EAST远程控制门户系统设计与开发
这是一篇关于EAST,数字证书,人脸识别,短信平台,门户系统的论文, 主要内容为随着通信技术和计算机软件技术的快速发展,计算机技术在世界范围的大型核聚变装置(如ITER、DⅢ-D、Alcator C-Mod)的开发与升级中都发挥极其重要的作用,也为世界核技术专家远程进行学术与技术交流提供了支持。EAST作为中国的热核聚变大科学装置,已经发展成为国际上重要的合作实验平台。核聚变实验的物理特性决定热核聚变装置不易接近,因此我们在EAST上建立了支持远程参与的数据服务系统和先进等离子体控制系统,在物理诊断和分析的支持下准实时提供分析数据,采用基于网页的三维可视化技术实现了放电过程的准实时远程可视化显示、关键实验参数的设置和命令验证、远程实验可靠安全登录和安全快速数据分析和获取等功能。EAST远程控制门户系统为整个系统提供网络安全保障,因此开发安全高效的门户系统有着重要的意义。EAST远程控制门户系统关键技术包括基于OpenSSL的数字证书认证技术、基于短信猫的短信发送技术和基于Dlib和OpenCV的人脸识别技术。该系统的主要功能包括用户安全访问、实验数据效验以及用户后台管理等。用户安全访问主要采用IP地址限制、数字证书验证、用户名密码、短信(邮箱)验证码、随机验证码和人脸识别等方式验证用户身份。用户必须在特定的实验室才可以访问远程控制系统,用户可以通过用户名+密码+短信(邮箱)+随机验证码方式登陆,也可以采用人脸识别方式登陆,两种登陆方式既方便用户登陆,又保障了远程控制系统安全。实验数据效验是对用户提交数据进行相应的数据检验,门户系统设计前后端+EAST服务器三层数据效验结构,以保证用户提交数据符合系统要求。用户后台管理主要是给用户提供查看历史实验数据以及自己的权限,并根据需求向管理员提出权限申请服务。远程控制门户系统不仅为EAST提供安全保障,同时也为用户提供了良好的登陆管理功能,改善了用户使用体检,促进了远程控制平台发展。本文的创新点如下:(1)实现基于OpenSSL的数字证书认证和用户登陆管理系统,提供用户登陆认证、数据管理和数据效验功能。(2)建立基于Dlib和OpenCV的自主可控的人脸识别平台,实现了用户人脸识别登陆功能。(3)建立自主可控的邮箱和短信发送平台,为用户提供短信和邮箱验证码发送服务。
基于RESTful和微服务架构的EAST实验数据网关设计与实现
这是一篇关于EAST,托卡马克,数据网关,RESTful架构,流量控制,微服务治理的论文, 主要内容为EAST实验数据包括记录工程装置运行状态的工程数据,记录放电脉冲的诊断数据,描述诊断数据的元数据等。PB级数据规模下,这些结构化、非结构化、半结构化实验数据通过关系型和非关系型数据库进行存储和检索。在异构分布式环境中,实验数据以不同的形式和编码格式分散存储,彼此独立存在,这导致了数据获取的复杂性。基于这样的现状,EAST、ITER、JT-60SA、KSTAR等聚变实验装置开发实现了各自的UDA数据访问服务,用于对各类实验数据进行统一查询访问。但对于单体架构的UDA方法而言,随着需求增加,系统功能边界模糊,代码编辑存在隐患。程序只能作为整体进行扩展,并使用统一的技术方案,不易引入新框架与新技术。与此同时,UDA方法普遍需要维护各编程语言客户端,并且客户端要在各操作系统平台下经过繁琐的编译流程才能运行,这也存在易用性与可维护性不足的特点。进一步的,在实现聚变实验数据统一访问功能的基础上,系统层面还应增加服务治理和流量管理的相关内容。基于此背景,本文设计实现了基于RESTful和微服务架构的EAST实验数据网关。首先,与复杂性高的UDA方法不同,我们的方法根据数据源特征,通过不同技术方案,将单体UDA拆分为独立部署运行的微服务,实现在业务逻辑及技术栈层面的解耦合。其次,相比于维护各编程语言客户端的方式,本文通过RESTful架构,将资源和操作映射到HTTP协议的请求方法和URI中,实现了更易用可维护的跨平台数据访问。最后,在实现聚变实验数据统一访问功能的基础上,本文从网关层面统一完成了流量控制及服务治理的相关功能。具体而言,本文基于Nginx与Flask后端框架结合的技术方案设计实现了EAST实验数据网关。一方面,网关对外部各类终端设备提供统一的RESTful实验数据查询服务,实现跨平台数据访问的同时,不用维护各编程语言客户端。另一方面,网关在内部接入不同技术栈实现的微服务,实现数据访问服务的解耦合。此外,网关还作为一个中心化的控制点,统一完成了协议转换及适配、服务路由及治理、流量管理及容错、日志记录及监控等功能。为提高系统的可维护性,本文通过Consul实现对微服务的注册发现和健康检测。并基于Elastic APM实现了分布式链路追溯,以记录相关日志及展示全局拓扑关系。测试结果表明,EAST实验数据网关满足了既定的功能需求及性能需求。
EAST远程控制门户系统设计与开发
这是一篇关于EAST,数字证书,人脸识别,短信平台,门户系统的论文, 主要内容为随着通信技术和计算机软件技术的快速发展,计算机技术在世界范围的大型核聚变装置(如ITER、DⅢ-D、Alcator C-Mod)的开发与升级中都发挥极其重要的作用,也为世界核技术专家远程进行学术与技术交流提供了支持。EAST作为中国的热核聚变大科学装置,已经发展成为国际上重要的合作实验平台。核聚变实验的物理特性决定热核聚变装置不易接近,因此我们在EAST上建立了支持远程参与的数据服务系统和先进等离子体控制系统,在物理诊断和分析的支持下准实时提供分析数据,采用基于网页的三维可视化技术实现了放电过程的准实时远程可视化显示、关键实验参数的设置和命令验证、远程实验可靠安全登录和安全快速数据分析和获取等功能。EAST远程控制门户系统为整个系统提供网络安全保障,因此开发安全高效的门户系统有着重要的意义。EAST远程控制门户系统关键技术包括基于OpenSSL的数字证书认证技术、基于短信猫的短信发送技术和基于Dlib和OpenCV的人脸识别技术。该系统的主要功能包括用户安全访问、实验数据效验以及用户后台管理等。用户安全访问主要采用IP地址限制、数字证书验证、用户名密码、短信(邮箱)验证码、随机验证码和人脸识别等方式验证用户身份。用户必须在特定的实验室才可以访问远程控制系统,用户可以通过用户名+密码+短信(邮箱)+随机验证码方式登陆,也可以采用人脸识别方式登陆,两种登陆方式既方便用户登陆,又保障了远程控制系统安全。实验数据效验是对用户提交数据进行相应的数据检验,门户系统设计前后端+EAST服务器三层数据效验结构,以保证用户提交数据符合系统要求。用户后台管理主要是给用户提供查看历史实验数据以及自己的权限,并根据需求向管理员提出权限申请服务。远程控制门户系统不仅为EAST提供安全保障,同时也为用户提供了良好的登陆管理功能,改善了用户使用体检,促进了远程控制平台发展。本文的创新点如下:(1)实现基于OpenSSL的数字证书认证和用户登陆管理系统,提供用户登陆认证、数据管理和数据效验功能。(2)建立基于Dlib和OpenCV的自主可控的人脸识别平台,实现了用户人脸识别登陆功能。(3)建立自主可控的邮箱和短信发送平台,为用户提供短信和邮箱验证码发送服务。
EAST信号可视化与数据处理的研究及其软件开发
这是一篇关于EAST,工程数据,数据可视化,交流损耗,电磁载荷的论文, 主要内容为随着EAST实验装置的深入进行,核心位置处加热温度越来越高,等离子体持续放电时间越来越长,各个系统的实验数据量越来越庞大。现有的EAST实验数据处理平台不能对大量工程信号进行单一实时监控。同时,也没有成熟的实验数据后处理功能,不能根据采集到的实验数据进行分析计算来判断装置主机的运行状况。因此,需要一个新的工程信号实时监控与数据处理平台,不仅可以对工程信号进行有效监控,而且能够用来对海量实验数据进行科学管理与分析处理。便于实验人员通过平台发布的信号波形和分析结果来判断装置主机的运行状况,保证实验的顺利进行。本文主要对EAST核聚变实验数据的数据存储、数据可视化和数据分析等方面进行深入研究。本文完成的具体内容和研究成果如下:1.开发了一款新的Java Web应用程序,它通过自动编写Java服务器页面(JSP)和JavaScript代码来创建一个集信号实时监测和EAST磁体稳定性判断于一体的交互平台。平台由数据可视化、数据监控和离线数据分析三个模块组成。数据可视化和监控模块是基于Java的开源架构和Highcharts显示模块,其数据是从MDSplus数据库中获得的。2.针对EAST等离子放电实验期间产生的大量工程物理信号,实时采集等离子体放电信息和各个子系统所产生的温度、压力和流量等数据信号。并根据获取的数据信息以Web和图形化方式搭建一个数据可视化交流平台,协助工程物理专家及时掌握EAST运行情况。3.开发一个集数据监控和报警于一体的数据监控模块,该模块由数据采集子系统、数据分析子系统和信号报警子系统组成。利用MySQL数据库中数据实时刷新功能,将信号值同步显示到用户Web页面,不仅可以将数据库中的数据同步传输到监控系统,还可以自动向用户提供EAST报警的反馈信息。4.通过现有成熟理论基础,深入研究EAST极向场线圈交流损耗和磁体电磁载荷产生的具体成因,在现有计算模型基础上,进行不断优化,并开发离线数据分析计算模块。实现在服务器中嵌入计算超导极向场线圈交流损耗和计算磁体电磁载荷的算法,并将算法分析结果再传递回客户端页面中。这些算法都是通过Java语言进行编写,电磁负载和交流损耗通过使用预先计算的交互矩阵对给定电流进行线性变换得到。图[50]表[5]参[52]
EAST实验数据统一访问方法的设计与实现
这是一篇关于EAST,统一数据访问,数据集成,RPC,JWT,多语言接口的论文, 主要内容为EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)是我国自主设计建造的第一个全超导磁约束核聚变实验装置。EAST实验数据主要分为放电实验的物理诊断数据和装置的工程监控数据,目前主要分散的存储在异构的存储系统中。随着聚变实验的开展和实验装置的不断升级,数据总量不断增加,目前已达到PB级别。由于数据存储分散和存储结构不统一,严重阻碍了数据的相互流通,造成了“数据孤岛”现象。统一数据访问方法不仅将不同来源、不同格式的数据进行集成,而且提供统一的数据访问接口,有效的隐藏了数据的存储位置和存储结构,实现了数据的透明访问。因此,随着聚变实验的开展和装置的升级,如何实现数据高效集成和快速访问成了聚变实验数据管理的重点方向。本文根据EAST实验数据的存储现状,设计并实现了一套统一数据访问系统,该系统主要包括数据集成、数据传输、数据访问和数据安全四个模块。数据集成模块采用中间件集成技术,有效的实现了多个异构数据源的快速集成。数据传输模块基于Protocol Buffers、线程池、内存池和Reactor模型等技术,实现了一个高并发、大吞吐量的RPC框架,该框架有效的降低了数据传输的复杂性。数据访问模块基于IDL(Interface Definition Language)技术,实现了支持多种编程语言的数据访问接口,同时还基于Vue和Flask框架提供了一个可视化工具,用于数据的浏览和导出。数据安全模块基于动态令牌JWT和图数据库Neo4j技术,实现了身份认证和权限认证,有效的保障了数据的访问安全。系统测试结果显示,EAST实验数据统一访问系统能够快速响应用户请求,支持多用户并发,数据访问接口和可视化工具简单易用。系统功能和性能满足设计要求。
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