【摘要】：托卡馬克是研究磁約束聚變的復(fù)雜大型實(shí)驗(yàn)裝置,由眾多不同的子系統(tǒng)組成。其實(shí)驗(yàn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),研究人員需要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,以實(shí)現(xiàn)理論驗(yàn)證和進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)。隨著托卡馬克實(shí)驗(yàn)向長(zhǎng)脈沖發(fā)展和數(shù)據(jù)采集技術(shù)日益提高,實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)增長(zhǎng)地越來越快。對(duì)于海量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),不僅要求數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)快速保存,還要能夠給科研人員提供高效的數(shù)據(jù)查找與訪問功能。本研究正是基于此背景,對(duì)J-TEXT數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與采集系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn),在MDSplus數(shù)據(jù)管理、備份、D-TACQ采集等方面進(jìn)行了新的設(shè)計(jì)與優(yōu)化,并研發(fā)出了針對(duì)未來長(zhǎng)脈沖實(shí)驗(yàn)海量數(shù)據(jù)的J-TEXT云存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)(J-TEXT Cloud Database,以下簡(jiǎn)稱JCDB)。本研究首先設(shè)計(jì)并開發(fā)了MDSplus數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),針對(duì)MDSPlus管理功能過于簡(jiǎn)單的問題,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的批量管理,并提供高效的查詢手段。該系統(tǒng)通過MDSplus與SQL Server的結(jié)合使用,能夠把MDSplus的所有元數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入到SQL Server中。在此基礎(chǔ)上,開發(fā)了JTEXT-Traverser軟件,使數(shù)據(jù)以圖形可視化的方式呈現(xiàn),便于用戶處理,并能將處理結(jié)果同步到MDSplus和SQL Server中。除此之外,在網(wǎng)絡(luò)改造的基礎(chǔ)上,利用Rsync開源軟件實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的增量備份,克服了原有以磁帶機(jī)為基礎(chǔ)的備份系統(tǒng)容量小,備份、恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)。同時(shí),實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)DTACQ采集設(shè)備在復(fù)雜實(shí)驗(yàn)環(huán)境中數(shù)據(jù)容易上傳失敗。為了改善這一狀況開發(fā)了DTACQ運(yùn)行支撐軟件,實(shí)現(xiàn)了對(duì)J-TEXT所有D-TACQ的狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)檢測(cè)、發(fā)現(xiàn)問題、自動(dòng)重傳的一套功能,提高了采集卡的可用性。對(duì)于未來長(zhǎng)脈沖聚變實(shí)驗(yàn)中存儲(chǔ)系統(tǒng)面臨的持續(xù)海量數(shù)據(jù)寫入的挑戰(zhàn),本研究創(chuàng)新的采用分布式集群數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)對(duì)。本文深入研究了現(xiàn)代分布式文件系統(tǒng)以及分布式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù),設(shè)計(jì)了針對(duì)大型科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理系統(tǒng)JCDB。提出了數(shù)據(jù)分離成元數(shù)據(jù)和科學(xué)數(shù)據(jù)的思路,并率先給出了基于MongoDB的元數(shù)據(jù)管理方案,此方案是ITERDB計(jì)劃采用技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用實(shí)現(xiàn)。通過數(shù)據(jù)模型、接口、插件等設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了元數(shù)據(jù)的高效管理、訪問,使系統(tǒng)可以靈活、模塊化的添加和刪除功能。針對(duì)科學(xué)數(shù)據(jù),本研究設(shè)計(jì)了相應(yīng)的存儲(chǔ)引擎,通過迭代改進(jìn)的方法,對(duì)存儲(chǔ)引擎進(jìn)行不斷優(yōu)化,最終給出了基于索引的CassandraIndex模型。它在4節(jié)點(diǎn)集群測(cè)試中,讀寫性能分別達(dá)到了337MB/s和280MB/s,并通過與GlusterFS和MDSplus對(duì)比,驗(yàn)證了基于NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)引擎的巨大潛力,和為長(zhǎng)脈沖聚變實(shí)驗(yàn)提供存儲(chǔ)管理服務(wù)的可能性,為CFETR的存儲(chǔ)管理設(shè)計(jì)提供參考。最后針對(duì)集群部署困難的問題,給出了集群的自動(dòng)化部署方案,實(shí)現(xiàn)了MongoDB集群和Cassandra集群的自動(dòng)化部署。
【圖文】：

對(duì)其加熱使之達(dá)到核聚變產(chǎn)生條件，主要以仿星器裝置和托卡馬克，其中又以托卡馬克的發(fā)展最快。 托卡馬克裝置托卡馬克（Tokamak）最初是由位于蘇聯(lián)莫斯科的庫(kù)爾恰托夫研究所的物理爾·塔姆、安德烈·薩哈羅夫和列夫·阿齊莫維齊等人在 20 世紀(jì) 50 年代發(fā)它由俄語單詞轉(zhuǎn)換而來，名字 Tokamak 來源于環(huán)形（toroidal）、真空室（kamermagnit）、線圈（kotushka），總結(jié)起來就是一個(gè)用強(qiáng)磁場(chǎng)來約束熱等離子體聚變的環(huán)形容器裝置。托卡馬克的中央是一個(gè)環(huán)形的真空室，外面纏繞著多態(tài)的線圈，真空室內(nèi)充入一定氣體，通過微波、中性束注入等方式，激發(fā)并維強(qiáng)大的環(huán)形等離子體電流。等離子體電流與外面的線圈電流一起，產(chǎn)生磁場(chǎng)子體約束住，通過電子回旋共振等方式加熱到上億度的高溫，從而實(shí)現(xiàn)核聚 的托卡馬克結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示。

圖 1-2 MDSplus 樹形結(jié)構(gòu)名和炮號(hào)來指定一次實(shí)驗(yàn)。每一棵樹的數(shù).tree， xx.characteristics 和 xx.datafile。以排序過的 tag 名索引、tag 定義和子樹索引節(jié)點(diǎn)的元數(shù)據(jù)，其中就有每個(gè)節(jié)點(diǎn)在 dat文件包含節(jié)點(diǎn)中的實(shí)際數(shù)據(jù)。這三個(gè)文件MDSplus 提供了模板樹如圖 1-3 所示。模置模板樹的結(jié)構(gòu)，，其它大于-1 的炮號(hào)樹都，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)等，但是不包含“.datafile”中
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TL631.24;TP311.13

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 姚遠(yuǎn);胡文俊;余澤偉;黃玉蘭;;Entity Framework技術(shù)及其應(yīng)用[J];軟件導(dǎo)刊;2015年11期

2 黃靜;王楓;謝志新;肖炳甲;;EAST文檔管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展;2014年07期

3 劉睿;鄭瑋;張明;翁楚橋;莊革;丁同海;于克訓(xùn);;基于PXI Express的托卡馬克同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];原子能科學(xué)技術(shù);2014年01期

4 申德榮;于戈;王習(xí)特;聶鐵錚;寇月;;支持大數(shù)據(jù)管理的NoSQL系統(tǒng)研究綜述[J];軟件學(xué)報(bào);2013年08期

5 舒雙寶;羅家融;薛二兵;;基于PCI的托卡馬克高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究[J];電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào);2012年02期

6 潘捷;王華忠;;托卡馬克長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制;2010年10期

7 林尊琪;;激光核聚變的發(fā)展(邀請(qǐng)論文)[J];中國(guó)激光;2010年09期

8 楊飛;肖炳甲;劉連忠;朱應(yīng)飛;;基于MDSplus的EAST工程數(shù)據(jù)獲取及顯示[J];微計(jì)算機(jī)信息;2010年13期

9 馮開明;;可控核聚變與國(guó)際熱核實(shí)驗(yàn)堆(ITER)計(jì)劃[J];中國(guó)核電;2009年03期

10 黃禮華;莊革;張明;楊州軍;;J-TEXT托卡馬克數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];微計(jì)算機(jī)信息;2009年16期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 張t

本文編號(hào)：2641723