智能建筑数据库技术初探

毛文根

(中国光大银行重庆分行，重庆 400010)

0 引言

智能建筑中有许多既相对独立又相互关联的智能系统，这些系统有着各具特色的数据库，从总体上看，它们具有实时性、分布性、互操作性及异构性等特点。众多不同类型数据库的集成管理是智能建筑系统集成成败的关键。

1 智能建筑中数据及数据库的特点

智能建筑数据库中的数据必须具有以下特性:

(1)独立性。包括:物理数据独立性，即改变内部模式时无需改变概念或外部模式，数据库物理存储的变动不会影响访问数据的应用程序;逻辑数据独立性，即修改概念模式时无需修改外部模式(有时只需重新定义映射)。

(3)持续性。数据在整个设定有效期内稳定保持。

(4)安全性。数据库中数据不得被非法更改或外泄。

同时，智能建筑数据库中的数据也具有其他的一般特性，如一致性、非冗余性等。

2 智能建筑数据库管理系统(DBMS)的设计目标

数据库包含数据、联系、约束和模式四个主要组成部分。数据库管理系统(DBMS)则是为数据库访问服务的软件，它应为支持应用程序和操作数据库中的数据提供下列服务:

(1)事务处理。事务使数据库从一个一致状态转入另一个一致状态，包括启动、提交和放弃三种事务操作。这一功能在BAS、FAS、防盗报警等系统中应用极广。

(2)并发控制。用于协调数据库操作进程的并发控制和对共享数据的访问，并处理可能发生的冲突。这一功能对数字式(或半数字式)电视监控系统、OAS及VOD等多媒体系统非常重要。

(3)恢复。用于确保系统异常中止或出错的事务不会对数据库或其他事务产生严重影响。这一功能对智能建筑中的BAS等过程控制系统尤为重要。

(4)安全保障。智能建筑中各子系统数据库必须能免受非授权的泄露、更改或破坏，每个用户(也包括各子系统)和应用程序都应只拥有特定的数据访问权，以防非法访问与操作。这一功能在FAS、SAS及某些OAS系统中是必不可少的。

㊶ 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)语言接口。用来支持定义和操作数据所用的语言，在智能建筑系统(如BAS、FAS等)中，通常采用数据定义语言(DDL)来描述数据、数据间联系以及数据与联系间的约束。

(6)容错性。在发生如违反约束或事务超时等错误时，应能继续提供可靠的数据库管理服务，这是因为在建筑智能化系统(尤其是车库管理系统、VDD等多媒体系统)中发生这类错误的概率相对较高。

(7)数据目录。这是智能建筑系统集成所必需的一个数据库，应包括智能建筑系统集成所涉及的所有子系统数据库的地址、联系以及约束等主要信息，以便各相关子系统间能循址访问。当然，各子系统数据库的子目录也是必备的。

(8)存储管理，即应能为主数据库中数据的持续存储、时序或事务触发型数据刷新提供良好的管理机制，以便为BMS、OAS或远程用户访问提供服务。

3 智能建筑中的数据库体系模型

智能建筑中的数据库系统(含子数据库系统)与某些商业系统相比，虽然规模不大，但功能复杂、性质迥异，因而主数据库与各子系统数据库的集成有很高的技术难度，是现有各种数据库技术的集成。理想的智能建筑数据库系统应具有以下特性:

(1)开放性。系统集成的主数据库(BMS数据库)应是开放的，而各子系统数据库在确保系统本身安全运行的前提也应是开放的，否则彼此间将无法交换信息。

(2)面向对象。对象是计算机系统中对实体(事务)的抽象描述，包括状态和接口。智能建筑中的各种信息或数据均可按其属性分类，各种操作也是基于这一特性并借助于逻辑关系展开的，只有面向对象才能在系统集成时将各种数据进行高效率的归类、重组。

(3)关系型。在智能建筑各子系统中，有许多系统具有事件触发型操作机制，事件与操作间有着明确的逻辑对应关系，在BAS的空调控制、FAS的联动操作等进程中都存在这样的对应关系，因此它们的数据库也必然有这样的特性。

(4)实时性。这并不仅仅意味着整个系统(包括数据库)的快速运作，更重要的是操作系统和与其交互的对象之间时态的交互(或合拍)。多媒体系统(如VOD、数字电视监控系统等)、BAS、FAS等都有着不同的实时性要求，即时延等技术指标各不相同。

(5)多媒体特性。智能建筑中存在着数据、语言、视频等不同类型的信息，因而某些子系统(如VOD、数字电视监控系统等)数据库以及系统集成数据库具有多媒体的特性。

(6)互操作性。BAS、FAS等系统间存在着联动关系，因而子系统数据库之间、子系统数据库与主数据库之间均具有互操作性或互动性。

(7)分布性。智能建筑中 BAS、FAS、SAS、CAS、OAS等系统是相对独立运行的，每个子系统均拥有各自的数据库，因而智能建筑数据库体系有显著的分布式特征。

(8)异构性。智能建筑中各子系统功能、信息(数据)类型不同，各子数据库结构体系也不同，而系统集成的目标在于统一管理所属各子系统，因此最终必须组成一个异构数据库管理系统。

综上所述，一个理想的智能建筑(集成)数据库体系应是多媒体异构数据库体系，但现有的数据库产品(尤其是软件产品)都只具有其中的部分特性。

4 现状与未来

目前系统集成时所采用的通常是客户机/服务器体系结构(Client-Server，简称C-S)，这是一种混合型的分布式体系，它基于同构数据库系统模型，并有着显著的分布式特征，其设计目标是在系统中实现功能和资源的均衡分布，用户端(如FAS主机)通过网络(如10 Mb/s以太网等)请求某种服务(如要求BAS关风机)，而由最适合完成这项工作的服务器(BAS主机)来提供相应服务。客户方的数据库应用程序运行在客户机上，负责用户界面以及输入/输出处理;服务方的数据库管理程序则运行在服务器(或提供服务一方的主机)上，负责数据处理和硬盘存取。在智能建筑中，子系统间的C-S身份是可变的，这取决于哪一方提出服务要求。在C-S体系中，网络上传送的通常是服务请求和服务的结果，而不是全部相关数据，因而有效地降低了网络开销，提高了系统效率。因此，这种体系在智能建筑系统集成中应用较广。

C-S体系基本结构如图1所示。

图1 C-S体系基本结构

这种基于同构数据库技术的C-S体系在智能建筑系统集成方面尚存在严重缺陷，尤其是在多媒体方面。由于JPEG、MPEG等数字压缩技术的普遍应用，VOD视频数据库技术、监视电视系统的视频数字化处理与存储技术都已得到广泛应用，但这些多媒体数据库与智能建筑中的其他异类数据库如何集成，如何满足视频(尤其对VOD而言)的实时性要求，如何进行整个数据库体系的并发处理等，仍是有待进一步研究、开发的课题。但有一点几乎是肯定的，即理想中的智能建筑数据库体系不可能完全基于同构数据库技术，而应从异构数据库技术中寻找突破口。

5 结语

智能建筑中的数据库系统(含子数据库系统)规模不大，但功能复杂、性质迥异，因而主数据库与各子系统数据库的集成有很高的技术难度。目前，基于同构数据库技术的C-S体系在智能建筑系统集成方面尚存在严重缺陷，故需要进一步研究、开发基于异构数据库技术的理想智能建筑(集成)数据库体系。

［1］ 徐利梅.网络数据库技术在智能建筑网络集成中的应用研究［D］.重庆:重庆大学，2004.

［2］ 冯立业.智能建筑集成管理系统的研究与实现［D］.济南:山东大学，2008.