤芯介质材料密度的成分起伏和微观变化等因素的影响下，二者相互作用，入射光中光子与分子由于介质的非线性效应而发生非线性碰撞。光子与分子之间在非弹性过程中发生能量交换，光子不仅改变了运动的方向，同时光子的部分能量传递给分子，或者分子振动和转动的部分能量传递给光子，从而改变了光子的频率，这就是拉曼散射[2]。

因为光纤具有一定的长度，且拉曼散射是产生在光纤中的每一个微观点的，所以如何确定我们探测到的拉曼散射在光纤中发生的位置就需要用到光时域反射技术[3-5]。

光时域反射技术（OTDR）最初用于评价光学通信系统中光纤、光连接器等的性能，是用于检验光纤损耗特性、光纤故障的有效手段，同时也是分布式光纤传感器的基础[6]。光源发射出一系列的激光脉冲进入光纤中，它们会在光纤中产生背向散射。在时域中，入射光经后向散射返回到光纤入射端所需的时间为t，激光脉冲在光纤中所走过的路程为2L，2L=v？鄢t，v=C/n，其中v为光在光纤中的传播速度、C为真空中的光速、n为光纤折射率。在测得时刻t时，就可求的距离光源L处的距离。

图1 OTDR原理框图

图1中的主时钟产生标准时钟信号，脉冲发生器根据这个时钟产生符合要求的窄脉冲，并且它来调制光源；光定向耦合器将光源发出的光耦合到被测光纤，同时将散射和反射信号耦合进行光检测器，经放大及信号处理后送入示波器，显示输出波形及在数据输出系统输出的有关数据。要进行信号处理的原因是后向散射光非常微弱，淹没在噪声中，只有采用取样积分器对微弱散射光进行取样求和，随机噪声抵消，才能将散射信号取出。

2 系统主要功能

1）实时数据采集：能够实时的采集光缆沿途的温度，形成实时数据库。

2）实时数据显示：显示电缆的实时温度[7]。

3）升温速率报警：当电缆达到用户要求设置的升温速率预订值时，可以报警、指出报警电缆处位置、数据存储和打印[8]。

4）超温报警：根据用户要求设置报警和预警温度警戒值，并且可实现电缆分段报警，对电缆的不同部分实施不同标准的报警设置。

5）特性曲线显示：包括某一时段电缆某点的温度变化曲线、某时段电缆温度变化曲线、某时段电缆某点的最高温度变化曲线和某日电缆最高温度分布曲线等。

6）历史数据显示：用户可以通过历史数据查询得到电缆某时刻温度、某日电缆某点的温度、某时刻电缆某点的温度、某日电缆最高温度及某时刻电缆某点的最高温度。

7）远程监控：通过Internet可对现场设备实施远程监控、诊断和维修等。

3 系统结构及工作机理

基于拉曼散射的分布式光纤测温系统分为硬件与软件两大部分（见图2）。硬件主要有激光器、双向耦合器、光电雪崩二极管、放大器、信号采集处理卡、DTS主计算机和工控机等组成。软件由采集端程序和分析段程序组成，分别运行在两台PC机上，通过TCP/IP协议完成通信。采集端程序运行平台通过与信号处理卡通信，读取卡状态、相关数据，通过运算，计算得出电缆各点的温度值，并将数据发送到分析端，同时在界面显示；分析端程序运行平台通过Internet接收所采集的温度数据，通过运算，根据预先设置的报警值，产生报警并在图形界面显示，所采集的数据同时被存入相应的实时数据库。传感光缆既是传输载体优势传感媒体，可以把监测对象的温度的实时情况反馈到主机。

图 2 基于拉曼散射的分布式光纤测温系统结构图

工作机理：当被监测对象发生温度变化时，传感电缆会感受大温度的变化并随之改变。光纤中背向散射光的强度被调制，并被波分复用器分开成斯托克斯光宇反斯托克斯光，光电雪崩二极管和放大器分别对这两种光进行接收放大处理，然后经信号采集处理卡后，由DTS主计算机进行解调和数据处理，将被测对象上各点的温度信息实时地提取并存储。由工控机对这些数据进行管理，以实现分析、报警。实时显示和查询等功能。

4 工程应用

本系统被某省电力公司安装在220kV玉贤至七里庙输电线路上，实现对2回路（玉墨一回、玉墨二回）中的四根电缆（每根电缆长度约5.6km）的表面温度信息的数据采集、数据存储、数据查询、远程监控等功能，从系统主要功能上分为数据采集和数据监控。数据采集端相当于系统的数据服务器负责数据的采集和存储。监控端相当于终端负责对采集到的数据进行图形化展示、监测、查询、分析。通过实时温度监测，可以及时发现潜在危险，发出报警信息，避免电力事故发生，提高电缆的运行安全性和可靠性。

待工程施工及软件配置完成后，系统进入正常运行状态，通过观察监控界面（见图3）的实时数据，可以时刻掌握被测电缆的运行状态。

图3 分布式光纤测温系统监控界面截图

图4 玉墨1回路A相电缆温度实时曲线

图5 玉墨1回路C相电缆温度实时曲线

图6 玉墨2回路A相电缆温度实时曲线

图7 玉墨2回路C相电缆温度实时曲线

图4-图7显示了项目名称、工控机CPU的使用率与内存的使用率、DTS分布式距离至用户对象距离的映射图、玉墨1回路A相和C的分布式温度信息、玉墨2回路A相和C相的分布式温度信息、通过观察这些信息，可随时掌握电缆的运行温度、温度曲线等状态信息。

一旦电缆的发生局部过热，将在监控界面上显示出温度异常信息，弹出报警信息框，并且触发声光报警器，启动短信模块，发出报警信息。

通过分布式光纤测温系统对电缆运行状态的温度信息进行实时监测，及时发现潜在故障，采用多种报警方式提醒用户，以便尽早采取行动，避免事故发生。

5 结论

基于拉曼散射的分布式光纤测温系统能够实时提供待测对象全程的表面温度、导芯温度、接头温度等信息，且具有抗干扰、本征安全、测量距离远、精度高、定位准等优势，是电力电缆、桥梁、隧道等领域在线状态监测的最佳手段。通过在电缆上安装分布式光纤测温系统，能够为用户提供电缆实时运行状态信息，及时发现潜在异常点，实现故障早期预警，防止和杜绝电力事故发生，保证监控对象运行的安全性和可靠性。

【参考文献】

[1]刘媛，张勇，雷涛，等.分布式光纤测温技术在电缆温度监测中的应用[J].山东科学，2008，21（6）：50-54.

[2]张在宣，王剑锋，刘红林，等.30km远程分布式光纤拉曼温度传感器系统的实验研究[J].中国激光，2004，31（5）：613-616.

[3]张在宣，张步新，陈阳.光纤背向激光自发啦曼散射的温度效应研究[J].光子学报，1996，25（3）：273-278.

[4]陈军，李永丽.应用于高压电缆的光纤分布式温度传感技术[J].电力系统及自动化学报，2005，17（3）：47-49.

[5]何明科，张佩宗，李永丽.分布式光纤测温技术在电力设备过热监测中的应用[J].电力设备，2007，8（10）：30-32.

[6]彭超，赵建康，苗付贵.分布式光纤监测技术在线监测电缆温度[J].高电压技术，2006，8（32）：43-45.

第2篇：分布式系统设计与应用范文

分析了我校网络数字化实验室的管理现状和存在的问题，提出了实验室数字化管理的必要性，分析了分布式管理系统的架构及存在的优点和缺点，提出将Agent技术用于计算机网络实验室的数字化管理系统中的可行性.

关键词：

分布式系统；数字化实验室管理；Agent技术

随着我校数字化校园建设规模的扩大，数字化实验室越建越多，在各学科教学改革中的作用也越来越明显.如何管理好这些实验室，为学科教学提供良好的软硬件环境，让它们发挥更大的作用，是摆在我们面前的问题.

1我校网络数字化实验室的管理现状

目前，我校的数字化校园建设已经初具规模，但是我校实验室的管理还停留在传统的管理模式即人的管理上：上机记录需要人来填写；安排上机需要人来安排；计算机出现故障时不能及时发现，需要老师检查才能发现；学生上课时玩游戏难以控制；实验室的设备也没有防火防盗设施等等.如何解决这些问题，使数字化实验室的管理规范化，就需要我们探索出一个适合的、功能全的系统.

2分布式数字化实验室管理系统

计算机实验室的管理由传统的管理模式向先进的数字管理模式转变，由最初的单一管理功能转变为多样化管理功能，由单个计算机实验室管理转变到全校分布式互联计算机实验室统一管理，这要求采用多种先进的软件技术，构建一个分布式数字化共享管理软件平台，包括统一实验室管理、上机认证、多媒体教学、网上行为等，提供统一的认证入口，并且和我校现有的一卡通和网络身份认证系统接轨.分布式管理系统是建立在计算机网络基础之上，具有高度的内聚性和透明性，它涉及到多个计算机实验室、成百上千台计算机和多台服务，为了确保计算机之间的通信畅通无阻，系统采用了C/S（客户机/服务器）模式，用Socket多线程和多端口技术编程，以保证多台计算机、多个用户之间的正常通信.

2.1系统设计

分布式管理系统要求所有的计算机数字化实验室管理采用统一平台，一个后台数据库，放在网络中心集中管理.数据库不对实验室公开，实验室只负责教学及实验管理和学生自助上机.整个系统的框架图如下图所示：

2.1.1硬件组成

分布式管理系统的硬件主要由主服务器、各实验室服务器、学生用计算机、监控机、刷卡机等组成.主服务器安装SQLServer数据库和主服务器端程序，主服务器中存储全校师生的基本信息数据和全校的计算机专业课和公共课课表以及实验安排表；各实验室服务器安装SQLServer数据库、实验室服务器端程序，并和刷卡机相连，这个服务器负责学生的刷卡注册并记录学生们的上课和实验情况，并且和主服务器进行数据交换；监控机安装监控程序，实时监控火警、盗警以及学生是否玩游戏等情况；学生机安装客户端程序，将学生的上课及实验信息传回实验室服务器，并且受控于监控机.

2.1.2软件设计

分布式数字实验室概念就是集成多种软件技术，包括集成了底层管理、内核保护、动态屏幕截取、屏幕监控、网络阻断等多种软件技术，更好地完善数字化实验室的专业管理，以解决数字化实验室的统一管理、信息认证、多媒体教学、网上侦听及阻断等多种专业的管理要求.

2.1.2.1系统程序的构建与设计

分布式管理系统是多个计算机的统一整体，成百上千台计算机和多台服务器分布在不同实验室.所以根据这样的分布式特点，管理系统基于Win-dows7操作系统平台，采用C／S（客户机/服务器）模式，并且应用VC++软件进行编程.整个系统主要分为主服务器端、各实验室服务器端、学生端和监控端，通过VC++和Socket多线程网络编程使系统各部分有序地结合在一起，以完成系统的相应功能.

2.1.2.2数据库的组建

分布式系统采用SQLServer组建数据库，并使用ADO数据访问技术与各程序相连，根据分布式管理系统所要实现的功能，在数据库中建立相关的表，主要的数据表如下表所示.

2.1.2.3数据的备份

分布式管理系统是建立在网络基础之上的多台计算机的应用系统，所以，为了防止由于各种病毒的侵入、学生的非法操作和计算机硬件损坏等因素对系统数据的破坏，系统设计了本地备份和远程备份两种备份方案，以确保系统能正常运行.

2.1.3与校园一卡通的对接

我校数字化校园的平台—校园网已运行使用，校园一卡通也在教务处、食堂、图书馆等部门广泛使用.如何将计算机实验室的分布式系统与一卡通系统对接呢？对接方式有两种，一种是紧耦合方式，就是两个系统进行对接，系统只使用一个电子钱包，使用一卡通的卡内信息，学生的信息从卡上直接读取，并在需要的情况下把产生的记录传送到一卡通中心的数据上；另一种是松耦合方式，就是两个系统先不进行对接，系统有两个独立电子钱包，在计算机实验室的刷卡机上刷卡只使用一卡通的卡号信息.具体使用哪种耦合方式再根据具体情况做出选择.

2.2分布式数字化实验室管理系统的优点和缺点

2.2.1分布式计算机数字化实验室管理系统的使用，使实验室的管理开启了数字化模式，在规范实验室管理和提高实验室的效率方面的优点是毋庸置疑的.分布式管理系统是建立在网络基础上的多台计算机协作运行的管理系统，因为多台计算机相互协作完成一个共同任务这样就加快了系统的处理速度，简化了主机的逻辑结构；多台计算机间可以随时交换信息，实现数据和资源共享；成本低，易于维护，可以逐步实现实验室的自动管理与无人职守；由于后台系统与服务器端是采用分布联接方式，而学生端与服务器端连接，所以系统能支持多达10万台远程计算机的实时连接及实时的后台数据处理，以便于管理的实验室数量和计算机数量根据需求随时进行扩充.

2.2.2尽管分布式管理系统有许多优点，但也存在一些缺点.首先，由于分布式管理系统是基于经典的C/S模式，即将分布式应用分解为客户和服务器两大部分，服务器只有在接到客户的请求后方能提供服务；第二个潜在的问题是通信网络，因为系统是基于网络平台之上的，那么网络的信息丢失或饱和都将会抵消我们通过建立分布式系统所获得的大部分优势；第三是安全问题，数据易于共享是具有两面性的，由于在分布式管理系统中，整个系统中的数据都可以方便地存取，所以系统的安全性问题成为我们经常要考虑大问题.

3将Agent技术应用于分布式数字化管理系统中

Agent技术是一种处于一定环境下包装的计算机系统，为实现设计目的，能在该环境下灵活的，自主的活动.在分布计算领域，通常把在分布式系统中持续自主发挥作用的活着的计算实体称为A-gent.它能够有效地缓解顺序的、集中的控制对系统的约束，以一种并发的、非集中的方式来寻求问题的解决.基于Agent技术的分布式系统使人们跳出了C/S系统的局限，适应了应用需求的发展.在分布式计算机数字化实验室管理系统中加入Agent技术，开启了新的计算机数字化实验室管理系统模式，在这种新的模式中，Agent既是系统的基本构成单位，又是系统中独立运行的实体.这种模式不仅可以占用更少的网络，还可以缩短网络连接的时间，减少网络阻塞的发生，使系统更加安全和可靠，以便更好地对计算机实验室进行管理；而且由于Agent具有交互性和主动性，查找信息和远程交流更加方便快捷，提高了实验室的管理效率，保证了实验室分配的准确性，还降低了人工干预的费用.

3.1系统平台模式

基于Agent的分布式计算机实验室管理系统在传统的C/S（客户/服务器）构架上增加了一个s（分服务器）层，服务器层之间使用Agent层，即C/s/A/S（客户端/分服务器/Agent/总服务器）模式，这种模式与传统模式相比，占用客户端的资源很少，要求客户端条件比较低.即使网络出现故障断开，学生端只要与本实验室的服务器连接就可以继续进行刷卡，等网络重新连接上之后，实验室服务器上的记录即可传到总服务器上.这种模式降低了系统对网络的依赖性，并且允许间断式的连接，提高了网络的利用率.

3.2分服务器层的实现

分服务器层在系统里相当于一个“桥梁”，起着连接作用，上面连接总服务器，下面连接客户端，并为客户端提供服务.分服务器层使用一个ClientSocket组件即TclientSocket类与总服务器相连接，并且使用ServerSocket组件即TserverSocket类给客户端提供服务.如果需要向总服务器发出请求数据时，由ClientSocket组件申请与总服务器建立连接，并把总服务器反馈回来的信息进行相应处理后存入分服务器层数据库中，供以后使用.ServerSocket组件一直进行网络监听，当某个客户端发送过来数据时，它接收数据并进行相应处理后，把处理结果送还给这个客户端.

3.3数据库结构设计

在任何一个管理系统中，数据库都是系统的核心.在基于Agent技术的数字化实验室管理系统中，总心服务器、各实验室服务器、客户端都得围绕着数据库来运行.由于数据库的数据存储量大、访问的用户数目多.所以对数据的安全性和一致性要求比较高，对访问速度的要求也比较高.在基于Agent技术的数字化实验室管理系统中采用SQLServer组建后台数据库，并使用ODBC驱动程序将各种数据库程序互相连接，以保证用统一的方式处理所有的数据库.计算机实验室的数字化管理是实现数字化校园的重要组成部分，随着我校教学改革工作的深入，计算机公共课和专业课的上课与实验、老师的科研、学生的创新项目设计都在计算机实验室里进行，计算机实验室的作用越来越重要，数字化管理的实现也迫在眉睫.我们将不断地探索和完善计算机实验室的管理模式，早日实现计算机实验室的数字化管理.

参考文献：

〔1〕李亚娟，王刚，熊玉明.基于分布式的机房管理系统设计与实现[J].微计算机信息,2011（10）：93-95.

〔2〕欧阳.机房管理数字佛手创新研究与实现[J].实验技术与管理,2008（5）.

〔3〕李亚娟.分布式计算机基础实验机房管理系统设计[J].现代电子技术,2012（35）：37-39.

〔4〕睢丹.基于Agent分布式机房管理系统的设计与实现[D].华东师范大学,2007.

〔5〕李萍萍，霍晓钢.改进Agent算法在机房数字管理中的应用研究[J].科技通报,2014（1）：127-130.

第3篇：分布式系统设计与应用范文

关键词:城市轨道交通；变电所；综合自动化系统

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

中图分类号：TM63文献标识码：A文章编号：

前言

随着社会的发展,城市人口日益集聚、土地资源日益紧缺、环境保护日益重要。近年来，城市轨道交通建设进入了蓬勃发展期,变电所综合自动化在城市轨道交通领域的应用有了很大发展。本文研究了城市轨道交通变电所综合自动化系统的结构和功能。

1 变电所综合自动化系统的定义

变电所综合自动化系统是将变电所的二次设备经过功能组合与优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对变电所设备测量、监控和微机保护以及与调度控制中心通信等综合性的自动化功能。

2 变电所综合自动化系统的结构

变电所综合自动化系统的发展过程与集成电路技术、微机技术、通讯技术和网络技术密切相关。随着科技的不断发展，综合自动化系统的体系不断完善，功能和性能也不断提高。从发展过程来看，典型的结构主要有：集中式结构、分布式结构、分层分布式结构等几种结构类型。

1.1 集中式系统结构

集中式系统一般采用功能较强的计算机并扩展其I／O 接口，集中采集变电所模拟量和数字量等信息，集中进行计算和处理，分别完成微机测量、微机保护和自动控制等功能。由前置机完成数据输入输出、测量、保护及控制等功能，后台机完成数据处理、显示、打印及远方通讯等功能。

集中式系统结构对计算机的性能要求较高，系统可扩展及可维护性较差，目前已基本被新的模式取代。

1.2 分布式系统结构

分布式系统是将按功能分布的多台计算机连接到能共享资源的网络上实现分布式处理。其结构的最大特点是采用主、从CPU协同工作，各功能模块之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，将变电所综合自动化系统的功能分散给多台计算机来完成。

分布式系统结构提高了处理并行事件的能力，解决了数据传输的瓶颈问题，提高了系统的实时性。该结构方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块正常运行。自问世以来，显示出强大的生命力，但目前还存在抗电磁干扰、信息传输途径及可靠性保证方面的问题。

1.3 分层分布式系统结构

分层分布式系统从逻辑上将变电所自动化系统划分为变电所层和间隔层，采用面向电气一次设备或电气间隔设备进行设计。间隔层中数据采集、控制单元和保护单元就地分散安装在开关柜上或其他一次设备附近，相互间通过通信网络互联，并与所级测控主机通信。

分层分布式系统集中了分布式的全部优点，具体很好的扩展性和维护性。此外，该系统结构较分布式系统结构减少了二次设备及二次电缆，节省了工程投资。

2.变电所综合自动化系统功能分析

2.1 微机保护

微机保护是综合自动化系统的关键环节，它的功能和可靠性如何，在很大程度上影响了整个系统的性能，因此设计时必须给予足够的重视。微机保护的各保护单元，除了具有独立、完整的保护功能外，还必须具有：①保护装置必须满足快速性、选择性、灵敏性和可靠性的要求，其工作不受监控系统和其他子系统的影响。②故障记录功能。当被保护对象发生故障时，能自动记录保护动作前后有关的故障信息，包括短路电流、故障发生时间等，以利于分析故障。③具有与统一时钟对时功能，以便准确记录发生故障和保护动作的时间。④存储多种保护整定值功能。⑤授权修改保护整定值功能。对保护整定值的检查与修改要直观、方便、可靠，同时为了加强对定值的管理，修改定值要校对密码，以及记录修改定值者的密码。⑥保护管理机功能。保护管理机把保护系统与监控系统联系起来，负责管理和监视保护系统中各保护单元的工作状态，并下达由监控系统发来的整定值修改等信息；⑦通信功能。由保护管理机或通信控制器与各保护单元通信，各保护单元必须设置有通信接口，便于与保护管理机等连接。⑧故障自诊断、自闭锁和自恢复功能。每个保护单元应有完善的故障自诊断功能，发现内部有故障，能自动报警，并能指明故障部位，以利于查找故障和缩短维修时间，对于关键部位的故障，能自动闭锁保护出口。

2.2控制和操作闭锁

操作人员可通过CRT屏幕对断路器、电动隔离开关投切进行远方操作。为了防止系统故障时无法操作被控设备，在系统设计时应保留人工就地控制方式。操作闭锁应具有以下功能：根据实时状态信息，自动实现断路器、开关的操作闭锁功能；操作出口应具有同时操作闭锁功能；操作出口应具有跳合闭锁功能。

2.3数据处理和记录

数据的形成和存储是数据处理的主要内容，它包括上一级调度中心，变电设备管理和保护专业要求的数据，主要有：断路器动作次数；断路器切除故障时截断容量；母线电压定时记录的最大、最小值及其时间每天的峰谷值及其时间；独立负荷每天的峰谷值及其时间；控制操作及修改整定值的记录。

2.记录和故障录波

事件记录包含保护动作序列记录、开关跳合闸记录，其分辨率一般在1-10ms 之间，以满足不同电压等级的要求。变电所故障录波可根据需要采用两种方式实现，一种是集中配置专用故障录波器，并能与监控系统通信。另一种是分散型，即由微机保护装置兼作记录及测距计算，再将数字化的波型及测距结果送监控系统存储和分析。

2.5数据滤波处理功能

现场数据通过所内网络传至所内控制屏,经数据过滤及处理后接入车站综合监控屏、经光纤上传数据至中央监控系统。其中干扰问题可能由多种原因引起,在设计时要根据应用场所分析可能出现的干扰,有目的地设计抗干扰电路，选择合适的滤波处理。如采用了递推平均滤波法、中位值平均滤波法来处理电力数据,以提高数据的有效性。

2.6 与远方控制中心的通信功能

在常规远动‘四遥’的基础上增加了远方修改整定保护定值、故障录波与测距信号的远传功能，其信息量大于传统的远动系统。根据现场的要求，系统应具有通信通道的备用及切换功能，保证通信的可靠性。

2.7 系统的自诊断功能

系统内各插件应具有自诊断功能，并把数据送往后台机和远方调度中心。装置本身实时自检功能，可对其各部分采用查询输入检测等方法实时检查，能快速发现装置内部的故障及缺陷，并给出提示，指出故障位置，方便维护与维修。

结束语

第4篇：分布式系统设计与应用范文

在网络信息技术的不断发展下，分布式软件系统应用日益广泛。分布式系统设计架构设计使用两层C/S架构模式和三层B/S架构模式，可以用于进行数据的管理和用户登录使用。本文以分布式系统管理为基础，对分布式软件工程架构的实现进行了分析和探讨。

关键词:

现代分布式软件；工程架构；C/S架构；B/S架构

随着数据库技术、计算机技术和互联网技术的不断发展，分布式软件系统的应用也日益广泛。分布式系统通过对软件工程开发理论和成熟的IT开发设计技术进行应用，可以实现自动化的管理。近年来，管理软件系统发展越来越快，软件的功能也日益增加，为了可以保证软件的可扩展性和可靠性，需要建立一个良好的分布式管理系统。当前，软件体系架构还没有提出一个明确的概念，软件体系结构所面对的研究对象也有所不同。因此，可以参考软件功能定义的不同，对软件系统架构之间的交互性、交互模式等进行约束。本文重点对三层B/S体系架构模式和C/S体系架构的原理进行了分析，并对其作用进行了探讨，分析了系统架构的优势和劣势。

1研究背景和研究意义

1.1研究背景

在企业生产经营过程中，工时管理是非常重要的一项基础性工作，可以为企业的生产计划、生产组织、确定产品价格、核算成本等工作内容提供参考依据。工时管理质量直接的对公司的经济效益以及产品的成本造成了比较大的影响，做好管理工作可以提升企业的生产效率，降低企业的生产成本。所以工时管理是非常重要的。在信息化管理的今天，企业为了提高管理效率，需要积极的开发管理软件，并积极实行数字化管理。由于不同应用软件的开发环境存在差异性，例如编程语言不同、开发平台不同、应用系统使用的设计模式不同等。这些差异性导致应用软件底层数据也存在差异，数据模式、数据操作和数据结构存在异构性。在对企业流程进行动态性管理时，为了适应社会的发展，需要不断的进行改革。例如企业发展过程中有可能需要收购或兼并一些小企业，或者需要进行拆分后对业绩进行提升。在企业对这些数据进行整合时，需要随时对企业的原有业务进行调整。同时企业需要调整市场业务或者引入新技术时，为了满足新的需求，企业需要变更一些业务。由于企业的合作关系会随着市场的变化而产生变化，企业之间的合作关系也会产生一定的变化，为了适应这些变化，需要动态化的进行调整。企业业务数据的共享性实质上指的是业务数据的共享和交互，即从外界获取所需的数据以及向数据传送出去。因为信息化建设会使用企业外部和内部信息存在信息孤岛，对企业信息化软件的利用和信息共享造成影响。所以，在开发软件时需要对各种共享问题进行综合考虑。在进行企业应用软件开发时，为了可以更好的适应企业业务环境，需要保证应用软件的灵活性、动态性和高效性。首先，要结合企业的业务流程开发企业应用软件，并分解复杂的业务流程，使其成为独立的子流程，在实际应用时，可以根据具体的情况灵活的对这些服务进行组合。此外，企业因为合作伙伴、政策、客户变化等需要对业务流程进行改变时，为了可以适应市场业务环境的变化，要求企业软件可以支持组建松散组合。这样一来，企业软件的开发对开发人员来说无疑是一个非常大的挑战。在这种情况下进行软件开发时，不单是为了可以达到企业业务发展需求，同时还要保证系统的高效性、可靠性和共享性。为了可以满足上述要求，需要从技术的角度做好架构。从目前软件发展情况来看，软件架构构建已经经历了面向对象、面向过程、面向构件几个阶段，其中面向对象只可以支持同种语言，面向过程不适用于开发大软件系统。面向构件虽然可以做到构件二进制级别共享，不过应用平台有一定的局限性。所以，一种面向服务体系的结构被提出，通过应用这种服务体系可以提高业务软件的灵活性。此外，在数据库部署过程中使用分布式部署的方式可以利用数据库管理器对划分开的独立数据库进行控制，实现数据的高效访问。另外，利用通用接口可以实现两个系统数据的集成和共享。本文重点从分布式软件角度对软件工程进行架构，确保其可以达到企业的发展要求。

1.2探究现代分布式软件工程架构的意义

本次研究需要解决的问题为当前工时软件需要重点解决的问题，研究的意义主要由下述几个方面的的内容：（1）在工时软件平台中引入分布式技术，探索基于架构的软件平台，对工时软件平台的架构模型进行完善，并为设计提供新思路、新方案[2]。（2）提供一个可以满足企业变化要求的方案，提升系统的灵活性。使企业工时软件可以更高效、更快速的达到业务企业的业务需求。（3）进行分布式数据库的部署和设计可以提升软件数据信息的处理速度，对任务进行均衡的分摊。（4）利用底层接口包可以对系统数据实现信息集成和数据共享，保证接口的灵活性，便于开发者进行开发和使用。

2C/S架构介绍

在分布式管理系统发展初期，C/S体积架构是一种常用的系统架构，主要包括系统服务器端和系统客户端，其中服务段是系统的的核心，主要有应用服务器、Web服务器和数据库服务器进行沟通，可以对用户发出的逻辑业务请求进行解析，并将收到的服务请求发送至数据库服务器和应用服务器，进而降低数据的处理效果和反馈响应结果。客户端为用户提供系统操作界面，登录操作系统后可以相系统发起逻辑业务请求。因为目前很多用户利用的硬件配置均比较高，有助于提升服务器对逻辑业务的处理能力，缓解用户解决服务器压力，使服务器系统的通信需求降低，进而降低系统的开销成本。所以，当前大部分的分布式系统软件都是使用两层C/S系统架构。利用C/S架构可以在局域网环境中使用，使用响应时间比较短、带宽比较高、处理效率良好的通信传输方式。虽然C/S架构适用范围比较广泛，而且优点也非常多。但是随着互联网技术的不断发展，政府单位的工作人员经常需要出差，在需要进入到系统时，如果不安装客户端则无法使用，而且随着系统功能日益完善，使用系统的用户会越来越多。所以，不适合在C/S体系中进行使用，在实际应用过程中，需要引入更加先进的B/S架构。

3B/S架构介绍

在时代的不断发展下，网络用户数量日益增多，需要使用到的程序也日益增多，为了满足使用要求，需要引入更加先进的系统架构。通过利用先进的架构可以把系统集成起来，然后利用浏览器直接访问系统，不需要在设备上安装客户端程序，从而可以满足各个层次的用户使用要求。为了可以使上述问题得到解决，计算机行业的专家经过研究后提出了B/S体系架构模式，此架构模式主要包括Web服务器、浏览器、数据库服务器等。其中Web服务器又叫做逻辑业务处理层、浏览器有叫做表示层、数据库服务器又叫做数据库处理层。各层的功能如下：（1）逻辑业务处理层。在B/S体系架构中，逻辑业务处理层指的是表示层和数据处理层之间的一层，利用该层可以封装系统应用模型，并为数据表示层和处理层提供数据库链接服务，可以根据用户发出的请求，链接系统服务器端的数据库，然后将得到的处理结果返回至用户浏览器。（2）表示层。表示层指的是分布式系统和用户的交互接口，在为用户提供输入输出服务时可以通过具有良好友好性的图形实现。在实际操作过程中，用户主要利用浏览器来进行操作。并利用表示层将用户填入的信息发送到逻辑业务数据处理层，逻辑业务处理层在收到客户请求时会立即做出相应，并在浏览器中将得到的反馈结果输出。（3）数据处理层。在B/S模型中，数据处理层是模型的最底层，主要负责数据的维护、数据的修改、数据的定义等，并且可以及时处理和回复接收到的浏览器请求数据。当前在分布式应用系统中B/S体系架构是一种常用的架构技术，在该架构中应用分布式管理系统时，用户不需要按照客户端应用程序，只需要将服务器地址输入到IE浏览器中就可以登录到系统中进行操作。但是随着云计算技术和集成移动计算计技术应用的越来越广泛，如果只是使用B/S系统架构是达不到系统要求的。所以，在未来分布式系统架构会朝着B/S、C/S混合架构的模式发展，可以显著提升管理系统的响应性能，从云计算角度对分布式透明云计算架构进行研究，有助于分布式系统的进一步推广和应用。

4结束语

综上所述，在计算机软件技术不断发展过程中，软件技术得到了快速发展，尤其是面向云计算、面向对象的软件开发和分布式技术的应用，使软件的复杂性得到了提升，而且应用好的软件系统架构可以使软件系统服务性能显著提升，使软件应用得到进一步的改进。

参考文献：

[1]张晓梅,周莎莉,王秋生,等.基于C/S-B/S混合架构的道路施工实验室网络管理系统[J].工业计量,2010(6):12-15.

[2]林凡森.基于B/S体系架构的分布式管理系统应用设计[J].才智,2014(12).

[3]姚丽华,于广州.三层B/S架构在分布式管理系统中的应用[J].信息通信,2013(4).

[4]张淑荣,苏兵.05与曰S两种软件体系结构[J].电脑学习,201q6:126一127.

第5篇：分布式系统设计与应用范文

关键词：GIS WebGlS 校园地理信息系统

中图分类号：TP393

文献标识码：A 文章编号：1002-2422(2007)06-0020-02

1　基于WebService的WebGIS

WebService可以理解为一个由其它的应用程序通过Intemet调用的软件组件。特点有(1)通过标准的Web协议(如SOAP协议)，WebService向Web用户提供各种功能；(2)通过使用Web服务描述语言(WSDL)文档的XML文档，Websetrice能够详细地说明接口，使用户能轻易创建客户端应用程序：(3)通过统一描述、发现和集成协议(UDDI)，WebService可以进行注册，使潜在用户能够轻易找到这些服务。

2　构建基于Web服务的分布式WebGIS应用系统，

利用开发工具(如Visual 等)直接从底层开发GIS Web服务，也可以将已有的GIS应用系统或GIS组件封装成Web服务，以供其它需要的应用系统通过互联网来调用。

2.1　构建WebGIS结构体系

将基于Web服务的分布式WebGIS应用系统设计为由数据层、业务逻辑层和客户端组成的三层结构体系。客户端是唯一与最终用户的交互点，通过超文本传输协议，将服务请求及相关参数提交给Web服务器，以便与业务逻辑层进行交互，并把响应结果呈现给用户，同时完成基本的操作。业务逻辑层是分布式WebGIS应用系统的核心。它负责处理客户端的应用请求和联系数据层，以完成业务逻辑的计算任务，并将处理结果返回给客户端。应用服务器解析请求并执行应用逻辑，加载和调用相应的本地组件和远程GIS Web服务协同进行业务处理，并将处理结果通过Web服务器返回给客户端。在应用中，调用的Web服务接口保持不变，应用系统就无需考虑Web服务是否改变。

2.2　构建GIS解决方案

GIS WebService适用于理解XML和通过标准的网络(LAN／WANAntemet)连接的任何应用程序，包括桌面应用程序。利用GIS WebService的应用程序可以轻易实现GIS的功能而不需要在本地安装GIS工具以及空间数据。以此构建低成本、可伸缩并与其它系统(如DBMS、Web Server等)无缝集成的分布式GIS系统，此系统具有松散耦合的架构，以此提供了构建复杂的分布式系统的解决方案。

2.3　构建GIS WebService空间数据

用WebService在传输数据时，默认是利用XML文本的形式传输数据的，这就大大增加了传输的数据量。如果网络带宽不够就会影响系统的性能，这时可以采用在XML中嵌入二进制数据的方法。

第6篇：分布式系统设计与应用范文

与分布式账本技术（如Hyperledger Fabric或R3 Corda）相比，以太坊区块链保持了相似性但也有差异。在对区块链和分布式账本技术平台及其带给企业的价值进行合理评估时，对其核心功能和特性进行系统梳理是很有必要的。 由于区块链源于密码学和数据配置原则，某些功能在协同数据库系统中已经得到了很好的应用，而其他一些功能只有在真正的区块链技术中才能实现。

在本文中，我们将评估面向企业平台（包括Ethereum，Hyperledger Fabric和R3 Corda）的基础业务功能，包括软件如何获取其影响以及整个系统是如何整体优化的，无论它是通过传统的分布式系统还是通过区块链系统。

特别是，我们将重点关注三个关键功能：

数据协调 – 系统中的信息和信任是如何更好地在利益相关者之间分发和分配；

加密经济内部激励层 – 系统机制如何构建，以便不同的利益相关者和用户基于经济激励来确保系统的有效运行，例如博弈论和机制设计；

数字资产整合 – 系统如何融入数字商品经济，也就是所谓的代币经济学。

区块链的主要目标：企业想通过这项技术实现什么目标？

像Ethereum这样的区块链与其他分布式帐本技术类似，有着相似的目标。然而想知道企业希望利用区块链技术实现什么样的目标很难，就像20世纪90年代的互联网刚刚诞生时一样，当时企业也不知道如何使用这种强大的工具。与现在的情况类似，目前我们都知道区块链技术能够实现很多功能，但如何将这些功能架构到商业业务逻辑上还需要进一步了解和评估其底层功能。

有三个主要的评估维度：数据的处理和协调，可信及不可变的记录以及资产的数字化。

这三大维度足以涵盖区块链的主要用途，同时允许将这些功能进一步外推到其他商业业务场景中。通过这三个方面的讨论，可以揭示实体企业使用该技术的背后逻辑。

有效处理及协调信息

如果以改进分布式系统设计或数据库协调性作为唯一目的，那么区块链不一定是必需的。在传统的宣传上，区块链是基于技术促进平台中数据传输，达到更好的数据协调和分布式共识机制。

虽然有用，但这些所需功能特性的重要部分也可通过更好协调中央数据库或分布式系统设计进行优化。在评估当中，有必要确定平台和协议试图优化现有数据协调功能与实施新的区块链功能程度。区块链不仅只适用于更高级的数据协调。

产品和交易记录的不可变/可信记录

关于为什么我们需要区块链的原始论文围绕着“数字化信任”的概念展开。如ConsenSys的Andrew Keys所说“互联网导致信息数字化，而区块链导致信任和协议的数字化。”

这个论点体现了区块链希望实现的精神，同时为我们的社会及商业提供了另一条路。额外的变量将是价值的数字化。当信任价值被锚定到系统时，某些联盟结构和激励机制将影响和激励系统内的正确行为，从而形成强大的平台。

在设计一个系统时，不可更改（不变性）常常被用作信任的同义词，即因为系统是不可变的，所以人们相信系统不变性机制能确保做坏事会受到惩罚。在我们的平台协议评估中，重要的是要评估可信系统实施背后的机制，以确保商业模式机制（通过密码经济学进一步探索）会对平台用户有益。

资产数字化

商品和资产的数字化被视为大多数区块链或分布式账本技术的主要目标。如果企业正在尝试资产数字化，分布式账本的数据库协调能够提供一些功能，但更应该考虑这些数字产品的可用性。

由于数据库协调实质上是集中运行或通过传统软件模式分布在一个或多个交易小组之间，因此数字化水平可能会受限于数字化平台提供的自由度。

虽然数字化商品的概念听起来像一个简单的过程，但围绕房地产，甚至人类注意力及电力等商品如何数字化在经济激励动力和经济推理的不同方面，我们要重新考虑，哪个平台负责数字化，哪个供应商平台在哪种情况下出现“供应商锁定”程度以及对哪个管理平台的依赖。

记录和注册管理机构（如权证系统和供应链）也可以通过分布式账本系统实现，但如果依赖封闭的专有系统，数字资产与经济激励层的互动水平相当有限，并且在扩散到数字生态系统或市场时会严重受阻。利用开放市场提供的自由市场系统对于在不断发展的数字生态系统中起促进作用。

评估数据协调特性

数据库协调：特征

当深入分析了这些平台的功能特性时，如不可变性，安全性，可扩展性，可管理性和性能，但通过了解构建体系结构的基础，可以了解更多内容。

在分布式系统中进行数据协调，已经有许多工具了。其中重要的例子就是Hadoop 及其生态系统集成的Spark，Hive和Zookeeper等工具。对这些产品的依赖显示了分布式系统工具和协议的大量集成。

进一步的相似性可以在协议中显示出来，例如Tendermint，BPFT共识引擎被设计为具有与Apache Zookeeper等工具类似的功能。在内部，也有研究沿着事件排序数据库的方向发展，可以从协调的数据共享系统中复制所需的多种功能。

通过评估Apache Kafka及数据流服务如何在企业环境中实现高水平吞吐量，我们可以根据对这些数据库协调和优化的不同级别的依赖关系区分区块链和分布式分类账之间的功能差异。

包括Plasma在内的以太坊实现正在利用像MapReduce这样的工具来增强UTXO和基于账户的模型之上的某些映射功能，同时也将组件减少到Merkle证明中，尽管协议的基础层依然依赖以太坊区块链。通过了解这些细节，可以进一步了解如何最好地评估这些软件平台的技术特性。

数据协调：平台比较

（1）IBM Fabric

通过深入了解Fabric体系结构，该平台创建了一个复杂的开发环境，专注于软件体系结构的详细配置实现出色的吞吐量，从而在分布式节点环境中实现最佳性能。客户端和分布式背书节点网络之间的链码的移动，以及满足认可政策的交易机制和收据传输在封闭系统中是有效的。

而在专用信道内传播交易的Gossip 协议允许协调大型数据集。虽然基础设施强大且有能力，但在思考如何设计架构以允许多边协调结构的过程中，要考虑最终可能存在一个难以管理的网络涉及的因素。

图2：Hyperledger Fabric架构

该图展示了Fabric的一些架构配置以及组件如何组织到为高级信息处理和最大交易吞吐量而设计的系统中。

主要思想是渠道提供了在平台内移动交易的机会。在查看体系结构时，OSN（ordering service nodes）的功能用于记录Apache Kafka交易排序的功能。在数据流生态系统中，Kafka是一个功能强大的工具，具有将各种交易排序附加到单独的Kafka集群并最终分区的功能。

这种设置中，数据能够分布在集群中以形成分布式存储平台，该分布式存储平台可以记录数据结构，影射在区块上或有时记录在“状态”的结构定义内被称为“块”或Blob的数据结构，价值储存配置。在此软件框架中承认的是，该生态系统中的所有参与者和数据结构都是本地的，因为它们主要与该软件生态系统中的其他用户一起工作。

图3：Apache Kafka

尽管应该认识到哈希的配置并不遵循与来自比特币或以太坊的区块链系统相关联的原始架构设计，但实际上Fabric采用了分布式帐本的子结构来部署某些哈希链接的数据存储。

虽然数据blob被批量处理并经历交付事件以最终创建交易的散列链接，但必须了解，此过程不一定会将数据转换为系统状态的修改。相反，这些块的配置方式是将信息存储在具有不同散列实例的数据库类型结构中。

在Fabric生态系统中，交付事件称为块，而链代码通过部署事件最终将数据保护在排序服务结构的链接部分中。该系统的数据结构和模块的配置能够允许分布式数据库体系结构预期的交易吞吐量，尽管应该承认，资产代码协调仍然是一个尚未完全解决的挑战，作为资产和价值的Fabric生态系统不一定具有可以在账簿中进行协调的数字表达。

（2）R3 Corda

R3 Corda声称不建立区块链的环境之上，而是一个分布式的数据库，利用各种形式的结构重新配置来构建，它主要由银行和其他机构用于其流程的系统。该平台大量借鉴了比特币交易中使用的UTXO模型，其中状态由一系列输入和输出定义，并且输入的不同重新配置可以决定输出的状态。

R3 Corda架构框架依赖于被称为公证的子模块的节点结构，该架构有助于保持其他平台中验证器结构的网络有效性，该结构有抽象共识功能。节点由附加在数据结构中的关系数据库组成，允许使用SQL进行查询。交易通信中受制于子协议。

这些流程与IBM Fabric中看到的渠道体系结构相当，只有与交易相关的各方才能访问信息。类经过转换，变成称为Fibers或协同例程的状态机。该体系结构与子流进行通信，并与在平台范围内具有预定义功能的流库进行交互。此外，Corda内还有一个自包含的身份层，允许在整个网络中进行不同程度的访问控制。

R3 Corda公开声明不打算成为区块链，因为考虑到将分布式数据库的概念重新配置到分布式数据库确实非常依赖传统数据库系统。虽然系统围绕新型数据结构和分布式系统组织方式的不同构成进行架构，但该平台确实具有数据分配的功能，并找到了各种优化数据分配系统功能的方法。

需要记住的是，由于系统仅限于特定架构范围内的数据协调，因此，由于模块化和互操作性未在原始设计中实施，所以已经牺牲了与实际区块链系统的集成。

图4：R3 Corda工作流程

（3）Ethereum

以太坊生态系统由私有链和公有链生态系统组合而成。公有链没有在数据协调环境中描述的吞吐量和数据处理能力，因此不应根据这些能力进行评估。在评估以太坊的这一方面时，最有意义的是综合以太坊私有链的网络拓扑的不同细微差别。

以太坊黄皮书颁布了关于以太坊的规范以及代码库的技术细节。由于严格遵守此协议，以太坊的分支以及联盟实施方案确实与原有的技术基础相类似。事实上，无论是在工作证明（Proof of Work， PoW ），权威证明（Proof of Authority）或利益证明（Proof of Stake， PoS）实施方面，相同的规范都是连续的，因为协议被认为是相同的以太坊虚拟机（EVM）规范的后代。

改进的体系结构仍然指定与原始EVM对齐。像Quorum这样的平台的关键变化包括改变共识机制，修改全球根状态以适应私有和公有状态，Patricia Merkle尝试以及处理私人交易的附加模块。

该架构允许该软件从原来的以太坊配置中维护系统和数据结构，同时通过改进实现更高的交易吞吐量。除了Quorum提供的改进的数据交易优化之外，通过诸如Plasma，Truebit和Cosmos等工具协调和集成公共以太坊环境的功能为协议提供了额外的可扩展性。

通过对Plasma等工具的技术评估以及在Casper中获得一致意见的形式，数据库管理工具（如MapReduce和Abstract Rewrite Systems）将在Ethereum中实施。在Plasma体系统中，MapReduce是汇集基于账户的系统的协调和多重设置的位图 – UTXO承诺结构的组成部分。

通过结合防欺诈机制设计（Fraud-proof mechanism designs）和权益激励结构（Fidelitybond incentive structures），利用根链，Plasma链和子链之间的相互作用，精心策划的交易处理范例有助于满足Block-withholding和Mass withdrawalsurfaces之间的动态。

它还允许使用来自Casper或Truebit等系统的机制来填充更多的加密经济结构，以便根据空间中普遍存在的数据可用性问题镜像擦除编码中使用的概念。对于多连接体系结构，以太坊将能够将分布式数据库系统的数据库协调和吞吐量功能与实际区块链的公有链兼容功能相结合。

数据库协调：结论

关于数据库协调能力的一个可行结论是，由于依赖传统数据库和分布式系统软件架构，IBM基于整体单一设计和大量资源密集型过程，构建了Fabric，IBM拥有卓越的数据库管理工具集。

R3 Corda仍在进一步定义其功能，同时为银行和金融机构提供多种协调服务，对比特币协议中的细微差别进行私人重新配置。以太坊虽然设计用于公有链的兼容性，它没有IBM Fabric的原始数据库处理能力，但和Fabric相比，在企业案例中具有很好的可用性和可伸缩性。

遵循基于unix理念的模块化设计，以太坊和互补客户的私人实例可以作为构建大型系统的构件。与Ethereum相关的代码库旨在与Fabric等数据库平台的事务吞吐量功能相媲美，同时允许Corda和Fabric中不存在的功能，但互补关系也可跨平台进行探索。主要的区分因素可能会从后续因素的评估中进一步阐明。

软件平台内的一个加密经济子系统需要机制设计和博弈理论的各种配合，激励系统内角色以最优方式行事，这既有利于他们自身的利益，也有利于整体生态系统。区块链系统与分布式账本数据库系统的核心区分原则是能够将机制设计作为一种经济激励层，确保适当信任和合作，使系统的行为方式有利于实现用户分布式共识及安全。 这些依赖于“反向博弈论”设计的系统的主要目标是在一个子系统内创建一个主导策略，从而形成激励的均衡结构，并进一步增强整个系统的整体完整性。

加密经济机制设计实例

Plasma & Truebit

Plasma旨在为以太坊网络带来可扩展性和多链性。通过提供以太坊体系的多个区块链可以相互连通的催化剂，Plasma可充当私有链和公有链网络之间的沟通桥梁。进一步的分析可以看出，Plasma为Ethereum网络提供了扩展性和可用性。

要了解Plasma的有效性，了解Plasma的设计机制很重要。大量的互操作性是通过所谓的Fraud proofs来实现。通过配置区块链，基于MapReduce函数的计算及通过最小化信任来实现可伸缩性，以便即使是新派生的子区块链仍然可以可靠地验证交易。

围绕Plasma设计了一种机制，以便在发现故障链时允许所谓的Mass Exists。这些与错误操作有关的情况与数据可用性的不一致性和阻止预扣攻击(block withholding attacks)相关。通过允许关联链的交替配置惩罚邪恶活动的机制，生态系统希望实现内聚均衡。

Plasma在Truebit平台上实现相当多高密集的经济激励结构，旨在增加以太网网络的离线计算能力。通过构建Truebit系统围绕验证博弈进行构建，在该验证博弈中，整体共识机制的解算器可以被验证者挑战，验证者如果识别出邪恶行为则获得奖励，这是一个系统内部加密经济的“检查和平衡”公平的行为策略。

由于Plasma通过TrueBit的影响致力于创建一个多连接互操作性网络，系统的内部实施对于实现信息和共识保真度至关重要。

以太坊Casper权益证明

在以太坊通过实施Casper权益证明共识机制的过程中，也可以看到加密经济激励层的一个例子。尽管工作证明（POW）有自己的内在博弈理论激励结构来防止参与者操控网络，但是向权益证明过渡还有更多的内部结构来阻止参与者在遇到分叉时模凌两可或试图创建区块链的其他实例。权益协议创建了一个拜占庭容错环境（Byzantine Fault Tolerant，BFT）。在这个环境中，Ether将被绑定到共识机制中。这意味着，参与者在系统内将受到忠诚的约束。

如果攻击者计划在共识机制中模棱两可或试图控制，那么有关切入型算法“slasher algorithms”的各种协议将会破坏Ether所有者或攻击者的权益，从而惩罚他们的恶意行为。在惩罚背后的机制设计中，Ether破坏的数量一直被编程为与攻击者希望获得的数量成正比，在这个数量中，攻击者永远不想妥协系统。

Cosmos and Tendermint

Cosmos也在建立一个依赖Tendermint共识机制的生态系统，该机制严重依赖于拜占庭容错算法。该平台依赖于与比特币网络中矿工类似的验证器。验证人拥有一个叫Atom的token，用于通过依赖绑定验证器生成的信任的证据机制来保护网络。

Cosmos生态系统中的参与者之间的相互作用也表明了一种博弈理论结构，即如果发现验证者发现违反协议，验证者可能会丢失其令牌（Token）或委托给他们的令牌。由于这个系统中的利益相关者的这种保税存款设计，共识机制允许保护网络的激励机制。此安全设计允许应用程序区块链接口（ABCI），区块链间通信协议（IBC）以及Cosmos集线器和区域之间的不同交互功能正常运行。

R3 Corda和IBM Fabric

需要注意的一点是，R3 Corda和Hyperledger Fabric在其软件体系结构中没有这些加密经济激励层。由于软件体系结构是基于分布式数据库聚焦范例进行基础设计的，因此它们最初不是为在整个框架中加入加密货币层而设计的。

由于软件设计的内在差异，它们还没有经过校准，无法参与那些与众多区块链具有互操作性和协调性的多链生态系统。由于系统结构的最大吞吐量考虑在内，基于这些系统的初始构建，忽略了包含区块链（包括公共区块链主网）的可互操作网络拓扑的体系结构布局。

为什么加密经济机制设计是必要的？

有人可能会问，为什么要把加密经济基础设施层架构在软件上？因为存在于计算环境中的这种模型所创造的是一种不变的可信任的新层，而不依赖于中心化实体。

数十年来，我们一直在客户端-服务器和数据库中构建软件。像IBM，Intel和Oracle这样的公司在其初创及其后创的系统及子系统中完善了这个模型，而这些模型仍然在分布式系统以及新近的分布式账本系统中使用。

尽管这些体系仍然集中在各个方面，无论是通过中心化实体还是cartel-like (卡特尔式) 的联合体结构。这种联盟结构为了确保系统的正常运行，激励机制都是基于中心实体而不是真正的激励结构。

图6：客户端服务器模型

去中心化系统为在软件环境中达到某些目标提供了可行的替代方案。这种方案主要权衡是内部交易信任 vs 执行。由于大型中心系统的信任度更高，因此它被认为能够更好地执行。尽管区块链系统的特征，是在这个系统中信任和价值可以在不依赖大型中心实体的情况下合理配置。

在系统设计中倡导的一个思想是，为了优化系统，还需要对子系统进行次优化。这意味着系统的协调必须进行协调和架构，以便内部子系统在整个更大的生态系统中也具有利益及激励，以进一步实现合作目标。

通过创建一个用于整体环境优化的加密经济博弈理论，融合计算机科学和经济模式，以创建数字经济中的新软件架构。

基于对数字经济的这种愿景，应该认识到，使用私有链和公有链的组合互动，各层商业和商业关系超越传统模式，创建一个可行的数字生态系统成为可能。

整合到区块链token经济体系中

为了调查的目的，有必要定义Token化的概念，它借鉴了这样一个概念，即企业或实体能够根据我们生态系统中目前存在的某些数字标准，创建各种形式的资产、商品和服务的可互换或不可互换的表现方式。

最初的token化设计会有各种各样的故障和缺陷，Token经济仍在发展，需要时间迭代才能进一步完善。尽管资产，金融产品，能源和注意力的Token化都是可行的商业模式，但它们实施的确切动态需要额外的功能和访问层次，需要时间进行改进。

token化经济需要博弈论机制设计和区块链创新，随着它们带来重大发现和发展，最终促进token化经济的成功。

正如Josh Stark关于数字经济学的文章中所描述的那样，评估表现出最强可用性迹象的Token，看看它是否构成了整体业务的经济学和博弈论设计的必要组成部分。

如果企业可以对其生态系统的各个方面进行数字化或Token化，那么创建的产品线将以指数级扩展，超越了我们用来交换实物商品，金融资产，商品或技术服务的传统方式。通过创建Token化资产可以实现数字媒体。一些重要的发展可以从新的生态系统发展而来。

在查看区块链工具的生态系统时，显然以太坊实际上是Token化经济得以创建的基础。如果Token化经济模型能够结合私有链，可扩展性解决方案和隐私工具（如ZK-Snarks）的功能，则数字资产的整体Token化将全面超越受内部激励限制的传统经济模式。

实现区块链的业务目标

为了实现区块链的上述业务目标，我们必须评估需要提供服务的各个维度。在详细介绍上述模型功能的图表概述中，Ethereum能够实现分布式数据库协调方案，激励层以及Token化，而R3 Corda和IBMFabric尚有一些功能未涉及。

我们针对现实世界不同的业务场景应用不同功能，以更好地理解平台的功能。

图7：功能摘要

信息的有效分配

从功能上讲，从分布式系统的数据库协调和利用角度来看，这些产品有着同样相匹配的功能。 R3 Corda，IBM Fabric和企业版以太坊确实具有分布式信息分配功能，可以通过不同层次的访问权限控制和联盟配置管理来促进信息分配。虽然每个平台的软件架构配置都不相同，但每个平台都可以执行有效的信息分配和协调所需的性能。

可信不可篡改的信息

在许多这些技术的背景下，不变性被视为信任的同义概念。在评估不变性特征时，必须了解的是，在利用基于Apache的数据流工具（如Kafka）的系统中，存在允许读/写数据访问的固有功能。因此，由于在系统设计中进行了一些选择，IBM Fabric的不变性方面受到一定限制。

对于R3 Corda基于UTXO模型的系统，不变性方面在整个系统范围内保持不同。由于其系统的整体分布式账本设计，它们已经建立了可在整个平台上展示的某些信任方面。

在以太坊背景下建立起来的信任和不变性都是在基于Patricia Merkle Tries的公有链的子协议中。由于这种生态系统内核心软件范例的保存以及与公有链的可连接性，以太坊区块链和以太坊的相关派生能够充分证实不变性。随着资产数字化开始，这种不变性中获得的信任终将增加生态系统的价值。

资产数字化

应该认识到，IBM Fabric名义上能够创建数字资产的，因为资产的数字化实际是把产品注册成数字格式。但是在Fabric上创建的数字化资产将只能在Fabric的系统上运行。就像如果你在某一电子邮件客户端A上创建的邮箱只能够与使用完全相同的电子邮件客户端A的人进行通信，这与当前世界中存在多个电子邮件客户端可以互相通信的不同。

R3 Corda也存在类似的不一致之处，因为R3的平台用户在与R3之外的其他平台进行交互通信时会受到限制，从而导致供应商锁定(vendorlock-in)。由于R3 Corda主要关注银行客户，而银行需要独立的银行软件。应该指出的是，该平台的用户将仅限于与仅使用R3 Corda的机构建立银行业务关系，无法与不使用R3 Corda的生态系统伙伴进行无缝互接。

由于以太坊是一种类似于Web服务中的HTTP或TCP / IP的底层协议，因此不存在只面向以太坊的构建者“供应商锁定”问题。通过以太坊区块链的不同方面建立的信任关系能够在全球资产数字化的新经济体系内发挥作用。如果再参考电子邮件示例，以太坊协议可以被视为与IMAP或POP3类似的通用协议来访问电子邮件。

以太坊和以太坊派生的协议可以充当区块链基础设施，公司可以建立数字资产。类似于每个公司在90年代后期能够使用HTML创建网站，每家公司都能够使用以太坊智能合约为其服务和产品创建数字经济，这些合约可以创建token，可通过更广泛的网络访问。

未来之路

为了构建一个足够强大的平台，可以与公共市场进行互动，该系统必须能够满足业务需求，以实现数据的高效处理、额外的信任分配层以及具备数字经济资产的代表能力。显然，这三个维度的目标都是通过不同的技术进步和技术配置来达到类似的目标。

在未来的道路上，我们必须考虑经济商业模式在这个生态系统中的发展方向，显然基于以太坊的平台在融入数字经济中具有优势，尽管在某些数据交易中存在明显的弱点，这正是IBM Fabric和R3 Corda的突出特点。

由于不同的区块链和分布式账本平台被快速迭代使用，并且超越了我们当前技术时代已有功能，所以围绕使用哪个平台进行构建的决策将会严重依赖于我们的生态系统中的场景用例，可以看到不同的用例相互依赖。

本文并不试图说明一个平台总体上比另一个平台更好，而是在于说明各有特色。以太坊具有的某些功能是Fabric和Corda这样的分布式账本所没有的，但Fabric和Corda也有Ethereum目前不能达到的较高的性能。

为了真正实现现有系统所期望的交互和可扩展性的水平，必须构建和设计一个协议，并考虑到所有的交互，类似于互联网最初设计的方式。以太坊作为协议，能够充当基础技术栈，为足够广泛的生态系统提供服务，可以涵盖经济环境中的必要因素，但请记住，该平台目前尚不完整，并且还可能受益于之前DLT对手们固有的功能。

第7篇：分布式系统设计与应用范文

关键词：TTE网络 分布式 数据采集

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）05-0000-00

1 引言

目前，数据采集系统一般使用集中采集方式，被测系统通过电缆连接到数据采集设备，数据采集设备采用商用总线（VME、CPCI）等通用总线设计。虽然这种设计方便，但是这种系统存在较大的缺陷，主要表现在以下几个方面：一是系统同步性差，采集到的数据往往是不同时刻值的数据，无法准确评估在同一个时间剖面内被测系统的工作状态；二是系统实时性不高；三是系统布线复杂，可扩展性差。

针对上述问题，本文提出了一种基于TTE网络的分布式智能数据采集系统。解决了传统以太网以事件为触发机制而存在的不确定性，继承了传统以太网的优点，同时还具有高实时性、确定性、高可靠性等特点。

2 系统实现

2.1 系统构成

分布式智能数据采集系统采由一个主采集节点和若干个智能子节点组成，其组织原理如图1所示。其中主采集节点是系统的控制核心，负责整个系统数据采集控制、数据存储与传输、时钟同步、系统管理等；智能子节点可以自主的完成规定的数据采集动作，实现数据的缓存，时间同步及采集数据上传等功能。

分布式智能数据采集系统采用主采集节点统一授时，各个子节点在此授时的同步下完成数据采集动作，经理论分析和试验验证，系统的同步误差小于1us。该系统可以为数据分析提供更加平滑的时间剖面，为分析被测系统在同一时刻下各个节点的状态提供强有力的支撑。

2.2 主采集节点实现

主采集节点由主控单元、存储单元及TTE接口协议单元组成。主控单元是系统的控制核心，对外接收数据采集方式配置并上传系统工作状态，对内控制采集系统的工作；存储单元用于存储采集到的数据，用于事后分析和处理。

主控单元接收上位机配置信息和控制指令，上传系统工作状态和关键数据。主控单元由ARM处理器、FPGA、电源系统等组成。ARM处理器完成主控单元事务处理工作。FPGA是控制的核心，数据采集系统的时间同步、数据接收、存储等核心功能均由FPGA实现。存储单元选用美光公司的NANDFLASH器件，设计容量可达64GB到512GB。

2.3 智能子节点实现

子节点实现具体的数据采集功能，周期的完成规定采集动作，并将采集数据通过光接口上传到主采集节点。从功能上分为TTE接口协议单元和功能单元两个部分。TTE接口协议单元实现同主采集节点的通讯，完成数据、状态等信息的上传和指令信息的接收；功能单元完成具体的数据采集，按类型可以分为总线数据采集、AD、开关量等。

3 结语

本文描述了一种分布式智能采集系统的设计，该系统具备实时性好、同步精度高等特点，经使用验证，该系统工作稳定、可靠性高，可以应用于对数据采集要求较高的场合。

参考文献

第8篇：分布式系统设计与应用范文

关键词：CAN总线高速采集A／D转换数据传输

在某大网架结构的建筑中，由于网架结构的特殊性及其所处地理位置在沿海台风多发地带，因此需要设计高速数据采集系统对网架结构的健康状况进行实时监测，并对数据进行实时分析和评估。由于需要对网架上受力情况进行多点监测，考虑到硬件集中控制扩展能力差且在现场施工有较大的布线困难，因此本系统采用目前广泛应用的分布式系统设计方案，将各个控制单元分布在现场各采集点上。为了实现分布式系统的监测与控制功能，需要建立良好的通讯方式，以完成系统主机与各智能单元之间的信息交换与通信。根据本数据采集系统的特点，其通信系统应具有良好的可靠性、适应性、可扩展性和简单的连接方式，并能满足长距离传输的需要。由于此数据采集系统节点数多(100路)、对信号传输速度要求高且误码率低，利用485总线搭建数据采集系统的传统方式，其最大控制结点只能有32个，在超过lkm的布线结构中传输速度只有lOOkbps，且“数据碰撞”和“死锁”等问题不易解决，因此采用485总线显然达不到设计要求。

相对于传统的485总线来讲，控制器局域网CAN(ControllerAreaNetwork)作为现场总线的一种，以其分时多主、非破坏性总线仲裁和自动检错重发等灵活、可靠的通信技术解决了485总线现场调试困难、开发周期长等问题[1]。尤其在较为艰苦的安装环境中，其高效的现场调试性能显得尤为实用。作为一种分散式、数字化、双向多点、具有高速率高可靠性特点的通信系统，CAN可以构建灵活的多主通讯机制，也可以建立主从式结构，而且这两种方式下的硬件物理联接完全相同。其自动进行数据编码、CRC冗余校验、出错自动重发的功能保证了数据的准确率，某一节点严重出错时能自动脱离总线保证了系统的稳定性，且其具有极强的带负载能力，可驱动多达110个节点，可满足本系统高速、精确、多负载的要求。

1采集卡硬件电路的设计

1．1CAN总线分布式系统结构设计

系统结构如图1所示。本系统由上位监控PC机、CAN总线适配卡和控制单元三部分组成。上位监控PCs机采用IBM-PC兼容机，主要负责对系统数据的接收与管理、控制命令的发送以及各控制单元动态参数和设备状态的实时显示；CAN总线适配卡可以使PC机方便地连接到CAN总线上；控制单元以单片机为核心，主要负责对现场的环境参数和设备状态进行监测，对采集来的数据进行打包处理并将处理过的数字信号通过CAN通信控制器SJA1000送入CAN总线。

1．2控制单元模块设计及关键问题的解决

控制单元的主要功能是将现场采集的模拟信号转换成数字信号，通过CPU处理后再由CAN总线控制器打包送上CAN总线以便上位机接收处理；接收上位机控制信号，实现现场控制的具体操作。具体需要解决的问题为：①CAN模块设计；②A／D模块设计。

1．2．1CAN模块设计

控制单元以8位单片机AT89C51为核心，选用器件SJA1000作为CAN控制器，并选用芯片82C250和6N137作为CAN控制器接口和光耦隔离。硬件电路如图2所示。

系统采用的CAN总线通信控制器SJA1000是PHILIPS公司生产的一种独立式CAN器件，其原理框图如图3所示。它与CAN2．OB相兼容[1]，同时支持11位(BasicCAN模式)和29位(PeliCAN模式)识别码。

图2中AT89C51单片机的ALE、WR、RD端分别控制SJA1000的ALE／AS、WR、RD端，地址和数据线ADO～AD7由P0口分时复用实现。SJA1000的中断请求信号INT在中断允许且有中断发生时，由高电来此跳变到低电平，所以INT和AT89C51的INT0直接相连。片选信号CS由GAL译码电路控制，当CS接到低电平时，SJA1000被选中，CPU可对SJA1000进行读／写操作。为了增强控制节点的抗干扰能力，防止线路间串扰，SJA1000通过光耦6N137与82C250相连，从而使总线上各个CAN节点之间实现隔离，以保护CAN控制器正常工作。82C250是CAN总线收发器，是CAN控制器SJA1000正常工作与CAN总线的接口器件，对CAN总线以差分方式发送。其引脚RS用于选择82C250的工作模式(高速、斜率控制或等待)。RS脚接地，82C250工作于高速方式，RS脚串接一个电阻R后再接地，若82C250处于CAN总线的网络终端，总线接口部分必须加一个120Ω的匹配电阻，以保护82C250免受过流的冲击。

1．2．2A／D模块设计

A／D芯片选用12位高速采集芯片AD574。在本设计中，A／D模块的功能是将外部模拟信号通过AD574转换成数字信号后并行输入到AT89C51，然后AT89C51将其打包，并行输出至CAN总线通信控制器SJA1000，经总线收发器至CAN总线。其监控电路采用DS1232，它具有电源监控、手动复位和看门狗功能，还能同时输出高低电平的两路复位信号，分别输出至AT89C51和SJA1000的复位端，以满足本次设计的要求。

2软件设计

本健康监测系统要求软件部分具有现场数字信号显示、检测并驱动现场信号设备等功能。在本设计中主要完成两部分任务：第一是PC机部分的上位机显示，主要通过集成开发环境软件设计出上位机监视显示界面，其重点在于PC机与现场节点间的通信；第二是现场节点控制设计，即设备驱动功能的实现，目的是能接收上位机的控制信号，使现场节点按既定的工作方式工作。

根据系统的工作要求，工作重点包括CAN总线通信程序、看门狗的初始化、A／D采样控制程序、执行机构控制程序和控制算法等，主要流程如图4所示。限于篇幅，这里着重介绍SJA1000初始化程序设计、发送程序设计、接收程序设计以及A／D转换程序的设计。

2．1SJA1000初始化设计

初始化流程图如图5所示。AT89C51上电或复位后，调用复位程序给SJA1000的复位端(RST)提供复位信号，使SJA1000进入复位模式。SJA1000的初始化只有在复位模式下才可以进行。初始化程序主要完成以下寄存器的设计：(1)通过对SJA1000的时钟分频寄存器定义，判断是使用BassicCAN模式还是使用PeliCAN模式；是否使能CLOCKOUT及输出时钟频率；是否使用旁路CAN输入比较器；TX1输出是否采用专门的接收中断。(2)通过写验收码寄存器和验收屏蔽寄存器定义接收报文的验收码，以及对报文和验收码进行比较的相关位定义验收屏蔽码。(3)通过写总线定时寄存器定义总线的位速率、位周期内的采样点和一个位周期内的采样数量。(4)通过写输出寄存器定义CAN总线输出管脚TX0、TX1的输出模式和输出配置。(5)清除SJA1000的复位请求标志，进入正常工作模式，这样SJA1000方可进行报文的发送和接收。

2.2发送和接收程序设计

单片机将要发送的报文送到SJA1000的发送缓冲区，然后将SJA1000命令寄存器的发送请求标志位(TR)置位，发送过程由SJA1000独立完成。在新报文写入发送缓冲区之前，必须检查状态寄存器的发送缓冲器的状态标志位(TBS)，若为“1”，则发送缓冲器被释放，可将新的报文写入发送缓冲器；否则，发送缓冲器被锁定，新的报文不能被写入，发送程序可以采用中断方式和查询方式。在本次设计中，采用的是查询方式。

报文的接收也是由SJA1000独立完成的。收到的报文通过接收滤波器存放在FIFO中，第一条报文进入接收缓冲器，由状态寄存器的接收缓冲器状态标志位(RBS)和接收中断标志位(RI)标出。单片机从接收缓冲器取走一条报文后，要通过置位SJA1000的命令寄存器来释放接收缓冲器。在本次设计中，接收程序的设计采用的是中断方式。

2．3A／D转换设计

第9篇：分布式系统设计与应用范文

【关键词】数据采集与监视控制；长输管道；集中式结构；分布式结构

1.长输管道监控特点

长输管道一般分布广泛、站点较多，输送介质多为天然气、原油、成品油、液态天然气、水和其他液态化工产品等。一般采用密闭输送流程，所有泵站、压气站、分输下载站、配气站、截断阀室和管路等构成完整的水力系统。因此，长输管道一般设立调度控制中心由SCADA系统进行集中监控、统一调度，实现中心控制、站控和就地控制相结合的控制方式。有的管道设立站点监控，有的并不设立站点监控，而是通过调度控制中心统一进行管理。站点的远程端由PLC或RTU进行数据采集和监督控制，将控制数据传输到调度中心，从而完成整个管道的自动化控制。长输管道的通信系统是决定整个SCADA系统可靠性和有效性的重要基础，目前多采用自建光纤、卫星、微波、电话等多种方式，不同的通信基础直接决定了SCADA系统调控中心数据库系统结构的选择方式。通过以上分析，可以看到非光纤通信条件下，长输管道要求SCADA系统设计必须满足低速和有限带宽的长距离通信要求。在SCADA系统中，控制器中的数据以非常小的数据包进行传输，许多历史数据存储在中心数据库中。监控数据以逢变则报或进行内部轮询以达到最小数据的目的传输，并且控制器都具有历史回填的功能，在通信恢复时，能够将传送失败的历史数据重新传输到中心数据库，以保证数据的完整性。

2.长输管道SCADA系统国内外现状及发展

SCADA系统是建立在数据库基础之上的一系列应用软件的组合，其主要功能有系统模拟图实时监控―实时监测沿线各站库生产运行数据；历史数据分析―包括历史数据曲线、超限额运行时间统计等。经概括，SCADA系统的硬件构成有四种形式：PC+板卡，PLC，DCS及RTU远程终端单元，在功能上都有完成数据采集与控制的能力，但它们各有不同的适用范围。DCS适合于大型生产装置，如炼油厂、化工厂的大型成套化工装置，DCS具有独立的软硬件，运行稳定可靠；缺点是价格昂贵，扩充麻烦。PLC适用于控制，规模可大可小。RTU则适用于小型局部的场合，优点是通信灵活，计算与数据存储能力强，如用于输气管道进出口的流量采集，天然气计量采用RTU产品，具有明显的甚至不可替代的优势。可实现SY/N6143计量标准嵌入式应用，大幅提高可计量程序运行的可靠性和实时性；流量累计等重要数据在RTU内做备份，而不仅依赖传统的计算机做数据备份，即使计算机和通信设备出现故障，数据依旧可恢复，大幅提高了数据存储的安全性。SCADA系统由 PLC和通信技术共同发展而来，具备高度灵活的通信方式；可选择自建光纤，租用公网，卫星通信，CDMA，GPRS等有线和无线通信方式；根据不同的通信方式选择适合的通信协议，目前常用的有DNP，OPC，CIP，Modbus TCP/IP，IEC60870-5-104 TCP/IP 等；可根据施工和投资的具体方案及数据通信所需带宽的要求，选择合适的通信方式。基于目前采用集中控制的要求，一般设有两个独立的物理网络，并保证SCADA 通信系统的冗余性。

3.调度控制中心数据库的集中式和分布式结构

集中式系统结构虽然效率高，但由于负荷集中，计算机硬件和软件的扩充受到限制，目前国外很多厂家的远程站点的数据库都限制在25000点以内。如中石油北京油气调控中心，由于不同管段的建设时间不同，其选用的 SCADA系统不同，造成调控中心必须选取集中式系统结构。其天然气管道，为保证调度中心SCADA 系统的稳定性，将所有站点分为几套服务器分别进行处理。在这种特大型结构中，必须选择最佳数据存储方法和访问结构，集中式也要解决这些差异问题。再如，中国石化运行的珠三角成品油管道，采用 ABB公司的SCADAVISON集中式数据库，目前站点为22个，数据点达22000点，也基本达到了它的运行负荷能力。目前，世界范围内天然气长输管道多采用该种结构，需要调度中心数据服务器根据站点数量进行统筹划分设置。

在集中式数据库系统和通信技术发展的基础上产生和发展了分布式数据库系统，虽然已发展成熟，但工业化控制系统采用这种数据库的SCADA系统的情况出现在20世纪90年代末，成功推出应用的也不是很多。各个站点服务器的采集数据原理同集中式；区别在于调度中心总服务器对各个站点服务器数据库进行实时访问，通过一定的数据访问权限和验证模式的设置和授权形成了全局共享结构，实现了全局数据库信息的调用。历史存储信息分布在各个远程站点中，站点中的数据库服务器的数据实时到调度中心总服务器内存中，调度中心总服务器仅对重要数据进行处理和归档，而实时操作日志分别存储在调度中心总服务器和相应数据源的站点服务器中，从而实现了数据、网络优化的高效数据库。目前典型应用的场合是中国石化的西南成品油管道，全线共21个站点，2座调度控制中心。这种分布式数据库实现了对处于极度分散的远程数据的无缝访问，实现操作控制信息的交互、动态调整用户和信息应用需求。不同数据库间的历史查询，避免了数据库的复制，同时避免了控制层 PLC控制器数据的双重响应。实时数据、报警、操作日志只有在发生变化时才会递交给调度中心服务器；没有设置内部系统的轮询机制，也降低了对通信系统的要求。虽然目前工业用分布式数据库系统还处于中小型阶段，能否向更大数据库的规模化发展，受到通信系统、计算机和软件应用系统的可用性、可靠性及数据的存取效率等的直接影响，有待理论的进一步突破。

4.集中式和分布式系统结构比较

两种数据库技术在工业领域都有实际的应用，分布式系统结构是在集中式系统结构的基础上发展起来的，但并不是简单地将集中数据库分散到不同的场地，它在实现数据库的独立性、数据共享、数据冗余、并发控制、完整性、安全性、事务处理等方面具有更加丰富的内容。分布式数据库较集中式数据库有着自己不可替代的优势，若网络结构中通信恢复、诊断、优化的问题能得到解决，必将在SCADA系统和生产管理系统等融合扩展方面取得更大的发展。

5.结束语

集中式系统结构的SCADA系统作为经典、成熟的结构方式，已在长输管道领域得到广泛的应用；而分布式系统结构是数据库技术和网络技术两者相互渗透和有机结合的成果。作为一门创新技术，若网络结构中通信恢复、诊断、优化的问题能得到解决，分布式系统结构的SCADA系统将有更加长足的发展。因此，在实际应用中要灵活选用，根据系统的安全可靠性和运行模式要求配置主控中心、备用控制中心、分控站和站控，最大限度地发挥不同结构的作用。

【参考文献】

[1]田洪波，姜波，武建宏.SCADA系统在长输管道的应用和发展[J].石油化工自动化，2008，（04）.