实时数据是监控系统最基本的资源，而实时数据库则是作为整个监控组态环境数据处理和管理的核心。实时数据库与基于传统数据库技术的数据库在原理、实现技术、功能和系统性能方面有很大的不同。
传统的数据库系统旨在处理永久、稳定的数据，强调维护数据的完整性、一致性，其性能目标是高的系统吞吐量和低的代价，并不考虑有关数据及其处理的定时限制，所以，传统的数据库管理系统(DBMS)不能满足这种实时应用的需要。而传统的实时系统(RTS)虽然支持任务的定时限制，但它针对的是结构与关系很简单、稳定不变和可预报的数据，不涉及维护大量共享数据及它们的完整性和一致性，尤其是时间一致性。
实时数据库，其数据和事务都有显式定时限制，系统的正确性不仅依赖于事务的逻辑结果，而且依赖于该逻辑结果所产生的时间。但实时数据库并不是数据库技术和实时系统两者的简单结合，它在概念、理论、技术、方法和机制方面具备自身特点。
一、实时数据库的特征
实时数据库的一个基本特征就是与时间相关性。实时数据库在两方面与时间相关：
1. 数据与时间相关
（1） 时间本身就是数据，即从“时间域”中取值，如“数据采集时间”；
（2）数据的值随时间而变化。与数据值变化相联的时间，可以是现实对象状态的实际时间，即“真实”或“事件”时间；也可以是即数据库中相应数据值变化的时间，即“事务时间”。实时数据的导出数据也是实时数据，与之相联的时间自然是事务时间。
2. 实时事务有定时限制
定时限制中比较典型的是“截止时间”。对于实时数据库，其结果产生的时间与结果本身一样重要，一般只允许事务存取“当前有效”的数据，事务必须维护数据库中数据的“事件一致性”。另外，外部环境的反应时间要求也给事务施以定时限制。在实时数据库中，数据随外部环境状态的变化而快速变化，其数值只有在一定的时间内才是有意义的。故系统除了维护数据库内部状态的正确性、相容性外，还必须同时维护内部状态与外部环境实际状态的一致性，以及数据用来决策或推导新数据时在时间上的相互一致性。
二、实时数据库使用的技术
力控监控组态软件的实时数据库，吸取了DCS实时数据库设计思想，支持并发处理，具有分布式网络的功能，并在实时数据、实时事务及内部缓存处理等方面有其自身特点。
1. 实时数据模型
包括：数据结构、数据操作和完整性约束三部分。
（1）数据结构。数据结构是所研究的对象类型的集合。这些对象是数据库结构的基本组成部分，一般可分为两类，一类是与实体类型有关的对象，一类是与实体间联系有关的对象。因此数据结构就是描述这类对象类型。一个模型的数据结构应该是简单的、基本的、易于被用户理解的，而且还要有足够强的表达能力。
（2）数据操作。数据操作是指对数据库中各种对象类型的实例（值）允许操作的集合，其中包括各种操作的规则。对实时数据库的操作主要包括数据更新和查询两大类。数据模型要定义这些操作的确切含义、操作规则以及实现的方法。
数据结构是对系统静态特性的描述，数据操作是对系统动态特性的描述。
（3）数据的完整性约束。约束的定义进一步给出了关于数据模型的动态特性的描述和限定。如果仅仅限定对特定的数据结构执行特定的操作，那么仍有可能破坏数据的正确性。为此，常常把那些具有普遍性的问题归纳起来，形成一组通用的约束规则，只允许在满足规则的条件下对数据库进行更新、保存历史数据，这就排除了破坏数据正确性操作的可能性。
在上述三方面内容中，数据结构是表达实时数据库模型的最重要方面。
2. 实时事务的模型与特性
传统的事务模型不适用于实时数据的处理。在实时数据库中，采用复杂事务模型，即嵌套、分裂/合并、合作、通信等事务模型。实时事务间有多种交互行动和同步，存在结构、数据、行为、时间上的相关性，以及在执行方面的相互依赖性。
3. 实时事务的处理
实时数据库中的事务有多种定时限制，其中最典型的是事务截止期要求，即能控制事务的执行顺序。所以，需要根据截止期和紧迫度来标明事务的优先级，然后按优先级进行事务调度。另一方面，对于实时数据库事务，传统的可串行化并发控制不太适合实时事务处理特点，实时事务处理中允许“放松的可串行化”或“暂缓可串行化”并发控制。
4. 数据存储与缓冲区管理
传统的磁盘数据库的操作是受I/O限制的，其I/O的时间延迟及其不确定性对实时事务是难以接受的。因此，实时数据库中数据存储的一个主要问题就是如何消除这种延迟及其不确定性。这需要底层的“内存数据库”支持，因而内存缓冲区的管理就显得更为重要。管理目标是高优先级事务的执行不应受I/O操作问题而受到阻碍，并要解决以下问题：
(1) 保证事务执行时，只存取“内存数据库”，即其所需数据均在内存；
(2) 如何给事务及时分配所需缓冲区；
(3) 必要时，如何让高优先级事务抢占低优先级事务的缓冲区。
5．分布式支持
力控实时数据库，即是实时的，又是分布式的。它负责整个应用系统的实时数据处理、历史数据存储、统计数据处理、报警处理、数据服务请求处理、与过程的双向数据通讯等任务，并支持各网络节点数据库基于网络服务程序的分布式网络应用。
三、实时数据库的应用
实时数据库无缝地集成了数据库与定时性，兼顾了常规数据库处理能力和实时处理技术需求；集成了实时数据库的监控组态软件，适应多种工程或过程及时间关键型的应用，在自动化建设、信息高速公路及信息产业的建设中有着广阔的应用前景。
利用实时数据库可以完成以下应用：
1. 记录实时过程的历史数据，用于过程存档、历史数据查询、事故分析、系统建模等。
2. 连接各种类型的自控设备，配以监控界面，实现自动监控。
3. 通过数据库网络通讯功能构建分布式应用系统。
4. 运行在控制系统的上位机中，在数据库上运行先进控制软件、优化控制软件和其它用户应用程序，在客户机上运行各种界面监控软件，实现可扩展的先进控制或优化控制的目标。
5. 连接多种控制系统和设备，实现车间级、分厂级及总厂级实时数据综合利用和管理。
6. 配合关系数据库管理系统，构建生产指挥调度系统及其它管控一体化系统。
7. 通过数据的Web功能，利用Internet/Intranet资源，在浏览器上访问生产过程数据。
8. 完全的开放功能，以实时数据库为平台进行再次开发。 |
