本發明涉及受控熱核聚變以及即時消息發布領域，尤其涉及一種能夠應用至核聚變試驗的即時消息發布系統。

背景技術：

受控核聚變研究的一個主要的目的是為了實現能夠商用的聚變電站，為了達到這個目標，必須掃除與等離子體聚變反應相關的物理和工程上的障礙，這些物理上的理論和工程上的方案必須要在聚變裝置上的等離子體實驗中加以更新和驗證，因此受控核聚變的研究從某種意義上講是一種實驗驅動的學科。

無論是在傳統的常規導體聚變裝置中，還是在可以實現時間內約束的超導聚變裝置中，實現成功的等離子體放電實驗，需要將所有的子系統同時協調的參與進來，需要工程操作人員和物理研究人員協力配合。因為系統眾多，例如典型的存在電機系統、電源系統、診斷系統、真空系統、中性束系統、電子回旋系統、等離子體控制系統、數據采集系統、網絡系統、真空系統、送氣系統等等，每個系統之中均包含了大量的子系統和設備，這些數量龐大的系統、子系統和設備的存在導致了一個事實：對于一個無論工程人員還是物理研究人員，只可能對一個或者多個系統或者領域非常熟悉，這就導致了在等離子體放電實驗期間，特別是在兩次實驗之間短暫的時間間隔內，有了解其他系統的狀況、信息和數據的需求，然后結合自身的系統或者領域，做出下一個實驗的工程決定或者物理研究提案。

為了達到這個目的，目前通用的解決方案是在控制大廳放置多個投影屏幕或者大屏幕的電視機，上面將各個系統的曲線進行顯示，然后參與實驗的人員需要從一個屏幕走到另外一個屏幕，了解到整個裝置的放電實驗狀況。

這種技術方案存在幾個固有的缺點：

1、參與實驗的人員無法離開中控大廳，來獲得當前的全局狀態和數據；

2、展示內容，受大屏幕的數量的限制，隨著實驗內容越來越豐富，必須持續投資大屏幕和對應的軟件開發，擴展性非常差；

3、參與實驗的人員根據所負責的系統和研究的內容不同，感興趣的內容并不相同，這種技術方案無法提供個性化的定制內容。

4、很多內容，特別是物理研究相關的，必須通過大規模的代碼迭代計算才能夠得到，這種技術方案單純用于展示，并不能滿足這種要求。

5、很多內容，特別是需要幾個系統的數據進行綜合分析才能得出的結論，這類內容無法在顯示曲線的大屏方案上實現；

6、一些內容，例如突發事件、某個系統的重要參數，這些無法用曲線表示的內容無法展現；

7、無法隨時得到某些不熟悉系統的背景知識；

技術實現要素：

本發明解決的技術問題是現有的用于展示聚變試驗結果的系統只能在固定展示場合進行展示、擴展性差、無法滿足大規模的代碼迭代計算需求、展示內容受限等問題，進而提供一種能夠解決前述問題的即時消息發布系統，該即時消息發布系統應用于在聚變實驗期間，能夠使所有對實驗感興趣的人員無論在何地均可以在第一時間內得到其想要的所有的信息。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：

即時消息發布系統，包括消息收集和處理系統、云計算平臺、存儲系統、即時信息發布后臺系統和至少一個客戶端。

所述消息收集和處理系統，通過設置相應的通訊手段和協議接收來自所有受監控設備的消息，其一直處于監聽狀態，并在接收到預先設定的消息且滿足對應的條件時向所述云計算平臺發送消息處理的計算請求；

所述云計算平臺上預置有計算策略，在接收到上述計算請求后，所述云計算平臺根據預置的計算策略啟動相應的計算線程進行計算、在計算完成后將計算結果生成預設的各種展現形式存入所述存儲系統，并向所述即時信息發布后臺系統發送消息；

所述即時信息發布后臺系統解析所述云計算平臺發送的消息，并根據解析結果獲取本條消息對應的上述各種展現形式的計算結果并以消息方式向至少一個所述客戶端推送；

所述客戶端包括消息對話框接口模塊，所述消息對話框接口模塊接收并向用戶展示所述即時信息發布后臺系統推送過來的消息。

所述云計算平臺將計算結果的各種展現形式中的非結構化數據存儲至所述存儲子系統中，并將結構化數據以及非結構化數據的存儲地址存儲至所述結構化數據庫系統，所述云計算平臺向所述即時信息發布后臺系統發送的消息中包括結構化數據以及非結構化數據的存儲地址，所述即時信息發布后臺系統解析收到的消息得到非結構化數據的存儲地址以及結構化數據，并從該存儲地址讀取非結構化數據和結構化數據一起發送至所述客戶端。

所述即時消息發布系統還包括網站系統，所述網站系統上設置有若干應用模塊；

所述客戶端還包括定制模塊，所述定制模塊中設置與所述網站系統的應用模塊對應的配置接口模塊；

所述配置接口模塊經用戶觸發調用所述網站系統的相應應用模塊完成功能。

所述應用模塊包括消息配置模塊，與之對應，所述配置接口模塊包括消息配置接口模塊，所述消息配置接口模塊受用戶觸發調用所述消息配置模塊，同時將當前用戶信息發送至所述消息配置模塊，所述消息配置模塊將接收到的用戶信息嵌入消息配置窗口文件返回至當前用戶所在客戶端，接收用戶配置信息，并將接收的配置信息存入所述結構化數據庫；

所述即時信息發布后臺系統在接收到來自所述云計算平臺的消息后，從所述結構化數據庫中調取對相應的配置信息獲取定制該消息的用戶的信息，并將解析后獲取的各種展現形式的計算結果以消息方式向定制該消息的用戶所在的所述客戶端推送。

所述應用模塊還包括自助計算服務模塊，所述自助計算服務模塊內預設有對應若干自助運算程序；

與之對應，所述配置接口模塊包括自助計算服務接口模塊，所述自助計算服務接口模塊受用戶觸發調用所述自助計算服務模塊，同時將當前用戶信息發送至所述自助計算服務模塊；

所述自助計算服務模塊接收用戶輸入的計算參數，并向所述云計算平臺發 送包含用戶信息的計算請求，所述云計算平臺完成計算后將計算結果以及用戶信息以消息方式發送至所述即時信息發布后臺系統，所述即時信息發布后臺系統解析消息中包含的當前用戶的用戶信息并將接收到的消息返回當前用戶所在的所述客戶端。

所述即時信息發布后臺系統設置有隊列機制，所述云計算平臺發送過來的消息根據優先級和到達的先后順序進行排隊，按排隊順序取出消息進行解析。

在所述網站系統上設置有歷史消息查詢模塊，所述即時信息發布后臺系統將解析之后的消息保存到所述結構化數據庫中，所述歷史消息查詢模塊接收用戶的查詢指令從所述結構化數據庫中找到符合條件的歷史消息，對于帶有鏈接地址的消息，按照地址從所述存儲系統中獲取相應的文件，并顯示在當前查詢用戶所在的所述客戶端的網頁中。。

在所述即時消息發布后臺系統上設置有第三方程序接口模塊，所述即時消息發布后臺系統接收用戶的第三方程序通過該第三方程序接口模塊發布的內容，并根據其預設的消息發送規則，將消息發送到對應的所述客戶端。

所述結構化數據包括文字、鏈接信息，所述非結構化數據包括圖片、動畫，所述鏈接信息包括所述網站上背景知識的鏈接信息，所述云計算平臺在接收到計算請求后，找到與當前消息相關的背景知識的鏈接和其它信息一起發送至所述即時信息發布后臺系統。

所述云計算平臺向所述即時消息發布后臺系統發送的消息采用JSON格式，所述客戶端包括Windows客戶端、iOS客戶端和Andriod客戶端，所述即時信息發布后臺系統根據當前登錄用戶的客戶端種類選擇推送至客戶端進行顯示的即時消息的內容，所述云計算平臺采用基于Matlab的并行計算和分布式計算策略。

本發明的有益效果如下：

本發明的即時消息發布系統應用至受控熱核聚變試驗中，利用云計算、分布式控制、并行計算和以及網絡通訊技術，能夠在托卡馬克核聚變裝置運行期間，根據實驗的進展情況，即時向參與實驗的工程師和物理學家發送其感興趣的與整個裝置的當前實驗或者最近一段時間實驗的工程運行分析和物理分析相關的信息，信息的格式可以根據需要預設，例如可以是帶格式的文字、鏈接、 圖片以及動畫，并且不受地理范圍的限制，從而為在全球范圍內的實現聚變裝置的遠程監控提供了一種解決方案。

附圖說明

圖1為本發明的即時消息發布系統的結構框圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明的技術方案和有益效果進一步進行說明。

參見附圖1，本發明的即時消息發布系統，包括消息收集和處理系統、云計算平臺、存儲系統、即時信息發布后臺系統和至少一個客戶端，其中：

消息收集和處理系統，通過設置相應的通訊手段和協議接收來自所有受監控設備的消息，其一直處于監聽狀態，并在接收到預先設定的消息且滿足對應的條件時向云計算平臺發送消息處理的計算請求；

云計算平臺上預置有計算策略，在接收到上述計算請求后，云計算平臺根據預置的計算策略啟動相應的計算線程進行計算、在計算完成后將計算結果生成預設的各種展現形式存入存儲系統，并向即時信息發布后臺系統發送消息；

即時信息發布后臺系統解析云計算平臺發送的消息，并根據解析結果獲取本條消息對應的上述各種展現形式的計算結果并以消息方式向至少一個客戶端推送；

客戶端包括消息對話框接口模塊，消息對話框接口模塊接收并向用戶展示即時信息發布后臺系統推送過來的消息。

當本發明的系統應用至聚變試驗時，系統后臺所面向的對象是所有參與聚變工程和物理實驗的運行和分析、并能夠被實時監控或能夠主動提供信息的設備和子系統，系統前臺所面向的對象是所有關心聚變工程和物理實驗運行和分析的工程師和科學家。。本發明的即時消息發布系統可以是面向全球從事聚變工程和物理研究人員，在全球任何一個位置，在聚變實驗期間，均可以通過互聯網接入到本系統中，獲取所有的實驗即時信息。

本發明的存儲系統包括存儲子系統和結構化數據庫系統，以便將結構化數 據和非結構化數據按照分別存儲，方便后續過程根據不同根據數據種類部分分別進行處理和傳送，提高消息傳送效率：

云計算平臺將計算結果的各種展現形式中的非結構化數據存儲至存儲子系統中，并將結構化數據以及非結構化數據的存儲地址存儲至結構化數據庫系統，云計算平臺向即時信息發布后臺系統發送的消息中包括結構化數據以及非結構化數據的存儲地址，即時信息發布后臺系統解析收到的消息得到非結構化數據的存儲地址以及結構化數據，并從該存儲地址讀取非結構化數據和結構化數據一起發送至客戶端。

為了適應不同用戶的個性化需求，本發明的即時消息發布系統還設置有網站系統，并在網站系統上設置有若干應用模塊；

客戶端還包括定制模塊，定制模塊中設置與網站系統的應用模塊對應的配置接口模塊；

配置接口模塊經用戶觸發調用網站系統的相應應用模塊完成功能。

應用模塊可以根據用戶的需求設置，本發明中，為了滿足用戶的消息定制需求，設置了消息配置模塊，為了滿足用戶的自定義計算需要，設置了自助計算服務模塊，具體如下：

應用模塊包括消息配置模塊，與之對應，配置接口模塊包括消息配置接口模塊，消息配置接口模塊受用戶觸發調用消息配置模塊，同時將當前用戶信息發送至消息配置模塊，消息配置模塊將接收到的用戶信息嵌入消息配置窗口文件返回至當前用戶所在客戶端，接收用戶配置信息，并將接收的配置信息存入結構化數據庫；

即時信息發布后臺系統在接收到來自云計算平臺的消息后，從結構化數據庫中調取對相應的配置信息獲取定制該消息的用戶的信息，并將解析后獲取的各種展現形式的計算結果以消息方式向定制該消息的用戶所在的客戶端推送。

應用模塊還包括自助計算服務模塊，自助計算服務模塊內預設有對應若干自助運算程序；

與之對應，配置接口模塊包括自助計算服務接口模塊，自助計算服務接口模塊受用戶觸發調用自助計算服務模塊，同時將當前用戶信息發送至自助計算服務模塊；

自助計算服務模塊接收用戶輸入的計算參數，并向云計算平臺發送包含用戶信息的計算請求，云計算平臺完成計算后將計算結果以及用戶信息以消息方式發送至即時信息發布后臺系統，即時信息發布后臺系統解析消息中包含的當前用戶的用戶信息并將接收到的消息返回當前用戶所在的客戶端。

因為云計算平臺是一個高性能計算集群，其進行的是大量的并發運算，會導致很多信息在同一個時刻到達即時信息發布后臺系統，為了快速高效的處理這些信息，本發明在即時信息發布后臺系統設置有隊列機制，云計算平臺發送過來的消息根據優先級和到達的先后順序進行排隊，按排隊順序取出消息進行解析。

為了方便用戶查看歷史消息，本發明在網站系統上設置有歷史消息查詢模塊，即時信息發布后臺系統將解析之后的消息保存到結構化數據庫中，歷史消息查詢模塊接收用戶的查詢指令從結構化數據庫中找到符合條件的歷史消息，對于帶有鏈接地址的消息，按照地址從存儲系統中獲取相應的文件，并顯示在當前查詢用戶所在的客戶端的網頁中。。

在聚變試驗中，有需要有一些臨時參加進行來的設備需要在系統中發送消息，本發明在即時消息發布后臺系統上設置有第三方程序接口模塊作為這些設備的接入口，即時消息發布后臺系統接收用戶的第三方程序通過該第三方程序接口模塊發布的內容，并根據其預設的消息發送規則，將消息發送到對應的客戶端。

本發明中的數據表現形式可以根據實際的試驗數據表現需求確定，其中結構化數據可以包括文字、鏈接信息，非結構化數據可以包括圖片、動畫，鏈接信息包括網站上背景知識的鏈接信息，云計算平臺在接收到計算請求后，找到與當前消息相關的背景知識的鏈接和其它信息一起發送至即時信息發布后臺系統。

本發明中的云計算平臺向即時消息發布后臺系統發送的消息可以采用JSON格式。

本發明中的客戶端可以是Windows客戶端、iOS客戶端和Andriod客戶端的任何一種，考慮到移動平臺的內存、存儲空間和計算能力，在Andriod和iOS版本的客戶端中只顯示文字和鏈接兩種消息，但是通過點擊鏈接可以看到圖片和動畫 即時信息發布后臺系統根據當前登錄用戶的客戶端種類選擇推送至客戶端進行顯示的即時消息的內容。

本發明的云計算平臺可以采用基于Matlab的并行計算和分布式計算策略。

下面結合本發明在我國第一個實現偏濾器放電實驗的常規托卡馬克實驗裝置HL-2A上的應用實例進一步進行說明，HL-2A上的本發明的即時消息發布系統運行時間周期設置為8～15分鐘：

本發明的即時消息發布系統應用到聚變實驗中時，需要首先對各子系統的消息接口進行規范，在聚變實驗期間，各個子系統將各自產生的消息和事件按照預先設定的標準接口規范進行轉化，并發送到指定的位置進行發布共享，典型的發布和共享的方式是：UDP消息、EPICS消息以及各種監控事件消息；

消息收集和處理系統一直處于監聽的狀態，通過一系列的通訊手段和協議(包括UDP，EPCIS等等)接收聚變實驗各子系統發送的消息，參與聚變實驗的所有子系統、子系統和設備的消息和事件都可以通過網絡消息的方式自由的傳送到此系統，每一類消息均對應一個線程，一旦接收到預先設定的消息并且滿足對應的條件，則立即向作為云計算平臺的高性能云計算集群發送消息處理的計算請求；

高性能云計算集群擁有多個大容量內存和多CPU的計算資源，采用了基于Matlab的并行計算和分布式計算策略?？梢酝瑫r處理多個計算請求。計算請求根據計算量的大小，計算代碼執行的分為兩種策略，一種是計算量較小的，直接使用一個線程一個CPU進行計算，一種計算量較大的，需要進行多核并行計算的優化。在計算完畢后，高性能計算集群根據預先設置的策略，將包括各種工程和物理判斷結論在內的計算結果生成各種展現形式，包括指定格式的文字消息、鏈接信息、指定像素大小的圖片信息以及將一系列的圖片生成動畫等；

高性能云計算集群將生成的圖片和動畫保存到存儲系統的指定位置上，并將文字、鏈接、圖片和動畫的信息按照指定的JSON格式發送到即時信息發布后臺系統；

具體的，可以在存儲系統上建有一個http服務器，上述圖片、動畫等非結構化數據的存儲地址既是一個網站的地址，當消息被生成的時候，消息附帶的文件存儲地址就已經生成了，例如http//4.4.4.4/3.jpg，這個地址隨著文本消息打 包成一個json格式的消息；

文字可以作為字符串的形式存儲，例如mysql數據庫，文字可以以varchar的類型(字符串)作為一個字段進行存儲；

因為高性能計算集群進行的是大量的并發運算，會導致很多JSON信息在同一個時刻到達，即時信息發布后臺系統將收到的JSON格式消息排成隊列，并根據先后順序和優先級從隊列中取出消息進行解析，首先通過查詢數據庫，找到訂閱此條消息的所有用戶，然后解析出信息所包含的文字、鏈接地址、圖片和動畫的等內容；

即時信息發布后臺系統將解析之后的消息按照特定的格式保存到數據庫中，以供后期的查詢；

即時信息發布后臺系統將本條消息對應的文字、鏈接地址、圖片和動畫依次發送給所有訂閱了此條消息的客戶端。其中文字和鏈接地址直接按照指定的格式發送出去，而圖片和動畫則首先是從存儲系統的指定位置讀出，然后按照與客戶端約定的格式，以流的形式發送到客戶端；

對應最常見的操作系統，客戶端存在三種版本：Windows、Andriod和iOS?？蛻舳耸钦麄€系統與參與聚變實驗人員之間的唯一接口。接口分為兩種，一種是消息對話框接口，可以在其中直接顯示系統后臺推送過來用戶訂閱的各種消息。消息分為四種，均直接在對話框中顯示：

1)帶格式的文本消息，后臺根據消息的種類不同(例如普通、錯誤、警報、特色、參數、結論等等)，生成不同顏色和字體的消息，使得參與聚變實驗的人員可以直觀地進行區分；

2)鏈接，給出文本、圖片或者動畫的補充和背景知識的鏈接，直接在對話框中點擊，即可以在瀏覽器中顯示對應的頁面

3)靜態圖片，最典型的格式是PNG和JPG，圖片比文字可以更直觀的顯示某個或者多個參數在實驗中演化過程以及對比；

4)動畫，最典型的格式是GIF，動畫可以直觀的顯示二維圖像在實驗過程中的演化過程，例如等離子的圖像和剖面等等；

在Windows版本中，所有的內容均會顯示出來，但是在Andriod和iOS版本中，考慮到移動平臺的內存、存儲空間和計算能力，只顯示文字和鏈接兩種消息， 但是通過點擊鏈接可以看到圖片和動畫；

第二種接口是帶有用戶信息的配置應用，集成在客戶端中。當用戶點擊相關應用圖標的時候，會彈出對應的網頁，網頁中帶有用戶的信息，為單個用戶提供個性化的服務，主要的服務有：

1)客戶端接收消息種類的自定義配置。用戶可以選中其感興趣的消息，從而用其賬號登陸的客戶端只會接收用戶選中的消息；

2)自定義計算。云計算平臺提供了一系列的后臺計算服務程序及其接口，只需要在網頁中提交計算的輸入參數，云計算平臺就會自動進入計算，計算的過程和結果以各種消息的形式發送到客戶端，特別是計算的結果在客戶端對話框中以圖片和鏈接的方式供直觀查看和下載；Windows客戶端接收并顯示所有的即時消息，iOS客戶端和Andriod客戶端只接收和顯示文字和鏈接地址；

客戶端通過點擊應用圖標，可以跳轉到對應的網站，網址帶有用戶的信息；

用戶在帶有用戶信息的網站上，進行消息訂閱選擇操作，網站將用戶特定的訂閱消息種類保存到數據庫中；

用戶在帶有用戶信息的網站上，進行自助計算操作，網站處理自助計算的消息，并立即向高性能云計算集群發送消息處理的請求，高性能云計算集群接收到這個請求后，根據計算量進行資源的分配并進行計算，將計算的過程和計算的結果，通過JSON格式的消息發送到即時消息發布后臺系統，即時消息發布后臺系統按照消息發送的方式直接發給對應用戶的客戶端；

用戶直接點擊客戶端中的鏈接地址時，會在瀏覽器中顯示存儲系統中對應的圖片、動畫，或者網站上的背景知識和其他信息。

用戶的第三方程序通過消息接口發布的內容，會自動轉化為JSON格式的消息發送到即時消息發布后臺系統，即時消息發布后臺系統根據其內在的消息發送規則，將消息發送到對應的客戶端。

綜上，本發明的優點可以總結如下：

1、參與實驗的人員只需要一個賬號和一個客戶端，無論在局域網還是在廣域網都可以與在中控大廳的實驗人員同時獲得當前的實驗信息；

2、展示內容，沒有限制，全部都顯示在客戶端中；

3、可以只顯示感興趣的內容；

4、提供各種格式的消息，內容豐富，格式多樣，直觀性強；

5、可以顯示各種現有的方案不能顯示的內容，例如經過大規模的計算后得到的物理信息、綜合分析信息等等；

6、擴展性極強，增加一個新的消息內容，只需要將算法放入集群中即可，無需額外的硬件投資。

7、開放性強，利用二次開發接口，用戶可以自定義消息并且發給指定的用戶；

8、提供通用化和個性化的計算服務。除了接收系統內置的實驗實時消息外，系統還提供了一系列的自助計算的接口，在實驗期間，用戶可以通過此接口，將特定的計算提交到云計算平臺，云計算平臺將計算過程和結果發送到用戶的客戶端上。

本領域的普通技術人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發明的原理，應被理解為本發明的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領域的普通技術人員科研根據本發明公開的這些技術啟示做出各種不脫離本發明實質的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發明的保護范圍內。