智能建筑數(shù)據(jù)庫技術初探

毛文根

(中國光大銀行重慶分行，重慶 400010)

0 引言

智能建筑中有許多既相對獨立又相互關聯(lián)的智能系統(tǒng)，這些系統(tǒng)有著各具特色的數(shù)據(jù)庫，從總體上看，它們具有實時性、分布性、互操作性及異構性等特點。眾多不同類型數(shù)據(jù)庫的集成管理是智能建筑系統(tǒng)集成成敗的關鍵。

1 智能建筑中數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)庫的特點

智能建筑數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)必須具有以下特性:

(1)獨立性。包括:物理數(shù)據(jù)獨立性，即改變內部模式時無需改變概念或外部模式，數(shù)據(jù)庫物理存儲的變動不會影響訪問數(shù)據(jù)的應用程序;邏輯數(shù)據(jù)獨立性，即修改概念模式時無需修改外部模式(有時只需重新定義映射)。

(3)持續(xù)性。數(shù)據(jù)在整個設定有效期內穩(wěn)定保持。

(4)安全性。數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)不得被非法更改或外泄。

同時，智能建筑數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)也具有其他的一般特性，如一致性、非冗余性等。

2 智能建筑數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)的設計目標

數(shù)據(jù)庫包含數(shù)據(jù)、聯(lián)系、約束和模式四個主要組成部分。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)則是為數(shù)據(jù)庫訪問服務的軟件，它應為支持應用程序和操作數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)提供下列服務:

(1)事務處理。事務使數(shù)據(jù)庫從一個一致狀態(tài)轉入另一個一致狀態(tài)，包括啟動、提交和放棄三種事務操作。這一功能在BAS、FAS、防盜報警等系統(tǒng)中應用極廣。

(2)并發(fā)控制。用于協(xié)調數(shù)據(jù)庫操作進程的并發(fā)控制和對共享數(shù)據(jù)的訪問，并處理可能發(fā)生的沖突。這一功能對數(shù)字式(或半數(shù)字式)電視監(jiān)控系統(tǒng)、OAS及VOD等多媒體系統(tǒng)非常重要。

(3)恢復。用于確保系統(tǒng)異常中止或出錯的事務不會對數(shù)據(jù)庫或其他事務產生嚴重影響。這一功能對智能建筑中的BAS等過程控制系統(tǒng)尤為重要。

(4)安全保障。智能建筑中各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫必須能免受非授權的泄露、更改或破壞，每個用戶(也包括各子系統(tǒng))和應用程序都應只擁有特定的數(shù)據(jù)訪問權，以防非法訪問與操作。這一功能在FAS、SAS及某些OAS系統(tǒng)中是必不可少的。

? Christopher L.C.E.Witcombe,“ Cesare Ripa and the Sala Clementina”,Journal of the Warburg and Courtauld Institutes,vol.55，1992，pp.277-84.

(5)語言接口。用來支持定義和操作數(shù)據(jù)所用的語言，在智能建筑系統(tǒng)(如BAS、FAS等)中，通常采用數(shù)據(jù)定義語言(DDL)來描述數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)間聯(lián)系以及數(shù)據(jù)與聯(lián)系間的約束。

(6)容錯性。在發(fā)生如違反約束或事務超時等錯誤時，應能繼續(xù)提供可靠的數(shù)據(jù)庫管理服務，這是因為在建筑智能化系統(tǒng)(尤其是車庫管理系統(tǒng)、VDD等多媒體系統(tǒng))中發(fā)生這類錯誤的概率相對較高。

(7)數(shù)據(jù)目錄。這是智能建筑系統(tǒng)集成所必需的一個數(shù)據(jù)庫，應包括智能建筑系統(tǒng)集成所涉及的所有子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的地址、聯(lián)系以及約束等主要信息，以便各相關子系統(tǒng)間能循址訪問。當然，各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的子目錄也是必備的。

(8)存儲管理，即應能為主數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的持續(xù)存儲、時序或事務觸發(fā)型數(shù)據(jù)刷新提供良好的管理機制，以便為BMS、OAS或遠程用戶訪問提供服務。

3 智能建筑中的數(shù)據(jù)庫體系模型

智能建筑中的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(含子數(shù)據(jù)庫系統(tǒng))與某些商業(yè)系統(tǒng)相比，雖然規(guī)模不大，但功能復雜、性質迥異，因而主數(shù)據(jù)庫與各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的集成有很高的技術難度，是現(xiàn)有各種數(shù)據(jù)庫技術的集成。理想的智能建筑數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應具有以下特性:

(1)開放性。系統(tǒng)集成的主數(shù)據(jù)庫(BMS數(shù)據(jù)庫)應是開放的，而各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫在確保系統(tǒng)本身安全運行的前提也應是開放的，否則彼此間將無法交換信息。

(2)面向對象。對象是計算機系統(tǒng)中對實體(事務)的抽象描述，包括狀態(tài)和接口。智能建筑中的各種信息或數(shù)據(jù)均可按其屬性分類，各種操作也是基于這一特性并借助于邏輯關系展開的，只有面向對象才能在系統(tǒng)集成時將各種數(shù)據(jù)進行高效率的歸類、重組。

(3)關系型。在智能建筑各子系統(tǒng)中，有許多系統(tǒng)具有事件觸發(fā)型操作機制，事件與操作間有著明確的邏輯對應關系，在BAS的空調控制、FAS的聯(lián)動操作等進程中都存在這樣的對應關系，因此它們的數(shù)據(jù)庫也必然有這樣的特性。

(4)實時性。這并不僅僅意味著整個系統(tǒng)(包括數(shù)據(jù)庫)的快速運作，更重要的是操作系統(tǒng)和與其交互的對象之間時態(tài)的交互(或合拍)。多媒體系統(tǒng)(如VOD、數(shù)字電視監(jiān)控系統(tǒng)等)、BAS、FAS等都有著不同的實時性要求，即時延等技術指標各不相同。

(5)多媒體特性。智能建筑中存在著數(shù)據(jù)、語言、視頻等不同類型的信息，因而某些子系統(tǒng)(如VOD、數(shù)字電視監(jiān)控系統(tǒng)等)數(shù)據(jù)庫以及系統(tǒng)集成數(shù)據(jù)庫具有多媒體的特性。

(6)互操作性。BAS、FAS等系統(tǒng)間存在著聯(lián)動關系，因而子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫之間、子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫與主數(shù)據(jù)庫之間均具有互操作性或互動性。

(7)分布性。智能建筑中 BAS、FAS、SAS、CAS、OAS等系統(tǒng)是相對獨立運行的，每個子系統(tǒng)均擁有各自的數(shù)據(jù)庫，因而智能建筑數(shù)據(jù)庫體系有顯著的分布式特征。

(8)異構性。智能建筑中各子系統(tǒng)功能、信息(數(shù)據(jù))類型不同，各子數(shù)據(jù)庫結構體系也不同，而系統(tǒng)集成的目標在于統(tǒng)一管理所屬各子系統(tǒng)，因此最終必須組成一個異構數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

綜上所述，一個理想的智能建筑(集成)數(shù)據(jù)庫體系應是多媒體異構數(shù)據(jù)庫體系，但現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫產品(尤其是軟件產品)都只具有其中的部分特性。

4 現(xiàn)狀與未來

目前系統(tǒng)集成時所采用的通常是客戶機/服務器體系結構(Client-Server，簡稱C-S)，這是一種混合型的分布式體系，它基于同構數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模型，并有著顯著的分布式特征，其設計目標是在系統(tǒng)中實現(xiàn)功能和資源的均衡分布，用戶端(如FAS主機)通過網(wǎng)絡(如10 Mb/s以太網(wǎng)等)請求某種服務(如要求BAS關風機)，而由最適合完成這項工作的服務器(BAS主機)來提供相應服務?？蛻舴降臄?shù)據(jù)庫應用程序運行在客戶機上，負責用戶界面以及輸入/輸出處理;服務方的數(shù)據(jù)庫管理程序則運行在服務器(或提供服務一方的主機)上，負責數(shù)據(jù)處理和硬盤存取。在智能建筑中，子系統(tǒng)間的C-S身份是可變的，這取決于哪一方提出服務要求。在C-S體系中，網(wǎng)絡上傳送的通常是服務請求和服務的結果，而不是全部相關數(shù)據(jù)，因而有效地降低了網(wǎng)絡開銷，提高了系統(tǒng)效率。因此，這種體系在智能建筑系統(tǒng)集成中應用較廣。

C-S體系基本結構如圖1所示。

圖1 C-S體系基本結構

這種基于同構數(shù)據(jù)庫技術的C-S體系在智能建筑系統(tǒng)集成方面尚存在嚴重缺陷，尤其是在多媒體方面。由于JPEG、MPEG等數(shù)字壓縮技術的普遍應用，VOD視頻數(shù)據(jù)庫技術、監(jiān)視電視系統(tǒng)的視頻數(shù)字化處理與存儲技術都已得到廣泛應用，但這些多媒體數(shù)據(jù)庫與智能建筑中的其他異類數(shù)據(jù)庫如何集成，如何滿足視頻(尤其對VOD而言)的實時性要求，如何進行整個數(shù)據(jù)庫體系的并發(fā)處理等，仍是有待進一步研究、開發(fā)的課題。但有一點幾乎是肯定的，即理想中的智能建筑數(shù)據(jù)庫體系不可能完全基于同構數(shù)據(jù)庫技術，而應從異構數(shù)據(jù)庫技術中尋找突破口。

5 結語

智能建筑中的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(含子數(shù)據(jù)庫系統(tǒng))規(guī)模不大，但功能復雜、性質迥異，因而主數(shù)據(jù)庫與各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的集成有很高的技術難度。目前，基于同構數(shù)據(jù)庫技術的C-S體系在智能建筑系統(tǒng)集成方面尚存在嚴重缺陷，故需要進一步研究、開發(fā)基于異構數(shù)據(jù)庫技術的理想智能建筑(集成)數(shù)據(jù)庫體系。

［1］ 徐利梅.網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫技術在智能建筑網(wǎng)絡集成中的應用研究［D］.重慶:重慶大學，2004.

［2］ 馮立業(yè).智能建筑集成管理系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)［D］.濟南:山東大學，2008.