（控制理论与控制工程专业论文）异构数据库集成在智能建筑中的应用研究.pdf

本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行 研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标 明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：概日期：膊溅日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规 定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电 子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密囱，茬型车解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“4 ) 作者签名：膨擞 日期：劢年t 厅逸日 剔撇。叫鳓日期嘶年朗够日 摘要 摘要 t 。 随着计算机、网络和通讯等技术的进步和建筑智能化快速发展，智能建筑系 统的集成技术也不断地由低级向高级发展。从建筑设备自动化系统b a s ( b u i1d in ga u t o m a tio ns y s t e m ) 到建筑设备管理系统b m s ( b u i1d in g m a n a g e m e n ts y s t e m ) ，现在已经发展到了智能建筑管理系统 i b m s ( i n t e llig e n tb u ild in gm a n a g e m e n ts y s t e m ) 。智能建筑管理系统集成 是利用计算机、网络和通讯技术，以建筑设备管理系统b m s ( b u i 1d in g m a n a g e m e n ts y s t e m ) ，办公自动化系统o a s ( o f f i c ea u t o m a t i o ns y s t e m ) 和通讯网络系统c n s ( c o m m u n i c a t i o nn e t w o r ks y s t e m ) 为集成核心，以综合布 线系统g c s ( g e n e r i cc a b l i n gs y s t e m ) 为介质，将语音、数据、图像和监控 信号综合在一起，把分离的设备、功能和信息有机地连接与一个完整的系统，实 现信息综合，资源共享。 智能建筑管理系统中有许多相对独立，又相互关联的子系统，这些系统有各 具特色的数据库，因此i b m s 需要访问和操作各种异构数据源，一般采用开放式 的数据库接口( o d b c j d b c ) 实现。但通过数据库接口查询数据库得到的数据以 字符串等形式存在，这种关系型的数据模型与逐渐流行的对象处理模式不相适 应。而且直接采用数据库接口进行数据库操作，存在着工程浩大，代码冗长，不易 维护，有一定危险性的问题。本文的任务是设计并实现一个数据访问中间件， 既实现了异构数据库的集成，又能解决上述的问题。 我们采用j a v a 语言和j d b c 技术，引入对象关系映射的设计思想，实现了 一个应用在智能建筑管理系统中数据访问中间件。该中间件由配置文件，数据对 象类和接口程序组成，提供了对不同子系统数据库的连接方法，封装了增加，修 改，删除，查询，事务处理等操作。通过数据对象与实际数据库表的映射，实现 了关系型数据与对象型数据的转换。 该数据访问中间件为智能建筑管理系统提供了一种更灵活，更通用的异构数 据库集成方法，应用程序的编写者可以避免编写访问异构数据源的代码，将精力 集中在实现业务应用上。经测试，证明本文的设计和技术实现方案是正确与可行 的。 关键词异构数据库；智能建筑管理系统；数据访问中间件 华南理工大学硕士学位论文 - _ _ _ _ - _ - _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ - _ _ _ - _ - _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ - _ - _ _ _ _ _ - _ _ - _ _ l _ _ _ _ _ _ _ _ - _ l _ _ _ - _ _ _ _ _ 一i _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ - _ - _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ - _ _ _ 一 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ec o m p u t e r ，n e t w o r k ，a n dt e l e c o m m u n i c a t i o n ， t h et e c h n o l o g yo fb u i l d i n gi n t e l l i g e n c eh a sm a d eg r e a tp r o g r e s s f r o mb a s ( b u i l d i n ga u t o m a t i o ns y s t e m ) t ob m s ( b u i l d i n gm a n a g e m e n ts y s t e m ) ，t h e n t ot h e i b m s ( i n t e l l i g e n tb u i l d i n gm a n a g e m e n ts y s t e m ) ，t h eb u i l d i n g i n t e l l i g e n c e h a s e x p e r i e n c e d t h r e es t a g e s i b m si sa ni n t e g r a t e d s y s t e m c o n t a i n i n gb m s ( b u i l d i n gm a n a g e m e n ts y s t e m ) ，o a s ( o f f i c ea u t o m a t i o n s y s t e m ) a n dc n s ( c o m m u n i c a t i o nn e t w o r ks y s t e m ) t h ev o i c e ，i m a g e ，d a t a a n dm o n i t o rs i g n a la r ec o n c e n t r a t e db yt h eg c s ( g e n e r i cc a b l i n gs y s t e m ) ，s o t h a tt h es e p a r a t e dd e v i c e s ，f u n c t i o n sa n di n f o r m a t i o nc o u l ds h a r et h er e s o u r c e i b m si n c l u d e s m a n yi n d e p e n d e n t a n di n t e r a c t i v e s u b s y s t e m s e a c h s u b s y s t e mh a si t so w np a r t i c u l a rd a t a b a s e t oi n t e g r a t et h es u b s y s t e m s ，i b m s a r er e q u i r e dt oa c c e s sa n do p e r a t et h eh e t e r o g e n e o u sd a t a b a s es y s t e m t h e b e s tw a yt os o l v et h ep r o b l e mi sd a t a b a s ea c c e s sm i d d l e w a r e s o m es o f t w a r e e n t e r p r i s e ss u c hm i c r o s o f t ，s u nh a v ed e v e l o p e ds u c c e s s f u lp r o d u c t s ，f o r e x a m p l e ：o d b c ，j d b c ，e t c b yu s i n gj d b ct e c h n o l o g ya n dj a v al a n g u a g e ，w ei m p l e m e n tad a t a b a s e a c c e s sm i d d l e w a r ew h i c hi sa p p l i e di ni n t e l l i g e n tb u i l d i n g t h ep a p e ro f f e r s t h ed e t a i l e ds o l u t i o no fh o wt od e s i g na n di m p l e m e n tt h em i d d l e w a r e t h e d a t a b a s ea c c e s sm i d d l e w a r ei sc o m p r i s e db yt h ec o n f i g u r a t i o nf i l e ，t h ed a t a o b j c o tc l a s s e sa n dt h ei n t e r f a c ep r o g r a m i tn o to n l yp r o v i d e st h ec o n n e c t i v i t y m e t h o do fd i f f e r e n td a t a b a s e s ，b u ta l s oe n c a p s u l a t e st h ei n s e r t ，m o d i f y ，d e l e t e a n dq u e r yo p e r a t i o no ft a b l e si n d a t a b a s e s b ym a p p i n gt h ed a t ao b j e c t s t o t a b l e s ，t h em i d d l e w a r ec o u l dt r a n s l a t et h er e l a t i o n a ld a t ai n t oo b j e c td a t a b y t h em i d d l e w a r ep r o v i d e sam o r ec o n v e n i e n ta n du n i v e r s a lw a yf o ri b m st o i n t e g r a t eh e t e r o g e n e o u sd a t a b a s e s t h ed e v e l o p e r s c o u l d a v o i d w r i t i n g r e d u p l i c a t ec o d ea n ds p e n dm o r et i m eo nt h ef u n c t i o ni m p l e m e n t t h r o u g ht h e t e s t i n g ，t h ed a t a b a s ea c c e s sm i d d l e w a r ew o r k sw e l l t h ed e s i g na n di m p l e m e n t o ft h ep a p e ri sp r o v e dt ob ec o r r e c ta n df e a s i b l e k e y w o r d sh e t e r o g e n e o u sd a t a b a s e ；i n t e l l i g e n tb u i l d i n gm a n a g e m e n ts y s t e m ； d a t a b a s ea c c c s sm i d d l e w a r e 目录 目录 摘要i a b s t r a c t ii 目录i i i 第一章绪论1 1 1 课题的背景及国内外发展动态1 1 2 本课题的主要研究内容1 1 3 文章的组织结构2 第二章异构数据库集成在智能建筑管理系统的研究3 2 1 智能建筑管理系统3 2 1 1 智能建筑管理系统的定义，组成和功能3 2 1 2 智能建筑的系统集成5 2 2 异构数据库技术7 2 3 异构数据库集成在智能建筑管理系统的研究9 2 3 1 智能建筑管理系统的数据特点9 2 3 2 数据库集成接口在智能建筑中的应用场合11 2 4 本章小结12 第三章实现异构数据库集成的总体方案13 3 1 相关技术研究及技术选型13 3 1 1 数据访问中间件l 3 3 1 2 对象关系映射1 5 3 1 3 技术选型l7 3 2 总体设计19 3 2 1 系统架构19 3 2 2 实现功能与技术难点19 3 2 3 技术实现框架2 0 3 3 本章小结21 第四章数据访问中间件的开发和应用2 2 4 1 数据访问中间件的设计与实现2 2 4 1 1 异构数据库集成接口2 2 4 1 2 数据对象3 0 4 1 3 配置文件3 2 4 2 数据库的设计与实现3 3 华南理工大学硕士学位论文 4 2 1b m s 数据库3 3 4 2 2 设备管理数据库4 0 4 3 应用程序的实现4l 4 4 本章小结4 4 五章测试4 5 5 1 测试环境与测试方法4 5 5 2 功能测试4 5 5 3 性能测试4 8 5 4 测试结论4 9 5 5 本章小结4 9 论5 0 考文献5 1 读硕士学位期间发表的论文5 3 谢5 4 早期的智能楼宇通过若干监控子系统，如设备控制系统( b a s ，包括空调系 统、供配电、电梯等系统) 、安保系统( s a s ) 、消防系统( f a s ) 、门禁系统 ( a c s ) 等实现各自系统的检测和控制任务。这些系统通常独立工作，但计算机 技术、网络技术和用户管理需求的发展，对楼宇智能化的要求日益提高，因而需 要综合集成各子系统信息，在硬件设备的基础上通过计算机通信网络建立起一个 具有高度开放性、兼容性、便利性的智能楼宇信息管理系统i b m s ，实现信息与 资源的交互和共享，提高系统维护和管理自动化水平及协调运行能力。i b m s 具 体任务是在物理上集成各控制子系统信息，集中监视各子系统、关键设备和关键 监测点状态，执行集中管理控制指令，向数据库提供各子系统数据、图像信息记 录，并可根据用户需求提供及时的系统间联动功能，协调优化各系统的运行。 理想的智能建筑数据库系统应具有以下特性：开放性，面向对象，实时性， 互操作性，分布性和异构性凹1 。其中，互操作性和异构性决定了智能建筑管理系 统中需要数据访问中间件。 在智能建筑集成系统中，一般采用开放式的数据库接口( o d b c j d b c ) ，但 通过j d b ca p i 查询数据库得到的数据是以字符串或其他简单类型形式存在，上 层的业务逻辑处理层以这种形式的数据为单位进行处理。这种数据的表现形式与 现在逐渐流行的对象处理模式不相适应。而且如果直接采用j d b c 的方式进行数 据库操作，一方面工程浩大、代码冗长，另一方面不易维护、危险性更大。于是， 本文试图实现一个数据访问中间件，实现对异构数据库的访问和操作，让应用程 序的开发人员从复杂，繁琐，重复的工作中解脱出来。 1 2 本课题的主要研究内容 本文的研究是以我省某市兴建行政办事中心及人民大会堂的i b m s 系统需 求为模型的。 第一个研究内容是智能建筑管理系统的数据特点和数据库的异构性，数据库 集成技术。 第二个研究内容是数据访问中间件和通用数据库接口技术。 华南理下大学硕+ 学位论文 在前两个研究的基础上，确定了技术路线和解决方案，运用j d b c 和j a v a 技术，设计并实现了数据访问中间件，实现在智能建筑管理系统中的异构数据库 集成。设计j a v a 数据对象与关系数据库中的数据表进行映射，实现一个j a v a 类作为数据库调用接口，封装了对不同类型的数据库的访问，实现了用s q l 语 言对数据库中的数据进行查询，增加，删除和修改。这个通用的异构数据库接口 避免了i b m s 应用程序开发人员使用大量的s q l 语句通过j d b c 的方式对数据库 进行操作，可以有效地提高i b m s 集成系统开发的效率。 1 3 文章的组织结构 本文共分为六部份，具体内容如下： 第一部份是绪论，介绍了课题的背景，i b m s 系统和通用数据库接口的国内外 发展动态，简要地阐述了基于j d b c 技术和对象关系映射思想的异构数据库通 用接口的研究。 第二部份主要介绍了智能建筑管理系统，异构数据库技术，智能建筑中异构 数据库集成的现状。 第三部份主要介绍用数据访问中间件实现异构数据库集成的总体方案。 第四部份具体介绍了数据访问中间件的设计，并实现了智能建筑管理系统的 b m s 子系统和设备管理子系统的数据库和简单的智能建筑管理系统的应用程序， 应用程序通过数据访问中间件访问数据库，验证了数据访问中间件的功能。 第五部份是测试，进行了功能测试和性能测试，并对测试数据进行了分析。 第六部份是结论，对整个论文的主要成果和创新点的总结，对其应用前景进 行预测和评价，指出下一步工作的展望。 2 第二章异构数据库集成在智能建筑中的研究 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 一 第二章异构数据库集成在智能建筑管理系统的研究 2 1 智能建筑管理系统 2 1 1 智能建筑管理系统的定义，组成和功能 关于智能建筑管理系统i b m s 的定义，国家标准g b t5 0 3 1 4 - 2 0 0 0 智能建 筑设计标准中谈到“智能建筑是以建筑为平台，兼备建筑设备自动控制 b a ( b u i1d in ga u t o m a tio n ) 、办公自动化o a ( o f f ic ea u t o m a tio n ) 、。及通信自 动化c a ( c o m m u n ic a ti o na u t o m a tio n ) ，集结构、系统、服务、管理以及它们 之间的最优化组合，向人们提供一个安全、高效、舒适、便利的建筑环境。一上 述定义，还应加上一点“节能环保 阳1 。 但经过多年的实践和探索，人们认为把c a s 改为通信网络系统 c n s ( c o m m u n i c a t i o nn e t w o r ks y s t e m ) 更为恰当。同时，把b a s ，s a s ，f a s 集 成在一起，称为建筑管理系统b m s ( b u i1d in gm a n a g e m e n ts y s t e m ) 。 b m s ，o a s 和c n s 三者通过结构化综合布线系统s c s ( s t r u c t u r e dc a b1in g s y s t e m ) 和计算机网络，以管理为目的，实现有机集成，形成i b m s 1 。 智能建筑管理系统具有以下功能： 1 根据用户使用和管理需求，把用户软、硬件平台、网络平台、数据平台 等组成一个完整协调的集成系统，实现优化控制和管理，创造节能、高效、舒 适、安全的环境。 2 i b m s 应具备与b m s ( s a s ，b a s ，f a s ) 、c n s 、o a s 联网通信的能力， 实现各系统之间语言、数据、图像的资源共享。 i b m s 系统的组成见图2 1 。 3 4 口歪苗_b目饕鼋至曾号ilii田_8暑ii一等ii一罄h t - n m - 己乏 第二章异构数据库集成在智能建筑中的研究 2 1 2 智能建筑的系统集成 智能建筑建设的核心工作是系统集成。系统集成的本质是资源共享，是信息 集成和管理的需要。 1 智能建筑的系统集成层次 第一层次为子系统纵向集成，目的在于各子系统具体功能的实现。 第二层次为横向集成( b m s ) ，主要体现于各子系统间的优化组合。实现几个 关键子系统的协调优化运行，报警联动控制等功能。 第三层次为一体化集成。即在横向集成的基础上，建立智能建筑管理系统 ( i b m s ) ，集成b m s 、c n s 和o a s ，实现网络集成，功能集成，软件界面集成的 高层监控管理系统，它构成智能建筑物的最高层次的系统集成。 目前能够实现一体化集成的项目很少，大部份实现了前两个层次的集成心1 。 2 智能建筑的接口 智能建筑管理系统必须对不同系统及其不同接口有很强的兼容性。子系统 b a ，f a ，s a ，o a 等既独立运行，又可以相互联动，适合统一管理和操作。智能建 筑管理系统应集成以下接口方式： 第一种是o p c 。 接口对象链接和嵌入技术o l e ( o b j e c tl in k in g & e m b e d d in g ) 是微软公司 提供的用于应用程序之间交换数据及通信的协议。o p c ( o l ef o rp r o c es s c o n t r 0 1 ) 是用于过程控制的o l e 。o p c 主要解决了应用软件与过程控制设备之 间的数据读取和写入的标准化及数据传输的问题。现场设备的硬件厂家或独立的 软件供应商提供o p c 服务器，应用程序的编程人员开发o p c 客户，对由o p c 服 务器提供的数据源进行访问，如图形化应用软件、趋势分析应用软件、报警应用 软件等。在统一的o p c 环境下，应用程序可以直接读取现场设备的数据，不需 要分别地编制专用的接口程序，从而实现不同网络平台、不同通信协议、不同厂 家的产品的互联和互操作。o p c 技术为智能建筑的实时控制域和信息管理域的全 面集成提供了良好的软件环境，开创了系统集成的新途径。o p c 实现数据访问详 见图2 - 2 。 5 华南理t 大学硕+ 学位论文 o p c 软件 驱动誊 应用 o p c o p c 软件 鬻动嚣 盛增b o p c o p c 软件 驱动嚣 。霞圣l 捩鲁2瞄备3 图2 - 2o p c 实现数据访问 f i g u r e 2 - 2d a t aa c c e s sb yo p c 第二种是o d b c 接口。 0 d b c ( o p e nd a t a b a s ec o n n e c tiv it y 开放数据互联) 是微软公司推出的 一种应用程序访问数据库的标准接口，也是解决异构数据库互联的标准，目前已 被大部份数据库厂商所接受。o d b c 为应用程序提供了一组标准的 a p i ( a p p li c a t i o ni n t e r f a c e 应用程序编程接口) ，使得应用程序可以通过s q l 结构化查询语言，查询，修改数据源，而不管数据源属于哪种数据库系统。应用 程序不直接对数据源进行操作，而是通过o d b c 的驱动程序对数据源操作。这样 的好处是把应用程序从特定的数据库中独立出来，增加了应用程序的灵活性，并 且解决了异构数据库管理系统之间不兼容的问题。采用o d b c 及其他开放分布式 数据库技术实现集成，也是智能建筑系统集成的重要方式。 传统连接方式 o d b c 连接方式 图2 - 3 传统连接数据厍方式与o d b c 连接方式比较图 f i g u r e2 - 3t r a d i t i o n a lc o n n e c t i v i t yt od a t a b a s ec o m p a r e dw i t ho d b cc o n n e c t i v i t y 图2 3 把传统的数据库连接方式与o d b c 连接方式进行了比较。 在智能建筑中的系统集成中，o p c 技术和o d b c 技术是互相融合和补充的。 采用o p c 技术和o d b c 技术实现智能建筑的系统集成是现时智能建筑实现系统集 成的主要方式。 除此之外，还有动态数据交换协议d d e ( d y n a m i cd a t ae x c h a n g e ) 接口， 允许各应用程序之间简单数据存储，同时允许动态数据通过网络进行交换。 6 第二章异构数据库集成在智能建筑中的研究 s o c k e t 接口，定义并记录了如何使用a p i ( a p p lic a tio nin te r f a c e 应用程序 接口) 与i n t e r n e t 协议族连接、通信的网络编程接口。还有 r s 2 3 2 r s 4 2 2 r s 4 8 5 串行通信接口等。 上述通信方式已基本涵盖了所有集成系统中可能遇到的接口类型，各个厂家 都是基于这些方式给第三方提供接口，不同的仅仅是通信协议而已。 2 2 异构数据库技术 1 智能建筑中的异构数据库管理系统 在智能建筑管理系统中，每一个需要集成的智能子系统有各自的信息要求且 有特定的应用，每个子系统根据自己的应用去选择适当的数据库管理系统，形成 了多个各具特色的数据库并存。系统集成的目标在于统一管理各子系统的数据和 信息，因而，智能建筑中最终会形成一个异构数据库管理系统。 例如：b a s 楼宇自控管理系统可集成并综合监控建筑物的空调、照明、水 压及能源等子系统。它会用一个实时数据库，记录所有点的近期详细数据，所有 点的状态数据、系统的状态数据，再用一个s q ls e r v e r 数据库记录系统中所有 的设备数据、报警事件、操作。s a s 安全防范系统容许管理人员轻松监控多个 重要场合的出入及保安情况，并提供中央报警、一卡通等多种功能。一卡通管理 的应用程序通过与存放人事数据的o a s 数据库的连接进行查询，从而获得持卡 人资料。o a s 数据库类型是o r a c l e 。物业管理子系统对整栋大楼的设备，楼层 进行管理，采用的是a c c e s s 数据库。 2 异构数据库集成 对于异构数据库系统，集成不同类型的数据库，实现数据共享应达到两点： 一是实现数据转换；二是实现数据的透明访问。 ( 1 ) 数据转换 在转换的过程中，有时要想实现严格的等价转换是比较困难的。首先要确定 两种模型中所存在的各种语法和语义上的冲突，这些冲突可能包括： 命名冲突 源模型中的标识符可能是目的模型中的保留字，这时就需要重新命名。 格式冲突 同一种数据类型可能有不同的表示方法和语义差异，这时需要定义两种模型之间 的变换函数。 结构冲突 如果两种数据库系统之间的数据定义模型不同，例如，分别为关系模型和层次模 型，那么需要重新定义实体属性和联系，以防止属性或联系信息的丢失。 7 华南理工大学硕士学位论文 总之，在进行数据转换后，一方面源数据库模式中所有需要共享的信息都转 到目标数据库中，另一方面这种转换又不能包含冗余的关联信息。数据库转换 具可以实现不同数据库系统之间的数据模型转换。 ( 2 ) 数据的透明访问 在异构数据系统中实现了数据的透明访问，用户就可以将异构分布式数据库 统看成普通的分布式数据库系统，用自己熟悉的数据处理语言去访问数据库， 同访问一个数据库系统一样。目前还没有一种广泛使用的数据定义模型和数据 询语言，实现数据的透明访问可以采用多对一转换、双向的中间件等技术h 1 。 图2 4 就是一个典型的异构数据库系统环境。整个系统处于一种分布的， 态的环境之中。对系统的整合不仅需要把现有的系统合理地集成到一起，更重 是向用户提供一种透明、有效、安全、方便地存取全系统资源的方式。 图2 - 4 典型的异构数据库系统环境 f i g u r e2 - 4 at y p i c a le n v i r o n m e n to fh e t e r o g e n e o u sd a t a b a s e 8 第二章异构数据库集成在智能建筑中的研究 2 3 异构数据库集成在智能建筑管理系统的研究 2 3 1 智能建筑管理系统的数据特点 1 数据流向 虚线为控制功能流向 实线为数据信息流向 图2 - 5 智能建筑管理系统的数据流向图 f i g u r e2 - 5d a t af l o wi ni b m s 智能建筑管理系统的数据流向图见图2 - 5 。在b a s 子系统中，直接数字控制 器d d c 直接与建筑内的有关设备连接起来，再通过总线与网络控制器相连。系 统所有监控点的状态和数据，报警的详细资料( 发生时间，详细描述，严重程 序，处理结果等) ，监控点历史记录，监控点动态趋势记录，累积记录等，都自 动存放在直接数据控制器和网络控制器的r a m 存储器中。b a s 系统应用程序把存 储在控制器的所有监控点数据采集上来，存放在b a s 子系统数据库中。同样 地，s a s ，f a s 的监控点数据也存放在自身的数据库中。通过接口， b a s ，s a s ，f a s 子系统的数据集成到b m s 系统中，存储到b m s 的数据库内，实现 9 华南理工大学硕士学位论文 中的监控和子系统间的联动控制。b m s 的数据可进一步与c n s ，o a s 实现更高 次的集成，通过接口集成到i b m s 的数据库中。由于各子系统有相对独立的控 功能，上层应用程序b m s 和i b m s 是以监测为主，控制为辅。上层的数据库不 要存储子系统所有的数据，只需要采集所需要了解的数据，以实现管理和子系 间必要的联动。 2 实时数据和管理数据 智能建筑中有实时控制和信息管理两个不同的信息处理领域。对于智能建筑 言，实时数据的集成是最为重要的，也是首先要实现的。这就要充分利用先进 产品和技术，实现对消防、安全防范、电梯控制、灯光控制、停车场等众多弱 子系统实时数据的集成，并完成各子系统之间的联动控制心1 。系统把弱电设备 实时监控数据采集上来，存储到历史数据库中。在智能化系统中，存储实时数 的数据库由于数据量大，精度要求高，并且带有时标，因此不宜直接采用关系 据库。有的系统对关系数据库进行了改造优化，增加实时数据处理性能，如 d o v e r 公司的c o n t i n u u m 系统，采用改造后的m ss q l 2 0 0 0 数据库。有的系 采用了专用的实时数据库。如w o n d e r w a r e 公司的i n s o ls e r v e r 及 n e y w e l l 公司的实时数据库，在关系数据库上增加了实时数据采集和调用机 及面向过程的可视化界面，是基于关系数据库内核的实时数据库心2 1 。 把控制和管理结合，是建筑智能的发展方向。管理数据主要来自办公自动 系统。包括两方面：一是建筑使用者的办公业务；另一种是建筑管理者的办公 业务，即物业管理。把物业管理融入到楼宇自动化管理中，可提高整个建筑物的 监控管理效率、提高建筑物投资的产出与投入比1 。在智能建筑管理系统中，存 储管理数据库一般使用关系数据库系统。 3 理想的智能建筑数据库系统的特性 理想的智能建筑数据库系统应具有以下特性心3 ： ( 1 ) 开放性。系统集成的主数据库应是开放的，各子系统数据库应提供开放的 接口，否则主数据库与各子系数据库间将无法交换信息。 ( 2 ) 面向对象。对象是对实体( 事务) 的抽象描述，它包括状态和接口。智能 建筑管理系统中的各种信息或数据均可按其属性来分类，各种操作也是基于对象 特性，按逻辑特性展开。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 ) 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 的是应用程序与其监控对象之间实时的交互。b a s ，f a s ，s a s 子系统都有不同 的实时性要求。 ( 4 ) 多媒体特性。智能建筑中存在数据、语音、视频等不同类型的信息，因而 某些子系统( 如闭路电视监控系统，紧急广播系统等) 的数据库以及系统集成的 1 0 第二章异构数据库集成在钾能建筑中的研究 主数据库具有多媒体特性。 ( 5 ) 互操作性。b a s ，f a s 等系统间存在着联动关系，因而各系统数据库间应有 互操作性，对于同一个变量。各数据库要实现同步更新。 ( 6 ) 分布性。智能建筑中各子系统是相对独立运行的，有各自的数据库系统， 因而智能建筑数据库体系有着显著的分布性特性。 ( 7 ) 异构性。这是智能建筑管理系统最为重要的特性。由于智能建筑中各子系 统功能不同，信息( 数据) 类型不同，各子系统库表结构也不同，系统集成的目 标在于统一管理所属各子系统，因而最终必然形成一个异构的数据库管理系统。 上述特性中，面向对象、互操作性、分布性和异构性是应着重考虑的。其他 特性在某种程度上依赖于数据库系统本身。特别地，构建理想的智能建筑系统的 数据库体系，应从面向对象和异构数据库技术中寻找突破。 2 3 2 数据库集成接口在智能建筑中的应用场合 异构数据库集成接口在智能建筑管理系统的应用于以下场合： 1 应用于应用程序与各种数据库的信息交换 运用o p c 和o d b c 技术是现时智能建筑实现系统集成的主要方式。 图2 - 6 用o p c 和o d b c 实现系统集成 f i g u r e2 - 6s y s t e mi n t e g r a t i o ni m p l e m e n t e db yo p ca n do d b c 图2 6 的工作流程是：负责采集实时数据的应用程序通过o p c 接口，把现场 设备的实时数据采集进来，再通过o d b c 接口，存储到数据库中。当用户需要查 看现场设备监控点的实时数据，应用程序通过o p c 接口，直接从现场设备读上 来显示。当用户需要查看现场设备监控点的历史数据或需要更改现场设备的配置 华南理工大学硕+ 学位论文 数时，应用程序通过o d b c 接口访问数据库，调用并执行相应的s q l 命令，从 据库中读出历史数据或修改配置参数。 在这种系统集成方式中，o p c 技术和o d b c 技术是互相融合和补充的。 ( 1 ) o p c 是应用程序与现场设备之间的接口。解决了应用程序与不同网络平 、不同通信协议、不同厂家的过程控制设备之间通信的标准问题。只要现场设 提供了o p c 接口，不管它以何种形式存在，应用程序都以统一的方式去访 o ( 2 ) o d b c 是应用程序与数据库之间的接口。解决了异构数据库之间互联的标 。只要数据库支持o d b c 接口规范，无论其数据库类型如何，应用程序均可 用o d b c 的应用编程接口函数，利用s q l 语句对数据库进行操作。 由于o d b c 只能用于关系数据库，不适用于访问对象数据库及其他非关系数 库。继o d b c 之后，还推出了o l ed b ，a d o ( a c tiv e xd a t ao b j e c t ) 技术， n 公司的j d b c ( j a v ad a t a b a s ec o n n e c tiv it y ) 等数据库接口，它们基于 b c 技术，实现的都是应用程序访问异构数据库的功能。 2 应用于没有实时控制或实时要求性能不高的场合 智能建筑中，除了实时数据库外，大部份数据库存放的是历史数据和管理数 。如b m s 子系统数据库存放的是现场设备监控点的历史数据或静态配置数 ，o a s 子系统数据库存放的是办公自动化管理数据。因此，利用数据库接口实 集成，也是对历史数据和管理数据的集成，不适用于实时控制过程。 由于数据库接口o d b c 只支持关系数据库，关系数据库的数据存取速度，数 压缩率不高，影响其数据库性能。因此，大部份建筑管理系统的产品，把实时 数据库与管理数据库分开。厂家专用的实时数据库是不对外开放的，只能通过厂 家自己的专用的接口调用。也有部份厂家，通过改造关系数据库s q ls e r v e r ， 提高其实时处理和数据压缩的性能，在这种情况下就可通过o d b c 等数据库接口 进行调用。 2 4 本章小结 本章介绍了智能建筑管理系统和异构数据库技术，提出智能建筑管理系统的 应用程序需要数据库接口集成异构数据库，应用在实时性要求不高的场合。 第三章实现异构数据库集成的总体方案 第三章实现异构数据库集成的总体方案 3 1 相关技术研究及技术选型 3 1 1 数据访问中间件 随着硬件技术和软件技术的发展，智能建筑的i t 环境越来越纷繁复杂，系统 中可能有数个操作系统、不同类型的数据库、异构的网络环境以及多个应用等， 如何把它们结合成为有机的协同工作的整体，真正实现系统集成跨平台分布式应 用呢? 中间件技术是解决之道。 中间件( m i d d l e w a r e ) 是一种独立的系统软件或服务程序，分布式应用软件 借助这种软件在不同的技术之间共享资源。中间件的作用是试图通过屏蔽各种复 杂的技术细节使技术问题简单化。它屏蔽了底层操作系统的复杂性，程序开发人 员集中设计与应用有关的部份，不必再为程序在不同的系统软件上的移植而重复 工作，简化了设计和维护工作。作为新层次的基础软件，中间件还可以将不同时 期、在不同操作系统上开发的应用软件集成起来，形成一个整体运作。 中间件已成为智能建筑系统集成的桥梁。在各类型的中间件中，数据访问中 间件是所在智能建筑系统集成中间件中应用最广泛，技术最成熟的一种，是实现 异构数据库集成的解决方案。目前流行的数据访问中间件主要有以下两种： 1 o d b c 微软公司0 d b c ( o p e nd a t a b a s ec o n n e c t iv it y ，开放数据库互连) 建立了 一组规范，并提供了一组由c 语言编写的对数据库访问的标准a p i ( 应用程序编 程接口) 。在2 1 2 已简单介绍过o d b c ，现主要介绍其组成部份和工作流程。 一个完整的o d b c 由下列几个部件组成： 应用程序( a p p l i c a t i o n ) 。 o d b c 管器( a d m i n i s t r a t o r ) 。该程序位于w i n d o w s 控制面板( c o n t r o l p a n e l ) 的3 2 位o d b c 内，其主要任务是管理安装的o d b c 驱动程序和管 理数据源。 驱动程序管理器( d r i v e rm a n a g e r ) 。任务是管理o d b c 驱动程序，是 o d b c 中最重要的部件。 0 d b ca p i 。 o d b c 驱动程序。是一些d l l ，提供了o d b c 和数据库之间的接口。 华南理工大学硕士学位论文 数据源。数据源包含了数据库位置和数据库类型等信息。 o d b c 的工作原理如图3 1 。 图3 10 d b c 工作原理 b c 层 数据层 f i g u r e3 - 1o p e r a t i o np r i n c i p l eo fo d b c 应用程序要访问一个数据库，首先必须用o d b c 管理器注册一个数据源，管 器根据数据源提供的数据库位置、数据库类型及o d b c 驱动程序等信息，建立 o d b c 与具体数据库的联系。这样，只要应用程序将数据源名称提供给 b c ，o d b c 就能建立起与相应数据库的连接。 在o d b c 中，o d b ca p i 不能直接访问数据库，必须通过驱动程序管理器与 数据库交换信息。驱动程序管理器负责将应用程序对o d b ca p i 的调用传递给正 确的驱动程序，而驱动程序在执行完相应的操作后，将结果通过驱动程序管理器 返回给应用程序，。 2 j d b c s u n 公司开发的j d b c ( j a v ad a t a b a s ec o n n e c t i v it y ) 是第一个支持j a v a 语言的数据库应用程序接口( a p i ) ，功能上与o d b c 相仿。j a v a 具有坚固、安 全、易于使用、易于理解和从网络自动下载等特性，是编写数据库应用程序的杰 出语言。在此基础上实现的j d b c ，为j a v a 应用程序提供了与多个不同数据