強 杰 劉功發(fā)

（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)國家同步輻射實驗室 合肥 230029）

合肥光源是第二代專用同步輻射光源，其數(shù)據(jù)存檔系統(tǒng)用于存儲合肥光源的束流運行參數(shù)、實時設(shè)備數(shù)據(jù)和故障報警記錄等，是合肥光源控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分。合肥光源控制系統(tǒng)是基于實驗物理和工業(yè)控制系統(tǒng)(EPICS，Experimental Physics and Industrial Control System)的分布式控制系統(tǒng)，EPICS提供的以文件為基礎(chǔ)的存檔工具 Channel Archiver由于在數(shù)據(jù)查詢和文件管理方面存在不足，已逐漸為基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的存檔工具 RDB Channel Archiver所取代。目前的合肥光源數(shù)據(jù)存檔系統(tǒng)以O(shè)racle為基礎(chǔ)，通過JSP開發(fā)的網(wǎng)頁對采集的數(shù)據(jù)進行查詢和統(tǒng)計，其初步應(yīng)用表明，該系統(tǒng)可以幫助運行和研究人員快捷高效地處理和分析數(shù)據(jù)，能滿足合肥光源機器運行和研究的需要。

1 系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)優(yōu)勢

為彌補EPICS自帶的Channel Archiver工具集的不足，同時使用 Java編程語言豐富的庫函數(shù)和Oracle數(shù)據(jù)庫的良好功能特性，本存檔系統(tǒng)將改變數(shù)據(jù)采集引擎、數(shù)據(jù)存儲形式及應(yīng)用開發(fā)方式。引擎采集到的數(shù)據(jù)不再按照特定格式以文本形式存入磁盤，而是存入Oracle關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中。Oracle數(shù)據(jù)庫提供強大的檢索計算功能，并為Java程序提供通用接口，方便了應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)的利用，有利于應(yīng)用程序的編寫和系統(tǒng)的后續(xù)擴展。

1.2 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

合肥光源數(shù)據(jù)存檔系統(tǒng)的建立和應(yīng)用開發(fā)涉及EPICS、RDB Channel Archiver、Oracle和JSP等技術(shù)。

EPICS是廣泛用于粒子加速器等大型實驗物理裝置的分布式控制系統(tǒng)開發(fā)平臺，它具有分布式體系結(jié)構(gòu)，采用Client/Server和Publish/Subscribe模式按CA(Channel Access)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進行計算機間的通信[1]。

RDB Channel Archiver是基于EPICS的數(shù)據(jù)存檔工具[2]。利用其從合肥光源控制系統(tǒng)的輸入輸出控制器(IOC，Input/Output Controller)采集數(shù)據(jù)，然后把數(shù)據(jù)存儲到Oracle數(shù)據(jù)庫中。

Oracle是以高級結(jié)構(gòu)化查詢語言(SQL)為基礎(chǔ)的大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫，是目前最流行的客戶/服務(wù)器(CLIENT/SERVER)體系結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫之一。

JSP技術(shù)是將Java代碼嵌入在HTML代碼中，服務(wù)器端在頁面被客戶端請求以后對這些 Java代碼進行處理，然后將生成的HTML頁面返回給客戶端的瀏覽器[3]。

1.3 系統(tǒng)的總體設(shè)計

合肥光源數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存檔、網(wǎng)頁應(yīng)用功能模塊，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示[2]。各個功能模塊介紹如下：

數(shù)據(jù)采集：IOC中保存著監(jiān)控設(shè)備相關(guān)的各種運行數(shù)據(jù)，是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源；Archive Engine通過CA協(xié)議從IOC采集數(shù)據(jù)，然后把數(shù)據(jù)存儲在Oracle數(shù)據(jù)庫中。

數(shù)據(jù)存檔：Oracle數(shù)據(jù)庫以表的形式保存著Archive Engine采集到的數(shù)據(jù)，以方便數(shù)據(jù)查詢。

網(wǎng)頁應(yīng)用：網(wǎng)頁應(yīng)用采用Browser/Server方式。網(wǎng)頁服務(wù)器中采用JSP技術(shù)，生成和運行動態(tài)的、交互的、高性能的網(wǎng)頁服務(wù)器應(yīng)用程序，其任務(wù)是接受用戶的請求，并按要求生成標(biāo)準的網(wǎng)頁送給客戶端瀏覽器，達到人機交互的目的。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 System structure.

2 數(shù)據(jù)采集及ORACLE存檔

2.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

在數(shù)據(jù)存檔系統(tǒng)中，關(guān)系數(shù)據(jù)庫采用Oracle10G 10.2.0.1版本，運行平臺為Dell Optiplex 990,操作系統(tǒng)為CentOS release5.7。關(guān)系數(shù)據(jù)庫中表的設(shè)計尤為關(guān)鍵，其關(guān)系到數(shù)據(jù)管理效率及應(yīng)用程序利用數(shù)據(jù)是否便捷。本系統(tǒng)中的表主要根據(jù)RDB Channel Archiver的參考文檔進行設(shè)計，并利用了Oracle中的partition技術(shù)，主要包括采集模式表(smpl_mode)、通道表(channel)、通道組表(chan_grp)、采集引擎表(smpl_eng)、狀態(tài)表(status)、采集數(shù)據(jù)表(sample)、狀態(tài)定義表(enum_metadata)等。其中最重要的是采集數(shù)據(jù)表，系統(tǒng)中采集到的數(shù)據(jù)都是存放在sample表中，其結(jié)構(gòu)如下：

表1 采集數(shù)據(jù)表Table 1 Sample table.

2.2 數(shù)據(jù)采集

利用 RDB Channel Archiver中的 Archive Engine模塊從IOC中采集數(shù)據(jù)。Archive Engine啟動后讀取xml格式的配置文件，根據(jù)配置文件中提供的過程變量(PV)信息和數(shù)據(jù)庫信息，與IOC建立起基于CA的通道連接。連接完成后，按照scan或monitor模式向IOC發(fā)送數(shù)據(jù)采集請求。當(dāng)接收到從 IOC傳送回的數(shù)據(jù)時，存儲引擎將數(shù)據(jù)存放到Oracle數(shù)據(jù)庫對應(yīng)的表中。sample表中數(shù)據(jù)如下：

表2 Sample表中數(shù)據(jù)Table 2 Data of sample table.

表2中的數(shù)據(jù)是采集到的合肥光源儲存環(huán)束流流強數(shù)據(jù)，sample表中主要字段有：channel_id、smpl_time、float_val,其中channel_id表示通道編號，為int型數(shù)據(jù)，是channel表的外鍵；smpl_time是timestamp格式的時間戳，表示采集時間；float_val表示流強大小，是float型的數(shù)據(jù)。

3 網(wǎng)頁應(yīng)用開發(fā)

3.1 數(shù)據(jù)庫連接

在Java 網(wǎng)頁應(yīng)用程序中訪問Oracle的方式主要有：(1)通過數(shù)據(jù)庫本身的JDBC Driver連接到數(shù)據(jù)庫；(2)通過JDBC-ODBC橋連接到數(shù)據(jù)庫。在本系統(tǒng)中，使用基于第一種方式的c3p0連接池技術(shù)連接Oracle數(shù)據(jù)庫。c3p0連接池技術(shù)是Hibernate推薦的JDBC連接池，它在lib目錄中與Hibernate一起發(fā)布,包括了實現(xiàn)jdbc3和jdbc2擴展規(guī)范說明的Connection 和 Statement 池的 DataSources對象[4]。Hibernate是一個開放源代碼的對象關(guān)系映射框架，它對 JDBC進行了非常輕量級的對象封裝，使得Java程序員可以方便地使用對象編程思維來操縱數(shù)據(jù)庫[5]。

在上述配置中，Hibernate根據(jù)配置文件生成連接，再交給c3p0管理。

3.2 數(shù)據(jù)庫查詢

數(shù)據(jù)庫查詢通過SQL語句來實現(xiàn)。針對不同的用戶需求，可以通過不同的SQL語句完成相應(yīng)的功能。在本系統(tǒng)中主要通過一個DAO類實現(xiàn)與Oracle的數(shù)據(jù)查詢，主要代碼如下：

該方法返回執(zhí)行SQL語句后的結(jié)果集，然后可以把結(jié)果集應(yīng)用在程序中。如需要查詢channel_id=2857的記錄，則該SQL語句為：select *from sample channel_id=2857,然后把該語句交給DAO類中的execsql方法處理，就可以得到需求的結(jié)果集。

3.3 網(wǎng)頁應(yīng)用程序設(shè)計

網(wǎng)頁應(yīng)用程序采用JSP作為開發(fā)工具。JSP具備了Java技術(shù)的簡單易用、完全面向?qū)ο蟆⑵脚_無關(guān)性、安全可靠、主要面向因特網(wǎng)等所有特點。

本系統(tǒng)主要使用JSP中的模型1來開發(fā)網(wǎng)頁應(yīng)用程序，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。JSP頁面獨自響應(yīng)請求并將處理結(jié)果返回給客戶，所有的數(shù)據(jù)通過JavaBean來處理，JSP實現(xiàn)頁面的顯示。

圖2 JSP的模型1架構(gòu)Fig.2 Model1 of JSP.

目前主要針對采集的合肥光源儲存環(huán)束流流強、運行模式等數(shù)據(jù)進行了初步的應(yīng)用開發(fā)，完成的應(yīng)用有合肥光源的實時狀態(tài)顯示、歷史狀態(tài)查詢、運行狀態(tài)統(tǒng)計等。后續(xù)還將開發(fā)合肥光源的故障自動分析與診斷、報警信息的短信發(fā)布等功能。

運行狀態(tài)統(tǒng)計查詢首先通過 SQL查詢對應(yīng)時間段內(nèi)某狀態(tài)的記錄條數(shù)，然后將記錄條數(shù)和采集間隔相乘，其次把得到的值做時間轉(zhuǎn)換，則可得到小時制的狀態(tài)持續(xù)時間，不同的狀態(tài)根據(jù)此法依次算出持續(xù)時間，最后經(jīng)一定計算，得到每個狀態(tài)所占百分比，這樣就得到了整個運行狀態(tài)的統(tǒng)計信息。

故障自動分析與診斷首先要研究同步輻射光源故障事件分類的策略，這是實現(xiàn)自動化故障診斷的基礎(chǔ)。故障事件是指同步輻射光源運行在非正常狀態(tài)，影響用戶的正常使用，即故障事件直接與同步輻射光源的可用性相關(guān)。再次研究粒子同步輻射光源故障事件與報警信息之間的相關(guān)性，以實現(xiàn)故障原因的快速定位。最后研究基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的同步輻射光源性能分析及處理方法。

圖3為合肥光源的歷史狀態(tài)圖，可以查詢指定時間范圍內(nèi)光源的運行狀態(tài)。圖4為合肥光源的運行狀態(tài)統(tǒng)計圖，工作人員可以方便地得到指定時間范圍內(nèi)光源的運行狀態(tài)統(tǒng)計結(jié)果，提高了合肥光源的信息管理水平，也與“中國科學(xué)院重大科技基礎(chǔ)設(shè)施信息管理平臺”的要求相一致[6]。圖5為合肥光源的束流狀態(tài)過程統(tǒng)計圖，它呈現(xiàn)了24 h內(nèi)束流狀態(tài)的迭代變換過程，方便了運行人員對運行狀態(tài)的監(jiān)測。

圖3 合肥光源歷史狀態(tài)圖Fig.3 History status of HLS.

圖4 合肥光源運行狀態(tài)統(tǒng)計Fig.4 Statistics of HLS status.

圖5 合肥光源的束流狀態(tài)過程統(tǒng)計圖Fig.5 HLS beam current state of the process.

4 結(jié)語

以關(guān)系數(shù)據(jù)庫Oracle為基礎(chǔ)建立的合肥光源數(shù)據(jù)存檔系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)查詢和文件管理方面克服了原來以文件為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)存檔系統(tǒng)的缺點，方便了應(yīng)用程序的功能擴展。目前完成的運行狀態(tài)統(tǒng)計等初步應(yīng)用表明，該系統(tǒng)可以幫助運行和研究人員快捷高效地處理和分析數(shù)據(jù)，能滿足合肥光源機器運行和機器研究的需要。

致謝 真誠感謝中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)電子工程和信息科學(xué)系的袁平波老師在 Oracle數(shù)據(jù)庫的設(shè)計和使用等方面給予的幫助。

1 EPICS homepage[OL]. http://www.aps.anl.gov/epics/

2 Kay Kasemir. RDB Channel Archiver[OL].http://cs-studio.sourceforge.net/docbook/ch10.html#fig_ar chive

3 孫鑫. Servlet/JSP深入詳解[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社,2010: 297–298 SUN Xin. Servlet/JSP depth explain [M]. Beijing:Publishing House of Electronics Industry, 2010: 297–298

4 c3p0:JDBCDataSources/ResourcePools[OL].http://sourceforge.net/projects/c3p0

5 hibernate[OL]. http://www.hibernate.org/

6 中國科學(xué)院重大科技基礎(chǔ)設(shè)施[OL].

http://www.lssf.cas.cn

Major scientific and technological infrastructure of

Chinese Academy[OL]. http://www.lssf.cas.cn