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1、(10)申请公布号 CN 104361088 A (43)申请公布日 2015.02.18 CN 104361088 A (21)申请号 201410652770.4 (22)申请日 2014.11.17 G06F 17/30(2006.01) (71)申请人 国电南京自动化股份有限公司 地址 210009 江苏省南京市鼓楼区新模范马 路 38 号 (72)发明人 王媛媛 包德梅 颜儒彬 张超 曹黎明 李芳 蔡一磊 李寅 (74)专利代理机构 南京纵横知识产权代理有限 公司 32224 代理人 董建林 许婉静 (54) 发明名称 SCADA 系统基于实时权重分析的拥塞数据处 理方法 (57) 。
2、摘要 本发明公开了一种 SCADA 系统基于实时权 重分析的拥塞数据处理方法， 涉及大量数据采集 传输过程中的拥塞控制技术， 其特征在于 ： 包括 如下步骤 ：（1） 、 数据采集及预处理 ；（2） 、 对采集 数据进行实时权重分析， 根据数据集合的特征计 算数据各项指标所占的权重系数 ；（3） 、 计算实时 数据的性能综合评价值 ；（4） 、 根据数据性能综合 评价值对采集数据进行智能化处理， 确定数据的 上传优先级 ；（5） 、 选择优先级高的数据包上传至 SCADA 界面系统。该发明针对 SCADA 系统中紧急 状况下出现的大量拥塞数据， 实时权重分析， 能够 在较短时间内进行处理， 选。
3、择紧急、 重要的数据优 先上送， 为决策者提供关键性的判断依据。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104361088 A CN 104361088 A 1/2 页 2 1. 一种 SCADA 系统基于实时权重分析的拥塞数据处理方法， 其特征在于， 包括以下步 骤， 步骤一、 数据采集及预处理 ； 步骤二、 对采集数据进行实时权重分析 ： 根据数据集合的特征计算数据传输性能指标 所占的权重系数 ； 步骤三、 使用线性加权法计算数据流。
4、缓冲区内数据包的数据性能综合评价值 ； 步骤四、 根据数据性能综合评价值对采集数据进行智能化处理， 确定数据的上传优先 级 ； 步骤五、 选择优先级高的数据包上传至 SCADA 界面系统。 2. 根据权利要求 1 所述的 SCADA 系统基于实时权重分析的拥塞数据处理方法， 步骤一 中所述数据预处理为根据单位时间内新增数据的数量进行预处理， 具体包括 ： 如果单位时 间内新增数据量为正常数据量的 0.2 0.5 倍， 则认为未发生数据拥塞， 直接将数据上送 ； 如果单位时间内新增数据量为正常数据量0.51.5倍， 则认为数据拥塞不严重， 读取通用 的权重系数， 然后执行步骤三 ； 如果单位时间。
5、内新增数据量高于正常数据量的 1.5 倍以上， 则认为发生严重数据拥塞， 需要执行步骤二中的实时权重分析。 3. 根据权利要求 1 所述的 SCADA 系统基于实时权重分析的拥塞数据处理方法， 其特征 在于 ： 步骤二中所述数据集合的特征为被采集数据及数据传输性能评价指标值。 4. 根据权利要求 1 所述的 SCADA 系统基于实时权重分析的拥塞数据处理方法， 其特征 在于 ： 步骤二中所述数据传输性能指标包括优先权、 实时性、 时延、 预计剩余传输时间、 越限 等级、 异常变化等级。 5. 根据权利要求 1 所述的 SCADA 系统基于实时权重分析的拥塞数据处理方法， 其特征 在于 ： 步骤。
6、二所述实时权重分析通过变异系数法对数据传输性能指标进行赋权， 所述实时权重分析具体包括以下步骤 ： (1) 假设有 m 个被采集的样本数据 ai其中 i 1,2m， 被采集数据有 n 个数据传输性 能指标 fj， 其中 j 1,2n ； (2)搜集被采集数据的传输性能数据， 将所述传输性能数据存放于所述m个样本对象n 个指标构成的决策矩阵 X (xij)mn中 ； 采用变异系数法对数据传输性能指标进行赋权 ： 则 xj的变异系数 xj表示第 j 个数据传输性能指标 fj的采集获取的指标数据， xij表示第 i 个样本对象 的第 j 个传输性能指标数据，表示决策矩阵中第 j 列数据的均值， 即第。
7、 j 个数据传输性 权 利 要 求 书 CN 104361088 A 2 2/2 页 3 能指标的均值 ； sj表示决策矩阵中第 j 列数据的标准差 ； (3) 第 j 个指标的权重系数 wj为 ： bj越大表示第 j 项指标在不同评价对象上的变化越大， 区别对象的能力强。 6. 根据权利要求 1 所述的 SCADA 系统基于实时权重分析的拥塞数据处理方法， 其特 征在于 ： 步骤三采用线性加权方法求得被采集数据的性能综合评价值 Pi， 具体包括以下步 骤 ： 其中， Pi表示被采集数据的综合评价值， Pi越小， 表示相应数据越不重要 ； Pi越大， 表示 相应数据越紧急、 越重要。 7. 根。
8、据权利要求 1 所述的 SCADA 系统基于实时权重分析的拥塞数据处理方法， 其特征 在于 ： 步骤四中， 根据步骤三计算得到的被采集数据的性能综合评价值， 对数据缓冲区的数 据包进行排序， 确定数据包上送优先级， 选择优先级高的数据包优先上送至 SCADA 界面系 统。 权 利 要 求 书 CN 104361088 A 3 1/5 页 4 SCADA 系统基于实时权重分析的拥塞数据处理方法 技术领域 0001 本发明涉及雪崩数据拥塞处理技术领域， 具体涉及一种 SCADA 系统基于实时权重 分析的拥塞数据处理方法。 背景技术 0002 SCADA(Supervisory Control An。
9、d Data Acquisition)系统， 即数据采集与监视控 制系统。 SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统， 可以对现场的运 行设备进行监视和控制， 以实现数据采集、 设备控制、 测量、 参数调节以及事故报警等功能。 它应用领域很广， 可以应用于电力、 冶金、 石油、 化工、 燃气、 铁路等领域的数据采集与监视 控制以及过程控制等诸多领域。应用 SCADA 技术， 可以保证系统的信息完整， 正确掌握大型 系统设备的运行状态， 帮助快速诊断系统故障， 提高生产效率。 0003 SCADA 系统的数据采集往往涉及设备种类多、 数据量大， 传输方式复杂， 最多涉及 十几。
10、万至数百万个数据。 各种不同的数据按照变化上送、 或者总站召取的方式进行传输。 当 系统下层子系统的重要设备发生突发状况， 如电力子系统停电时， 各种实时数据就会像潮 水一样上送至 SCADA 系统， 形成数据雪崩， 和数据拥塞， 导致 SCADA 人机界面上短时间内出 现大量报警， 从而导致运行监控人员手忙脚乱的局面。 发明内容 0004 针对现有技术的不足， 为了解决 SCADA 系统中紧急状况下产生的雪崩数据拥塞的 问题， 本发明提供了一种实时分析， 易于实现， 快速决策的拥塞数据处理方法。 0005 为了解决上述问题， 本发明的所采取的技术方案是 ： 0006 一种 SCADA 系统基。
11、于实时权重分析的拥塞数据处理方法包括以下步骤 ： 0007 步骤一、 数据采集及预处理 ； 0008 步骤二、 对采集数据进行实时权重分析 ： 根据数据集合的特征计算数据传输性能 指标所占的权重系数 ； 数据集合的特征指被采集数据及数据传输性能评价指标值， 数据传 输性能指标包括优先权、 实时性、 时延、 预计剩余传输时间、 越限等级、 异常变化等级 ； 0009 步骤三、 使用线性加权法计算数据流缓冲区内数据包的数据性能综合评价值 ( 线 性加权平均值 ) ； 0010 步骤四、 根据数据性能综合评价值对采集数据进行智能化处理， 确定数据的上传 优先级 ； 具体包括 ： 根据步骤三计算得到的。
12、被采集数据的性能综合评价值， 对数据缓冲区 的数据包进行排序， 确定数据包上送优先级， 选择优先级高的数据包优先上送至 SCADA 界 面系统。 0011 步骤五、 选择优先级高的数据包上传至 SCADA 界面系统。 0012 步骤一中数据预处理为根据单位时间内新增数据的数量进行预处理， 具体包括 ： 如果单位时间内新增数据量为正常数据量的 0.2 0.5 倍 ( 单位时间内的数据量为正常数 据量的 1.2 1.5 倍 )， 则认为未发生数据拥塞， 直接将数据上送 ； 如果单位时间内新增数 说 明 书 CN 104361088 A 4 2/5 页 5 据量为正常数据量 0.5 1.5 倍 ( 。
13、单位时间内的数据量为正常数据量的 1.5 2.5 倍 )， 则 认为数据拥塞不严重， 读取通用的权重系数， 然后执行步骤三 ； 如果单位时间内新增数据量 高于正常数据量的1.5以上(单位时间内的数据量为正常数据量的2.5倍以上)， 则认为发 生严重数据拥塞， 需要执行步骤二中的实时权重分析。 0013 步骤二实时权重分析通过变异系数法对数据传输性能指标进行赋权， 即计算数据 传输性能指标所占的权重系数， 使问题数据的相应指标所占的权重系数增大， 从而使问题 数据的加权值更大， 优先级更高， 优先上送至 SCADA 系统人机界面。 0014 实时权重分析的具体包括以下步骤 ： 0015 (1) 。
14、假设有 m 个被采集的样本数据 ai其中 i 1,2m， 被采集数据有 n 个数据传 输性能指标 fj,j 1,2n ； 0016 (2)搜集被采集数据的传输性能数据， 将传输性能数据存放于m个样本对象n个指 标构成的决策矩阵 X (xij)mn中 ； 采用变异系数法对数据传输性能指标进行赋权 ： 0017 0018 0019 则 xj的变异系数 0020 xij表示第 i 个样本对象的第 j 个指标数据，表示决策矩阵中第 j 列数据的均 值， 即第 j 个数据传输性能指标的均值 ； sj表示决策矩阵中第 j 列数据的标准差 ； 0021 (3) 第 j 个指标的权重系数 wj为 ： 0022。
15、 0023 该种赋权方法突出各指标变异程度， bj越大表示第 j 项指标在不同评价对象上的 变化越大， 区别对象的能力强， 应当给予重视。 0024 步骤三采用线性加权方法求得被采集数据的性能综合评价值 Pi， 具体包括以下步 骤 ： 0025 0026 其中， Pi表示被采集数据的综合评价值， Pi越小， 表示相应数据越不重要 ； Pi越大， 表示相应数据越紧急、 越重要。 0027 本方法的有益效果是 ： 本发明采用实时权重分析方法对大量拥塞数据进行智能判 断和处理。该智能处理方法首先根据单位时间内数据缓冲区内增加数据的数量， 对各项数 说 明 书 CN 104361088 A 5 3/5。
16、 页 6 据传输性能指标 ( 优先权、 实时性、 时延、 预计剩余传输时间、 越限等级、 异常变化等级等 ) 计算所占的权重系数， 然后使用线性加权法计算数据流缓冲区内各数据包的线性加权平均 值， 最后根据该线性加权平均值的大小设定堵塞数据的传输顺序， 加权平均值小于设定阈 值的数据包将作丢弃处理。本发明采用实时调整被采集数据性能指标权重系数的方法， 灵 活地根据系统的实际状况调整数据某项性能指标所占的权重， 从而更加有效区分数据的 轻、 重、 缓、 急， 根据实际情况优先选择最重要的一批数据进行上送。该方法与传统的 “超时 数据丢弃” 、“先到先发” 数据处理方法相比， 具有较高的智能性， 。
17、能够在突发状况出现数据 雪崩时， 非常有效地选择重要数据优先上送， 给监控运行人员提供合理的决策依据。 附图说明 0028 图 1 为本发明一种 SCADA 系统基于实时权重分析的拥塞数据处理方法流程图。 0029 图 2 为本发明应用在典型 SCADA 系统中的原理框图。 0030 图 3 为本发明实施例拥塞数据监测与处理程序流程图。 具体实施方式 0031 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。 0032 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。 0033 本发明采用实时权重分析方法对大量拥塞数据进行智能判断和处理。该智能处 理方法首先根据单位时间内数据缓冲区内增加数据的数量， 对。
18、各项数据传输性能指标 ( 如 优先权、 实时性、 时延、 预计剩余传输时间、 越限等级、 异常变化等级等 ) 计算所占的权重系 数， 然后使用线性加权法计算数据流缓冲区内各数据包的线性加权平均值， 最后根据该线 性加权平均值的大小设定堵塞数据的传输顺序， 加权平均值小于设定阈值的数据包将作丢 弃处理。 0034 如图1所示， 一种SCADA系统基于实时权重分析的拥塞数据处理方法， 包括以下步 骤 ： 0035 步骤一、 数据采集及预处理 ； 数据预处理指根据单位时间内新增数据的数量进行 预处理， 具体包括 ： 如果单位时间内新增数据量为正常数据量的0.20.5倍(单位时间内 的数据量为正常数据。
19、量的 1.2 1.5 倍 )， 则认为未发生数据拥塞， 直接将数据上送 ； 如果 单位时间内新增数据量为正常数据量 0.5 1.5 倍 ( 单位时间内的数据量为正常数据量的 1.5 2.5 倍 )， 则认为数据拥塞不严重， 读取通用的权重系数， 然后执行步骤三 ； 如果单位 时间内新增数据量高于正常数据量的 1.5 以上 ( 单位时间内的数据量为正常数据量的 2.5 倍以上 )， 则认为发生严重数据拥塞， 需要执行步骤二中的实时权重分析。 0036 步骤二、 对采集数据进行实时权重分析 ： 根据数据集合的特征计算数据传输性能 指标所占的权重系数 ； 数据集合的特征指被采集数据及数据传输性能评价。
20、指标值， 数据传 输性能指标包括优先权、 实时性、 时延、 预计剩余传输时间、 越限等级、 异常变化等级 ； 0037 实时权重分析通过变异系数法对数据传输性能指标进行赋权， 即计算数据传输性 能指标所占的权重系数， 使问题数据的相应指标所占的权重系数增大， 从而使问题数据的 加权值更大， 优先级更高， 优先上送至 SCADA 系统人机界面。 0038 实时权重分析的具体包括以下步骤 ： 说 明 书 CN 104361088 A 6 4/5 页 7 0039 (1) 假设有 m 个被采集的样本数据 ai其中 i 1,2m， 被采集数据有 n 个数据传 输性能指标 fj， j 1,2n ； 00。
21、40 (2)搜集被采集数据的传输性能数据， 将传输性能数据存放于m个样本对象n个指 标构成的决策矩阵 X (xij)mn中 ； 采用变异系数法对数据传输性能指标进行赋权 ： 0041 0042 0043 则 xj的变异系数 0044 xij表示第 i 个样本对象的第 j 个指标数据，表示决策矩阵中第 j 列数据的均 值， 即第 j 个数据传输性能指标的均值 ； sj表示决策矩阵中第 j 列数据的标准差 ； 0045 (3) 第 j 个指标的权重系数 wj为 ： 0046 0047 该种赋权方法突出各指标变异程度， bj越大表示第 j 项指标在不同评价对象上的 变化越大， 区别对象的能力强， 应。
22、当给予重视。 0048 步骤三、 使用线性加权法计算数据流缓冲区内数据包的数据性能综合评价值 ( 线 性加权平均值 ) ； 0049 采用线性加权方法求得被采集数据的性能综合评价值 Pi， 具体包括以下步骤 ： 0050 0051 其中， Pi表示被采集数据的综合评价值， Pi越小， 表示相应数据越不重要 ； Pi越大， 表示相应数据越紧急、 越重要。 0052 步骤四、 根据数据性能综合评价值对采集数据进行智能化处理， 确定数据的上传 优先级 ； 具体包括 ： 根据步骤三计算得到的被采集数据的性能综合评价值， 对数据缓冲区 的数据包进行排序， 确定数据包上送优先级， 选择优先级高的数据包优先。
23、上送至 SCADA 界 面系统。 0053 步骤五、 选择优先级高的数据包上传至 SCADA 界面系统。 0054 附图 2 展示了一个典型的单机 SCADA 系统。系统通过采集装置 3、 N 分别从 下层设备 3-1、 3-2、 3-m 和设备 N-1、 N-2、 N-m 中采集实时数据， 通过以太网上送至 SCADA 服务器 1。在服务器 1 中运行本发明所描述的拥塞数据监测与处理程序， 并根据被采 说 明 书 CN 104361088 A 7 5/5 页 8 集数据的实时状况决定是否启动实时权重分析子程序。 经过拥塞数据监测与处理程序过滤 的数据被上送至 SCADA 系统人机界面， 在工。
24、作站 2 上实时显示， 供运行人员参考决策。 0055 其中， 拥塞数据监测与处理程序对数据的处理过程如图 3 所示。被采集的数据被 送入数据缓冲区， 程序根据单位时间内新增数据的数量判断是否发生数据拥塞 ： 如果未发 生数据拥塞， 则直接将数据不经任何处理打包上送 ； 如果发生了数据拥塞， 则根据单位时间 内的数据数量是否超过阈值判断是否需要启动权重分析子程序 ： 如果未超过阈值， 则采用 通用的权重系数计算数据综合性能评价值 ； 如果超过阈值， 则启动权重分析子程序， 根据新 的数据量和数据特征计算数据性能综合评价值 ； 然后根据数据性能综合评价值确定数据优 先级， 并将优先级相同的数据组合打包， 上送至 SCADA 系统界面显示。 0056 以上仅是本发明的优选实施方式， 应当指出 ： 对于本技术领域的普通技术人员来 说， 在不脱离本发明原理的前提下， 还可以做出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也应视为 本发明的保护范围。 说 明 书 CN 104361088 A 8 1/2 页 9 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104361088 A 9 2/2 页 10 图 3 说 明 书 附 图 CN 104361088 A 10 。