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《中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)》 2019年
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基于Redis的高频数据系统的初步设计

宫正  
【摘要】:加速器驱动的次临界系统(ADS,Accelerator Driven Sub-critical System)对加速器的稳定性和可靠性有着严格的要求,而高频系统的功能是精确控制加速场的幅度和相位,对保证加速器稳定运行起着至关重要的作用。在ADS 25MeV质子超导直线加速器样机的运行中发现,高频系统存在一些瞬态不稳定现象,如超导腔测量信号闪断、不明原因相位脱环等。由于高频运行数据的高速采集、存储和实时监测措施不够完善,难以及时发现问题和复现事件过程。本文针对CiADS(China Initiative Accelerator Driven System)500MeV强流质子直线加速器高频系统的控制需求,结合25 MeV加速器样机的运行经验,提出了一种高频数据系统设计方案,并开展了技术路线设计、程序编写、功能实现和测试验证工作。为了处理高速数据,参考当前互联网领域的数据库技术,本文采用Redis这种在高速数据读写方面具有优势的NoSQL数据库作为核心,构建了一个后台式的高频数据管理系统。低电平控制系统从底层通过网络,将高频系统的运行数据发送至数据系统,进行数据存储和实时分析处理。高频数据系统由多个分散的服务器节点组成,采用一主多从的分布式结构,其特点是只需增加物理节点和简单配置就可实现系统的水平扩展。通过配置主从节点,实现了主从节点之间数据复制备份,保证了数据的安全性;通过主从节点的读写分离设计,提高了系统对高速数据流的负荷能力,增强了系统的整体稳定性。另外,利用Redis的哨兵功能实现了故障节点的自动切换,保证了系统的高可用性。在基本功能设计方面,通过调用JFreeChart插件和多线程编程技术实现了对多路高频幅相信号的实时监测和时域显示;采用Java语言编写了快速傅里叶算法,实现了对高频信号的动态频谱分析和实时显示。利用开源的jcifs、datepicker和JavaMail等类库,通过程序开发实现了超限数据记录、远程提醒(如发送邮件)、门限检索和故障事件统计等功能。构建了一套小型的高频数据系统测试样机,在25MeV加速器上进行了初步运行测试,验证了高频数据系统数据获取、数据实时计算、数据查询和数据筛选等主要功能的实现以及系统的可靠性。
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