【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(guan)键词】：Web Scada 系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统(tong)；可(ke)(ke)伸(shen)缩；监控页面(mian)；面(mian)向服务；WCF基(ji)于(yu)Web的(de)(de)(de)(de)Scada系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统(tong)不仅提高(gao)了Scada系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统(tong)的(de)(de)(de)(de)适(shi)应范围(wei)，提高(gao)了系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统(tong)的(de)(de)(de)(de)可(ke)(ke)靠性，也使Scada系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统(tong)的(de)(de)(de)(de)管理和维护变得更(geng)加简单方便，已经成为国内(nei)Scada系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统(tong)事实(shi)(shi)上的(de)(de)(de)(de)标(biao)准。从Windows平(ping)台(tai)的(de)(de)(de)(de)基(ji)于(yu)DCOM、ActiveX技术(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)同构(gou)平(ping)台(tai)，到CGI/PHP，再到SOAP、SOA的(de)(de)(de)(de)异构(gou)平(ping)台(tai)，它(ta)涉及了Web数(shu)据发布(bu)技术(shu)(shu)(shu)(shu)、实(shi)(shi)时(shi)图形(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)生成和处(chu)理、客(ke)户端图形(xing)(xing)实(shi)(shi)时(shi)刷新技术(shu)(shu)(shu)(shu)、遥控操作(zuo)图像(xiang)热点处(chu)理技术(shu)(shu)(shu)(shu)、系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统(tong)管理和安全技术(shu)(shu)(shu)(shu)等方面(mian)[2]。由于(yu)Scada系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统(tong)的(de)(de)(de)(de)特点决定了它(ta)必须(xu)处(chu)理数(shu)量变化的(de)(de)(de)(de)远程通讯(xun)装(zhuang)置的(de)(de)(de)(de)数(shu)据采(cai)集。由于(yu)当前(qian)数(shu)据采(cai)集技术(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)限制，数(shu)据的(de)(de)(de)(de)采(cai)集源点可(ke)(ke)能(neng)千差(cha)万别，给Web数(shu)据发布(bu)带来了可(ke)(ke)伸(shen)缩的(de)(de)(de)(de)要求。可(ke)(ke)以这样说，能(neng)否具有可(ke)(ke)伸(shen)缩性能(neng)是(shi)决定Web Scada系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统(tong)能(neng)够进入大规模(mo)工程实(shi)(shi)际应用的(de)(de)(de)(de)基(ji)础(chu)。其他的(de)(de)(de)(de)多项技术(shu)(shu)(shu)(shu)都须(xu)建立在它(ta)的(de)(de)(de)(de)基(ji)础(chu)之上才会有实(shi)(shi)际意义。
Web Scada系统的(de)分层(ceng)设计如下[3]：
由监(jian)控逻辑层(ceng)(ceng)处理(li)复杂多变(bian)的(de)通(tong)讯层(ceng)(ceng)变(bian)动(dong)，为界面层(ceng)(ceng)提供一个稳定的(de)数据来源是(shi)建立可伸缩Web Scada系统的(de)关键。
本文拟以(yi)一个(ge)实(shi)际的(de)(de)(de)Web Scada系统的(de)(de)(de)开发(fa)为背景(jing)，利用.Net Framework 4.0、VS2010以(yi)及IIS、HTML技术建(jian)立一个(ge)可(ke)伸(shen)缩的(de)(de)(de)Web Scada 系统，其(qi)核心是(shi)建(jian)立介于通讯(xun)层(ceng)和界面层(ceng)之间的(de)(de)(de)监(jian)控(kong)逻辑层(ceng)。通过该层(ceng)实(shi)现与通讯(xun)层(ceng)的(de)(de)(de)可(ke)伸(shen)缩连接(jie)和与Web界面层(ceng)之间的(de)(de)(de)稳定连接(jie)。
一(yi)、现有Web Scada系统模(mo)式
现有的(de)Web Scada 系(xi)统(tong)主要(yao)为(wei)了实现采集的(de)数据(ju)信息的(de)Web展现，他们都以在Web 页面(mian)中实施展现通讯层的(de)数据(ju)采集内容为(wei)主要(yao)功能。由于面(mian)对的(de)用(yong)户规模(mo)不同(tong)，出现了比较多的(de)Web Scada 系(xi)统(tong)，但(dan)它们基本(ben)都属于以下两类：
1、 分(fen)布式(shi)Web Scada 系统（下称分(fen)布式(shi)系统）
系统有多个服(fu)务器(qi)(qi)(qi)分别处理(li)不(bu)同间隔(ge)内的(de)远(yuan)程装置(zhi)（RTU）数据采集。形成(cheng)分布式的(de)网络数据库，用户(hu)根据需要(yao)连接(jie)到不(bu)同的(de)服(fu)务器(qi)(qi)(qi)对其连接(jie)的(de)远(yuan)程装置(zhi)进行监(jian)控。在(zai)此结构中，服(fu)务中内含Web Server。它可以根据用户(hu)规(gui)模的(de)不(bu)同，增(zeng)添更多的(de)服(fu)务器(qi)(qi)(qi)来(lai)满足用户(hu)的(de)扩展要(yao)求(qiu)。如(ru)下图(tu)2。
2、 集中式(shi)Web Scada系统（下称集中式(shi)系统）
系统只有一个服(fu)务(wu)器(qi)分别处理(li)间(jian)隔内(nei)的远(yuan)(yuan)程装置(zhi)（RTU）数(shu)据(ju)采集(ji)。形成集(ji)中(zhong)(zhong)(zhong)的网(wang)络(luo)数(shu)据(ju)库，用(yong)户(hu)可(ke)以对其连接的远(yuan)(yuan)程装置(zhi)进行(xing)监控。在(zai)此结构中(zhong)(zhong)(zhong)，服(fu)务(wu)中(zhong)(zhong)(zhong)内(nei)含Web Server。它可(ke)以根(gen)据(ju)用(yong)户(hu)规模的不同，增(zeng)添更多远(yuan)(yuan)程装置(zhi)和采用(yong)更好的服(fu)务(wu)器(qi)来(lai)满足用(yong)户(hu)的扩展要(yao)求。如上(shang)图3。
二、 可(ke)伸缩Web Scada 系统模式
上述的两(liang)种系统模(mo)式在解(jie)决实(shi)际的问题时，存在着各自的优(you)缺点。
分布式系统(tong)的优点(dian)是(shi)扩展服(fu)(fu)务器的数(shu)量(liang)(liang)可(ke)以适(shi)应(ying)更大(da)规(gui)模的用户需求(qiu)，它(ta)适(shi)应(ying)用户规(gui)模较大(da)的情况，缺点(dian)是(shi)：如(ru)果(guo)采用客户端查(cha)询方(fang)式（client pull）[2]没有(you)更新的数(shu)据时(shi)(shi)也(ye)需要(yao)定(ding)时(shi)(shi)查(cha)询，网络流量(liang)(liang)大(da)；如(ru)果(guo)采用服(fu)(fu)务端推(tui)送（server push）[2]，则由于需要(yao)保持(chi)连(lian)接通道，使得客户端的数(shu)量(liang)(liang)受(shou)到限(xian)制。同时(shi)(shi)，如(ru)果(guo)要(yao)同时(shi)(shi)监控(kong)多个(ge)服(fu)(fu)务器的数(shu)据则需要(yao)服(fu)(fu)务器之(zhi)间要(yao)建立(li)(li)相应(ying)的联系，会破坏服(fu)(fu)务器之(zhi)间的独立(li)(li)性，极大(da)地增(zeng)加其(qi)扩展的代价。
集中式系(xi)统(tong)显然没有分布式系(xi)统(tong)的这些缺(que)点，其优点是(shi)：结构简单，数(shu)据统(tong)一管理，网(wang)页(ye)设计简单稳定，页(ye)面刷新(xin)延迟小(xiao)。但它的缺(que)点也是(shi)显而易见的：扩展(zhan)受限，要增(zeng)加远程装置的数(shu)据，只能(neng)提(ti)升服务器的性能(neng)。它只适应(ying)用户规模较(jiao)小(xiao)的情况。
在我(wo)们(men)(men)开发Web Scada系统的时，我(wo)们(men)(men)提出(chu)了以下目(mu)标：
稳定的界面层
; 灵(ling)活地适用于不同的(de)用户规模(mo)
因(yin)为我(wo)们(men)的(de)用户(hu)分布于各个行业，自(zi)动化水(shui)平(ping)相差很(hen)大(da)，我(wo)们(men)提(ti)出这样的(de)目(mu)标是要实(shi)现开发(fa)和维护成本的(de)最低化。该(gai)系统的(de)结构如(ru)下(xia)图4：
比(bi)较它(ta)和分布式系统(tong)结构，我们(men)可(ke)以(yi)看到，Web Server不再(zai)内(nei)含(han)。它(ta)增加(jia)了发布网页的Web Server、进(jin)行(xing)数据(ju)管(guan)(guan)理(li)(li)的数据(ju)服(fu)务器(qi)、进(jin)行(xing)文(wen)件(jian)管(guan)(guan)理(li)(li)的文(wen)件(jian)传送服(fu)务器(qi)等(deng)(deng)等(deng)(deng)（我们(men)的实际系统(tong)中(zhong)，还包含(han)事(shi)件(jian)管(guan)(guan)理(li)(li)服(fu)务器(qi)、口令管(guan)(guan)理(li)(li)服(fu)务器(qi)、数据(ju)转发服(fu)务器(qi)等(deng)(deng)等(deng)(deng)）。因为它(ta)是(shi)按(an)照需(xu)要的功(gong)能(neng)进(jin)行(xing)配置的，所(suo)以(yi)它(ta)是(shi)可(ke)伸缩的。比(bi)如增加(jia)事(shi)件(jian)短信(xin)报警功(gong)能(neng)，接在网络上加(jia)挂一个短信(xin)报警服(fu)务器(qi)。
在(zai)用户(hu)规模的可伸缩(suo)上，Web Scada Server、数(shu)据服(fu)务器(qi)（历史数(shu)据、实(shi)时数(shu)据）、文件传(chuan)送服(fu)务器(qi)、事件管理服(fu)务器(qi)、口(kou)令管理服(fu)务器(qi)、数(shu)据转发服(fu)务器(qi)等服(fu)务器(qi)都是可配置(zhi)的，而且(qie)是自动(dong)加载的，可以实(shi)现在(zai)线切换(huan)。
在具(ju)体实(shi)现(xian)方式上(shang)，每个(ge)服(fu)(fu)务器(qi)均公布WCF接(jie)口，按(an)照(zhao)SOA架(jia)构进(jin)行开发，每个(ge)服(fu)(fu)务均是可(ke)(ke)配置（绑定、终结点）的(de)，便于在复杂(za)的(de)网络中进(jin)行灵活的(de)部(bu)署。此外，数据转发服(fu)(fu)务器(qi)可(ke)(ke)以(yi)增加、修(xiu)改、删除转发实(shi)例，为实(shi)现(xian)用户规(gui)模的(de)可(ke)(ke)伸缩(suo)奠定了基础(chu)。部(bu)署结构如图5
三(san)、关(guan)键技(ji)术的(de)实现
1、 灵活的数据转发
我们(men)知(zhi)道，用户规(gui)模(mo)不(bu)同(tong)，远程通讯装(zhuang)置的(de)(de)数(shu)量(liang)就不(bu)同(tong)，要(yao)(yao)为界面层建立一个稳定的(de)(de)数(shu)据(ju)来(lai)源，我们(men)需要(yao)(yao)建立一个处理系统所有同(tong)类数(shu)据(ju)的(de)(de)服(fu)务(wu)器，然后把相(xiang)关的(de)(de)数(shu)据(ju)都交到该服(fu)务(wu)器中进(jin)行(xing)处理，让它进(jin)行(xing)Web数(shu)据(ju)发布。以历史数(shu)据(ju)处理为例，其软件结构如下图(tu)6：
这样，针对多(duo)个通讯服(fu)务器(qi)（对应不(bu)同的(de)用户(hu)规模），我们在(zai)(zai)系统(tong)中(zhong)配置对应数(shu)(shu)量的(de)历史(shi)数(shu)(shu)据(ju)转(zhuan)发(fa)器(qi)，就可(ke)以适应用户(hu)的(de)远(yuan)程通讯装置数(shu)(shu)量的(de)扩展变化。历史(shi)数(shu)(shu)据(ju)转(zhuan)发(fa)器(qi)运行的(de)实例数(shu)(shu)量根(gen)据(ju)配置文件自(zi)动(dong)(dong)生成，不(bu)仅如此，还必须在(zai)(zai)服(fu)务器(qi)系统(tong)启动(dong)(dong)后自(zi)动(dong)(dong)载入，且在(zai)(zai)运行过程中(zhong)受到监(jian)控(kong)。?
2、 数据服(fu)务端推送(song)
; 如图1，监控(kong)逻辑层(ceng)向(xiang)界(jie)(jie)面层(ceng)发布(bu)数据(ju)是实(shi)现(xian)界(jie)(jie)面层(ceng)向(xiang)用(yong)户呈现(xian)采(cai)集数据(ju)的基础(chu)，由于(yu)我们采(cai)用(yong)的是SOA架构，模(mo)块(kuai)连接采(cai)用(yong)WCF接口，所以(yi)我们可以(yi)很方便地采(cai)用(yong)建立双向(xiang)通(tong)道的方式实(shi)现(xian)服务(wu)端数据(ju)推送[1]。
如图(tu)7，实时(shi)(shi)(shi)数(shu)据(ju)转发(fa)器(qi)在(zai)从通(tong)(tong)讯服务器(qi)取(qu)得(de)实时(shi)(shi)(shi)数(shu)据(ju)后将实时(shi)(shi)(shi)数(shu)据(ju)存(cun)入实时(shi)(shi)(shi)数(shu)据(ju)存(cun)取(qu)服务器(qi)，实时(shi)(shi)(shi)数(shu)据(ju)存(cun)取(qu)服务器(qi)发(fa)现数(shu)据(ju)有(you)(you)变化便使(shi)用实时(shi)(shi)(shi)监控画面事先与(yu)实时(shi)(shi)(shi)数(shu)据(ju)存(cun)取(qu)服务器(qi)建立好的(de)(de)回调(diao)通(tong)(tong)道(dao)，向(xiang)(xiang)实时(shi)(shi)(shi)监控画面推(tui)送实时(shi)(shi)(shi)数(shu)据(ju)。在(zai)WCF技术(shu)中，一(yi)(yi)般采用TCP通(tong)(tong)道(dao)，因为(wei)它(ta)是(shi)面向(xiang)(xiang)连接(jie)的(de)(de)，而Http通(tong)(tong)道(dao)是(shi)无状态的(de)(de)，不适合做(zuo)双(shuang)向(xiang)(xiang)通(tong)(tong)道(dao)，当(dang)然，Http也(ye)有(you)(you)双(shuang)向(xiang)(xiang)的(de)(de)Http，但是(shi)由(you)于(yu)它(ta)要指定回调(diao)的(de)(de)知名端口而使(shi)得(de)回调(diao)会受到一(yi)(yi)些限制[4]。
四、结(jie)束语
采用面向服(fu)务(wu)(wu)(wu)的(de)(de)系(xi)(xi)统(tong)(tong)(tong)结构(gou)式(shi)我们可(ke)以(yi)结合Web Scada系(xi)(xi)统(tong)(tong)(tong)分(fen)(fen)(fen)布式(shi)和集(ji)中式(shi)模式(shi)的(de)(de)优(you)点形成可(ke)伸缩Web Scada系(xi)(xi)统(tong)(tong)(tong)，该系(xi)(xi)统(tong)(tong)(tong)由简洁的(de)(de)数(shu)(shu)(shu)据(ju)通(tong)讯(xun)服(fu)务(wu)(wu)(wu)器(qi)(qi)、数(shu)(shu)(shu)据(ju)管理(li)服(fu)务(wu)(wu)(wu)器(qi)(qi)、文件(jian)传送服(fu)务(wu)(wu)(wu)器(qi)(qi)、口(kou)令管理(li)服(fu)务(wu)(wu)(wu)器(qi)(qi)等组成。它综合了集(ji)中式(shi)系(xi)(xi)统(tong)(tong)(tong)和分(fen)(fen)(fen)布式(shi)系(xi)(xi)统(tong)(tong)(tong)的(de)(de)优(you)点。由于通(tong)讯(xun)服(fu)务(wu)(wu)(wu)器(qi)(qi)负责(ze)与(yu)远程装置(zhi)的(de)(de)数(shu)(shu)(shu)据(ju)通(tong)讯(xun)，灵活地部(bu)署(shu)和配置(zhi)通(tong)讯(xun)服(fu)务(wu)(wu)(wu)器(qi)(qi)可(ke)以(yi)适应不同规模的(de)(de)用户需求，灵活地部(bu)署(shu)各个功能服(fu)务(wu)(wu)(wu)器(qi)(qi)可(ke)以(yi)适应用户的(de)(de)不同功能要求，以(yi)此形成可(ke)伸缩Web Scada系(xi)(xi)统(tong)(tong)(tong)。今后，还(hai)将开(kai)发多级热备份功能，故障(zhang)录播分(fen)(fen)(fen)析(xi)服(fu)务(wu)(wu)(wu)器(qi)(qi)、潮流分(fen)(fen)(fen)析(xi)服(fu)务(wu)(wu)(wu)器(qi)(qi)、谐波分(fen)(fen)(fen)析(xi)服(fu)务(wu)(wu)(wu)器(qi)(qi)、数(shu)(shu)(shu)据(ju)预(yu)处理(li)系(xi)(xi)统(tong)(tong)(tong)等行业系(xi)(xi)统(tong)(tong)(tong)的(de)(de)专用功能服(fu)务(wu)(wu)(wu)器(qi)(qi)。
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[5] 蒋(jiang)金楠，WCF技术剖(pou)析（卷1），电子工业(ye)出版(ban)社(she),2008
作者简介(jie)：
曾明昌 （1966- ） 男 四川省(sheng)德阳(yang)人 本科(ke)生(sheng) 研究方向：WCF应(ying)用、SOA、网络数(shu)据(ju)管理(li)
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