实时数据库介绍

实时数据库介绍

拖太久了，最终我还是要将这篇文章写出来，希望能够对同仁们有所帮助。

在此文章中，我计划主要介绍如下主题：

谈到实时数据库，有些同仁还颇感神秘，我写此文结合我05年开始做的MES RTDBE实时数据库工程师培训教材来开展，逐渐解开面纱，给大家展示一个真实的实时数据库世界。注：图其实都很清晰，如看不清，纯属CEC博客功能问题，用鼠标点一下图，看大图。

先了解概念，再深入原理。

说道实时数据库，当时诞生于美国，随着流程工业和航天工业的发展，大量的测量数据需要集成和存储，采用关系数据库难以满足速度和容量的要求，而且接口访问复杂，不适合科研和监控的需要，因此80年代中期，开始诞生了以工业监控为目的的实时数据库。

今天大家看到的一些实时数据库，如PI、Uniformance、Infoplus、InSql等工业监控类实时数据库均先后诞生于此阶段。而当时还有另外一个分支，即所谓硬实时数据库，它的采集速度和响应速度均是毫秒级的，而大家知道，今天大量应用实时数据库，主动采集速度均是秒级的，响应速度也不严格，在Windows平台下，小于40ms的响应均不准确，但当时却有这类产品，目前多用于军事和科研了。到了上世纪90年代，实时数据库在流程工业全世界范围内大行其道，源于以太网的逐步普及；主要应用于工业监控、控制和公用工程。国内的实时数据库发展较为缓慢，这和技术封锁和政治风气都有关系，到了2000年之后，国内的实时数据库逐渐展露头角，如ESP-iSYS、Agilor等与国外的PI、InfoPlus均属于大型分布式网络实时数据库。规模相对较小的，如PHD、ConRTDB、Super Info，在国内开始应用。由于应用场景的不同，好多企业开始还只是解决现场监控的问题，分不清RTDB与SCADA的概念，结果InSql获得了一个发展的机会。

那么，什么是实时数据库呢，过去国人老将其与SCADA搞混，倒也给SCADA 一个发展的机会。实际上实时数据库是“对实时性要求高的时标型信息的数据库管理系统”，注意，这里特别提醒，是管理系统，而非单独一个数据库。实时数据库虽是系统软件，但更多是一个应用平台软件，原因是实时数据库还没有一个像SQL一样的标准，而且其功能太过综合，各厂商推出的产品功能各有侧重。但以上的膜片中至少总结了实时数据库的主要功能。

目前实时数据库已经应用到众多领域，它的应用范围还在不断扩展，业界的同仁在不断创造出实时数据库的应用模式。只要有时标型数据，实时数据库就可以在一定程度上发挥威力。

说到这里，渐渐要讲原理了。与一般认识不同，时标型数据并非仅仅指时间戳、值和质量码，还有一个很重要的属性，那就是及时性，及时性有两重含义，采样间隔和数据的新鲜度。时标型数据的价值随新鲜度降低而递减。1秒钟内的数据可以用来流程工业中的控制，5秒钟之内可以用来监视，半小时内的数据可以用来分析和优化，一天内的数据可以用来日报表，如果是半年前的数据，则只能做对比和追溯了。而得到数据的新鲜程度往往取决于采样频率，这就是为什么如此重视实时数据库的采样快速性。同时采样的频率还进一步决定了实时数据库保存信息的丰富程度。请看下一张膜片：

大家都知道采样定理，根据拉普拉斯变换，任何信号都可以被分解为频率不同、幅值不同的正弦波叠加，而如果要让采到的数据中包含一个频率的信息，则采样频率至少为此频率的2倍。所以大家不要过分关心实时数据库宣称的无损压缩，

更重要的是要明白，信息的最大损失就在于采样。更简单的例子，当你以10秒钟的周期去采样，可能装置运行过程中出现了异常的超调，在5秒内又恢复了，而你的实时数据库中却根本不存在这些信息。从另一个方面讲，实时数据库中存储的数据永远是滤波后数据，实时数据库就像一个低通滤波器。

接下去，要讲到实时数据库的核心技术原理了，理解了这些原理，在设定实时数据库运行参数的时候，才能得到更好的效果。也就会明白，一个RTDBA（RTD B Administrator）的存在价值。

看看这些标题，就知道，我下面会讲很多关键的东西，之前很多Q友在群里面抱怨我不提供完整的实时数据库原理知识材料，抱歉，太忙了。不是吝惜什么或技术保密，今天，只要你努力，都可以做出一个实时数据库的核来，但从一个内

核到产品的质变，是需要公司正规研发投入的，因此，原理实在不需要保密，讲个明白，大家能更好地使用实时数据库。

首先看看，任何复杂的大型实时数据库，其基本体系架构，也不外乎如图所示，通过现场适配层适配现场的各种接口，做工控的都知道，这是一个复杂的工作。然后通过实时核心，完成数据的采集、实时计算、报警计算、其它处理，实时数据被不断泵入磁盘历时存储，形成可追溯的历时信息，同时通过向应用层提供各种适配接口，支持各种开发语言和各种应用需求的访问。认识好这个基础架构，下面看核心原理，就思路清晰了。

总的来说，目前工业通讯、传输的协议种类繁多，主要有两方面原因：1、历史遗留；2、人为垄断；二者的合力就是上边这张膜片的内容，搭建看看，难啊，很多时候，为了不付出厂商提出的巨额接口或接口板卡费用，广大的业界同仁采

取编程口、打印口等极端方式，以获得可以接受的性价比。在协议载体上，主要是串行和以太两种，当然在串行通讯中又有很多专用总线分支，例如Profibus 等。未来在载体上是相当的清晰，请大家看我的另一篇文章《工业以太网技术有望统一现场总线》，以太网通讯技术已经势如破竹，所以，前途光明，但另一个困扰更大，就是封闭的协议，目前大部分厂商都宣称自己开放了，但开放的是上层，而非底层。虽然，至少可以做到采用OPC访问实时数据库，但要想简单地将For InSql的接口用于Agilor，则很难，这就是底层没有协议的问题。前两天在接收《今日自动化》采访的时候，我也提出，如果底层协议不统一，实时数据库的市场将继续存在混乱和低速发展。

谈到接口，小型实时数据库（许多是号称自己是实时数据库的组态软件）均采用了以上的架构，即将核心和接口做在一起，用户使用起来较为简单，但如果出现任何一个不稳定的接口或局部异常，那整个实时数据库就崩溃了。另外对于大型应用，这种结构也较难扩展。对于大型分布式实时数据库，基本按照如下的配置：