【摘要】：针对Web Scada系统中如何更好地适应用户规模变化的问题，分析现有实现方式对建立可伸缩系统的限制，提出了基于WCF技术建立可伸缩的Web Scada系统的解决方案。系统核心是采用面向服务的SOA架构，推送或抓取不同规模用户的数据采集终端的各种数据，对外公布数据访问和推送接口。实现了Web客户端响应推送服务或查询采集数据，呈现到监控页面中。
; 【关键(jian)词】：Web Scada 系(xi)(xi)(xi)统(tong)(tong)；可(ke)(ke)(ke)伸缩(suo)；监控页面(mian)；面(mian)向服务；WCF基(ji)于Web的Scada系(xi)(xi)(xi)统(tong)(tong)不仅(jin)提高了Scada系(xi)(xi)(xi)统(tong)(tong)的适应范围，提高了系(xi)(xi)(xi)统(tong)(tong)的可(ke)(ke)(ke)靠性(xing)，也使Scada系(xi)(xi)(xi)统(tong)(tong)的管理(li)和(he)维护变得(de)更(geng)加简(jian)单方便，已(yi)经(jing)成(cheng)为国(guo)内Scada系(xi)(xi)(xi)统(tong)(tong)事实(shi)上的标准。从Windows平(ping)台(tai)的基(ji)于DCOM、ActiveX技术(shu)(shu)的同构(gou)平(ping)台(tai)，到CGI/PHP，再到SOAP、SOA的异构(gou)平(ping)台(tai)，它涉及了Web数(shu)(shu)据发(fa)布(bu)技术(shu)(shu)、实(shi)时图(tu)形(xing)(xing)的生(sheng)成(cheng)和(he)处(chu)理(li)、客户端图(tu)形(xing)(xing)实(shi)时刷(shua)新技术(shu)(shu)、遥控操作图(tu)像热点(dian)处(chu)理(li)技术(shu)(shu)、系(xi)(xi)(xi)统(tong)(tong)管理(li)和(he)安全技术(shu)(shu)等(deng)方面(mian)[2]。由于Scada系(xi)(xi)(xi)统(tong)(tong)的特(te)点(dian)决定(ding)了它必须处(chu)理(li)数(shu)(shu)量变化的远程通(tong)讯装置的数(shu)(shu)据采集。由于当(dang)前数(shu)(shu)据采集技术(shu)(shu)的限制，数(shu)(shu)据的采集源(yuan)点(dian)可(ke)(ke)(ke)能千差(cha)万别，给Web数(shu)(shu)据发(fa)布(bu)带来了可(ke)(ke)(ke)伸缩(suo)的要求。可(ke)(ke)(ke)以这样说，能否(fou)具有(you)可(ke)(ke)(ke)伸缩(suo)性(xing)能是决定(ding)Web Scada系(xi)(xi)(xi)统(tong)(tong)能够(gou)进入大规模工程实(shi)际(ji)应用的基(ji)础。其他的多项技术(shu)(shu)都须建立在它的基(ji)础之上才会有(you)实(shi)际(ji)意义(yi)。
Web Scada系(xi)统的分层设(she)计如下[3]：
由(you)监控逻(luo)辑层处理复(fu)杂多变的(de)通讯(xun)层变动，为界面层提供一个稳定的(de)数据来源是建(jian)立(li)可伸缩Web Scada系(xi)统的(de)关键。
本文拟(ni)以一个(ge)实际的(de)(de)Web Scada系统的(de)(de)开发为背景，利(li)用.Net Framework 4.0、VS2010以及IIS、HTML技术建立一个(ge)可伸缩的(de)(de)Web Scada 系统，其核心是建立介于通讯(xun)层(ceng)和界(jie)面层(ceng)之间的(de)(de)监控逻辑(ji)层(ceng)。通过该层(ceng)实现与通讯(xun)层(ceng)的(de)(de)可伸缩连(lian)(lian)接和与Web界(jie)面层(ceng)之间的(de)(de)稳(wen)定连(lian)(lian)接。
一、现(xian)有Web Scada系统模式
现(xian)有(you)的(de)Web Scada 系统主要为(wei)了实现(xian)采集(ji)的(de)数据(ju)信息的(de)Web展现(xian)，他(ta)们(men)都以在Web 页面(mian)中实施展现(xian)通讯层的(de)数据(ju)采集(ji)内容为(wei)主要功能(neng)。由于面(mian)对(dui)的(de)用户规模不同，出现(xian)了比(bi)较多的(de)Web Scada 系统，但(dan)它(ta)们(men)基(ji)本都属(shu)于以下两类(lei)：
1、 分布式(shi)Web Scada 系统(tong)（下称分布式(shi)系统(tong)）
系统有(you)多(duo)个服(fu)务(wu)器分别处理不(bu)同(tong)间隔内的(de)远(yuan)(yuan)程装(zhuang)(zhuang)置（RTU）数据(ju)采(cai)集。形成分布式的(de)网(wang)络数据(ju)库(ku)，用户(hu)根(gen)据(ju)需(xu)要连接到不(bu)同(tong)的(de)服(fu)务(wu)器对其连接的(de)远(yuan)(yuan)程装(zhuang)(zhuang)置进行(xing)监(jian)控。在此(ci)结构中(zhong)，服(fu)务(wu)中(zhong)内含Web Server。它可以根(gen)据(ju)用户(hu)规模(mo)的(de)不(bu)同(tong)，增(zeng)添更多(duo)的(de)服(fu)务(wu)器来满足用户(hu)的(de)扩(kuo)展(zhan)要求(qiu)。如(ru)下图2。
2、 集(ji)中(zhong)式(shi)Web Scada系(xi)(xi)统(tong)（下(xia)称集(ji)中(zhong)式(shi)系(xi)(xi)统(tong)）
系(xi)统只有一(yi)个服务(wu)器分别处理间隔内的(de)远程(cheng)装(zhuang)置（RTU）数据采(cai)(cai)集(ji)(ji)。形成(cheng)集(ji)(ji)中的(de)网(wang)络数据库，用(yong)户可(ke)以对其(qi)连接的(de)远程(cheng)装(zhuang)置进行监控(kong)。在此结构中，服务(wu)中内含Web Server。它可(ke)以根据用(yong)户规模的(de)不同(tong)，增添更多远程(cheng)装(zhuang)置和采(cai)(cai)用(yong)更好的(de)服务(wu)器来满足用(yong)户的(de)扩展要求。如上图3。
二、 可伸缩Web Scada 系(xi)统模式
; 上述的两种系统模式(shi)在(zai)解(jie)决实际(ji)的问题时，存在(zai)着各自的优缺点。
分布式系(xi)统的(de)(de)(de)(de)优点是扩展服务器(qi)的(de)(de)(de)(de)数量可以适(shi)应更(geng)大(da)规模的(de)(de)(de)(de)用(yong)户(hu)需求，它适(shi)应用(yong)户(hu)规模较大(da)的(de)(de)(de)(de)情况(kuang)，缺(que)点是：如果(guo)采用(yong)客(ke)户(hu)端查询(xun)方式（client pull）[2]没(mei)有更(geng)新的(de)(de)(de)(de)数据(ju)时(shi)也需要(yao)(yao)(yao)定(ding)时(shi)查询(xun)，网络流量大(da)；如果(guo)采用(yong)服务端推送（server push）[2]，则由于需要(yao)(yao)(yao)保(bao)持(chi)连接通(tong)道(dao)，使得客(ke)户(hu)端的(de)(de)(de)(de)数量受到限制。同(tong)时(shi)，如果(guo)要(yao)(yao)(yao)同(tong)时(shi)监控多个服务器(qi)的(de)(de)(de)(de)数据(ju)则需要(yao)(yao)(yao)服务器(qi)之间(jian)要(yao)(yao)(yao)建立相应的(de)(de)(de)(de)联(lian)系(xi)，会(hui)破坏(huai)服务器(qi)之间(jian)的(de)(de)(de)(de)独立性，极(ji)大(da)地增加其扩展的(de)(de)(de)(de)代价。
集中式(shi)系(xi)(xi)统显然没有分布式(shi)系(xi)(xi)统的(de)(de)这些(xie)缺点(dian)，其优点(dian)是：结构简(jian)单，数据(ju)统一管理，网页(ye)设计(ji)简(jian)单稳(wen)定，页(ye)面刷新延迟(chi)小。但它的(de)(de)缺点(dian)也是显而易见的(de)(de)：扩展受限，要增加远程装置的(de)(de)数据(ju)，只能提升服务器的(de)(de)性(xing)能。它只适应(ying)用户(hu)规模(mo)较(jiao)小的(de)(de)情况(kuang)。
在我们(men)开发Web Scada系统的时(shi)，我们(men)提出了以(yi)下目标：
稳定的界面层(ceng)
灵活地(di)适(shi)用于不同的(de)用户(hu)规(gui)模(mo)
因为我们的(de)用户分(fen)布于各个行(xing)业，自动(dong)化水(shui)平相(xiang)差很大，我们提(ti)出这样的(de)目标(biao)是要实现(xian)开发和维护成(cheng)本的(de)最低化。该(gai)系统的(de)结构如下图4：
比较它(ta)和(he)分布式系(xi)统(tong)(tong)结构，我们可以看到，Web Server不再内含。它(ta)增(zeng)加了(le)发(fa)(fa)布网页的(de)(de)Web Server、进行数(shu)据管(guan)理的(de)(de)数(shu)据服务器(qi)(qi)、进行文(wen)件管(guan)理的(de)(de)文(wen)件传送服务器(qi)(qi)等(deng)等(deng)（我们的(de)(de)实际(ji)系(xi)统(tong)(tong)中(zhong)，还包含事件管(guan)理服务器(qi)(qi)、口(kou)令(ling)管(guan)理服务器(qi)(qi)、数(shu)据转发(fa)(fa)服务器(qi)(qi)等(deng)等(deng)）。因为它(ta)是按照(zhao)需(xu)要的(de)(de)功能(neng)(neng)进行配置的(de)(de)，所(suo)以它(ta)是可伸(shen)缩的(de)(de)。比如(ru)增(zeng)加事件短信(xin)报(bao)警功能(neng)(neng)，接(jie)在网络上加挂一(yi)个短信(xin)报(bao)警服务器(qi)(qi)。
在(zai)用户规模(mo)的(de)(de)可伸缩上，Web Scada Server、数(shu)(shu)据(ju)服(fu)(fu)务(wu)(wu)器(qi)(qi)（历史(shi)数(shu)(shu)据(ju)、实时(shi)数(shu)(shu)据(ju)）、文件传送服(fu)(fu)务(wu)(wu)器(qi)(qi)、事件管(guan)理(li)服(fu)(fu)务(wu)(wu)器(qi)(qi)、口令管(guan)理(li)服(fu)(fu)务(wu)(wu)器(qi)(qi)、数(shu)(shu)据(ju)转发(fa)服(fu)(fu)务(wu)(wu)器(qi)(qi)等服(fu)(fu)务(wu)(wu)器(qi)(qi)都是可配置的(de)(de)，而且是自动加载的(de)(de)，可以(yi)实现在(zai)线(xian)切换(huan)。
在具(ju)体(ti)实(shi)现(xian)方式上，每个服务(wu)(wu)器(qi)均公布WCF接口(kou)，按照SOA架构进行(xing)开(kai)发(fa)，每个服务(wu)(wu)均是(shi)可(ke)(ke)(ke)配置（绑(bang)定(ding)、终(zhong)结(jie)点）的，便于在复杂的网络中进行(xing)灵(ling)活的部(bu)(bu)署。此外(wai)，数据转发(fa)服务(wu)(wu)器(qi)可(ke)(ke)(ke)以增加、修(xiu)改、删除转发(fa)实(shi)例，为(wei)实(shi)现(xian)用户规模的可(ke)(ke)(ke)伸缩奠定(ding)了基础。部(bu)(bu)署结(jie)构如图5
三、关键技术的实(shi)现
1、 灵活的数据(ju)转发(fa)
我(wo)们知(zhi)道(dao)，用户规模不同，远程通(tong)讯装置的(de)(de)数(shu)量就不同，要为界面层建立(li)一个稳(wen)定的(de)(de)数(shu)据(ju)(ju)(ju)来源(yuan)，我(wo)们需要建立(li)一个处(chu)理(li)系(xi)统(tong)所(suo)有同类(lei)数(shu)据(ju)(ju)(ju)的(de)(de)服(fu)务(wu)器，然后把相关(guan)的(de)(de)数(shu)据(ju)(ju)(ju)都交到该服(fu)务(wu)器中进(jin)行处(chu)理(li)，让它进(jin)行Web数(shu)据(ju)(ju)(ju)发布。以历史(shi)数(shu)据(ju)(ju)(ju)处(chu)理(li)为例，其软(ruan)件结构(gou)如下图(tu)6：
这(zhei)样，针对多个通(tong)(tong)讯(xun)服(fu)务器（对应(ying)不(bu)同的用(yong)(yong)户规模），我们在(zai)(zai)系(xi)统(tong)中配置(zhi)(zhi)对应(ying)数(shu)量(liang)(liang)的历史数(shu)据转发器，就可(ke)以适应(ying)用(yong)(yong)户的远程通(tong)(tong)讯(xun)装置(zhi)(zhi)数(shu)量(liang)(liang)的扩展变(bian)化。历史数(shu)据转发器运(yun)行的实例数(shu)量(liang)(liang)根据配置(zhi)(zhi)文件自(zi)动生成，不(bu)仅(jin)如此，还必须在(zai)(zai)服(fu)务器系(xi)统(tong)启动后(hou)自(zi)动载入，且在(zai)(zai)运(yun)行过程中受到监(jian)控。?
2、 数据服务端推送
如图(tu)1，监控(kong)逻辑层向界(jie)面(mian)(mian)层发布(bu)数据是实现界(jie)面(mian)(mian)层向用(yong)(yong)户呈现采(cai)集数据的基础(chu)，由于我们采(cai)用(yong)(yong)的是SOA架构(gou)，模块连接(jie)采(cai)用(yong)(yong)WCF接(jie)口(kou)，所以(yi)我们可以(yi)很方(fang)便地采(cai)用(yong)(yong)建(jian)立双向通道的方(fang)式(shi)实现服务(wu)端(duan)数据推送[1]。
如图7，实时(shi)(shi)数(shu)(shu)据(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)转发(fa)器(qi)在从通讯服务器(qi)取得实时(shi)(shi)数(shu)(shu)据(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)后将实时(shi)(shi)数(shu)(shu)据(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)存(cun)(cun)(cun)入实时(shi)(shi)数(shu)(shu)据(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)存(cun)(cun)(cun)取服务器(qi)，实时(shi)(shi)数(shu)(shu)据(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)存(cun)(cun)(cun)取服务器(qi)发(fa)现数(shu)(shu)据(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)有(you)变化便使(shi)用(yong)实时(shi)(shi)监控画面事先与实时(shi)(shi)数(shu)(shu)据(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)存(cun)(cun)(cun)取服务器(qi)建立好的(de)回(hui)调通道(dao)，向(xiang)(xiang)实时(shi)(shi)监控画面推送(song)实时(shi)(shi)数(shu)(shu)据(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)。在WCF技术中，一般采用(yong)TCP通道(dao)，因为(wei)它是面向(xiang)(xiang)连接的(de)，而Http通道(dao)是无状态的(de)，不适合做双(shuang)向(xiang)(xiang)通道(dao)，当(dang)然(ran)，Http也(ye)有(you)双(shuang)向(xiang)(xiang)的(de)Http，但是由于它要指定(ding)回(hui)调的(de)知名端(duan)口而使(shi)得回(hui)调会(hui)受(shou)到一些限制(zhi)[4]。
四、结束语
采用面向(xiang)服(fu)(fu)(fu)务(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统(tong)结(jie)构(gou)式(shi)我们可(ke)以(yi)结(jie)合Web Scada系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统(tong)分(fen)(fen)布式(shi)和集中(zhong)式(shi)模(mo)式(shi)的(de)(de)(de)优点(dian)形成可(ke)伸(shen)(shen)缩(suo)Web Scada系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统(tong)，该系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统(tong)由简洁的(de)(de)(de)数(shu)据(ju)(ju)通(tong)讯(xun)服(fu)(fu)(fu)务(wu)(wu)(wu)器(qi)、数(shu)据(ju)(ju)管(guan)理服(fu)(fu)(fu)务(wu)(wu)(wu)器(qi)、文件传送服(fu)(fu)(fu)务(wu)(wu)(wu)器(qi)、口令(ling)管(guan)理服(fu)(fu)(fu)务(wu)(wu)(wu)器(qi)等(deng)组成。它综合了集中(zhong)式(shi)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统(tong)和分(fen)(fen)布式(shi)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统(tong)的(de)(de)(de)优点(dian)。由于通(tong)讯(xun)服(fu)(fu)(fu)务(wu)(wu)(wu)器(qi)负责与远程装置的(de)(de)(de)数(shu)据(ju)(ju)通(tong)讯(xun)，灵活(huo)地部署和配置通(tong)讯(xun)服(fu)(fu)(fu)务(wu)(wu)(wu)器(qi)可(ke)以(yi)适应不(bu)同规(gui)模(mo)的(de)(de)(de)用户需(xu)求，灵活(huo)地部署各个功能(neng)(neng)(neng)(neng)服(fu)(fu)(fu)务(wu)(wu)(wu)器(qi)可(ke)以(yi)适应用户的(de)(de)(de)不(bu)同功能(neng)(neng)(neng)(neng)要(yao)求，以(yi)此形成可(ke)伸(shen)(shen)缩(suo)Web Scada系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统(tong)。今后(hou)，还(hai)将开(kai)发多级热(re)备份功能(neng)(neng)(neng)(neng)，故障录播分(fen)(fen)析服(fu)(fu)(fu)务(wu)(wu)(wu)器(qi)、潮(chao)流分(fen)(fen)析服(fu)(fu)(fu)务(wu)(wu)(wu)器(qi)、谐波分(fen)(fen)析服(fu)(fu)(fu)务(wu)(wu)(wu)器(qi)、数(shu)据(ju)(ju)预处理系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统(tong)等(deng)行业系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统(tong)的(de)(de)(de)专用功能(neng)(neng)(neng)(neng)服(fu)(fu)(fu)务(wu)(wu)(wu)器(qi)。
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作者(zhe)简介：
曾明昌 （1966- ） 男 四川省德阳人 本(ben)科生 研究方向：WCF应用(yong)、SOA、网络数据管理
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