实时数据库的结构与核心技术分析

1、实时数据库的结构与核心技术分析摘 要 针对实时数据库的结构以及其工作特征展开必要的说明，而后在此基础之上，展开对于其核心技术的讨论，就其如何实现高效数据存取和利用加以分析。关键词 实时数据库;结构;核心技术中图分类号 G2 文献标识码 A 文章编号 2096-0360（2015）15-0021-01在当前数据环境之下，网络和计算机数据技术的深入发展与应用，成为了推动工业环境安全以及控制体系朝向纵深延展的重要力量。进一步体现在过程控制中，就是以组态软件作为突出代表的监督与控制体系的建立，而在这样的体系中，实时数据库的应用发挥着至关重要的价值。1 实时数据库的结构分析实时数据库在组态软件环境中，与

2、历史数据库以及其他告警、趋势曲线分析等一同作用，形成最为核心的数据库体系。进一步对相应的应用需求展开分析，可以发现实时数据库所面临的核心问题，在于如何通过自身工作效率的提升，实现数据呈现的实时特征，并且同时确保数据在多个上位机端呈现的一致性和准确性。从功能的角度看，实时数据库作为工业控制系统中关键的数据管理与共享体系，除了必须要求能够有效地面向各种下位机现场数据的采集，为应用程序提供统一稳定的数据平台以外，还应当不断深入数据的存储和管理工作细节，关注数据的处理效率和一致性锁定等环节。除此以外，必要的开放性也是组态体系的必然要求，标准化的接口和更好的兼容特征，同样成为实时数据库未来发展的必然要求

3、。在这样的需求环境之下，一个典型的实时数据库结构参见图1。图1 典型的实时数据库结构图在整个系统中，虚线框内为数据库核心，其两端分别与数据采集和服务接口相连。其中数据采集接口进一步与数据前端，诸如分布式控制系统（DCS，Distributed Control System）以及可编程逻辑控制器（PLC，Programmable Logic Controller）和相关工作现场的仪表设备等。而服务接口则进一步与应用系统保持联系，主要是工业控制用的各类程序，诸如工控组态、实时优化以及各种数据统计和显示软件等。同时应用程序通过服务接口模块间接调用包括告警、显示以及现场控制等相关组态功能部分，实现具体

4、的职能。2 实时数据库的核心技术分析对于实时数据库的实现技术体系而言，实时性、容错性以及稳定性都是其必须要做到的重要特征，为了保证这些特征的实现，在实时数据库体系中涉及到多个方面的核心技术，包括组件化的模块设计、被动式内核结构等，但是对于实时数据库而言，最为核心和关键的技术，仍然是高效的数据存取技术。高效数据存取技术，在实时数据库系统中表现为一个技术簇，其中包括多个方面，快速位号检索、访问同步及数据共享、高速数据读写等技术，是其中的突出表现。多项技术共同保证整个实时数据库体系的高效特征。快速位号检索主要用于实现在海量位号中快速定位指定目标。在实际对于数据进行读取的时候，大量外围业务和应用会对存

5、取位号提出频繁要求，并且CPU的工作能力会因此而被占用。在工控领域中，通常采用字符串作为位号，但是这进一步加剧了处理速度的问题。因此实时数据库为每个组态位号分配一个ID，用以实现高速检索。同时实时数据库系统采用了双索引结构，主索引数据结构为平衡二叉树，以ID作为标志，并且叶节点为指向位号实例的指针;副主索引的数据结构为可扩展线性数组，以位号的索引号作为数组下标，数组单元内容为指向位号实例的指针。通过这样的机制，结合ID的回收利用机制，实现对于位号的快速检索。在工控环境中，实时数据库必然会面临大量的并发访问，如何有效处理这些并发访问，确保及时反映，也是实时数据库面临的重要问题之一。与此同时，大量

6、的数据更新，同样也是对于实时数据库的一种并发访问需求体现，同样需要有所响应，并且还需要进一步将更新的数据结果反馈给应用领域。对此，实时数据库负责数据服务的内核模块采用了COM的MTA模式，对于多客户端的并发访问能够实现有效支持。并且实时数据库还会依据数据源对位号展开分组，并且组内持有共享锁，可以实现数据的同步与锁定，避免因为大量访问和读写而造成的数据混乱。高速数据读写同样是支持实时数据库高速运行的核心技术之一。在读写的过程中，必然存在有必要的数据量需要留驻在内存环境中，但是内存本身的物理容量又限制了其留驻数据的总量。针对此种情况，实时数据库系统会考察不同数据的访问频率，以数据挖掘的总体思路来实现频繁访问数据的内存策略，并且进一步为了提升历史数据的存取效率，采用对应的组态缓冲技术，不断实现存取速度的优化。3 结论实时数据库对于工控工作环境而言意义重大，其工作效率更是成为众多技术中的核心问题。实际工作中唯有时时关注技术发展，切实分析实际环境需求，才能选择良好的策略，推动整个组态软件体