SignalR技術(shù)在光伏監(jiān)控系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用

何文學(xué)??++羅晟勇??++彭天玲

摘要：隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，采用易于部署和遠(yuǎn)程監(jiān)控的B/S架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)光伏監(jiān)控系統(tǒng)是大勢(shì)所趨，但傳統(tǒng)B/S架構(gòu)以客戶端發(fā)出請(qǐng)求、服務(wù)器端響應(yīng)的工作方式無法很好的滿足光伏行業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的高要求。為了解決此問題，研究SignalR技術(shù)在光伏監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用具有重要的意義和實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：SignalR；光伏監(jiān)控；B/S架構(gòu)；服務(wù)端

中圖分類號(hào)：TP311.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1引言

隨著能源供需矛盾的不斷加劇和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，世界各國(guó)都在努力開發(fā)和尋找可替代的綠色清潔能源。太陽(yáng)能是一種清潔、高效和永不衰竭的新能源，太陽(yáng)能資源的利用是國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容[1]。使用無污染的太陽(yáng)能并將光伏發(fā)電技術(shù)推廣勢(shì)在必行。隨著規(guī)模性光伏電站大量投入運(yùn)行，實(shí)時(shí)地監(jiān)控光伏電站運(yùn)行狀況，滿足電站系統(tǒng)的監(jiān)控需求，是目前亟需解決的關(guān)鍵問題。

目前的光伏發(fā)電站大都以孤立的形式存在，之間并無聯(lián)系，缺乏統(tǒng)一的調(diào)度與監(jiān)控，每個(gè)光伏電站都配備了各自的技術(shù)、運(yùn)行和管理人員，各電站間缺乏協(xié)調(diào)運(yùn)行管理[2，3]。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的C/S架構(gòu)系統(tǒng)向B/S架構(gòu)發(fā)展已成為必然的趨勢(shì)，B/S架構(gòu)的系統(tǒng)能很好的解決光伏發(fā)電站信息孤立，多站遠(yuǎn)程統(tǒng)一調(diào)度與監(jiān)控困難的問題，但是B/S架構(gòu)傳統(tǒng)的客戶端瀏覽器與服務(wù)器之間通過請(qǐng)求/響應(yīng)來獲取信息的方式已經(jīng)不能滿足光伏監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的要求。SignalR兼容的通訊設(shè)計(jì)將Comet與WebSocket等實(shí)時(shí)通訊技術(shù)都整合在其通訊框架中，支持從服務(wù)端到客戶端的高頻率推送，極大的提高了B/S架構(gòu)應(yīng)用的實(shí)時(shí)性。同時(shí)，SignalR將底層復(fù)雜的通訊技術(shù)進(jìn)行抽象，提供給開發(fā)者一個(gè)簡(jiǎn)單易用的高階API，用來實(shí)現(xiàn)服務(wù)器端與瀏覽器間的遠(yuǎn)程調(diào)用[4]。

2SignalR技術(shù)研究

SignalR是一個(gè)有利于構(gòu)建交互式、多用戶以及實(shí)時(shí)Web應(yīng)用程序的框架，它大量使用了異步技術(shù)以使得應(yīng)用程序滿足實(shí)時(shí)性要求并達(dá)到最佳性能。它抽象了應(yīng)用程序客戶端和服務(wù)器之間的傳輸協(xié)議，支持HTML5的WebSocket，ServerSendEvents協(xié)議及Comet的ForeverFrame，AjaxLongPooling協(xié)議[5]。SignalR始終都會(huì)嘗試根據(jù)環(huán)境的兼容性選用最高效的傳輸方式，然后使用它來創(chuàng)建底層連接并保持連接持續(xù)打開，同時(shí)還能自動(dòng)管理連接斷開和重連。如圖1所示，我們只需要使用一個(gè)持續(xù)打開的連接，而無需知道其底層是采用的哪種技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。

SignalR提供了一套統(tǒng)一的編程模型，它不依賴于實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)連接的具體技術(shù)。開發(fā)人員而無需關(guān)心底層是使用LongPooling還是WebSockets方式來維持連接，只要在框架建立的虛擬連接上實(shí)現(xiàn)自己的服務(wù)，并且始終都是使用同樣的API，這種方式使得該框架功能非常強(qiáng)大，靈活。SignalR還包含一個(gè)消息總線，它可以管理連接到服務(wù)的客戶端和服務(wù)端之間數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。服務(wù)端可以跟蹤連接到它的客戶端并檢測(cè)它們的狀態(tài)是連接還是斷開，同時(shí)，服務(wù)端可以發(fā)送消息給所有或者部分連接到它的客戶端，自動(dòng)管理所有和通訊相關(guān)的問題并保證消息的傳送[6]。

SignalRAPI包含兩種模式的客戶端和服務(wù)器之間的通信：持久連接和Hubs。一個(gè)持久連接表示發(fā)送單一的接收方消息、分組消息或廣播消息的一個(gè)簡(jiǎn)單的端點(diǎn)。持久連接API使得開發(fā)人員可以直接訪問SignalR公開的低級(jí)別的通信協(xié)議。而Hubs是建立在持久連接API上的更高級(jí)別的管道，它允許客戶端和服務(wù)端可以像調(diào)用本地方法一樣直接相互調(diào)用對(duì)方的方法，并支持強(qiáng)類型的參數(shù)傳遞及模型綁定[7]。圖2顯示了Hubs、持久連接和用于傳輸?shù)幕A(chǔ)技術(shù)之間的聯(lián)系。

3SignalR在光伏監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

在光伏監(jiān)控系統(tǒng)中，底層的匯流箱、逆變器、箱變和環(huán)境監(jiān)測(cè)儀等設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集程序統(tǒng)一采集并存放到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，光伏監(jiān)控系統(tǒng)需要在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)更新時(shí)能立即反饋給客戶端界面，動(dòng)態(tài)的更新界面數(shù)據(jù)，同時(shí)實(shí)時(shí)反映出底層設(shè)備的運(yùn)行工況。

傳統(tǒng)的光伏監(jiān)控系統(tǒng)都是采用C/S架構(gòu)的組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)，實(shí)時(shí)性較高，能很好的滿足光伏監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性要求高的需求，但是具有部署困難、維護(hù)成本高和無法通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和多站監(jiān)控的缺點(diǎn)[8]。而采用B/S架構(gòu)的監(jiān)控系統(tǒng)能夠進(jìn)行分布式部署，客戶端只需一個(gè)瀏覽器就可以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和多站監(jiān)控，能夠很好的解決C/S的不足。但是傳統(tǒng)的B/S架構(gòu)的軟件一般都是客戶端使用AJAX輪詢的方式（如圖3），在指定時(shí)間間隔主動(dòng)向服務(wù)端發(fā)出異步的HTTP請(qǐng)求，服務(wù)端接收到請(qǐng)求后馬上返回響應(yīng)信息并關(guān)閉連接?？蛻舳瞬还軐?shí)時(shí)數(shù)據(jù)是否有更新，都會(huì)將從服務(wù)端獲取的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)用于前端界面的更新，這樣就造成了帶寬和服務(wù)器資源的浪費(fèi)，導(dǎo)致實(shí)時(shí)性和響應(yīng)速度下降。為了彌補(bǔ)B/S架構(gòu)軟件的這些缺點(diǎn)，將兼容了多種通訊協(xié)議的SignalR框架應(yīng)用到光伏監(jiān)控系統(tǒng)中，能夠很大程度上提高其實(shí)時(shí)性和響應(yīng)速度，讓使用者感覺就像是在用C/S架構(gòu)的軟件。應(yīng)用了SignalR框架的光伏監(jiān)控系統(tǒng)，在系統(tǒng)初始化時(shí)SignalR會(huì)初始化一個(gè)Hub連接到服務(wù)端（如圖4），服務(wù)端會(huì)一直等待數(shù)據(jù)更新，在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)沒有發(fā)生更新之前，服務(wù)端不會(huì)返回響應(yīng)信息，直到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)生更新，服務(wù)端的Hub會(huì)主動(dòng)調(diào)用客戶端JavaScript腳本方法，用最新的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新前端需要更新的元素，而不會(huì)反復(fù)的與服務(wù)器端發(fā)生HTTP請(qǐng)求，前端數(shù)據(jù)也只會(huì)在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)真正發(fā)生改變時(shí)才被服務(wù)端通知進(jìn)行更新，這樣就能很大程度上減小帶寬的使用，同時(shí)也能保證光伏監(jiān)控系統(tǒng)更高的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性，能及時(shí)的反應(yīng)出底層設(shè)備的運(yùn)行情況。

要將SignalR框架應(yīng)用到光伏監(jiān)控系統(tǒng)中，首先要在服務(wù)層為需要進(jìn)行實(shí)時(shí)更新的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的Hub類，它負(fù)責(zé)處理從客戶端接收的連接和客戶端調(diào)用的服務(wù)端方法。然后建立一個(gè)相應(yīng)的業(yè)務(wù)類，它負(fù)責(zé)定時(shí)的查詢實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)是否發(fā)生變化，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，業(yè)務(wù)類將發(fā)生變化的數(shù)據(jù)廣播到客戶端，客戶端對(duì)應(yīng)的腳本方法接收到服務(wù)端的通知后，會(huì)將需要更新的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)替換前端界面的舊數(shù)據(jù)，以達(dá)到有針對(duì)性的進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新的目的。