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1 引言
當(dāng)今社會(huì)，世界經(jīng)濟(jì)全球化趨勢(shì)導(dǎo)致了世界市場的激烈競爭，同時(shí)資源和環(huán)保問題的緊迫性對(duì)工業(yè)生產(chǎn)提出了越來越高的要求，這些推動(dòng)過程工業(yè)不斷追求先進(jìn)控制與優(yōu)化，充分利用信息和計(jì)算機(jī)技術(shù)，使企業(yè)不斷增強(qiáng)對(duì)市場的應(yīng)變能力，根據(jù)市場需要及時(shí)組織和調(diào)整生產(chǎn)。充分挖掘生產(chǎn)潛力、提高效率、降低消耗、保護(hù)環(huán)境等目標(biāo)，迫切要求實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程和經(jīng)營過程的整體優(yōu)化。近年來，采用高可靠、智能化儀表和控制系統(tǒng)，現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（Fieldbus Control System，FCS）；開發(fā)高級(jí)過程控制技術(shù)；在各個(gè)層次上實(shí)現(xiàn)在線優(yōu)化；推行管理信息系統(tǒng)（Management Information System，MIS），進(jìn)而開發(fā)計(jì)算機(jī)集成的管理與控制一體化系統(tǒng)，即計(jì)算機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（Computer Integrated Processing System，CIPS），已成為發(fā)達(dá)國家過程工業(yè)特別是煉化工業(yè)中控制與計(jì)算機(jī)在線應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展模式。
從技術(shù)角度看，幾十年來，流程工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)獲得了很大的發(fā)展。從控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)來看，經(jīng)歷了氣動(dòng)、電動(dòng)、直接數(shù)字控制和分布式控制（DCS）四個(gè)時(shí)代，正在邁向第五個(gè)時(shí)代，即現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（FCS）。它將成為未來普遍采用的結(jié)構(gòu)形式。
在規(guī)模上，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)可能只有幾個(gè)到幾十個(gè)I/O 點(diǎn)或控制回路，而現(xiàn)在，一套DCS控制的I/O點(diǎn)和回路多達(dá)幾百甚至上千個(gè)；系統(tǒng)的控制范圍也從傳統(tǒng)的基于回路的控制，發(fā)展到控制整個(gè)裝置或生產(chǎn)線，乃至整個(gè)企業(yè)的協(xié)同控制。伴隨著控制規(guī)模和層次的擴(kuò)大，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也日益復(fù)雜化，一方面，整個(gè)控制系統(tǒng)在不同層次上細(xì)分；從基礎(chǔ)控制、高級(jí)過程控制到更高的優(yōu)化控制。另一方面，控制系統(tǒng)的不同層面之間也要求更加縝密的整合。同時(shí)，伴隨著控制層次的提升，控制與管理的關(guān)系日益密切，在功能上相互滲透。這就是所謂的管控一體化進(jìn)程。它們?cè)谙嗤男б嬷笜?biāo)函數(shù)的規(guī)范下，逐漸被歸入同一個(gè)框架中，以實(shí)現(xiàn)控制與管理的統(tǒng)一。
在這些以企業(yè)經(jīng)營管理和企業(yè)生產(chǎn)管理的緊密集成為目標(biāo)的大型企業(yè)應(yīng)用軟件中，對(duì)生產(chǎn)過程的集成、監(jiān)控、管理是整個(gè)應(yīng)用軟件體系的基礎(chǔ)和平臺(tái)。因此，一種能夠網(wǎng)絡(luò)化集成監(jiān)控所有自動(dòng)化設(shè)備的新型實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件平臺(tái)已經(jīng)成為國內(nèi)外自動(dòng)化廠商開發(fā)的方向。企業(yè)自動(dòng)化與信息化的實(shí)時(shí)軟件平臺(tái)可以分為實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)軟件和信息集成平臺(tái)軟件。
2 企業(yè)自動(dòng)化與信息化的實(shí)時(shí)軟件平臺(tái)的國內(nèi)外概況
2.1 工業(yè)企業(yè)對(duì)自動(dòng)化與信息化的實(shí)時(shí)軟件平臺(tái)的要求
(1) 集成監(jiān)控管理現(xiàn)存的和即將應(yīng)用的自動(dòng)化控制設(shè)備，逐步消除工廠內(nèi)各不相同的專有技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)、協(xié)議所產(chǎn)生的不良效果；
(2) 降低自動(dòng)化系統(tǒng)的總體投資成本，并最大程度的保護(hù)在現(xiàn)有自動(dòng)化系統(tǒng)上的投資；
(3) 滿足工廠生產(chǎn)過程控制從單機(jī)生產(chǎn)到聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)的需要，最終提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益；
(4) 使全廠實(shí)時(shí)生產(chǎn)過程信息進(jìn)入企業(yè)內(nèi)所有的計(jì)算機(jī)平臺(tái)，滿足企業(yè)對(duì)生產(chǎn)更深入、更及時(shí)地管理；
(5) 提供開放、標(biāo)準(zhǔn)的方式或方法，使先進(jìn)控制軟件（APC）、生產(chǎn)調(diào)度軟件能夠方便的開放；
(6) 統(tǒng)一自動(dòng)化控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，為將自動(dòng)化系統(tǒng)最終融入信息管理系統(tǒng)提供條件和可能；
(7) 充分利用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、Internet/Intranet技術(shù)，使生產(chǎn)管理人員和現(xiàn)場操作人員能夠在任何地方對(duì)機(jī)器、生產(chǎn)過程乃至工廠生產(chǎn)管理進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。
現(xiàn)在，國外商品化的實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件正在全力朝這個(gè)方向發(fā)展，典型的產(chǎn)品有美國Intellution公司的Fix Dynamics軟件、WonderWare公司的InTouch軟件、以色列PCSoft國際公司的WizConr軟件、澳大利亞Citect公司的Citect軟件、法國ARC公司的PCVUE32軟件等，這些軟件大都已經(jīng)進(jìn)入中國市場。目前國內(nèi)的實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件平臺(tái)已具有相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)，而且國產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件平臺(tái)在圖形界面上已具有相當(dāng)水平。
在過程控制中，由于各種數(shù)字化自動(dòng)控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，已經(jīng)可以獲得大量有關(guān)生產(chǎn)過程運(yùn)行的“海量數(shù)據(jù)”。但是，這些數(shù)據(jù)只是各個(gè)生產(chǎn)過程的一些細(xì)節(jié)、片面的信息，并不能從全廠的角度反映產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行情況、能源消耗情況。這種存在于企業(yè)經(jīng)營管理系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)之間的信息鴻溝是所有企業(yè)在實(shí)施資源計(jì)劃管理系統(tǒng)（ERP）或企業(yè)供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)時(shí)所遇到的實(shí)際問題。
針對(duì)這種實(shí)際問題，國外軟件開發(fā)商已經(jīng)開發(fā)成功商品化的信息集成平臺(tái)軟件，專門用于運(yùn)營決策管理和實(shí)時(shí)過程控制的信息交換及緊密集成。典型產(chǎn)品有美國OSI公司的PI軟件、CamStar System公司的InSite軟件、RealtimeInfo公司的InfoLink軟件等?，F(xiàn)在，這種實(shí)際問題已經(jīng)開始被廣大國內(nèi)企業(yè)所認(rèn)識(shí)，國內(nèi)這方面的研究開發(fā)工作也已開始起步。
2.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)軟件
作為工業(yè)自動(dòng)化控制設(shè)備監(jiān)視、控制、管理的工具和企業(yè)信息管理系統(tǒng)的重要組成部分，實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件平臺(tái)在工業(yè)生產(chǎn)中越來越多地得到應(yīng)用。表1是國外主要商品化實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件平臺(tái)的市場銷售情況一覽表。
大多數(shù)國外工業(yè)自動(dòng)化咨詢研究、市場調(diào)查公司測(cè)算認(rèn)為，全球工業(yè)自動(dòng)化軟件和實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件平臺(tái)以每年10%～15%的速度增長。中國國內(nèi)各行業(yè)每年的實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件市場的總裝機(jī)容量已達(dá)到20 000套，并以高于國際平均水平的速度快速增長。
國產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件平臺(tái)發(fā)展十分迅速，與國外產(chǎn)品相比，在市場推廣應(yīng)用方面占有明顯的優(yōu)勢(shì)：中文本地化軟件，國內(nèi)企業(yè)的工程技術(shù)人員、管理人員和操作人員使用比較方便；大部分國產(chǎn)監(jiān)控軟件的技術(shù)支持和售后服務(wù)比國外要好；實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件按照國內(nèi)企業(yè)管理需求和中國人的思維習(xí)慣進(jìn)行設(shè)計(jì)，適合中國國情；國內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件價(jià)格相對(duì)便宜，企業(yè)都能接受。因此，擁有自主版權(quán)，符合中國國情，具有國際水平的實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件平臺(tái)的市場前景非常廣闊。
2.3 信息集成平臺(tái)軟件
隨著企業(yè)資源計(jì)劃管理系統(tǒng)（ERP）、供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)和工業(yè)過程自動(dòng)化系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，用于它們之間的綜合信息集成軟件平臺(tái)的重要作用，必將被廣大企業(yè)的工程技術(shù)人員和企業(yè)管理人員所認(rèn)可。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，美國已有煉油、化工、電力、食品、制藥等行業(yè)的兩萬多家企業(yè)應(yīng)用了這種綜合集成軟件平臺(tái)。開發(fā)這類軟件的公司被認(rèn)為是最熱門的軟件開發(fā)公司。表2給出了一些主要商品化綜合集成軟件平臺(tái)的市場銷售統(tǒng)計(jì)。
國內(nèi)企業(yè)對(duì)該類軟件的需求將隨著企業(yè)資源計(jì)劃管理系統(tǒng)（ERP）、供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)的應(yīng)用和自動(dòng)化控制系統(tǒng)的完善而逐漸增加。預(yù)計(jì)在近幾年內(nèi)，全國煉油、化工、冶金、電力、制藥、造紙、食品等行業(yè)，每年至少有300家企業(yè)有對(duì)綜合信息集成平臺(tái)軟件的實(shí)施需求，按每套100萬元人民幣計(jì)算，將形成一個(gè)產(chǎn)值近3億元人民幣的軟件市場，并將逐年增長，可見國內(nèi)對(duì)信息集成軟件平臺(tái)的需求形勢(shì)喜人。
3 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是企業(yè)自動(dòng)化與信息化實(shí)時(shí)軟件平臺(tái)的核心
企業(yè)自動(dòng)化與信息化的實(shí)時(shí)軟件平臺(tái)的核心技術(shù)是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫與一般數(shù)據(jù)庫應(yīng)用有顯著不同的特征。在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，舊的數(shù)據(jù)不斷被新的數(shù)據(jù)取代，而當(dāng)前的控制、決策或調(diào)度完全依賴于這些即時(shí)數(shù)據(jù)。所以，它既需要數(shù)據(jù)庫來支持大量數(shù)據(jù)的共享，維護(hù)其數(shù)據(jù)的一致性，又需要實(shí)時(shí)處理來支持其事務(wù)與數(shù)據(jù)的定時(shí)限制。
傳統(tǒng)的應(yīng)用于流程工業(yè)的控制系統(tǒng)只是孤立地針對(duì)自身的實(shí)時(shí)性要求，沒有從數(shù)據(jù)庫的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)，雖然支持任務(wù)的定時(shí)限制，但它針對(duì)的是結(jié)構(gòu)與關(guān)系很簡單的、穩(wěn)定不變和孤立的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)環(huán)境，不涉及維護(hù)大量共享數(shù)據(jù)及它們的完整性和一致性，尤其是時(shí)間一致性。其自身只是一個(gè)信息“孤島”，無法在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下協(xié)同工作。
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫沒有嚴(yán)格的定義。一般認(rèn)為，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫就是其數(shù)據(jù)和事務(wù)都有顯式定時(shí)限制的數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)的正確性不僅依賴于事務(wù)的邏輯結(jié)果，而且依賴于該邏輯結(jié)果所產(chǎn)生的時(shí)間。
以關(guān)系模型為代表的商業(yè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)旨在處理永久、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，強(qiáng)調(diào)維護(hù)數(shù)據(jù)的完整性、一致性。其性能目標(biāo)是高的系統(tǒng)吞吐量和低的代價(jià)，而很少考慮有關(guān)數(shù)據(jù)及其處理的定時(shí)限制，所以，這種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)不能滿足網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的實(shí)時(shí)應(yīng)用的需要。因此，只有深入研究網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫理論和技術(shù)，才能在支持時(shí)間關(guān)鍵性應(yīng)用和保證數(shù)據(jù)一致性、完整性等關(guān)鍵問題上取得突破?；谶@個(gè)原因，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫被認(rèn)為是企業(yè)自動(dòng)化與信息化實(shí)時(shí)軟件平臺(tái)的基礎(chǔ)。只有把各個(gè)獨(dú)立的實(shí)時(shí)應(yīng)用集成到一個(gè)統(tǒng)一的、以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的體系化環(huán)境中，才可能真正從網(wǎng)絡(luò)的角度思考整個(gè)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。
研究流程工業(yè)環(huán)境下的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫需要解決幾個(gè)根本性的問題：
① 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)目標(biāo)；
② 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)方法；
③ 在設(shè)計(jì)時(shí)沿用什么樣的原則。
3.1 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)目標(biāo)
確定實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)目標(biāo)是一個(gè)根本性的問題，是決定其他問題的哲學(xué)前提。
(1) 高可靠性是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的首要設(shè)計(jì)目標(biāo) 這是因?yàn)檫@類數(shù)據(jù)庫工作在生產(chǎn)第一線，是過程控制的關(guān)鍵數(shù)據(jù)平臺(tái)，一旦發(fā)生故障，直接影響到安全生產(chǎn)，所以無論何時(shí)可靠性都是第一位的。可靠性表現(xiàn)在它的軟件、硬件故障率低，發(fā)生故障可以快速恢復(fù)到可用狀態(tài)。并且系統(tǒng)有一定的安全性保證，防止數(shù)據(jù)遭到破壞。這里討論的實(shí)現(xiàn)高可靠性目標(biāo)是通過設(shè)計(jì)堅(jiān)固的數(shù)據(jù)庫模型和合理的、完備的體系結(jié)構(gòu)得到保證的，并不涉及具體的技術(shù)和工程方法。
(2) 實(shí)時(shí)性是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫最重要的性能指標(biāo) 在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的底層，系統(tǒng)與各種測(cè)量、控制設(shè)備直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，這些數(shù)據(jù)設(shè)備的帶寬和生產(chǎn)過程的I/O速度要求直接決定了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的響應(yīng)速度，只有滿足了這種需求，該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)才可能應(yīng)用于該類生產(chǎn)過程。事實(shí)上，實(shí)時(shí)、高速、較為確定的響應(yīng)時(shí)間也是整個(gè)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵指標(biāo)。
(3) 完備的、簡單的功能接口和人機(jī)交互接口 系統(tǒng)應(yīng)該具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)管理和表達(dá)能力。實(shí)際上這也是數(shù)據(jù)庫實(shí)時(shí)性能的一部分。因?yàn)?，如果一個(gè)RTDB系統(tǒng)雖然在其內(nèi)部的實(shí)時(shí)性很好，但是，其復(fù)雜的用戶接口難以滿足快速響應(yīng)環(huán)境下的人機(jī)對(duì)話要求，或者用戶接口過于薄弱，用戶無法快速有效的得到所需的信息。這些實(shí)際上都大大損害了整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。
(4) 數(shù)據(jù)獨(dú)立性 保證數(shù)據(jù)獨(dú)立性是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)理論的基本課題，應(yīng)該做到系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)邏輯的變化，盡量不反映到用戶模式上來。
(5) 系統(tǒng)可伸縮性是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中必不可少的條件 可伸縮性同時(shí)也是整個(gè)CIPS的要求。整個(gè)系統(tǒng)在規(guī)模上應(yīng)該是易于修改的，因?yàn)閷?shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫不可能一次就完整地建立起來，而是在原有的基礎(chǔ)上不斷擴(kuò)充從而完備起來的，此外，數(shù)據(jù)庫的用戶和應(yīng)用情況也會(huì)不斷發(fā)生變化。所以，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該充分考慮到未來應(yīng)用接口問題。并且，在修改和擴(kuò)充后，不應(yīng)影響原有用戶的使用方式，如不必修改和重寫原有的應(yīng)用程序。
3.2 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)方法
網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的困難包括以下兩個(gè)方面：首先是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有著根本性的不同，這其中有一系列的技術(shù)問題要解決。其次，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫與其他環(huán)境下的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫有顯著的區(qū)別。這實(shí)際上意味著在體系結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)模型等重要方面，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫必須重新設(shè)計(jì)。
(1) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)模型 目前，一些理論文獻(xiàn)通常把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫建立在關(guān)系模型上。但是在很多情況下，關(guān)系模型的性能卻不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)時(shí)性要求。因此，結(jié)合流程工業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)，建立真正適合于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫模型是一個(gè)重要的理論課題。我們提出一種建立在網(wǎng)狀和層次模型上的結(jié)構(gòu)模型，這個(gè)模型在我們自行開發(fā)的系統(tǒng)中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，并且取得了很好的性能。
(2) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)模型及其語言 事實(shí)上，到目前為止研究實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的文獻(xiàn)中專門討論數(shù)據(jù)建模問題的較少。一般使用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型。但是這個(gè)模型在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下難以應(yīng)用，也無法取得很好的效果。原因是在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)有著鮮明的特點(diǎn)：
① 數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)往往對(duì)應(yīng)著物理的測(cè)量、控制和監(jiān)測(cè)設(shè)備，不只是實(shí)時(shí)性要求高。另一方面在數(shù)據(jù)組織上，數(shù)據(jù)與相關(guān)聯(lián)的算法，即數(shù)據(jù)庫事務(wù)通常緊密相關(guān)，表現(xiàn)出明顯的對(duì)象特征。
② 設(shè)備數(shù)據(jù)通過復(fù)雜的組態(tài)關(guān)系建立錯(cuò)綜復(fù)雜的參數(shù)連接網(wǎng)絡(luò)，傳統(tǒng)的組態(tài)數(shù)據(jù)庫就是用于描述這種蛛網(wǎng)般的連接屬性。但實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫要求從更廣泛的角度看待這個(gè)問題。
所以，研究出一種既有對(duì)象特征，又能高效描述組態(tài)聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型是非常重要的。
(3) 實(shí)時(shí)事務(wù)的模型與特性 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫下的事務(wù)模型更加復(fù)雜，可能包含著事務(wù)嵌套等。因此，實(shí)時(shí)事務(wù)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，事務(wù)之間有多種交互行動(dòng)和同步，存在結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)、行為、時(shí)間上的相關(guān)性以及在執(zhí)行方面的依賴性。
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的事務(wù)有多種定時(shí)限制，其中最典型的是事務(wù)截止期，系統(tǒng)必須能讓截止期更早或更緊急的事務(wù)較早地執(zhí)行，換言之，就是能控制事務(wù)的執(zhí)行順序。同時(shí)，又需要基于截止期和緊迫度來標(biāo)明事務(wù)的優(yōu)先級(jí)，然后按優(yōu)先級(jí)進(jìn)行事務(wù)調(diào)度。所以，需要開發(fā)新的并發(fā)控制標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)現(xiàn)技術(shù)。
(4) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與緩沖區(qū)管理 盡管這是一個(gè)應(yīng)用技術(shù)，但是在實(shí)際的實(shí)現(xiàn)過程中卻是非常重要的，直接關(guān)系著實(shí)時(shí)系統(tǒng)的性能。傳統(tǒng)的磁盤數(shù)據(jù)庫的操作受I/O限制，其I/O的時(shí)間延遲及其不確定性對(duì)實(shí)時(shí)事務(wù)是難以接受的。因此，RTDB中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的一個(gè)主要問題就是如何消除這種延遲及其不確定性，這需要底層的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫支持，因而內(nèi)存緩沖區(qū)的管理就顯得更為重要。這里所說的內(nèi)存緩沖區(qū)除內(nèi)存數(shù)據(jù)庫外，還包括事務(wù)的執(zhí)行代碼及其工作數(shù)據(jù)等所需的內(nèi)存空間。此時(shí)的管理目標(biāo)是高優(yōu)先事務(wù)的執(zhí)行不應(yīng)因此而受阻，它要解決以下問題：
① 如何保證事務(wù)執(zhí)行時(shí)，只存取內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，即其所需數(shù)據(jù)均在內(nèi)存（因而它本身沒有I/O）。
② 如何給事務(wù)及時(shí)分配所需緩沖區(qū)。
③ 必要時(shí)，如何讓高優(yōu)先級(jí)事務(wù)搶占低優(yōu)先級(jí)事務(wù)的緩沖區(qū)。因此，傳統(tǒng)的管理策略也不適用，必須開發(fā)新的基于優(yōu)先級(jí)的算法。
(5) 災(zāi)難恢復(fù)是提高系統(tǒng)可靠性的重要技術(shù)保證 在實(shí)際生產(chǎn)過程中，災(zāi)難恢復(fù)的意義尤其重要，但是在CIPS環(huán)境下的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中災(zāi)難恢復(fù)顯得異常復(fù)雜。這是因?yàn)椋?/FONT>
① 大多數(shù)與外界設(shè)備通訊的實(shí)時(shí)事務(wù)是不可逆的，所以，傳統(tǒng)的還原機(jī)制是無意義的，要求建立新的補(bǔ)償、替代策略。
② 恢復(fù)過程影響處于活躍狀態(tài)的事務(wù)，使有的事務(wù)超截止期，這對(duì)硬實(shí)時(shí)事務(wù)是不能接受的。
③ 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)不一定總是永久的，為了保證實(shí)時(shí)限制的滿足，也不一定是一致和絕對(duì)正確的，而有的是短暫的，有的是暫時(shí)不一致或非絕對(duì)準(zhǔn)確的。
因此，必須開發(fā)新的恢復(fù)技術(shù)與機(jī)制，應(yīng)考慮到時(shí)間與資源兩者的可用性，以確定最佳恢復(fù)時(shí)機(jī)與策略，而不致太損害事務(wù)實(shí)時(shí)性的滿足。
3.3 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)沿用的原則
總之，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的研究需要做大量的理論研究和實(shí)際工作。在整個(gè)過程中，有兩個(gè)重要原則：
① 簡單性原則 事實(shí)上，簡單明了的結(jié)構(gòu)模型、數(shù)據(jù)模型、事務(wù)模型是實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和可靠性的重要保證。
② 適應(yīng)性原則 在研究過程中，充分考慮到流程工業(yè)的特點(diǎn)，同時(shí)，始終對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫在整個(gè)系統(tǒng)中的位置和作用有明確的認(rèn)識(shí)，只有這樣，才可能最大程度地提高實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的性能。一個(gè)必須避免的誤區(qū)是：設(shè)計(jì)出一個(gè)面面俱到，卻又性能平庸的系統(tǒng)。
3.4 CIPS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的性能評(píng)價(jià)算法
一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的好壞需要一個(gè)定量的性能評(píng)價(jià)方法?！靶阅茉u(píng)價(jià)”是指邏輯數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的性能分析。另外，在實(shí)際應(yīng)用中，也需要這樣一種方法評(píng)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際性能，以便對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行性能參數(shù)整定。常用的是邏輯記錄訪問（Logical Record Access, LRA）計(jì)算法，簡稱LRA算法。它是T. Teorey 和 J. Fry于1980年提出的。LRA方法最初是被設(shè)計(jì)用來對(duì)網(wǎng)狀和層次模型進(jìn)行比較和評(píng)價(jià)的一種方法。
在執(zhí)行一個(gè)應(yīng)用程序時(shí)需要訪問的每個(gè)記錄類型的記錄數(shù)，成為邏輯記錄訪問數(shù)（即LRA數(shù)）。在計(jì)算處理頻率時(shí)，LRA數(shù)表征了數(shù)據(jù)庫的訪問情況。下面討論LRA方法的具體過程。
① LRA數(shù)的計(jì)算
LRA是指單位時(shí)間內(nèi)所有應(yīng)用需要訪問記錄的總數(shù)。設(shè)LRAij是第i個(gè)應(yīng)用對(duì)記錄類型j訪問的記錄數(shù)，F是單位時(shí)間內(nèi)執(zhí)行應(yīng)用i的次數(shù)。則：
這里，M是數(shù)據(jù)庫中應(yīng)用的總數(shù)，N是數(shù)據(jù)庫中記錄類型的總數(shù)。
② 傳輸量的計(jì)算
每個(gè)應(yīng)用i的傳輸量用TRVOLi表示，單位是字節(jié)，單位時(shí)間內(nèi)總的傳輸量是：
其中RECSIZE表示邏輯記錄類型j的一個(gè)記錄所占的空間。
③ 存儲(chǔ)空間計(jì)算
存儲(chǔ)空間由兩部分組成：數(shù)據(jù)空間和指針空間。
數(shù)據(jù)空間（DSTOR）的計(jì)算如下：
其中，數(shù)據(jù)空間用字節(jié)表示；NRECj 是數(shù)據(jù)庫中記錄類型j的記錄總數(shù)。
指針空間（PTRSTOR）的計(jì)算如下：
其中，指針空間用字節(jié)表示；PS是指針的大小，NPTRj是記錄類型j平均用到的指針個(gè)數(shù)。
4 結(jié)語
綜上所述，企業(yè)自動(dòng)化與信息化的實(shí)時(shí)軟件平臺(tái)市場前景非常廣闊；而實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是企業(yè)自動(dòng)化與信息化的實(shí)時(shí)軟件平臺(tái)的基礎(chǔ)，它的性能在很大程度上決定了整個(gè)系統(tǒng)的可用性。系統(tǒng)地研究網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫理論和技術(shù)需要做大量的工作，不僅僅是在理論方面，更重要的是理論結(jié)果能經(jīng)得起實(shí)踐的檢驗(yàn)。
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)