-
-
手机阅读
摘要系统集成已成为智能建筑必不可少的管理手段， 但其可用性很难得到保障。本文通过将系统集成融入到数据中心， 提出了基于数据中心的系统集成构架， 提高了系统集成的可用性。
关键词 系统集成 数据中心 智能建筑 可用性
随着社会的发展、科技的进步， 智能建筑中的信息系统越来越多， 这些系统既各自独立， 又相互关联。为了管理的方便， 通常把它们集成在统一的操作平台上， 不仅优化系统的运行、实现资源的共享， 而且还为大家创造安全、舒适、高效的工作和生活环境。但是由于目前系统集成方式的不规范、不统一、不完善， 其可用性并不能满足要求， 使用后多出现可靠性差、难维护、系统扩展升级不易等一系列问题。本文以数据中心为基础探讨智能建筑系统集成的构成方式， 以提高系统集成的可靠性、可维护性和可扩展性。
1 智能建筑系统集成的现状
1. 1 系统集成的基本概念
智能建筑系统集成就是利用计算机网络、控制、通信等技术， 把建筑内各子系统的设备、功能和数据等集成在一个统一、协调的操作平台上， 实现操作的方便性、数据的共享性、资源的节约性、运行的高效性。
1. 2 系统集成的主要方式
目前系统集成有多种方式， 根据集成系统的层次结构可分为三种：
a . 在现场层进行集成。现场层即设备层， 它采用总线技术把现场测控仪表连接成一个网络体系， 实现设备的远程监测与控制。工程中通常不同系统所采用的通信协议是不一致的， 它们之间进行通信采用协议转换器或网关来实现。这种集成方式适用于系统较简单、数据量较少的建筑。通常表现在带有不同通信协议的智能设备的集成。
b . 在中间层进行集成。中间层也称为监控层。不同协议的现场总线连接到服务器后， 形成各自的实时数据库和历史数据库， 采用OPC （对象链接和嵌入过程控制）、DDE （动态数据交换）、ODBC （开放数据库互联）、ADO . NET 等访问技术， 通过格式的规
范化， 把这些数据库集成在一起， 形成监控层的实时数据库和历史数据库， 进而实现不同系统的集成。安防系统和建筑设备监控系统的集成就属于此类。
c . 在管理层进行集成。目前管理层软件的开发通常采用浏览器/ 服务器（B / S） 模式。这种模式对客户端的配置要求较低， 一般只需安装浏览器即可，大量的信息都集中在服务器上， 客户端只需向服务器发出请求， 就可得到想要的信息。系统的维护、升级都非常方便， 节省大量人力、物力。其集成的基本框图见图1。
1. 3 系统集成的现状
在智能建筑内， 由于系统功能的不同及管理部门的分工， 电子信息系统设备机房一般分类设置， 常设有网络设备机房、电话交换机房、有线电视与卫星电视机房、安全防范监控机房、火灾报警机房等。为了节省机房面积， 常把安全防范监控机房和火灾报警机房等设置在一起。在配置上每个系统均设置一台服务器， 如门禁服务器、入侵报警服务器等。为了节省费用， 常采用一般的兼容机代替， 这显然是以牺牲系统可靠性为代价的。由于智能建筑内信息子系统数量较多， 增加了平时操作、维护、保养的难度。为了保证供电的可靠性， 机房内设置小型的UPS （不间断电源） 系统。在工作环境上， 为了节省费用， 常采用分体空调， 或利用大楼的中央空调， 对每个机房均单独设置精密空调的情况很少。
由于每个系统均设置了服务器， 造成了不必要的浪费； 由于每个系统只设置了一台服务器， 没有冗余、没有备份， 系统运行的可靠性难以得到保证，一旦服务器崩溃， 系统就会中断运行， 重要的数据就可能丢失； 由于设置的为小型UPS 系统， 没有备份， 供电的可靠性较低， 保障供电的时间也较短；由于没有设置精密空调， 电子设备的工作环境较差，设备的工作稳定性及运行寿命受到一定的影响。另外， 机房分类设置， 也降低了系统集成的运行可靠性， 任何子系统出现故障， 就可能导致系统不能正常使用。
2 数据中心保证数据可用性的主要措施
2. 1 数据中心的基本概念
数据中心（Data Center） 通常是指对数据信息的集中处理、存储、传输、交换、管理的物理空间， 而服务器设备、网络设备、通讯设备、存储设备等为数据中心的关键设备。为了确保这些关键设备的安全、稳定和可靠运行， 数据中心还配置了UPS 电源、精密空调、应急照明、防雷接地、气体消防、安全防范等， 这些统称为数据中心的基础设施。
2. 2 数据中心保证数据高可用性的主要措施
2． 2． 1 设置先进全面的基础设施
供电电源采用双UPS 热备份系统。利用热同步直接并机技术， 实现双台UPS 冗余并联工作。系统中每台UPS 均处于同步并机且有独立支撑负载的能力。各UPS 之间独立调控， 自动均匀分配负载， 有效地消除了单点故障， 极大地提高了供电可靠性。
配置精密空气自动调节系统。在网络设备机房、UPS 机房、电池室设置机房专用型精密空调， 根据机房内设备的布置密度及散热量的差异，可采用风冷、水冷等冷却方式， 精确控制机房内的温湿度， 确保设备处于最佳运行状态， 延长了设备的使用寿命。
设置火灾自动报警及气体自动灭火系统。由于气流的影响， 数据中心不应选择普通的感烟探测系统， 而应选择灵敏度高、探测能力强的早期预警探测系统。气体自动灭火系统包括控制盘、钢瓶、声光报警器、紧急按钮等设备， 可手动、自动、应急操作。当探测系统发生报警时， 气体灭火系统将自动启动。
完善的防雷接地安全系统。设备机房通常设置在建筑物内部， 以降低雷电的干扰。电源、弱电进出线设置多级浪涌保护， 降低雷击电磁脉冲对强弱电线路的影响。建筑物采用总等电位联结， 共用接地装置。工作接地、防雷接地、安全保护接地、防静电接地等分别接到共用的接地装置上， 达到均压、等电位， 降低外界电磁干扰、保证数据通讯的可靠性的目的。有较高保密要求的机房， 可做成屏蔽机房。
设置门禁系统， 控制非相关人员的进入； 设置监控、防盗报警系统， 保证设备和数据的安全。
2． 2． 2 采用冗余结构
为了保证数据中心的可用性， 一个全冗余、无单点故障的网络就成了数据中心的基础。实现交换机的冗余、服务器的冗余、存储的冗余、通信链路的冗余等， 做到任何单个设备、单条链路出现故障都不影响网络的连通性， 更不会导致整个网络的瘫痪。典型的冗余结构见图2。
网络交换机的主控板、交换网板、路由处理系统、电源等都采用了热备份冗余设计， 其本身不存在单点故障。通常设置两台网络交换机， 一用一备， 并通过虚拟冗余路由协议（VRRP） 提供一个唯一的默认网关， 当任一交换机出现故障时， 备用交换机立即接管所有的工作。服务器交换机的冗余结构原理类似于网络交换机。
双重数据存储和服务。服务器和存储阵列一般至少有一台热备份设备， 一旦服务器和存储阵列出现故障， 备份设备立刻接管所有的工作， 保证服务和数据的连续性。
此外， 根据《数据中心电信设施标准》（TIA-942） 的要求， 数据中心除了数据系统的冗余外， 还包括进入路径的冗余、设备布置区域的冗余等。
2． 2． 3 采用多种技术和设备
虚拟化技术进一步整合了设备资源。虚拟化是新一代数据中心的关键技术， 服务器的虚拟化、存储设备的虚拟化、网络设备的虚拟化等， 有效地整合了服务器、存储阵列等设备， 改变了资源专用模式， 建立共享型虚拟资源池， 资源需求由应用提出， 由服务自动分配， 极大地提高了资源的利用率， 降低了空闲资源， 节约了成本。
采用先进设备、提高系统可靠性。刀片服务器的大量采用提高了设备的集成度， 降低了对空间的要求， 简化了布线。自带冗余交换功能的设备， 简化了结构， 提高了运行可靠性。
完善的存储技术保证数据的可用性。热备份技术提高了数据的安全等级， 存储设备的热插拔保证了数据存储的可扩展性， 模块化设计保证了存储系统的可维护性。
先进的布线技术简化了网络结构。光缆的应用简化了布线结构； 冗余布线、可扩展布线技术方便了维护， 有利于扩展。
3 基于数据中心的智能建筑系统集成构架分析
3. 1 数据中心的优势提升系统集成的品质
把系统集成融入到数据中心内， 将使之拥有数据中心的所有优势： 数据中心多重冗余热备份的网络结构和先进的综合布线技术可提高系统集成各系统的运行可靠性、可扩展性和可维护性； 数据中心精密的空气调节系统保证设备拥有良好的运行环境、延长运行寿命； 数据中心冗余的不间断电源系统， 将使系统集成的运行更加可靠； 数据中心先进的接地、监控、火灾报警及灭火设备将使系统集成的设备更加安全。随着智能建筑内子系统的增多、数据量的增大， 利用数据中心， 不仅系统集成发生质的升华， 而且还可显著降低投资。
3. 2 基于数据中心的系统集成基本构架
由于数据中心已具有较完善的系统基础设施、系统设备及结构化布线等， 智能建筑系统集成只需在服务器设备区进行扩展。为了保证系统的独立性， 现设有通信网络系统服务器、信息网络服务器、安全防范系统服务器、设备监控系统服务器、火灾报警系统服务器、集成管理系统服务器等。系统服务器的设置并不是一成不变的， 它可根据子系统本身复杂程度， 来确定是单独设置服务器， 还是和其它子系统共用服务器。如在通信网络系统中有时须单独设置电视电话会议系统服务器。另外， 每台服务器通常需设置一台热备份服务器， 保持数据同步。当主服务器出现故障时， 热备份服务器立即接管主服务器的所有工作。数据中心内系统集成框图如图3 所示。服务器全部集中到数据中心， 有可能会导致数据中心的空间增大， 但刀片服务器的大量采用使之已微不足道。
把各系统服务器集成到数据中心能显著提高其性能， 其操作、管理的理念也将发生根本性的变化。以前， 安全防范、设备监控等控制器、服务器都布置在监控机房内， 对系统的维护、管理等操作均直接在服务器上进行。但由于服务器的数量较多， 维护起来很不方便。现在把所有服务器都集中到数据中心， 在监控机房只设置一台或少数几台客户端计算机， 对各系统的操作均在客户端计算机上进行。若计算机出现问题， 也可采用其它计算机或笔记本代替， 方便了维护。另外， 把服务器集中到数据中心， 监控、管理用计算机设置在值班室内即可， 大大节省了设备机房的占用面积。
这种系统集成模式与现有系统集成模式相比还有一个优点： 现有子系统服务器设置在监控机房， 系统集成时， 数据是由监控机房传输至数据中心， 一旦监控机房内的设备出现故障， 则整个系统可能不能使用； 而基于数据中心的集成系统是把数据从数据中心传输至监控机房， 只要数据中心的数据保持可用， 则在监控机房就可用。其保证数据可用性的能力远远大于现有集成系统。
原论文完整pdf版下载: