负载均衡技术在煤矿安全监控系统中的应用.pdf

第 4 1 卷 第 7期 2 0 1 5年 7月 工矿 自 动化 I nd us t r y a nd M i n e Aut oma t i on Vo l 4 1 NO ． 7 J u 1 ．2 01 5 文 章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 5 0 7 0 0 9 5 0 3 DO I 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ i ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 5 ． 0 7 ． 0 2 2 张卫国， 赵亮 ， 丁瑞琦 ， 等． 负载均衡技术在煤矿安全监控系统中的应用[ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 5 ， 4 1 7 9 5 9 7 ． 负载均衡技术在煤矿安全监控系统 中的应用 张卫 国 。 ， 赵 亮 。 ， 丁 瑞琦 。 ， 田雪梅。 1 ． 中煤 科 工集 团常 州研 究 院有 限公 司 ，江苏 有 限公 司 ，江 苏 常州2 1 3 0 1 5 ；3 ． 重 庆市水 利 常州 2 1 3 0 1 5 ； 2 ． 天地 常州 自动 化股份 电力建筑勘测设计研究院， 重庆4 0 0 0 2 0 摘 要 为 了解 决 大型煤 矿安 全监 控 系统 业务 数据 和通 信数 据相 互竞 争 网络 流 量的 问题 ， 提 出 了一种 利 用 多个 网络设备 实现 网络数据 流量 负载均衡 的通信方案。应用结果表 明， 该方案有效保证 了监测设备所采集 的数据信息能够完整 、 及时地上传 ， 对大型煤矿现场安全监控 系统的稳定、 可靠运行起到了有效促进作用。 关键 词 安全 监控 系统 ；负载 均衡 ；通信 方案 中图分类号 T D7 6 文献标志码 A 网络出版时间 2 0 1 5 0 7 0 1 1 l 2 8 网络 出版地址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 5 0 7 0 1 ． 1 1 2 8 ． 0 2 2 ． h t m1 Ap pl i c a t i o n o f l o a d ba l a nc i n g t e c hn o l o g y i n c o a l mi ne s a f e t y mo n i t o r i n g a n d c o n t r o l s ys t e m ZH ANG W e i gu o 一， ZH AO Li a n g 一，DI NG Ru i q i 一，TI AN Xu e me i 。 1． CCTEG Cha n gz hou Re s e a r c h I ns t i t u t e，Cha n gz ho u 21 3 0 1 5，Chi na； 2 ． Ti a n d i Ch a n g z h o u Au t o ma t i o n C o． ，Lt d． ，Ch a n g z h o u 2 1 3 0 1 5 ，Ch i n a ；3． C h o n g q i n g S u r v e y i n g a n d De s i g n I n s t i t u t e o f W a t e r Re s o u r c e s ，El e c t r i c P o we r a n d Ar c h i t e c t u r e ，Ch o n g q i n g 4 0 0 0 2 0，Ch i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o S O l V e t he pr o bl e m t h a t t he c o mpe t i t i o n f or ne t wo r k t r a f f i c be t we e n bus i n e s s da t a a n d c o mm u ni c a t i o n da t a i n s a f e t y mon i t o r i ng a n d c o nt r o l s y s t e m o f l a r g e c o a l mi n e，t he p a pe r pr o po s e d a l o a d b a l a n c i n g c o mmu n i c a t i o n s o l u t i o n u s i n g mu l t i p l e n e t wo r k d e v i c e s ．Ap p l i c a t i o n r e s u l t s s h o w t h a t t h e s ol u t i o n c a n e f f e c t i ve l y g ua r a n t e e da t a u pl o a d c o m p l e t e l y a n d t i m e l y， a nd pl a ys a n e f f e c t i v e r ol e i n p r o mot i ng s t a bl e a nd r e l i a bl e r un ni ng o f s a f e t y m o ni t o r i n g a nd c o nt r o l s y s t e m o f l a r ge c o a l mi n e． Ke y wo r ds s a f e t y m o ni t or i n g a nd c on t r ol s y s t e m ；l oa d ba l a nc i ng；c ommuni c a t i o n s o l ut i on 0 引言 煤 矿安 全监 控 系统 可对 煤矿 日常 生产 过程 中的 相关环境 、 设备参数进行监测 ， 并可对出现的问题进 行记录及报警提示 ， 为煤矿的安全生产打下 了坚实 的基础 。随着煤矿规模化生产程度和监控要求的不 断提高 ， 矿井范围越来越大[ 1 ] ， 煤矿安全监控系统网 络数 据交 互规 模也 在 成倍增 长 。煤 矿安 全监 控 系统 的数据从大的方面可以划分为监测类设备通信数据 和系统业务数据 ， 这 2类数据都需要实时更新并且 通过 网卡进行 网络传输 。在一些大型煤矿 ， 由于大 量的通信数据和业务数据需要定 时更新 ， 甚 至出现 了 因业务 数据 和通 信数据 相互 竞争 网络 流量导 致 系 统不能稳定运行的问题 。本文针对该问题提出一种 利用多个 网络设备实现网络数据流量负载均衡 的通 信方案。 1 煤矿 安全 监控 系统 运行模 式 根据 AQ6 2 O l -- 2 o o 6 煤 矿 安 全 监 控 系 统 通 用 技术要求 ， 煤矿安全监控系统必须具有双机切换功 能 ， 系统主机必须双机备份。监控系统一般分为主、 备机 ， 其中主机主要用来实现监测信号接收、 校正、 报警判别、 数据统计 、 磁盘存储 、 显示 、 声光报警、 人 机对话、 输 出控制 、 打 印输出控制 、 与管理 网络联接 收稿 日期 2 0 1 5 0 5 0 7 ； 修回 日期 2 0 1 5 0 5 1 5 ； 责任编辑 胡娴 。 基金项 目 江苏省科技成果转化 专项 资金项 目 2 0 1 4 z x O 0 1 。 作者简 介 张卫 国 1 9 8 2 一 ， 男， 河南 洛阳人 ， 工程 师， 硕士， 主要 从事煤 矿系统相关软件 的设计与研发工作 ， E - ma i l 2 8 1 2 0 0 7 9 q q ． c o rn。 2 0 1 5年 第 7期 张卫 国等 负载 均衡 技 术在煤 矿安 全监 控 系统 中的应 用 9 7 图 2中 ， 主机 的数 据 处 理 模 块 发 出的设 备 巡 检 命令经过传输寻址模块识别后 ， 通过设备通信网卡 下发给监测设备 ， 并通过设备通信 网卡接收监测设 备上传的采集数据。主机 的数据处理模块对接收到 的采集数据进行处理后生成系统业务数据 ， 业务数 据经过传输寻址模块识别后 ， 通过系统业务网卡转 发给备机的系统业 务网卡。经过 以上流程处 理后 ， 最终实现了煤矿安全监控系统 中的设备通信数据、 系统业务数据分 网络独立传输 ， 保证 了 2类数据互 不 干扰 ， 从 而更 进 一 步地 保 证 了 大 型煤 矿 安 全 监 控 系统的稳定性和数据完整性 。 3应 用 结果分 析 针对山西某大型煤矿现场出现的安全监控系统 中设备通信数据和系统业务数据相互干扰 ， 导致 的 短时设备通信故障问题 ， 使用负载均衡通信方案进 行 了现场实施 ， 下面给出具体问题及处理结果。 该煤矿现场在 安全监控 系统 的 日常使用过程 中 ， 发现个别情况下在安全监控系统主机上修 改相 关配置信息后 ， 会 出现监测设备通信短时中断的问 题 。通过调查分析后 ， 发现当主机上发生配置信息 变化时 ， 由于备机需要从主机 同步配置信息并 获取 实时业务数据， 同时 主机还需要和监测设 备进 行网 络通信 ； 短时间内主机 网卡 占用率接近 1 0 0 ， 系统 中的设备通信数据、 系统业务数据相互竞争网络流 量 ， 最终导致 了监测设备通信短 时中断的问题 。单 网卡通信时主机网卡占用率如图 3所示。 0 图 3 单 网卡通信时主机 网卡 占用 率 经负载均衡通信方案优化后 ， 安全监控系统 中 的设备通信数据通过设备通信网卡进行传输 ， 系统 业务数据通过系统业务网卡进行传输 。在使用负载 均衡通信方案处理后 ， 对该煤矿现场安全监控系统 主机的网络流量 占用情况进行 了验证 ， 发现在主机 上修改相关配置后 ， 只有 系统业务 网卡会 出现短时 占用率较高的问题 ， 而设备通信 网卡 的占用率一直 维持在正常范围 i 0 之内， 如图 4所示 。 从图 4可见 ， 监控 系统 主机上负责与井下监测 设备通信 的设 备通信 网卡的 占用率稳定在 1 O ％左 0 1 0 0 ％ 设备通信网卡 系统业务 图 4双 网 卡 通 信 时 主 机 网 卡 占用 率 右 ， 没有出现网卡资源被短时耗尽的情况 ， 从而进一 步保证 了监测设备的采样数据能够及时、 完整地上 传 ， 尽可能减少数据丢包现象 ， 在一定程度上提高了 大型煤矿现场安全监控系统的可靠性和稳定性 。系 统业务网卡出现的短时 占用率较高 的现象， 是 由于 主机在短时间内并发了系统实时数据和配置信息数 据的网络传输造成 的， 但这种情况只会对系统业务 数据 的展 示刷 新造 成 短 暂 延 时 ， 而 不会 影 响 井 下 监 测设备传输采集数据的实 时性和完整性 。因此， 系 统业务网卡在个别情况下出现的短时 占用率较高问 题 ， 并不会 对 系统 的稳定 运行 造成 影 响 。 4结语 针对 大 型煤矿 现 场安全 监控 系统 中 出现 的短时 通信中断问题 ， 提出了基于负载均衡技术 的改进方 案 。该方案不涉及修改煤矿安全监控系统的现有结 构 ， 只需要增加相对独立的传输寻址模块和代价低 廉的 2张网卡， 即可有效解决现有 问题 。经过煤矿 现 场实 际运 行结果 验 证 ， 改进 方 案 实 现 了煤 矿 安 全 监控系统中设备通信数据和系统业务数据的隔离传 输 ， 从而有效保证 了井下监测设备所采集的数据信 息能够得到完整 、 及时的采集， 对大型煤矿现场安全 监控系统的稳定 、 可靠运行起 到了有效促进作用 。 参 考文献 [ 1 ] 赵延明 ， 高军 ， 杨国庆 ， 等． 煤矿安全监控系统的现状 与 发展E J ] ． 煤矿机电 ， 2 0 0 7 3 3 9 4 1 ． [ 2 ] AQ 6 2 O l --2 o o 6煤矿安全监控系统通用技术要求[ s ] ． [ 3 ] 路明怀 ， 龚正虎． L i n u x服务 器下多 网卡负 载均衡 的研 究与实现[ J ] ． 计算机与信息技术 ， 2 0 0 6 6 2 4 2 6 ． E 4 ] 张淼 ， 陈莉． 双网卡服务 器流量分 担策略[ J ] ． 中南 民族 大学学报 自然科学版 ， 2 0 0 3 ， 2 2 2 7 1 7 2 ． [ 5 ] 张羽 ， 贺耀宜 ， 王勇 ， 等． 煤矿安全监控系统文件 同步组 件的设计 [ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 2 ， 3 8 3 8 - 1 0 ．