朱敬華

（國(guó)華徐州發(fā)電有限公司，江蘇徐州221166）

0 引言

隨著我國(guó)環(huán)保形勢(shì)日趨嚴(yán)峻，環(huán)境保護(hù)要求也日益提高，作為主要環(huán)境污染因子的SO2、NOx、煙塵等指標(biāo)成為重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象，而火力發(fā)電企業(yè)作為這幾項(xiàng)指標(biāo)的排放大戶，也面臨著污染物排放考核的各方壓力。伴隨著2011版《大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的頒布和實(shí)施，江蘇省迎來(lái)了一輪又一輪的環(huán)保設(shè)施改造高峰期，相關(guān)考核政策和措施也相繼出臺(tái)，對(duì)于發(fā)電企業(yè)來(lái)說(shuō)，壓力和動(dòng)力并存。因此，如何保障環(huán)保數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行成為當(dāng)前實(shí)踐研究的熱點(diǎn)。鑒于此，本文提出了一種基于滑動(dòng)窗口控制數(shù)據(jù)處理的雙機(jī)冗余機(jī)制，其能為數(shù)據(jù)傳輸提供保障，并在生產(chǎn)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了部署應(yīng)用。

現(xiàn)有的環(huán)保數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)采用的是單通道傳輸機(jī)制，這種機(jī)制在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，只有通過(guò)人工干預(yù)，才能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)，這既影響了環(huán)保數(shù)據(jù)的正常傳輸，又對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)維人員造成很大的壓力。雙機(jī)冗余機(jī)制可以很好地解決系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的單點(diǎn)故障問(wèn)題，但是如何實(shí)現(xiàn)故障的實(shí)時(shí)感知，如何進(jìn)行故障的無(wú)感切換，在故障恢復(fù)時(shí)如何進(jìn)行傳輸通道的還原，都是在實(shí)現(xiàn)雙機(jī)冗余機(jī)制時(shí)面臨的挑戰(zhàn)難點(diǎn)。本文對(duì)上述幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了深入的分析研究，提出了一種有效的解決方案，并在生產(chǎn)系統(tǒng)中進(jìn)行了應(yīng)用。

1 硬件架構(gòu)

雙機(jī)冗余機(jī)制的硬件架構(gòu)如圖1所示，主數(shù)據(jù)采集單元與冗余數(shù)據(jù)采集單元同時(shí)從SIS服務(wù)器中采集環(huán)保數(shù)據(jù)，并且兩個(gè)采集單元之間形成采集通道的冗余，把采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)度網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)傳輸至電力調(diào)度網(wǎng)絡(luò)。

主數(shù)據(jù)采集單元，包含SIS側(cè)采集服務(wù)器1、隔離裝置1、調(diào)度側(cè)采集服務(wù)器1，是數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)闹饕ǖ馈?/p>

冗余數(shù)據(jù)采集單元，包含SIS側(cè)采集服務(wù)器2、隔離裝置2、調(diào)度側(cè)采集服務(wù)器2，是數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)膫溆猛ǖ馈?/p>

2 軟件平臺(tái)

冗余機(jī)制的軟件平臺(tái)如圖2所示，主要包含心跳偵測(cè)模塊、參數(shù)配置模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、冗余控制模塊、自動(dòng)報(bào)警模塊、監(jiān)控模塊共6個(gè)模塊。

圖1 雙機(jī)冗余機(jī)制的硬件架構(gòu)

（1）心跳偵測(cè)模塊。該模塊是整個(gè)冗余機(jī)制的基礎(chǔ)，主要完成熱備雙機(jī)之間的心跳偵測(cè)和?；钆袛?，為了保證雙機(jī)心跳的實(shí)時(shí)性，設(shè)計(jì)該功能作為最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)運(yùn)行，避免被其他任務(wù)搶占。

（2）參數(shù)配置模塊。該模塊實(shí)現(xiàn)雙機(jī)冗余機(jī)制的軟件平臺(tái)的運(yùn)行參數(shù)配置，包括故障切換的敏捷性、自動(dòng)報(bào)警模塊的告警接受人等。

（3）數(shù)據(jù)處理模塊。該模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)雙通道采集的冗余數(shù)據(jù)進(jìn)行消冗余處理，使得最終傳送至省調(diào)側(cè)的數(shù)據(jù)只是一份，不影響考核。

（4）冗余控制模塊。該模塊實(shí)現(xiàn)雙機(jī)主從運(yùn)行模式的自動(dòng)判斷和故障狀態(tài)下主從模式的自動(dòng)切換功能。

（5）自動(dòng)報(bào)警模塊。該模塊把通道運(yùn)行的情況以報(bào)警的方式告知用戶，保證在主通道發(fā)生故障時(shí)，用戶可以及時(shí)知道并進(jìn)行處理，以防止二次故障發(fā)生導(dǎo)致的數(shù)據(jù)傳輸中斷。

（6）監(jiān)控模塊。該模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)通道的監(jiān)控以及對(duì)環(huán)保數(shù)據(jù)傳輸情況的監(jiān)控。

圖2 冗余機(jī)制的軟件平臺(tái)

3 基于滑動(dòng)窗口控制的數(shù)據(jù)處理算法

滑動(dòng)窗口（Sliding window）是一種流量控制技術(shù)。早期的網(wǎng)絡(luò)通信中，通信雙方往往不會(huì)考慮網(wǎng)絡(luò)的擁擠情況，都是直接發(fā)送數(shù)據(jù)。由于大家不知道網(wǎng)絡(luò)擁塞狀況，同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，造成中間節(jié)點(diǎn)阻塞掉包，誰(shuí)也發(fā)不了數(shù)據(jù)，所以就有了滑動(dòng)窗口機(jī)制來(lái)解決此問(wèn)題。本文借鑒滑動(dòng)窗口的思路，設(shè)置實(shí)時(shí)傳輸?shù)沫h(huán)保數(shù)據(jù)測(cè)點(diǎn)的緩沖時(shí)間段，對(duì)在滑動(dòng)時(shí)間窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行消重處理，以此來(lái)保證數(shù)據(jù)既不會(huì)丟失，又不會(huì)重復(fù)發(fā)送。

基于滑動(dòng)窗口控制的數(shù)據(jù)處理算法是針對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p機(jī)冗余業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)的，通過(guò)監(jiān)控兩個(gè)通道的數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行消重以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高可靠傳輸。消重監(jiān)控程序的核心是設(shè)計(jì)了基于滑動(dòng)時(shí)間窗口的算法，該算法不僅實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的消重，同時(shí)也保證了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，其實(shí)現(xiàn)原理如圖3所示。

圖3 基于滑動(dòng)窗口控制的數(shù)據(jù)處理算法實(shí)現(xiàn)原理

（1）當(dāng)接收到通道發(fā)送過(guò)來(lái)的測(cè)點(diǎn)時(shí)，在緩沖池中搜索該測(cè)點(diǎn)的標(biāo)志，如果緩沖池中沒(méi)有，就把測(cè)點(diǎn)及相應(yīng)時(shí)間戳發(fā)往省調(diào)網(wǎng)絡(luò)，并存入緩沖池；如果緩沖池中有該測(cè)點(diǎn)，則把測(cè)點(diǎn)及相應(yīng)時(shí)間戳發(fā)往省調(diào)網(wǎng)絡(luò)，并更新緩沖池中該測(cè)點(diǎn)的時(shí)間戳。

（2）滑動(dòng)時(shí)間窗口，檢查緩沖池中已有測(cè)點(diǎn)與最新時(shí)間戳的差值，如果大于時(shí)間窗大小t，向前滑動(dòng)時(shí)間窗口，把該測(cè)點(diǎn)從緩沖池中刪除；如果小于時(shí)間窗大小t，則保持時(shí)間窗口位置不變。

基于滑動(dòng)窗口控制的數(shù)據(jù)處理算法具體實(shí)現(xiàn)思路如下：

（1）在隊(duì)列Q中使用雙指針的左右指針技巧，初始化left=right=0，把索引的閉合區(qū)間[left，right]稱為一個(gè)“窗口”，其中隊(duì)列中的元素就是按順序排列的環(huán)保數(shù)據(jù)上傳的每個(gè)測(cè)點(diǎn)。

（2）不斷增加right指針的值，擴(kuò)大窗口[left，right]，直到窗口中的總體冗余測(cè)點(diǎn)數(shù)量滿足預(yù)設(shè)的比例r。

（3）符合要求后，停止增加right，轉(zhuǎn)而增加left指針來(lái)縮小窗口[left，right]，直到窗口中的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)不再滿足時(shí)間刷新的要求。注意，每次增加left，都要更新一輪結(jié)果。

（4）重復(fù)第2步和第3步，直到right到達(dá)隊(duì)列Q的盡頭或者滿足一次完整上傳的測(cè)點(diǎn)全部上傳完成。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，本文提出的基于滑動(dòng)窗口控制數(shù)據(jù)處理的雙機(jī)冗余機(jī)制已經(jīng)在國(guó)華徐州發(fā)電有限公司進(jìn)行部署應(yīng)用，實(shí)際應(yīng)用表明，本文提出的機(jī)制可以有效保證環(huán)保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，提高通道故障時(shí)的響應(yīng)處理速度，針對(duì)冗余通道設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)處理算法可以有效保證實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的唯一性，保障環(huán)保數(shù)據(jù)雙通道傳輸系統(tǒng)的正常運(yùn)行。