（电力系统及其自动化专业论文）电力系统面向对象实时数据库系统的研究.pdf

个基础平台，其安全性也显得尤为重要。因为一旦数据库不能保证其安全性，数 据库中的数据在运行过程中被破坏，将会造成不可估量的后果，也会导致其他系 统的崩溃。因此，在本系统的安全性方面，考虑了两方面的问题，一是要考虑用 户访问数据的合法性，二是要考虑系统的安全性，并采用加客户权限和数据并发 控制加锁的方法来达到保证安全性的目的。本文同时也提出了一种实时数据信息 发布方式，使实时数据可以在整个系统内实现共享。 本文所采用的设计思想和所开发的软件系统，符合电力系统及计算机新技术 的发展潮流，软件的开发遵循软件工程的标准和规范。实时数据库管理系统 ( r t d b m s ) ，具有开放性、分布式数据库和面向对象的特征，且以c s 方式向其他 应用程序运行时提供服务，是一个相对独立且功能强大的真正的实时数据库管理 系统，能够保证以此为基础的其他应用软件具有优异的整体性能。设计过程中采 用了面向对象技术，很好地解决了软件的维护量大，扩充困难等方面的问题，能 够满足电力系统监控自动化软件系统要求，可以作为一整套独立的通用电力系统 实时数据库管理系统推广应用。 关键词： 实时数据库、面向对象、电力系统 第4 页 a b s t r a c t t h es u p e r v i s i o n ( d i s p a t c h ) a u t o m a t i o ns y s t e mi np o w e rs y s t e mi sv e r y c o m p l i c a t e ds o f t w a r ee n g i n e e r i n g i t sv a r i o u sa u t o m a t i o nm e r i t sa b i l i t y s a r er e a l i z e da l ln e e dt ob ee s t a b l i s h e da b o v et h ep o w e rs y s t e m r u n n i n gs t a t e d a t a a n dt h er u n n i n gs t a t eo ft h ep o w e rs y s t e ma tc e r t a i na r ed e s c r i b e d b yt h er e a lt i m es t a t u sd a t at h a ta r eg a t h e r e di ns a m em o m e n tb yt h e o b s e r v i n ga n dc o n t r o l l i n gd e v i c e st h a td i s t r i b u t e da tt h ev a r i o u sp o i n t s i fw ew a n tt ou s et h e s ed a t at os y n t h e t i c a la n a l y s i sc a l c u l a t ee f f e c t i v e l y ， w en e e dt of o r mi n d e p e n d e n c et h ed a t a m a n a g e m e n ts y s t e mi no r d e rt oo r g a n i z e a n dm a n a g et h ed a t ae f f e c t i v e l y t h i ss y s t e mc a np r o v i d et h er e a lt i m et o t h ea p p l i c a t i o na n dt h eh i g he f f i c i e n c ya n da c c u r a t ea n dc o n s i s t e n tt h e d a t aa c c e s ss e r v i c e r e a l i z i n gt h e e f f e c t i v e m a n a g e m e n t t o t h e r e a l t i m e d a t a ，t h e c o m m e r c i a lr e l a t i o nm o u l dd a t a b a s ea d m i n i s t r a t i o ns y s t e mt h a tu s i n gi sa t p r e s e n tr i p e n e da p p l l e di so n ek i n do fp o s s i b l es e l e c t i o n ，b u te x i s t s f o l l o w i n gt w om a j o rp r o b l e m s ：f i r s t l yb e i n gt h el i m i t a t i o n st h a tc o n c e r n s t h em o d e li t s e l f ，w ek n o w ，a n dt h er e l a t i o nm o d e le s t a b l i s ha b o v et h et w o d i m e n s i o nc o n c e r n st h ed a t ad e s c r i p t i o no ft a b l ea n dc o n c e r n st h eo p e r a t i o n r u l e ，a n d c a nd e s c r i b et h ed a t at h a t e x i s ti na l l o b j e c t i v ew o r l d s c o n c e r n i n gi np r i n c i p l e b u tw h e nd e s c r i b i n gl i k et h eg e n e r i ca n dw h e n g e t t i n gt o g e t h e rt h i sk i n do fr e l a t i o n ，t h er e l a t i o nm o d e lt h r e a dl o o k s h e a v ya n dt h ee f f i c i e n c yi sl o w ，a n di sh a r dt os u i tt h ep e r f o r m a n c e r e q u i r e m e n t s o fr e a l t i m ed a t a m a n a g e m e n ts y s t e m ；s e c o n d l yb e i n gt h e c o m m e r c i a lr e l a t i o nm o u l dd a t ab a s ei t s e l fn o ti sf o rt h er e a l t i m ed a t a t oa p p l ya n dt h ed e s i g n ，t h e ya 1 1a r et h ed i s cd a t a b a s e ，a n da r eh a r dt o 第5 页 p r o v i d et h ed a t aa c c e s sc a p a b i l i t yo fr e a l t i m ed a t aa p p l i c a t i o ns y s t e m n e e d s o nt h ef o u n d a t i o no fs t u d y i n go ft h ep o w e rs y s t e md a t ac h a r a c t e r i s t i c s ， t h et e c h n o l o g yo fo b j e c t o r i e n t e d ，t h e n e w l yd e v e l o p e do fo b j e c t o r i e n t e dd a t a b a s et e c h n o l o g ya n ds o f t w a r ee n g i n e e r i n g ，t h et e x th a s p u t f o r w a r dt h ed e s i g nt h o u g h tt o w a r d st h eo b j e c t - - o r i e n t e dr e a l t i m ed a t a b a s e s y s t e m i ti su s e dv i s u a lc + + 6 0s e r v i n ga st h et o o l ，a n dh a sd e v e l o p e d t h er e a l t i m ed a t a b a s es y s t e mc a no p e r a t ei nw i n d o w s2 0 0 0 t h i ss y s t e mu s e s o b j e c t - - o r i e n t e dd a t a b a s et e c h n o l o g y ，t h i ss y s t e mi su s e do b j e c t - - o r i e n t e d d a t ab a s e t e c h n o l o g y ，a n df u l l yt h i n k i n go v e rt h er e q u i r e m e n to fr e a l a p p l i c a t i o n ，t h ew h o l ed e s i g ni n c l u d e st h em a j o rc o n t e n t ：t h ed e s i g no f a r c h i t e c t u r a ls t r u c t u r e d a t as t r u c t u r e d e s i g n a n dt h ec o m m u n i c a t i o n f a c i l i t yd e s i g na n dd a t aa c c e s sm e r i ti nr e a l t i m ed a t aw a r e h o u s et h e a b i l i t yd e s i g n a sw e l la sd a t ab a s e s a f e t yd e s i g n t h i ss y s t e mu s e s c u s t o m e r ss e r v e rs t r u c t u r et h a ts u i t st h en e t w o r ko p e r a t i n g i to r g a n i z e s t h ed i f f e r e n th i e r a r c h yd a t ao b j e c ta c c o r d i n gt ot h ep o w e r s y s t e mh i e r a r c h y c h a r a c t e r i s t i c s ，a n db yw a yo fv a r i o u sp o i n t e r sa n dc h a i n e dl i s tc o n s t r u c t s t ob u i i d r e l a t i o n s h i pb e t w e e n v a r i o u sl a y e ro fe q u i p m e n to b j e c t ，a n d r e t r i e v a la n dt h eq u e r yo fd a t ah a v eb e e nr e a l i z e dt ot h eh a s hf u n c t i o n t h a tu t i l i z a t i o nv cp r o v i d e d i no r d e rt op l e d g et h er e a l t i m ed a t ao p e n i n gp r o p e r t yo fd a t a b a s e ， t h es y s t e mp r o v i d e st h ec o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c ef o ra p p l i c a t i o ns o f t w a r e o fo u t s i d e ，w i t ht h e e x c h a n g et or e a l i z ei n f o r m a t i o n i tr e a l i z e st h e c o m m u n i c a t i o na c c o r d i n gt od i f f e r e n tr e q u i r e m e n t sb yw a yo ft h ep i p ea n d m e m o r y s h a r e d t h er e a l t i m ed a t a b a s ei sa saf o u n d a t i o nt e r r a c ei nt h e a u t o m a t i o ns y s t e m ，a n dh i ss a f en a t u r ea l s ol o o k so u t s t a n d i n ga n da t t a c h e s 第6 页 m o s t i m p o r t a n c et ow a n t i n g b e c a u s ei nas i n g l ed a yt h ed a t a b a s ec a n n o t p l e d g e dh i ss a f en a t u r e ，t h ed a t ai nt h ed a t ab a s ea r ed e s t r o y e di nt h e o p e r a t i n gc o u r s e ，a n dc a nc r e a t et h ei n e s t i m a b l ec o n s e q u e n c e ，a n da l s oc a n l e a dt oc o l l a p s i n go fo t h e rs y s t e m s t h e r e f o r ei tt h i n k so v e rt h a tu s e r v i s i t st h ed a t aa n ds y s t e m a t i cs a f e n a t u r e ，a n du s e sa d d i n gc u s t o m e r s 1 i m i t so fa u t h o r i t ys u ma n dt h em e t h o de r u p t i n gs i m u l t a n e o u s l yt h ec o n t r o l 1 0 c k i n gt oa c h i e v et h ep u r p o s et op l e d g es a f en a t u r e t h i st e x th a sa l s o p u tf o r w a r dam e t h o do fr e a l t i m ed a t ai n f o r m a t i o ni s s u e da tt h es a m et i m e ， a n dm a k e st h er e a l t i m ed a t ac a nr e a l i z ei nt h ew h o l e s y s t e ma n de n j o y a l t o g e t h e r t h e o r yt h o u g h tf i t st h ep o w e rs y s t e ma n dt h ed e v e l o p m e n tt r e n do fn e w t e c h n o l o g y o f c o m p u t e r ，a n d t h es t a n d a r ds u m s t a n d a r do fs o f t w a r e e n g i n e e r i n gi sf o l l o w e di nt h ed e v e l o p m e n to fs o f t w a r et ot h o u g h tt h a tt h i s t e x ti s d e s i g n e d a n ds o f t w a r et h a t d e v e l o p s t h e r e a l t i m ed a t a b a s e m a n a g e m e n ts y s t e m ( r t d b m s ) p o s s e s s e so p e n i n gp r o p e r t ya n dd i s t r i b u t i n g t y p ed a t a b a s ek n e a d i n gd o u g ht ot h ec h a r a c t e r i s t i co fo b j e c t ，a n dj u s t p r o v i d e st h es e r v i c ew i t hc s sm e t h o dw h e nt h e o p e r a t i n g t oo t h e r a p p l i c a t i o n s ，a n di sar e l a t i v ei n d e p e n d e n c ej u s tb i ga n dp o w e r f u lg e n u i n e r e a l t i m ed a t ab a s em a n a g e m e n ts y s t e mo fm e r i t a b i l i t y ，a n dc a np l e d g e s t h ee x c e l l e n tw h o l e n e s sa b i l i t y so fo t h e r a p p l i c a t i o ns o f t w a r e st h a tt a k e s t h i sa st h ef o u n d a t i o n o b j e c t o r i e n t e d t e c h n o l o g yu s e di nt h ed e s i g n p r o c e s si sw e l lt os o l v et h em a i n t a i n a b i l i t ya n dt h ed i f f i c u l to ne x p a n d ， a n dc a n s a t i s f yt h er e q u i r e m e n to fp b w e r s y s t e m a u t o m a t i o ns o f t w a r e o p e r a t i n gg r e a t l y ，a n di tc a nb ep o p u l a r i z e da n da p p l i e da st h ec o m p l e t e a n d i n d e p e n d e n c er e a lt i m ed a t a b a s em a n a g e m e n ti np o w e rs y s t e m 第7 页 k e y w o r d s ： r e a l t i m ed a t a b a s e ：o b j e c t - o r i e n t e d ；e l e c t r i cp o w e rs y s t e m 第8 页 出丕盔堂亟主堂焦途塞 引言 0 、1 课题意义 随着计算机技术的飞速发展，数据库理论与技术的发展也极其迅速，其应用 目蕊广泛，在当今的信息丰土会串，铝几乎纛所不在。阪关系垒为代表的三大经典 ( 屡次，鼹状，关系) 型数掇库在传统的( 商务和管理的事务型) 艨用领域获得了 极大成功，传统的数据库技术对于管理量大但结构简单而稳定、操作简单、结构 证黪数据缓蠢效，宅钢8 l 缀磐越鞭务予一类有羧的传统饔务帮管瑾饔务壁藏援。 然而它们在现代的( 非传统) 数据库应用，如雷达跟踪、空中交通管制、武器制 导、蟊标跟踪与识潮、实静仿真、指挥控铡、c a d c t 擅i 、工厂自动亿、过程控制、 网络管理、电力调度等工穰和时间关键型应用面前却显得软弱无力，面临豢麟鳇 严峻挑战，由此而导致了实时数据库( r t d b ) 的产艇和发碰。 传统豹数握疼系缝鏊衣懿瑾衷久，稳定瓣资赫，强调缭轳资瓣豹完整憨，一致 性，其性能目标是高的系统褥吐量朔低的代价，而根本不考虑有关资料及熟处理 静怠辩鞭翻，所戳，传统的数据库管理系统( d b m s ) 不能满足这稀实时磁用豹 需要。而传统的实时系统( 实时战略类游戏) 虽然嶷持任务的定时限制，假它针 对的是结构与关系搬简单，稳定不变和可预报的资料，不涉及维护大援共享资料及 它靛夔竞整瞧季器致蛙，戈荚是爨重瓣一致愁。因魏，只寄褥溪者豹概念、羧零、 方法与机制“无缝”集成的实时数榴库( r t b b ) 才能同时支持定时和一致性。 近咒年来，数据库豹瘦褥正获传统颁域l 句新酌骥域扩震，翔鼗播通信、电力 调度等网络臀理、实时仿真嬉等。髓黄电力系统的攀断发殿，垦前魄力市场正在 走向市场，参与市场竞争，这些改革对于电力系统的经济运行、安企控制等方面 提出了更秀严搀戆要求。然薅电力系统孛豹数蕹售惑不饺数爨庞大，瑟显瓣意万 变，为了更好的控制系统的运行，监控人员需要及时获取数据信息，并且能够在 发生敬辕静辩候，傲斑正确瀚判凝，采取鞠虚措施，以减少敏漳带来的损失。这 些应用有着与传统应用不同的特征，对于数据信息掇豳了耨的震求，即一方暖， 箱9 页 要缭秽丈謇莠享炎辩积控锻爨瓣；贯一方甏，葵痤爱嚣囊( 锰务或霉务) 套缀强 的时间性，要求在舰定的时刻和( 或) 一定的时间内完成冀处理；同时，所处理 的资料也往往是“短暂”鲍，邸鸯一定豹露效融阕，过时裂毒毅熟资凝产生， 瑟当麓鹣决策或接蛰交或无效。掰以，这孝孛斑耀对数据痒鞠实时处避秘器静功戆 及特性均有需求，溉需要数据席来支持大量瓷料的共享，维护资料的一墩性，又 需要突时处理来支掩其任务( 攀务) 与资料鼹定时隈爨。实辩数据库蓉绫( r t d b s ) 就怒篡饔务和资料都可以有定时特性或显式的定时限制的数据库系统。祭统的正 确性不仅依赖于逻辩结果，而强逐依赖于逻瓣结果产生的对阕。实时数据瘁系统 帮传绞数撂疼系统农概念、瑟瀵、缝穆、翼法等方嚣存在麓缀大煞菠蠲，袋摄本 的区剐在于资料与事务的定时敝制。这里要措出的是，“实时”并葺# 简单地意 味着快，快固然需要，但对r t d b s 而言，实时指的是能施加和处理“鼹式”的 定懿黻露l ，鄄傻霜“谖对协议”寒楚璞旁必豹藏壹辩阉或定蘩鞭潮。 嶷时数据库系统在电力胬幼俄控制系统巾具有核心地挝，它是系统避行数据 与信息存储、处理和分析中心，怒电力系统嫩控软件不可或缺的软件支掩平台之 一。觚菜拳孛程度上说，实辩数攥瘁系统已经成为电力系统囊动纯控制游纂石，它 的体系结构合理性、功能完熬饿及其整体性熊将直接影响系统的应用水平。 o 、2 研究现状 0 、2 、1 面向对墩实时数据库的发展橛况 8 0 每代孛鬻戳，蟊藏对聚安跨数豢瘴瑶| 起了越来越多豹数据瘴磷懿者静极 大兴趣，时至今日，人们已经对崧豹体系结构、数据组织与存取方法、事务处理、 并发控制、恢复技术蒋方面遴褥了大量的探讨每研究，取褥了一定的成果。早期 豹萄囱对象数据商潞包括o r p b a e l 公司的g b 8 s e ，o n t o l o g i c 公司的v b a s e 和 s e r v i o 公司的c e m - - s t o n e ，m c c 公司的o r i o n ，法国g i p 公司的0 2 。g 融s e 是 鼹专家系绞痰瘸摇露开发语言争吨o g i c 编写酶蒸予l i s p 静系统。o n t o l o g i c 公霹 第1 0 页 的v b a s e 既是专门的模式生成语言t y p ed e f i n i t i o nl a n g u a g e ( t d l ) 和一种过程 语言co b j e c tp r o c e s s o r ( c o p ) 编写的。g e m s t o n e 是一个多用户的面向对象数据 库管理系统，它是由一种数据定义和操纵语o p a l 控制的。g e m s t o n e 为用户提供了 开发灵活性，即允许用户在c 或s m a l l t a l k 和o p a l 中执行数据操作。o r i o n 系统 是用l i s p 语言开发的一个面向对象数据库系统。0 2 系统是法国几家公司和大学的 合作项目a l t a r 的产物，后由g i pa l t a i r 公司进行开发和销售。这些早期的系统 性能较低，因而对规模较大的应用很难适应近年来用c + + 语言开发了许多新的 商品化系统，如o n t o s ，o b j e c t i v e d b ，v e r s a n t ，o b j e c t s t o r e 等系统。 0 、2 、2 电力系统砸向对象实时数据库的发展 国外对r t d b 的研究非常关注，尤其是美国、英国、德国、瑞典等国起步较早， 现已有许多成功的实验系统，有的甚至己商品化，典型的有h i p a c 、z i pr t d b m s 等 系统。国内的研究起步稍晚，基本上是在8 0 年代末、9 0 年代初才开始，但发展 很快，目前已有成功的实验系统和正式产品。近几年来，随着电力系统自动化程 度的不断提高，调度自动化系统、配电网信息管理系统、能量管理系统等系统在 电力系统中被广泛的应用，作为以上各种系统基础平台的实时数据库系统的重要 性也逐渐体现出来。虽然已经出现了一些商用的面向对象实时数据库系统，但是 由于电力系统具有自身的独特性，因此几乎每一个自动化系统都需要开发自身的 实时数据库系统，这也就造成了资源的浪费，而且由于数据库的开放性不好，也 导致了备系统之问的兼容困难。早期，所有提供电网实时应用系统的厂家，都开 发有快速访问的实时数据库，如e s c a 的h a b i t a t ，能够满足实时应用的要求。但 这些实时数据库没有遵循s q l 标准，开放性差。因此，当前的问题是：“开放的不 实时，实时的不开放“。解决这个问题的办法，就是在商用关系数据库的基础上， 开发一个实时数据库，支持实时应用的快速访问，实现实时性。而对用户操作来 说，仍以s q l 为界面和商用关系数据库打交道，实现开放性。 目前，有两种实现商用关系数据库和实时数据库相结合以解决开放性和实时 第l l 页 出丕态堂亟堂焦途塞 性问题的方法： ( 1 ) 现有实时数据库与商用关系数据库相结合 这种方式通常的做法是，在实时数据库与商用关系数据库之间建立一个信关 ( g a t e w a y ) ，利用关系数据库支持在不同数据库之间交换数据的输出输入 ( e x p o r t i m p o r t ) 机制，通过数据格式变换进行互相通信。 这种结合方式的优点是不用开发新的实时数据库，保护了原有的软件投资。 但问题是由于是两个独立数据库的结合，不可能使用相同的s q l 查询语言，但可 使用由开发厂家定义的一种类似s q l 的语言( s q l - - l i k e ) 来访问实时数据库，因 而具有“有缝连接”之称。 ( 2 ) 在商用关系数据库的基础上开发一个面向对象的实时数据库 这种结合方式通常的做法是在关系数据库面向记录的数据模型上，利用关系 数据库支持面向对象的特性，增加一层面向对象的实时数据模型。这些实时数据 部分，经关系数据库管理系统初始化后即常驻内存，形成完整的、面向对象的实 时数据库，以支持各种实时应用。 显然，这种“无缝连接”方式水平较高，但开发工作量较大，适应于全新开 发的系统。 0 、3 课题的主要内容 在分析电力系统面向对象实时数据库发展概况和研究数据库技术以及计算机 技术最新发展的基础上，根据电力系统自身独有的特点，提出了电力系统面向对 象实时数据库平台的设计方案。该数据库平台的开发环境为：s q ls e r v e r 2 0 0 0 ， w i n d o w s 2 0 0 0 ，v i s u a lc + + 6 0 。本课题共包含两部： 第一部分为系统结构的设计，系统结构的设计包括以下内容： ( 一) ：系统体系结构设计 在分析分布式数据库和客户服务器系统结构及其特点的基础上，结合电力系 统特点，提出电力系统面向对象实时数据库的体系结构。 第1 2 页 ( 二) 、实时数据库模型的建立 实时数据库模型的建立是整个实时数据库系统设计的核心。模型不仅仅是需 求分析的基础，更是设计和实现的出发点。数据库的模型应该尽可能地反映现实 世界和接近人对现实世界的观察和理解。在分析电力系统数据特点的基础上，建 立实时数据库模型。面向对象实时数据库的设计过程就是寻找对象和各对象之间 的相互作用关系，即对真实世界对象建模，站在应用角度对对象进行刻画和描述。 ( 三) 、实时数据库各部分功能的设计 实时数据库是一个要和外部用户相互交互的系统，因此必须保证整个系统的 安全、稳定以及开放。因此，数据库的功能设计主要包括： ( 1 ) 实时数据库存取策略的设计： ( 2 ) 数据库与外部应用程序通信的设计； ( 3 ) 数据库安全性的设计。 第二部分为系统的实现，这一部分主要内容是程序代码的实现，主要包括： ( 1 ) 数据模型的实现，即在数据模型建立以后，将对象模型映射为表： ( 2 ) 数据存取查询的实现； ( 3 ) 数据库与外部应用程序通信的实现。 ( 4 ) 提出了一种实时数据信息发布设计思想，即将实时数据在整个电力系 统通过计算机网络实现共享。 第1 3 页 出丕太堂亟堂僮途塞 第一部分面向对象实时数据库系统设计 1 、1 面向对象实时数据库系统原理 1 、1 、1 面向对象程序设计概述 面向对象程序设计( o o p ) 是一种设计和编写程序的方式，o o p 在本质上有别 于传统程序设计，因为它采用了一种全新的编程思考方式。o o p 把程序看作包含数 据元素和程序行为的数据结构，而不是看作待处理的指令序列。更具体地说，一 个o o p 对象是包含属性和方法的封装结构( e n c a p s u l a t e ds t r u c t u r e ) 。封装这个 词表明它是完全自含的；外部的程序不知道它的结构，而且也不必知道它的结构； o o p 对象用包含的方法处理自己的程序。因此，一个o o p 对象可能有一个显示自己 的方法、一个创建自己的方法和一个修改自己的方法。考虑一个修改线路l i n e 对 象的方法，该方法是o o p 对象的一部分，是一段程序；该程序修改o o p 对象，包 含获取其( 一个l i n e 对象的实例) 自身的当前数据指令，它为来自用户的修改或 其它目的获取数据，修改自己。 o o p 对象是通过发送消息来进行交互的。例如，修改方法通过发送消息给其它 对象来获取数据、执行修改和获得需要的数据。这些其它对象接受消息，并通过 执行自己的方法来做出响应。因为所有的对象都是封装的，没有一个对象能够或 需要知道其它对象的结构。这就减少了复杂性，提供了有效的内聚性“。许多对象 拥有共同的方法。为了减少这种编程的重复，对象被从更一般的类中进行子类化， 一个对象( 比如说0 1 ) 是另外一个对象( 比如说0 2 ) 的子类，那么0 。就继承了0 2 的所有属性和方法。另外o o p 方法的实用性通过称作多态的特点得到了大大提高。 1 、1 、2 面向对象的数据库管理系统 数据库管理系统大致可以分为四大类： 型，其中以关系型数据库最为成熟和完善， 层次型、网络型、关系型和面向对象 在电力系统中得到了广泛的应用。然 第1 4 页 出丕太堂亟堂鱼途塞 而，随着电力系统的发展，逐步暴露出关系型数据库的不足“1 ： 数据类型简单固定，无法实现复杂数据建模； 数据查询功能单一，无法适应复杂数据管理的需要，如果数据类型过于复 杂会导致查询效率大幅降低，不能满足电力系统实时性要求； 割裂数据和数据操作本有的相关性，缺乏管理数据内在动态联系的能力； 语言失配，数据库与应用程序问的接口十分复杂，难以使用。 而面向对象数据库系统是面向对象程序系统和数据库系统相结合的产物，具 有如下的特点“。： ( 一) 对象标识 采用不同的对象标识机理，使得每一个对象具备一个稳定的标识，无论该对 象于何时何地被检索，也无论在数据库模式中处于何种地位。 ( 二) 封闭； 针对不同的数据类型设置不同的操作( 数据库程序) ，以确保对不同类型对象 的模拟和对数据库程序调用的正确性。按照面向对象系统的术语，这些操作称作 为方法。也就是说，任一特定类型对象的动态行为封闭于定义于它的一组方法之 中。 ( 三) 类型层次与继承 面向对象数据库将在结构方面和操作方面具有共性的对象归入同一个类，因 而具有类似o o p 中类的多种属性； ( 四) 可扩充性 新的数据类型可定义为原有类型的次类或超类。系统扩充是通过复用已有模 式中的信息进行的。 因而面向对象数据库很好的克服了传统数据库系统的缺点。对象和类的概念 使它能清楚的描述现实世界中的各类事物，理解和管理各种复杂数据。继承性使 它允许和鼓励类的重用，为软件的可重用性和扩展性提供强有力的支持。它还能 解决数据操纵语言( d m l ) 的不匹配，使程序设计变得简单，提高创建数据库的速 第1 5 页 度。面向对象数据库既支持面向对象意义下的对象创建和管理，又具有传统数据 库系统数据管理的便利，尤其适合于需要管理复杂数据和计算繁多的工程类应用。 近年来，电力系统应用软件的规模越来越大，软件的管理、维护和扩充也越 来越困难，采用面向对象技术已成为解决这一问题公认的有效方法。 1 、1 、3 实时系统概述 在实时环境中运行的计算机，其目的是为了实现对外部对象的实时处理与控 制。实时系统中运行的软件与一般通用计算机中运行的软件是不相同的。通用计 算机的外围设备是通用的、标准的，各种高级语言发展得相当成熟和标准化，并 且与操作系统有较完备的接口。然而，对于实时系统，即使计算机硬件系统是相 同的，如果具体的应用对象不同，那么其上的实时操作系统也可能是很不相同的， 因此实时系统上整个运行软件，包括通常意义下的操作系统功能部分与实时应用 功能部分，必须一体化地针对特定的应用要求进行设计裁制和研制。另外，实时 系统中，计算机是用来代替人和其他机械功能的中心环节，被代替的功能越多， 计算机对各种功能的协调作用就越强。因此实时系统中运行的软件开发涉及到解 决各种时间和空间上的配合问题，既要保证实时性，又要求尽可能压缩存储空间 的开销。 实时系统的基本特点，顾名思义就是它的实时性。在研究和设计实时软件时， 必须紧紧把握住实时性这一基本特点。一般通用软件设计时强调达到尽可能大的 信息吞吐量，这些软件将能适应各种各样的数据处理要求。而实时软件是根据具 体应用环境的要求而设计、裁制和开发的，它具有确定的数据处理要求。因此设 计时强调达到尽可能小的切换时间，以实现较高的实时响应特性。 另外实时系统还具有多任务与并发性特点。在实时环境中，经常会出现多用 户作业的并发执行，并且所引起的任务间的同步、互斥、通信以及资源共享与保 护等问题比较复杂。在程序设计时，由于实时性的要求，实时软件必须支持多任 务操作，注意降低任务切换的时间开销。 第1 6 页 1 、1 、4 面向对象实时数据库 综上所述，面向对象实时数据库是面向对象技术、实时系统和数据库三者的 有机结合。按照面向对象的思想和技术开发的面向对象实时数据库管理系统，能 够支持数据的快速访问和处理以及面向对象的模式存储和访问。数据库访问安全、 可靠、快速，较好地解决了数据库系统的开放性、实时性、数据安全性和一致性 问题。 面向对象实时数据库作为一种特殊的数据库，其特点主要体现在以下几个方 面巴 ( 1 ) 存储介质：商用数据库一般存放与硬介质上( 如硬盘) ，而实时库则为 了满足实时性的要求存放于内存中，所以说实时库又是内存库； ( 2 ) 访问速度：商用数据库一般为秒级，实时库要达到毫秒级甚至微秒级； ( 3 ) 定义方式：商用数据库一般都是通用数据库，用户可以任意定义自己的 库表、字段、关系等。而实时库一般说是为了特殊应用而自行开发的，一般不通 用，不提供给用户定义自己的库表、字段、关系等功能，但提供固定的库表和录 入程序。 1 、2 系统体系结构设计 电力系统是一个信息量庞大，各部门分散的系统。但是随着电力系统对于稳 定运行以及用户对电能质量要求的不断提高，电力系统的实时数据对于电力系统 的监控人员以及电力系统的管理人员显得越来越重要。因此，为了既能保证系统 内实时数据的完整性、准确性和实时性，又能便于实时数据的发布，实时数据库 的设计采用分布式客户服务器( c l i e n t s e r v e r ) 结构。 1 、2 、1 分布式数据库系统 随着计算机网络技术的不断发展和硬件价格的下降，电力系统各部门都拥有 第1 7 页 自己的计算机，并且通过计算机网络共享各种数据资源。共享数据资源的方式之 一，是在计算机网络中设置一个集中式数据库，各个结点可以通过计算机网络访 问这个数据库。但是这种方式的缺点在于通信开销大、性能欠佳、可用性不高、 可扩充性差、安全性低以及难以管理。一般说来，每个部门常用的数据有一定的 范围。如果按照数据的来源以及需求，分散建立多个数据库，合理分布在系统中， 以代替一个集中式数据库，则大部分数据可以就地存取，同时又可以共享一些偶 尔需要的其他数据库的数据，这显然要比建立一个集中式数据库合理。分布式数 据库系统( d i s t r i b u t e dd a t a b a s es y s t e m ，缩写d d b s ) 是面向地理上分散，而管 理上又需要不同程度集中管理的企、事业单位提供数据管理的信息管理系统。它 的特点主要有以下几点”。： ( 1 ) 共享性和自治性：在分布式数据库系统中，多个结点的局部数据库在逻 辑上集成为一个整体，并为分布式数据库系统的所有用户使用，即为共享性：分 布式数据库还允许用户只使用本地的数据库，甚至可以使局部用户的数据可以不 参与到全局数据库中，即为自治性。 ( 2 ) 冗余的可控性：在分布式数据库中数据般存储在经常使用的场地上， 但是也不排除有两个以上的场地应用对同一个数据有存取的要求，而且当传输代 价高于存储代价的时候，可以将同一数据冗余存储在两个( 甚至更多) 的场地上， 以节省开销。另外多副本存储，对系统的可用性亦可提高，即当系统中某个结点 故障的时候，由于有其他副本在非故障场地上，所以对其他所有场地来说都是可 用的，从而保证数据的完备性。这种冗余度是在系统的控制之下的，所以不会给 系统带来不利的影响。 ( 3 ) 存取效率：在分布式数据库系统中，全局查询被分解成等效的子查询， 即全局查询执行计划分解成多个子查询执行计划加以执行。它是根据系统的全局 优化策略产生的，而子查询计划又是在各场地上分布执行的。 分布式数据库和面向对象数据库是两个正交的概念，两者的结合产生了分布 式面向对象数据库。其主要优点有“1 ： 第1 8 页 ( 1 ) 可以提高面向对象数据库的可用性和性能。例如，在一个全独占数据服 务器上实现面向对象数据库； ( 2 ) 面向对象数据库所支持的复杂应用通常是高度分布的。例如，在电力系 统中，存在有分布在不同的变电站级、电厂级和地区级数据库，它们由 不同的管理人员和运行监控人员所共享； ( 3 ) 由于面向对象数据库具有支持复杂结构和信息封装能力，可用来进行异 构数据库的集成，而这些异构数据库通常是分布的。 分布式数据库系统结构如图1 1 所示： p o r t i o no fo p e r a t i n gs y s t e m o s d = = d a t am a n a g e m e n t p o r t i o no f o p e r a ti n gs y s t e m d d b m s = d i s t r i b u t e dd b m s 图1 1 分布式数据库体系结构图 1 、2 、2 客户服务器( c ii e n t s e r v e r ) 系统 随着计算机应用在电力系统中的逐渐深入和电力系统各个部门为提高系统运 第1 9 页 行稳定性和电能质量不断提高的需求的增长，电力系统内部计算机管理模式逐渐 从集中式走向分布式。由孤立的系统走向集成的系统，部门级别的管理走向企业 的全局性管理。在这个转变的过程中，需要客户服务器( c l i e n t s e r v e r ) 结构的 数据库管理系统的支持，通过客户服务器结构的实时数据库，可以实现和处理数 据的分布以及实时数据在全系统内的发布。 在c l i e n t s e r v e r 系统中，有一个或多个c l i e n t 和一个或多个s e r v e r ，加上 支持它们的操作系统和进程建立的通信机制，形成一个复合系统。以动态的观点 看，c 1 i e n t 是一个进程，与用户交互，s e r v e r 也是一个进程，为c l i e n t 提供服 务，而c l i e n t 与s e r v e r 进程间的通信则由网络完成。这样应用被它们连接成一 个整体，形成一个松散耦合的系统。这种体