HỆ THỐNG THÔNG TIN CÔNG NGHIỆP GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA TRÊN MÔI TRƯỜNG INTERNET

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN
MÔN: HỆ THỐNG THÔNG TIN CÔNG NGHIỆP
GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA TRÊN MÔI TRƯỜNG INTERNET

Giảng viên hướng dẫn
Học viên cao học
Lớp

: PGS. TS. Nguyễn Văn Khang
: Nguyễn Việt Dũng
Bùi Văn Nhẫn
Ngô Tuấn Anh
: KTTT1

Hà Nội, tháng 12/2011

1


Chủ đề 5:
Giám sát và điều khiển từ xa trên môi trường Internet
( Remote Monitoring and Control over the Internet)

Người thực hiện:
TT

Họ và tên

Phần tham gia

1

Nguyễn Việt Dũng

Chương I; II; III

2

Bùi Văn Nhẫn

Chương IV; Mục V.1

3

Ngô Tuấn Anh

Mục V.2, V.3; Chương VI, VII, VIII, IX

2


MỤC LỤC

3


I. Giới thiệu

Giám sát và điều khiển từ xa đề cập đến quan sát và thu thập dữ liệu tại các địa
điểm từ xa, xử lý những dữ liệu này, và hành vi của môi trường từ xa và của các thực thể
bị theo dõi ảnh hưởng đến các tín hiệu phát của các thông tin điều khiển như là một chức
năng của việc quan sát. Ứng dụng bao gồm từ việc giám sát môi trường (không có điều
khiển) đến các ứng dụng an ninh và giám sát và nhiệm vụ điều khiển yêu cầu mức độ
chính xác cao (ví dụ: Điều khiển lò phản ứng, điều khiển năng lượng, và điều khiển các
quá trình công nghiệp.)
Các dữ liệu từ xa được thu thập thông qua các cảm biến tích hợp trong môi trường,
các cảm biến này phát đi các giá trị đã đo đạc theo chu kỳ hoặc truyền đi các phép đo theo
yêu cầu. Các cảm biến được kết nối với hệ thống giám sát và điều khiển thông qua một
mạng thông tin liên lạc. Các kết nối mạng này có thể được không dây hoặc có dây và các
giao thức mạng có thể là các giao thức cơ bản (chẳng hạn như các giao thức Internet) hoặc
giao thức độc quyền nào đó.Vòng điều khiển được đóng lại thông qua các thiết bị truyền
động ảnh hưởng đến quá trình kiểm soát. Hệ thống giám sát và kiểm soát có thể được phân
phối để tăng sự sẵn có của hệ thống và bảo vệ chống lại sự thất bại của các bộ phận của hệ
thống. Các dữ liệu đo có thể được xử lý tại hệ thống giám sát và kiểm soát bên trong mạng
lưới các cảm biến.Xử lý tại hệ thống giám sát có thể đơn giản như lưu trữ các dữ liệu trong
cơ sở dữ liệu hay giám sát các dữ liệu cho các xu hướng bất ngờ hoặc các sự kiện.Xử lý dữ
liệu bên trong mạng có thể đối phó với preaggregation các giá trị đo tại nguồn hoặc tại các
nút trong mạng lưới các cảm biến.
Như đã đề cập ở trên, việc thiết kế không gian của hệ thống giám sát và điều khiển
từ xa phụ thuộc rất nhiều hoàn cảnh ứng dụng cụ thể. Ở đây, chúng tôi sẽ chọn một ứng
dụng trong trường hợp cụ thể, thảo luận và phát triển ứng dụng, và trình bày một cách chi
tiết việc thiết kế và xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa. Đối với trường hợp
ứng dụng này là hệ thống giám sát và vận hành tòa nhà từ xa (Remote Building
Monitoring and Operations - RBMO) với mục đích nhằm quản lý các nguồn năng lượng
trong tòa nhà thông qua Internet. Nghiên cứu này được tổng hợp từ việc triển khai và kinh
nghiệm vấn hành từ một vài tòa nhà lớn.
Các phần của tiểu luận này được bố trí như sau.

4


- Phần 2: Hoàn cảnh phát triển ứng dụng và đánh giá các công nghệ cơ bản liên
quan đến các hệ thống giám sát và điều khiển tòa nhà từ xa đã được mô tả
- Phần3: Giới thiệu kiến trúc của hệ thống RBMO và các mục tiêu thiết kế chính.
- Phần 4: Các phần mềm ứng dụng.
- Phần 5: Tóm tắt kinh nghiệm trong việc phát triển, triển khai và vận hành hệ
thống.
- Phần 6: Đề cập tời những công việc hiện tại
- Phần 7: Hướng phát triển trong tương lai
II. Quản lý năng lương tòa nhà
II.1. Quản lý năng lượng
Theo các số liệu thống kê tại Mỹ, các tòa nhà tiêu thụ một phần ba của tất cả các
năng lượng sản xuất tại nước này với chi phí khoảng 200 tỷ USD mỗi năm, với 85 tỷ USD
mỗi năm cho các tòa nhà thương mại. Theo ước tính một nửa số chi phí này là lãng phí so
với những gì là chi phí hiệu quả đạt được. Phần lớn sự lãng phí này nguyên nhân từ việc
chưa kiểm soát và duy trì hiệu quả các hệ thống tòa nhà phức tạp hiện nay. Theo một số
nghiên cứu gần đây về hiệu suất tòa nhà cho thấy có thể tiết kiệm khoảng 15% đến 40%
chi phí năng lượng hàng năm bằng việc lập kế hoạch, phân tích và thực hiện dựa trên dữ
liệu người sử dụng năng lượng. Cách tiết kiệm năng lượng tốt nhất từ việc tắt các thiết bị
không cần thiết. Theo một cách khác, việc tiết kiệm tốt hơn cho các thiết bị bằng việc lên
kế hoạch và tối ưu hóa điểm nhiệt độ điều khiển. Một số ví dụ khác về việc phân tích tính
hiệu quả việc sử dụng năng lượng của các tòa nhà mà được trang bị hệ thống giám sát
được nêu ra tại bài trình bày “Mô hình cơ bản về việc theo dõi đảm bảo hiệu suất của các
tòa nhà trong trường đại học của Piette.
Các ứng dụng được phát triển cho dự án RBMO là dựa trên Hệ thống điều khiển
thiết bị sưởi ấm và điều hòa nhiệt độ (Heating Ventilating and Air Conditioning
Equipment - HVAC) trong các tòa nhà thương mại (Hình 1) (mở rộng từ những thông tin
của Hệ thống điều khiển quản lý năng lượng (Energy Management Control Systems EMCSs)),

Nhiều nghiên cứu đã chỉ rõ khả năng giám sát của hệ thông EMCS đối với với các
tòa nhà thương mại. Hiện nay có hơn 150 nhà sản xuất liên quan đến EMCS. Khoảng 50%
của tất cả các tòa nhà trên 45.000 m2 (500.000 ft2) có một EMCS, và họ có mặt ở gần như

5


tất cả các tòa nhà văn phòng lớn [12]. Đối với các tòa nhà được xây dựng từ năm 1992,
gần 50% diện tích sàn là trong các tòa nhà với EMCSs.
Hệ thống RBMO hỗ trợ giám sát và điều khiển từ xa nhiều tòa nhà. Các thiết bị như
HVAC, chiếu sang… được giám sát và điều khiển thông qua mạng Internet sử dụng giao
thức CORBA (Common Object Request Broker Architecture protocols). Nó được thiết kế
để làm việc không đồng nhất với các hệ thống EMCS và HVAC. Hệ thống RBMO là cũng
được thiết kế để tích hợp với một trung tâm giám sát và điều khiển tòa nhà từ xa. Trung
tâm này cung cấp dữ liệu trực quan, quản lý cơ sở dữ liệu, mô phỏng năng lượng tòa nhà,
và công cụ phân tích năng lượng sử dụng là cơ sở giám sát từ xa bao gồm hai thành phần:
- Máy chủ chạy trên nền Unix làm nhiệm vụ thu thập và quản lý dữ liệu.
- Một số máy trạm chạy hệ điều hành Unix hoặc Windows được sử dụng cho dữ
liệu trực quan, phân tích thống kê dữ liệu, và mô phỏng.
Những người sử dụng cuối của hệ thống này sẽ là những người sở hữu hoặc điều
hành những tòa nhà này ví dụ U.S.GSA (tòa nhà liên bang), khu học chánh, các trường đại
học, các chuỗi bán lẻ, các ngân hàng, các công ty quản lý tài sản, và các tiện ích.

Hình 1. Hệ thống RBMO
Hệ thống RBMO hướng tới ba mục tiêu thiết kế chính: thể hiện tính khả thi kỹ thuật
của thiết kế đề xuất, đánh giá và thử nghiệm với các thành phần công nghệ phần mềm và
khả năng tương tác trên môi trường không đồng nhất, và thể hiện các tiện ích của hệ thống.

6

Khi tập trung chú ý và phân tích kỹ lưỡng các dữ liệu từ tòa nhà EMCSs thông
thường cho thấy nó có đủ khả năng để cải thiện hoạt động tòa nhà, kết quả mang lại sự
thoải mái cho người đang cư ngụ và giảm sử dụng năng lượng. Tuy nhiên, đối với hầu hết
các tòa nhà, sự tập trung chú ý và phân tích kỹ lưỡng không được thực hiện do thiếu phần
mềm thích hợp, đào tạo vận hành, nhân viên, và các cảm biến không chính xác hoặc bị
hỏng hóc.Giám sát tòa nhà từ giúp tăng khả năng giảm chi phí lao động tham gia trong
việc theo dõi và phân tích EMCSs bằng cách trải các chi phí lao động trong một số lượng
lớn các tòa nhà.Điều này tạo nên tính khả thi về mặt tài chính để sử dụng các chuyên gia
về HVAC.
Việc sử dụng Internet như là một cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc cơ bản có hai khía
cạnh: sử dụng giao thức truyền thông Internet và sử dụng mạng Internet thực tế.
Việc sử dụng các giao thức mạng Internet cho phép truy cập vào một loạt các phần
cứng và phần mềm tương thích với giá thành rẻ từ nhiều nhà cung cấp khác nhau trên
nhiều phương tiện truyền thông khác nhau.Thị trường mạng là rất lớn, có hàng triệu người
sử dụng, do đó, các nhà cung cấp dễ dàng có thể khấu hao chi phí phát triển. Ngược lại,
các giao thức độc quyền thường đòi hỏi chi phí nhiều hơn, nguyên nhân là do sự độc
quyền và nó hướng tới một thị trường nhỏ hơn. Có một số giao thức công nghiệp đặc biệt,
chẳng hạn như BACnet, nó được xếp vào giữa hai lạo giao thức trên. Các giao thức
Internet được coi là phổ biến nhất cho các ứng dụng mạng diện rộng.
Sử dụng mạng Internet cho phép người dùng chia sẻ các giá trị, lợi ích của một cơ
sở hạ tầng thông tin liên lạc một cách phổ biến phổ biến. Khi xây dựng các ứng dụng tự
động hóa mà có thể chia sẻ cơ sở hạ tầng Internet hiện tại có thể tiết kiệm đáng kể so với
kết nối bằng hệ thống quay sô dial-up trước đây. Môi trường Internet cũng cung cấp một
lượng đáng kể các khách hàng tiềm năng của hệ thống băng thông cao mà không tốn kém
mà có thể truy cập vào bất cứ lúc nào họ cần, ví dụ, video giám sát từ xa đối với an ninh và
hỏa hoạn, hoặc chẩn đoán từ xa. Cuối cùng, Internet cũng hưỡng tới sư tin cậy, dư thừa kết
nối, mạng backbone. Nhược điểm của việc sử dụng Internet là cần phải có sự đảm bảo về
mặt an ninh mạng.
Hệ thống EMCS ngày nay đã được xây dựng chủ yếu dùng để điều khiển. Các hệ

thống EMCSs là các hệ điều khiển máy tính đặc biệt, được lập trình để vận hành các thiết
bị tòa nhà như thiết bị làm lạnh, quạt, máy bơm, van, động cơ, và hệ thống chiếu sáng.
EMCSs được cài đặt cho nhiều mục đích khác nhau như: kiểm soát thiết bị, cảnh báo các

7


nhà khai thác trục trặc thiết bị có thể, duy trì các điều kiện tiện nghi, và cho phép sửa đổi
các chi tiết điều khiển kỹ thuật.
Những hệ thống EMCS thường giám sát các dữ liệu vận hành của tòa nhà như các
vị trí van điều tiết, điểm đặt, các mức làm việc của chất lỏng và tình trạng thiết bị. Hệ
thống này không được sử dụng để giám sát nhu cầu điện năng. Trong một số trường hợp,
những cảm biến chính xác được sử dụng để chuẩn đoán thay vì những loại thông thường
trong các hệ thống EMCS. Ví dụ, để theo dõi hiệu quả làm lạnh cần một phép đo rất chính
xác về sự sụt giảm nhiệt độ và tỷ lệ lưu lượng nước thông qua các thiết bị làm lạnh là cần
thiết.Các cảm biến thông thường trong một EMCS có thể không đủ để tính toán trong
trường hợp này.
II.2. Tiêu chuẩn mô hình dữ liệu tòa nhà
Năm 1995, ASHRAE đã thông qua một tiêu chuẩn truyền thông mới cho các hệ
thống tự động hóa tòa nhà – Tiêu chuẩn mạng điều khiển và tự động hóa tòa nhà (The
Building Automation and Control Network Standard - BAC-net). Tiêu chuẩn này xem hệ
thống HVAC là một tập các đối tượng. Tuy nhiên, tiêu chuẩn này không bao gồm các tiêu
chuẩn về mức ứng dụng như thiết bị làm lạnh hay những tháp làm mát.
Liên minh hợp tác quốc tế (The International Alliance for Interoperability) là một tổ
hợp các nhà cung cấp phần mềm kiến trúc, kỹ thuật, và xây dựng (ví dụ, Autodesk và
Bentley Systems), những người đang làm việc phát triển một mô hình tiêu chuẩn dữ liệu
cho việc mô tả của các tòa nhà. Các mô hình dữ liệu là dự định được sử dụng bởi các công
cụ thiết kế kiến trúc và kỹ thuật, dự toán chi phí xây dựng phần mềm, phần mềm lập kế
hoạch xây dựng, vv Chúng tôi đang theo dõi các nỗ lực này để sử dụng trong các công ước
của chúng tôi đặt tên cho các điểm giám sát.

III. Thiết kế hệ thống RBMO
Trong phần này, mô tả chi tiết kiến trúc của hệ thông RBMO bao gồm:
- Hệ thống Gateway trong mỗi tòa nhà
- Dữ liệu thu nhận của hệ thống con.
- Mức ứng dụng cảu từng đối tượng đặc biệt và đơn vị chuyển đổi.
- Dữ liệu chuỗi thời gian

8


III.1. Kiếm trúc hệ thống
Kiến trúc của hệ thống RBMO được thể hiện trong hình 2. Kiến trúc này bao gồm
ba lớp: các ứng dụng, hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu, và các gateway của tòa nhà. Các lớp
này kết nối với các hệ thống con thông qua internet nhờ bộ chuyển đổi CORBA.
Hệ thống này đã được thiết kế thành các mô-đun để dễ dàng đánh giá luân phiên
các công nghệ cho cơ sở dữ liệu, giao diện người dùng, và các thành phần trực quan (Dữ
liệu chuỗi thời gian).
Hệ thống RBMO được tạo như một hệ thống không đồng nhất mức cao kết hợp với
nền tảng phần cứng khác nhau và hệ điều hành khác nhau, từ các hệ thống độc quyền
(EMCSs) đến các nền tảng phổ biến (Sun workstations/UNIX and PC/NT). Sự không đồng
nhất lớn chính là động lực để sử dụng CORBA thay vì các giao thức khác như OLE,
Active X, DCOM, SNMP, MMS, và các giao thức netDDE. Bảng 1 đưa ra một số so sánh
đối với một số trường hợp.
III.2.Hệ thống thu thập dữ liệu
Dữ liệu từ xa về tình trạng của tòa nhà của chúng tôi ban đầu có sẵn như là dữ liệu
mặt cắt ngang, dữ liệu, mẫu dữ liệu được xây dựng định kỳ, thông thường là 1 đến 2 phút.
Dữ liệu có độ phân giải cao cho phép chúng ta nghiên cứu các dao động trong hệ thống
điều khiển. Tuy nhiên, những phân tích thông thường chỉ sử dụng một vài biến trạng thái,
nhưng lại muốn nhìn thấy trong 1 chuỗi thời gian dài của mỗi biến trạng thái. Vì vậy, nó
thích hợp cho việc phân tích dữ liệu lưu trữ trong 1 thời gian riêng biệt với mỗi biến trạng

thái.
Câu hỏi đặt ra sau đó là khi nào và nơi nào các dữ liệu được chuyển từ mặt cắt
ngang sang các định dạng thời gian lưu trữ. Điều này có thể thực hiện được ở thời gian thu
thập, thời gian phân tích, hoặc một số thời gian trung gian.
Sự chuyển vị ở thời gian thu thập chậm hơn tiến trình thu thập, nhưng tăng tốc ở
pha phân tích. Chuyển vị tại thời điểm phân tích cho phép thu thập dữ liệu rất nhanh,
nhưng giảm ở pha phân tích. Chuyển vị thời giant rung gian cho phép cả thu thập dữ liệu
và phân tích dữ liệu đều rất nhanh. Tuy nhiên, kiến trúc phần mềm trở nên phức tạp hơn và
tốn kém để thực hiện và duy trì. Chuyển vị cũng cso thể xảy ra ở các máy gateway, máy
chủ cơ sở dữ liệu, hoặc phân tích các máy trạm.

9


Chúng ta chọn chuyển đổi dữ liệu ở máy chủ cơ sở dữ liệu khi chúng thu thập. Việc
này sẽ tạo ra ít nhất một đĩa I/O hoạt động trên mỗi điểm giám sát dữ liệu cho mỗi chu kỳ
lấy mẫu. Điều này dường như là có cấu trúc đơn giản nhất để thực hiện, và cần phải có
hiệu suất tương ứng với hệ thống nguyên mẫu của chúng ta.
Hệ thống thu thập dữ liệu (DAQ) hiện nay là một hệ thống vòng đặt tại máy chủ
trung tâm cùng với hệ thống quản lý dữ liệu thời gian. Đặt hệ thống DAQ trên server
TSDB có hiệu quả lớn như DAQ truyền cho I/O đáng kể tới DB server.
Kiểm tra vòng (kiến trúc kéo) đã được lựa chọn ban đầu trên 1 kiến trúc đẩy từ các
gateway do nhận biết đơn giản thực hiện. Chúng tôi dự kiến di chuyển đến 1 kiến trúc đẩy,
cái mà chúng tôi hy vọng sẽ cung cấp độ tin cậy tốt hơn chống lại các điểm lỗi đơn lẻ của
hệ thống trung tâm (giả sử nó đã được nhân rộng), và dễ dàng hỗ trợ cho các hệ thống sao
chép hoặc phân vùng trung tâm DAQ/DBMS.
Hệ thống thu thập dữ liệu của chúng tôi là đa luồng, với mỗi quá trình DAQ phục
vụ cho nhiều tòa nhà. Điều này cung cấp hiệu suất (và phần mềm bản quyền) lợi thế hơn
một quá trình đơn luồng, mỗi tiến trình trong thiết kế tòa nhà, ở các chi phí của độ tin cậy.
Bất cứ lỗi nào trong quá trình DAQ sau đó là nguyên nhân hệ thống thu thập dữ liệu từ tất

cả các toàn nhà bị lỗi. Sự sao chép hoặc phân vùng của DAQ được ky vọng cho các ứng
dụng quy mô lớn.
III.3. Những đơn vị đo và múi giờ.
Trong phân chia với nhiều toàn nhà, chúng tôi buộc phải đối đầu với sự đa dạng cảu
các đơn vị đo lường được sử dụng cho các điểm giám sát khác nhau và EMCSs
Có 3 phương pháp tiếp cận để đối phó với vấn đề này:
1. ghi lại tất cả các phép đo như cặp (giá trị, đơn vị)
2. ghi lại các đơn vị cho mỗi điểm giám sát như 1 phần của siêu dữ liệu cho các
điểm giám sát
3. ghi lại tất cả các phép đo trong một bộ kinh điển của các đơn vị
Thông thường thực hành trong hệ thống EMCS là phương pháp 2. Mô hình dữ liệu
IAI thông qua phương pháp 1. Tuy nhiên, sự khác nhau trong các đơn vị đo qua các điểm
giám sát và EMCSs làm cho sự so sánh và tính toán trọng các DBMS cực kỳ khó. Chúng
tôi đã thông qua quy ước lưu trữ tất cả các phép đo trong tiêu chuẩn SI (hệ mét) các đơn vị

10


trong DBMS (sự chuyển đổi được thực hiện bởi hệ thống thu thập dữ liệu). Việc này tiến
hành xây dựng các chỉ số và so sánh hoặc tính toán trong xử lý truy vấn. Chúng tôi có kế
hoạch cho phép người dùng chỉ định một hệ thống ưa thích để các đơn vị để thể hiện kết
quả truy vấn.
Khó khăn twuong tự xảy ra với các múi giờ. Có 2 vấn đề - một bộ sưu tập của các
tòa nhà được giám sát có thể bao gồm nhiều múi giờ (ví dụ: 1 chuỗi bán lẻ lớn) và việc sử
dụng thời gian tiết kiệm ánh sang ban ngày đưa ra nhiều bất thường. Chúng tôi giả quyết
cả 2 vấn đề bằng cách chuyển đổi tất cả các nhãn thời gian (Universal Coordinated Time
(UTC)) (a.k.a. Greenwich Mean Time (GMT)). Điều này được thực hiện trong hệ thống
thu thập dữ liệu trước khi lưu trữ dữ liệu
III.4. Cơ sở dữ liệu chuỗi thời gian
Số lượng lớn của các dữ liệu mà chúng tôi thu thập được sẽ được thành chuỗi thời

gian, ví dụ, nhiệt độ, năng sử dụng điện… Mặc dù các dữ liệu thô có thể bất thường theo
thời gian, chúng tôi sẽ biến đổi những chuỗi thời gian thường xuyên để phân tích. Chuỗi
thời gian thường xuyên giả định định kỳ lấy mẫu. Do đó, tiêu chí quan trọng nhất để lựa
chọn các DBMS của chúng tôi là phù hợp cho dữ liệu chuỗi thời gian và các truy vấn.
Nó có thể hỗ trợ dữ liệu chuỗi thời gian trên bất kỳ của một số DBMS: quan hệ,
hướng đối tượng (OO), hoặc lai quan hệ đối tượng. việc sử dụng DBMS quan hệ cho dữ liệu
chuỗi thời gian thường xuyên thường cung cấp hiệu suất trung bình, và hỗ trợ chủ yếu cho
các hoạt động như làm mịn và làm lịch. DBMS hướng đối tượng cho phép thực hiện thu
thập dữ liệu chuỗi thời gian với sự hỗ trợ tốt hơn cho làm lịch, làm mịn,… Để giảm thiếu chi
phí phát triển, ban đầu chúng tôi chọn một DBMS quan hệ-đối tượng, Illustra (kể từ khi sát
nhập với Informix) được xây dựng hỗ trợ chuỗi thời gian. Khi DBMS này được chứng minh
không tin cậy, chúng tôi chuyển sang một DBMS quan hệ, Oracle. Xem thảo luận dưới đây.
Gần đây, DBMS quan hệ cung cấp (ví dụ Oracle) đã công bố được xây dựng hỗ trợ chuỗi
thời gian.
Hầu hết các dữ liệu mà không phải chuỗi thời gian là mô tả dữ liệu tòa nhà- đó là,
dữ liệu Computer Aided Design (CAD) mô tả các cấu hình vật lý của tòa nhà, hệ thống
HVAC, và hệ thống EMCS. DBMSs hướng đối tượng (OODBMSs) nói chung là phù hợp
tốt hơnvới các dữ liệu CAD hơn là DBMSs quan hệ (RDBMSs)

11


Những giao diện CORBA, cho ít nhất một vài CORBA thương mại triển khai, có sẵn
cho một số OODBMSs, nhưng chưa cho hầu hết các DBMS quan hệ hoặc DBMS đối tượngquan hệ. Tuy nhiên, Oracle đã thong báo rằng họ đã có dự định để hỗ trợ giao diện CORBA.
Những giao diện CORBA có sẵn cho DBMSs quan hệ [19]
Hỗ trợ cho các cấu hình DBMS client-server thường có sẵn cho tất cả các
DBMSs. Điều này cho phép chúng tôi di chuyển các phân tích và hiển thị tại các máy trạm
trong khi vẫn duy trì cơ sở dữ liệu trên một máy chủ cơ sở dữ liệu mạnh.
III.5. Hệ thống phân vùng
Chúng tôi đã giới thiệu giao diện CORBA tại một số điểm trong hệ thống. Phân

vùng này phục vụ 2 mục đích chính:
- Phân phối của các thành phần
- Tách để tái cấu trúc
Các giao thức CORBA giữa cơ sở dữ liệu chuỗi thời gian, giao diện đồ họa người
dùng, và dễ dang quản lý phiên làm việc (xem hình.2) cho phép chúng ta thay đổi sự phân
bố của các thành phần phụ thuộc vào băng thong truyền thong và hiệu năng của máy
client. Hơn nữa, chũng cho phép chúng tôi tach riêng các thành phần cá nhân cho các mục
đích tái cấu trúc, ví dụ, tích hợp trình duyệt internet của GUI.
IV. Phần mềm ứng dụng RBMO
Các ứng dụng RBMO được thiết kế xoay quanh việc cung cấp 3 khả năng sau đây:
- Lưu trữ dữ liệu chuỗi thời gian trong 1 cơ sở dữ liệu
- Cung cấp trực quan cho có nghĩa là phân tích hiệu suất năng lượng tòa nhà.
Thực hiện một loạt các hồi quy và các kỹ thuật phân tích thống kê để (1) xác định
“cơ sở” và (2) đánh giá hiệu suất năng lượng sau khi cho thêm, những hoạt động và thay
đổi bảo trì, thay đổi chiếm chỗ, hoặc để theo dõi lịch sử.
Các ứng dụng lưu trữ và hiển thị hiện này chạy trên các máy trạm Sun trong môi
trường C++. Chúng tôi hình dung, tuy nhiên, đó là 1 sự phát triển trong tương lai của các
ứng dụng hiển thị và phân tích thống kê sẽ chủ yếu dựa trên PC, chạy Java trên nền
Windows NT hoặc một trình duyệt web.
Toàn bộ tòa nhà và bộ máy làm lạnh được giám sát ở trong 1 cài đặt cảu hệ thống
bao gồm vài chục cảm biến (ngoài 1500 điểm cảm biến trong tòa nhà) bao gồm toàn bộ hệ

12


thống sử dụng điện của tòa nhà, các biến thời tiết, cộng với trạng thái thiết bị làm lạnh và
tháp làm mát, và một số nhiệt độ và lưu lượng nước. Chúng tôi đưa thêm một số máy đo
năng lượng và lưu lượng, và những cảm biến nhệt độ cho thiết bị làm lạnh đi kèm chúng
với những cảm biến EMCS ban đầu và tăng cường thông tin không có sẵn từ EMCS. ở một
cài đặt khác, chúng tôi thu thập 120 điểm giám sát có lien quan tới các máy làm lạnh, từ

tổng 8000 điểm giám sát của EMCS.
Chúng tôi đang phát triển một bộ tiêu chuẩn của các biểu đồ theo dõi hiệu
suất cho phép những người dùng xem được dữ liệu lưu trữ với menu thân thiện. Điều này
bao gồm hình dạng tải hàng ngày của dữ liệu hoạt động 5 phút cho toàn bộ giá trị; ngày
trong tuần, cuối tuần và dạng tải tuần (dữ liệu hàng giờ); và dạng dữ liệu trung bình hàng
tháng. Các thiết bị làm mát và phân tích máy lạnh sẽ bao gồm các đồ thị như công suất
với tải làm lạnh (kW vs. Tấn) và hiệu quả so với tải (kW/tấn với tấn).
Những ứng dụng này được dự định cho sử dụng bởi một chuyên gia từ xa. Tồn tại
khả năng cho người dùng xem được dữ liệu chi tiết như là chuỗi thời gian của nhiệt độ
nước trong máy làm mát hoặc một số quạt start-stop trong tháp làm mát. Khái niệm này là
để cung cấp 1 công cụ cho người dùng từ xa người mà có thể chịu trách nhiệm theo dõi
hiệu năng cuaqr hệ thống tòa nhà ở nhiều địa điểm. Các menu của những biểu đồ chuẩn
được thiết kế cho phép người dùng dễ dàng xem các dữ liệu quan trọng nhất, các dữ liệu
hiệu suất cấp độ vĩ mô, trong khi cung cấp các phương tiện bổ sung để phân tích chi tiết dữ
liệu vi mô. Nói cách khác, đồ thị theo kịch bản nên cho phép người dùng trả lời câu hỏi,
“là tòa nhà và hệ thống làm mát hoạt động tốt không?”
Để giữ cho ứng dụng có thể mở rộng, chúng tôi phát triển một ngôn ngữ kịch bản
mà các ổ đĩa trực quan và phần mềm GUI. Tuy nhiên, phần mở rộng và bổ sung một số có
thể, hoặc là được thực hiện trực tuyến hoặc bằng cách chuẩn bị một kịch bản. Các ngôn
ngữ phát triển scrip là đơn giản, do đó chúng tôi bỏ qua một cuộc thảo luận chi tiết. Nhìn
lại, chúng ta đã thông qua một ngôn ngữ scripting thông thường.
V.

Thảo luận
Phần này trình bày một phần chi tiết trong kinh nghiệm của chúng tôi về việc thiết

kế, phát triển và vận hành của một nguyên mẫu (mẫu thử) của hệ thống RBMO.

13

V.1. Những vấn đề cần quan tâm(liên quan) về khả năng tương thích nền hệ thống
V.1.1. Khả năng thông báo sự kiện (sự cố)
Trung tâm để giám sát từ xa và điều khiển hệ thống là một số cơ cấu giúp các bên
điều khiển từ xa có thể thông báo cho các bên theo dõi về các sự kiện "thú vị". Những
thông báo sự kiện này cần phải được đồng bộ, duy trì, và (thường xuyên) multicast. Lý
tưởng nhất là các sự kiện nên được gõ ra (để các thủ tục nhất định có thể lắng nghe cho các
loại hình sự kiện cụ thể).
Cơ quan (bộ phận) thông báo sự kiện đặt địa chỉ cho sự cần thiết phải truyền thông
báo về những sự cố đáng kể để rel-evant các thành phần của hệ thống. Tùy thuộc vào các
yêu cầu chức năng của hệ thống, thông báo này có thể được xem xét là không đáng tin cậy
(ví dụ, cập nhật giá trị theo dõi thông tin định kỳ) hoặc có thể được coi là đáng tin cậy (ví
dụ như những thay đổi trạng thái của thiết bị). Trong một môi trường nào đó,nơi mà các
thành phần hệ thống có thể thất bại hoặc trở thành không thể kết nối, các yêu cầu kỹ thuật
cho việc thực hiện các cơ quan này có thể nhiều.
Mặc dù các giao thức vận chuyển (delivery) sự kiện ở mức độ thấp được (định
nghĩa) trong CORBA, ngữ nghĩa của việc mô tả và xác định sự kiện ở mức độ cao hơn về
trạng thái(cơ quan) vận hành vẫn còn có (cho đến nay) nhà cung cấp đặc trưng. Độ tin cậy
của cơ quan sự kiện và khả năng duy trì cung cấp là không được xác định và thực hiện một
cách nhất quán. Do đó việc xác định và mô tả một tập hợp con có nghĩa (significant )cho
chức năng cơ quan sự kiện mức độ cao là điều quan trọng. Những chức năng cơ quan sự
kiện này nên được mô tả tốt đủ để cho phép triển khai thực hiện nhiều biểu diễn trạng thái
tương thích. Một số những issues này đang được addressed trong các đề xuất OMG gần
đây về Cơ quan Thông báo Sự kiện đã cải thiện.
V.1.2. Thôngtin cá nhân và an ninh
Các yêu cầu an ninh chính cho RBMO là để ngăn cản người trái phép làm thay đổi
lập trình của các thiết bị HVAC. Bên cạnh đó làm gián đoạn các hoạt động xây dựng
occupant, điều đó có thể gây thiệt hại cho thiết bị HVAC với lệnh không phù hợp (hoặc
độc hại). Do đó, một số đề án để xác thực an toàn và kiểm soát truy cập là bắt buộc. Sự
thiếu sót của các cơ sở như vậy trong triển khai CORBA vào đầu của dự án đã dẫn chúng

ta tới việc trì hoãn việc điều khiển các ứng dụng.

14


Thêm vào đó, một số site đã chỉ ra sự mong muốn có riêng dữ liệu dùng HVAC (ví
dụ, dữ liệu occupancy), và do đó đã yêu cầu mã hóa tất cả các thông tin liên lạc.
Một trong những mối quan tâm chính của chúng ta là có được khả năng tương tác
của các cơ quan an ninh. Chúng tôi vẫn không thể xác định tương thích phần mềm cho các
cơ quan an ninh CORBA. Hơn nữa, chúng tôi đáng lẽ ra đã gần như có thể xây dựng phần
mềm tương thích bao gồm các dịch vụ khác nhau (ví dụ, dịch vụ sự kiện, dịch vụ an ninh,
dịch vụ đặt tên, vv) từ các nhà cung cấp khác nhau. Nhưng chúng tôi đã không làm được
như vậy.
V.1.3. Performance Hiệu suất / Đặc trưng?
Theo kinh nghiệm của chúng tôi với CORBA, các cơ sở RPC đã quá chậm để cho
phép mô hình hóa các điểm đo riêng của các đối tượng riêng biệt. Điều đó đã chứng minh
rằng cần thiết phải tổng hợp nhiều đo lường các điểm lại với nhau thành các bộ sưu tập
được đặt tên (được gọi là "danh sách quét") và truy vấn các nhóm điểm. Trong điều kiện
cơ sở dữ liệu, các biên dịch truy vấn được thành lập. Điều này làm giảm đáng kể số lượng
các lời gọi CORBA (tin nhắn), và cải thiện hiệu suất. Như vậy tập hợp các thông điệp xuất
hiện là một cách phổ biến để cải thiện hiệu suất của hệ thống. Tuy nhiên, nó có thể bị
nhàm và dễ gây lỗi khi thực hiện và duy trì. Nó buộc người thực hiện kết hợp các vấn đề
thiết kế logic và vật lý. Trong khi những ORB nhanh hơn chắc chắn sẽ giúp được, chúng
tôi tin rằng độ trễ mạng trong các mạng diện rộng cuối cùng sẽ hạn chế hiệu suất của hệ
thống giám sát nhiều điểm nhỏ. Nhiều hệ thống đã tìm ra cach s có hiệu quả để tổng hợp
thông báo.
Rất cần có các công cụ tự động (hoặc bán tự động thuận tiện) cho tập hợp các điểm
giám sát cá nhân thành các đối tượng quét lớn hơn. Công cụ như vậy cũng cần thiết để hỗ
trợ multicast xuất bản / đăng ký giao thức truyền. Các công cụ này sẽ cho phép một sự tách
biệt rõ ràng việc cân nhắc thiết kế logic và vật lý trong thiết kế và thực hiện hệ thống.

Đối với các phép đo độ trễ và lưu lượng của thực hiện một số CORBA ORB (mặc
dù trên các mạng tốc độ cao hơn nhiều), xem hoạt động của Schmidt et al. [15, 28]. Brose
[2] và cả báo cáo gần đây số performance vượt qua một mạng lưới khu vực địa phương tốc
độ cao, cho thấy rằng ORB thương mại yêu cầu khoảng 2 msec cho một round-trip no-op.
Lưu ý rằng nhiều ứng dụng tòa nhà giám sát từ xa yêu cầu hoạt động trên mạng diện rộng
(với độ trễ và băng thông thấp hơn so với các mạng lưới khu vực địa phương).

15


Một phần của vấn đề hiệu suất của chúng tôi xuất phát từ một mong muốn là cho
phép lược đồ của các điểm giám sát có thời gian chạy mang tính ràng buộc. Ràng buộc
cuối như vậy được coi là cần thiết để thích ứng với thay đổi trong cấu hình HVAC (ví dụ,
do bảo trì, cải tạo, vv) mà không cần biên dịch lại mã RBMO. Chúng tôi lẽ ra đã có thể sử
dụng khả năng gọi CORBA động - tuy nhiên, những điều này được coi là quá chậm đối
với yêu cầu thực hiện RBMO quy mô lớn.
Cuối cùng, trong ứng dụng này và các ứng dụng liên quan khác như giám sát điện
lưới điện, thường là có một nhu cầu để ứng dụng với nhiều đối tượng / điểm đang được
theo dõi. Theo như sự hiểu biết của chúng ta thì ORB hiện nay duy trì bảng đối tượng
trong bộ nhớ (một số hàng chục byte cho mỗi đối tượng) cho tất cả các đối tượng trong hệ
thống. Phương pháp như vậy rõ ràng là có vấn đề khi nhân rộng thành các tập đối tượng rất
lớn. Quan điểm của chúng tôi là, một số loại migration tự động để lưu trữ thứ cấp (và liên
quan đến con trỏ swizzling) tương tự như trong cơ sở dữ liệu hướng đối tượng sẽ là cần
thiết để hỗ trợ các ứng dụng rất lớn.
V.1.4. Vấn đề tích hợp hệ thống kế thừa
Trong một hệ thống tích hợp các EMC phức tạp bên trong một hệ thống phân phối
chung hoạt động một cách nhuần nhuyễn, chúng ta phải thực hiện các giám sát kế tiếp.
Các đối tượng bảo vệ một hệ thống kế thừa có thể ẩn một số đặc tính hệ thống cốt
yếu là giới hạn cho cả sự hoạt động và khả năng chịu đựng của hệ thống. Dù là có thể ẩn
hầu hết các đặc tính phân phối của hệ thống qua việc sử dụng các công nghệ đối tượng

phân phối, hệ thống cơ bản có thể vẫn bao gồm nhiều thành phần riêng biệt được thiết kế
như là những hệ thống độc lập mà không dự tính sự kết hợp, bị điều khiển hoặc các xử lý
bên ngoài.
Các đầu tập trung, sự duy trì dữ liệu mô tả và cấu hình là giới hạn. Đặc điểm này
được tìm ra chủ yếu khi không có nó. Mặc dù thông tin cấu hình của các EMC có thể được
duy trì một cách tự nhiên bởi các hệ thống con, các hệ thống này được thiết kế như là
những đối tượng riêng lẻ, độc lập. Trong khi nó có thể tạo ra các cơ cấu tự động cho việc
hợp nhất cấu hình nhằm thay đổi thông tin từ một thành phần (ví dụ EMCS) bên trong các
hệ thống khác (ví dụ sự mô phỏng tòa nhà), không có một cơ cấu điển hình nào để báo
hiệu một cách hiệu quả các thành phần tham gia khi có nhiều thay đổi. Kết quả là như thế,
mặc dù việc tập trung các hệ thống riêng lẻ vào một hệ thống riêng lẻ lớn hơn được thực

16


hiện qua các kỹ thuật được phân phối OO (xem bên trên), hệ thống mới “lớn hơn” phụ
thuộc vào cơ cấu dẫn động trực quan lớn hơn (ví dụ bộ quản lý hệ thống) cho cả sự phối
hợp và sự đúng đắn của công việc.
Khả năng để tích hợp một cách nhuần nhuyễn các đối tượng bên trong một hệ thống
mới “lớn hơn” có thể đưa tới một hệ thống mà các thành phần cơ bản sẽ kết hợp với nhau
theo một phương thức trong đó hiệu suất được đồng bộ và hiệu chỉnh công việc. Do đó
mỗi thành phần tương ứng (EMCS, máy ghi dữ liệu tự động, …) được thiết kế chủ yếu
như là các hệ thống độc lập, chúng thường không có bất kì một cơ cấu đồng bộ hoặc khóa
các đường điểu khiển riêng biệt. Bởi vậy, mặc dù nó có thể xảy ra trong hệ thống của
chúng ta dẫn tới việc có một thành phần kiểm tra hiệu suất của thiết bị làm mát, xem như
là các nhân tố trong các tác động thời tiết ngắn hạn, và thay đổi các điểm đặt để điều khiển
các thiết bị làm mát, không có cách nào để đảm bảo rằng một thành phần có sự điều khiển
riêng biệt của tất cả các thành phần hệ thống có liên quan. Một lớp điều khiển có thể được
thêm vào cấu trúc, nhưng kết nối của nó tới tất cả các thành phần có thể xác nhận không
chắc chắn.

Chúng ta tin rằng chi tiết của các vấn đề này có thể được giải quyết bằng việc có
một sự hỗ trợ mạnh hơn trong trường hợp đặc tả, trường hợp thông báo và một hệ thống
thiết kế dựa trên điều này. Chúng ta hình dung một liên kết không chắc trong trường hợp
nhận và gửi các thành phần độc lập. Đối với sự thảo luận đầy đủ hơn về việc hỗ trợ dịch,
xem phần thảo luận bên trên.
V.2. Tính không đồng nhất ngữ nghĩa và quản lí dữ liệu
V.2.1. Dịch vụ chỉ dẫn và đặt tên
Mô tả cấu hình và điều khiển một cách hiệu quả là vấn đề của các hệ thống phân phối. Các hệ
thống phân phối được xây dựng, một phần, bởi việc liên kết các đối tượng phân phối với nhau
trên nhiều nền tảng. Ngoài một cơ cấu cho việc mô tả các liên kết này, hệ thống kết quả thiếu sự
linh hoạt và sự phức tạp của nó vẫn ẩn gần như việc thực hiện đầu tiên. Các dịch vụ đặt tên
cung cấp một phương thức để ràng buộc các tên người có ý nghĩa tới các phiên bản đối tượng.
Các vấn đề này đảm nhiệm giá trị lớn hơn trong các môi trường điều khiển thời gian thực nơi
mà các hệ thống phải thích ứng với sự thay thế thiết bị và/hoặc nâng cấp theo chu kỳ cũng như
trực tiếp cấu hình lại hệ thống. Dịch vụ chỉ dẫn và đặt tên có ở khắp nơi và ổn định là một công
cụ chính trong thiết kế các hệ thống sẽ thích ứng với những sự thay đổi này. Các ví dụ bao gồm
các dịch vụ đặt tên CORBA và các dịch vụ chỉ dẫn LDAP.

17


Chức năng của các dịch vụ này chạy tốt trừ các vấn đề bu lông và đai ốc của các thuộc tính và
tên đối tượng cụ thể được ban hành. Một dịch vụ chỉ dẫn và đặt tên phân phối hiệu quả có thể
bộc lộc, qua việc sử dụng nhiều cách nhìn phân cấp, các đối tượng được tập hợp theo chức
năng, vị trí, các hệ thống con có chức năng điều khiển,… Trong trường hợp các hệ thống điều
khiển, điều này có thể bao gồm các thông tin về các bộ cảm biến và các thiết bị đo kiểm sử
dụng trong các đánh giá hệ thống đối tượng phát sinh, độ chính xác bí danh của các đối tượng
bởi sự phân biệt nội vùng và vùng tên đối tượng giám sát, và cung cấp cơ cấu tự động cho việc
định vị vật lý và/hoặc các thành phần hệ thống điều khiển logic.
V.2.2. Các dịch vụ trung gian

Trong khi các tiêu chuẩn cố gắng đưa ra một số hi vọng trong một thời gian dài chốn chạy
việc điều hòa sự hỗn tạp ngữ nghĩa giữa các thiết bị mạng khác nhau và các bộ điều khiển (HVAC
hoặc mạng công suất điện), sự tồn tại của nhiều hệ thống kế thừa không tương thích yêu cầu một
số phương tiện ánh xạ giữa các sơ đồ chung và sơ đồ cục bộ được cung cấp. Hiện tại, trong một ví
dụ, ở RBMO (và một số hệ thống khác) điều này thường được hoàn thành trong một phương thức
“ad hoc” với các bảng ánh xạ thủ công. Nhiều phương tiện được đề cập một cách khác nhau như
bộ trung gian (các ánh xạ từng phần, sự liên kết chậm) hoặc sơ đồ các công cụ tích hợp (các ánh
xạ đầy đủ gần, sự liên kết sớm). Nhiều công cụ sẽ yêu cầu truy cập tới lý lịch dữ liệu (ví dụ, DB
hoặc lược đồ đối tượng). Các ví dụ về công việc liên quan bao gồm kho giao diện đối tượng
OMG, và bộ giao diện tiêu chuẩn MOF.
V.2.3. Sơ đồ động và sơ đồ tĩnh
Các thiết kế cơ sở dữ liệu truyền thống chỉ rõ sơ đồ chi tiết tĩnh một cách đầy đủ. Nhiều
sơ đồ tĩnh tạo điều kiện thuận lợi cho việc thiết kế có hệ thống, tối ưu hóa các yêu cầu đặt ra, …
Tuy nhiên, trong nhiều ứng dụng điều khiển và giám sát (truyền như phần mềm bảo vệ, co giãn),
mong muốn là có thể thay đổi sơ đồ (ví dụ, để phù hợp với các loại thiết bị mới) mà không cấu
trúc lại cơ sở dữ liệu hoặc biên tập lại mã code. Nhiều ví dụ về các phương pháp tiếp cận bao gồm
các hệ thống biểu diễn kiến thức khung , và giao diện dẫn động CORBA, cùng với các nguồn giao
diện. Bởi vì khả năng sơ đồ động chủ yếu ít giá trị hơn với các giao diện tĩnh, một số nhóm xây
dựng sơ đồ ghép – các ví dụ bao gồm khả năng tương tác các liên minh quốc tế (mô hình dữ liệu
tòa nhà), cái mà cung cấp cả sơ đồ tĩnh (ví dụ, về hình học) và sơ đồ động (các khung) về độ co
giãn. Có thể hình dung là các kỹ thuật biên soạn đang hoạt động phải cung cấp tính năng hợp lý.

18


V.2.4. Các dịch vụ biến đổi cơ sở
Căn cứ sự cần thiết của nó để cung cấp khả năng biến đổi đơn vị đo lường cho dự án
RBMO. Các biến đổi cơ sở là các nguồn lỗi thường xuyên trong các hệ thống quản lý/thu nhận dữ
liệu. Các vấn đề này tốn tại ở nhiều nơi (cả trong đo lường công nghiệp và giao dịch thương mại)
đề ra sự cung ứng như các dịch vụ tiêu chuẩn. Lý tưởng, mong muốn một hệ thống mở rộng cái

mà đã hợp nhất thứ nguyên và các phép biển đổi cơ sở tự động. Tuy nhiên, các phép biến đổi cơ
sở pha tạp (ví dụ giữa khối lượng và thể tích) là bình thường và khó giải quyết một cách hệ thống.
V.2.5. Các múi giờ và sự đồng bộ
Đối với các ứng dụng giám sát quy mô lớn, chúng ta tin rằng tất cả thời gian được ghi lại
cơ bản là thời gian phối hợp toàn cầu. Biến đổi tới các múi giờ địa phương, cơ bản gồm độ lệch
thời gian lưu trữ. Một số giao thức của các đồng hồ đồng bộ là cần thiết đối với các hệ thống giám
sát. Nhiều giao thức, ví dụ, NTP [5], được phát triển cho các ứng dụng mở rộng khác. Cần chú ý
rằng các yêu cầu đồng bộ về giám sát của các hệ thống điện là rất chặt chẽ (để đo sự sai pha giữa
các máy phát ở các vùng địa lý khác nhau) dẫn đến việc sử dụng các tín hiệu đồng bộ GPS.
V.2.6. Chuỗi thời gian DBMS
Hệ thống xử lý đầu tiên đã sử dụng các phiên bản đầu của các sản phẩm Illustra DBMS,
lựa chọn là bởi nó đưa ra các phương tiện lưu trữ và yêu cầu về dữ liệu chuỗi thời gian bao gồm
cả lịch. Chúng ta gặp nhiều vấn đề đòi hỏi sự tin cậy với các máy chủ DB. Do đó chúng ta có thể
chuyển tới các bộ lưu trữ dữ liệu chuỗi thời gian trong một bộ DBMS tiêu chuẩn với nhiều cải
tiến hơn, đó là phiên bản Oracle 7.3 (hiện tại). Điều này đã giải quyết các vấn đề đòi hỏi sự tin
cậy về máy chủ của chúng ta.
Trong khi Illusta cung cấp các hỗ trợ trực tiếp về lưu trữ và yêu cầu dữ liệu chuỗi thời
gian, bộ Oracle mà chúng ta có phải xây dựng các phương tiện này ở phía trên một hệ thống có
liên quan. Chúng ta chưa có môt phương tiện về lịch sao chép,… Chú ý rằng Orcale đã thông báo
các phương tiện chuỗi thời gian tương tự như Illustra/Informix.
Trong khi bộ lưu trữ có thể sử dụng của Illustra là giá trị tiệm cận 4 byte/dữ liệu (đối với
số thực), Oracle bị chi phối bởi giá trị xấp xỉ 25 byte/dữ liệu, bởi vì giá trị dữ liệu chuỗi thời gian
bộ dữ liệu đầy đủ trong DBMS.
V.2.7. Sự đảm bảo về chất lượng dữ liệu
Chúng ta đánh giá không đúng mức sự khó khăn và cố gắng chờ đợi để đảm bảo chất
lượng dữ liệu tốt hơn. Chúng ta gặp các vấn đề với nhau về phương diện chất lượng dữ liệu – bởi

19

một số lỗi trong phép biển đổi cơ sở, bởi một số tài liệu thất lạc hoặc sai sót trong các tệp cấu hình
hệ thống hoặc bởi một số vấn đề tràn bộ đếm 16 bit.
Chúng ta nên dành nhiều sự quan tâm hơn để phát triển các phần mềm lọc trong hệ thống
thu nhận dữ liệu. Sự xuất hiện của các dữ liệu tạp trong cơ sở dữ liệu chuỗi thời gian là một
chướng ngại để sử dụng các phương tiện nghi vấn cơ sở dữ liệu tiêu chuẩn cho sự tổng hợp. Dữ
liệu tạp là một vấn đề tồn tại ở khắp nơi, ở tất cả các kho ứng dụng dữ liệu. Một cách rõ ràng, sự
tiếp cận ưu tiên là để làm sạch dữ liệu ở nguồn. Nếu điều này không thể thực hiện được, ngắn gọn
thì các phương pháp có hiệu lực là rất cần thiết để định rõ sự hạn chế của giá trị dữ liệu.
V.3. Vận hành hệ thống
Một hệ thống đã được sử dụng hơn một năm. Dữ liệu được truyền từ xa ở hai địa điểm.
Khoảng chừng một năm dữ liệu (cộng một năm dữ liệu lịch sử) được truyền. Việc truyền dữ liệu
bao gồm hàng tá các điểm giám sát và tốc độ lấy mẫu cho cả hai địa điểm là 1/phút. Lưu lượng
truyền dữ liệu cơ bản là xấp xỉ 1Kb/s
V.3.1. Soda Hall
Soda Hall, tòa nhà khoa học máy tính 109,000 ft2 được lựa chọn là nơi nghiên cứu các
tranh luận. Tòa nhà được trang bị hệ thống điều khiển quản lý năng lượng cái mà nhóm nghiên
cứu đã phải làm trước đó. Thứ hai, vị trí của tòa nhà gần LBNL, cho phép việc truy cập dễ dàng.
Cuối cùng là tòa nhà có các bộ làm lạnh 200 tấn, toàn bộ khả năng của hệ thống làm lạnh là 400
tấn (hoặc 249 ft2/t). Ở dự án đầu, chúng ta đã quyết định tập trung vào các bộ làm lạnh, cái mà sử
dụng năng lượng cao nhất trong tòa nhà với các hệ thống làm lạnh trung tâm. Tòa nhà đã đáp ứng
một số công việc nghiên cứu bao gồm việc kiểm tra và thực hiện.
V.3.2. Tòa nhà Oakland Federal
Toàn bộ 107 điểm được giám sát tại tòa nhà Oakland Federal. (Lưu ý, không phải tất cả
những điểm này đều lấy mẫu, nhiều điểm được tính toán xuất phát từ các điểm lấy mẫu). Tòa nhà
này rộng 1.1M ft2, tháp đôi, tòa nhà văn phòng phức hợp 18 tầng. Tòa nhà được xây dựng năm
1989 và đón tiếp các đại lí Federal như IRS, U.S, District Courts, U.S DOE và Phòng về các vấn
đề cựu chiến binh. Tòa nhà hoạt động bởi một hệ thống trung tâm với 5 bộ làm lạnh, trong đó 3
bộ 100 tấn và 2 bộ 450 tấn, toàn bộ khả năng làm lạnh là 3900 tấn, tương đương 280 ft 2/t.
Các hệ thống gồm 107 điểm tương tự như ở tòa nhà Soda Hall, bao gồm năng lượng của
toàn bộ tòa nhà, công suất và trọng lượng của bộ làm lạnh, cộng với cột làm lạnh và ngày tháng

20


bơm. Các điểm thêm vào bao gồm dòng điện song song cấp nhiệt, một loạt các bộ trao đổi nhiệt
bên ngoài với 5 bộ xử lý không khí, và một vài bộ trao đổi nhiệt bên trong.
Một trong số các câu hỏi thú vị khi chúng ta kiểm tra ở hai địa điểm là khả năng của bộ
làm lạnh và sự quá kích thước. Các nhà vận hành thông báo rằng bộ làm lạnh 1000 tấn trước là
không cần thiết mặc dù trong thời tiết ấm nhất.
VI. Công việc liên quan
Honeywell gần đây đã loan báo về một hệ thống giám sát tòa nhà mới, Atrium
(Honeywell, 1998), khá giống với dự án của chúng ta. Atrium sử dụng một hệ thống vận hành và
hệ thống cửa sổ (Windows NT) khác nhau và hệ thống quản lý dữ liệu liên quan (SQLserver)
khác nhau. Tuy nhiên, toàn bộ cấu trúc thì vẫn giữ nguyên. Họ cũng lựa chọn sử dụng một hệ
thống phân bố quản lý đối tượng riêng, Active X/DCOM, đối lập với việc sử dụng hệ thống phân
bố đối đượng CORBA tiêu chuẩn của chúng ta. Atrium cũng sử dụng một giao diện thông tin tự
động tiêu chuẩn trong tòa nhà, BACnet, để thông tin với hệ thống tòa nhà EMCS. BACnet là một
tiêu chuẩn được phát triển gần đây. BACnet đã trang bị các hệ thống EMCS không có giá trị với
khi chúng ta phát triển RBMO.
Sự khác biệt lớn khác giữa RBMO và Atrium là ở cơ sở dữ liệu chuỗi thời gian.
Honeywell đã lựa chọn chỉ lưu trữ các giá trí dữ liệu thay đổi (phép đo lặp lại bị loại bỏ trong các
dải không hoạt động). Điều này dẫn đến một giá trị nhỏ hơn nhưng chuỗi thời không đều.
Honeywell cũng đã cài đặt một chuỗi thời gian đơn giản về ngôn ngữ và biểu thị thời gian để yêu
cầu và tách phép gán nhiều chuỗi thời gian (không đều).
Hệ thống Enflec từ công ty CTI (CTI, 1998) sử dụng giao diện ứng dụng riêng trên
TCP/IP.
Cuối cùng, người đọc cũng được nhận biết rằng việc quản lý các tòa nhà từ xa đưa ra
nhiều vấn đề về địa chỉ giống nhau trong việc quản lý các mạng thông tin. Các hệ thống quản lý
mạng sử dụng SNMP và RMON như là các giao thức thông tin tiêu chuẩn. Xem xét thảo luận
bên trên với các giao thức linh hoạt và trích dẫn ở đó.

VII. Công việc trong tương lai
Chúng ta dự kiến nghiên cứu sử dụng dịch vụ bảo mật CORBA và Secure HOP để điều
khiển từ xa các hoạt động HVAC (ví dụ, việc xác thực).

21


Giám sát từ xa việc truyền không đồng nhất của các tòa nhà lớn đặt ra các vấn đề hệ trọng
về phân bố các chương trình phần mềm tới các tòa nhà. Chúng ta dự kiến nghiên cứu sự phân bố
các chương trình phần mềm tĩnh và động qua Internet trên các nền tảng đích không đồng nhất.
VIII. Tổng kết
Chúng ta đã mô tả thiết kế và phát triển hệ thống vận hành và giám sát tòa nhà từ xa, sử
dụng giao thức CORBA để thông tin qua Internet giữa các tòa nhà từ xa và một cơ sở dữ liệu
chuỗi thời gian, và để phân bố các thành phần ứng dụng riêng biệt cục bộ qua các cơ cấu khác
nhau. Chúng ta đã thảo luận sự cân bằng thiết kế, sự phát triển và kinh nghiệm vận hành và công
việc liên quan.
Chúng ta đã bàn luận việc sử dụng CORBA trong văn cảnh dự án của chúng ta. Chúng ta
đã thảo luận việc thiết kế một hệ thống phân bố cái mà phải giám sát các sự kiện qua một khoảng
cách lớn, qua nhiều múi giờ, các nguồn không đồng nhất, và các đơn vị đo lường khác nhau. Sự
phát triển của cơ sở dữ liệu chuỗi thời gian trên DBMS thương mại khác nhau đã được mô tả.
Chúng ta dựa trên sự cần của nó (cho các mục đích hiệu năng) để kết hợp các điểm giám
sát riêng biệt trong một đối tượng lớn hơn đối với sự tìm kiếm dựa trên CORBA. Nhiều sự kết
hợp là các ứng dụng phân bố điển hình.
Không một DBMS thương mại nào có giá trị ở thời gian dự án xác nhận sự thỏa đáng hoàn
toàn đối với việc lưu trữ và truy lại chuỗi thời gian. Các sản phẩm được loan báo gần đây có thể
bù đắp vấn đề này.
Các vấn đề hệ trọng nhất bao gồm việc phân bố không đồng nhất các EMCS ở các tòa nhà
khác nhau, đó là các đơn vị và sự đặt tên, và các vấn đề với dữ liệu tạp và mất dữ liệu. Các nhà
phát triển hệ thống giám sát phân bố cho các hệ thống kế thừa sẽ thực hiện tốt để giải quyết nhiều
vấn đề một cách toàn diện trong các dự án của chúng ta.

Hệ thống dựa trên CORBA này tiến gần tới sự linh hoạt và sự cạnh tranh với các hệ thống
khác dựa trên các giao thức thông tin riêng. Sự hấp dẫn của đường tiệm cận này nằm ở khả năng
mở rộng các sản phẩm phần mềm thương mại, hỗ trợ các ứng dụng tính toán phân bố dựa trên mô
hình CORBA với các giao thức thông tin Internet.
IX. Lời kết
Bài viết này dựa trên sự nghiên cứu được thực hiện trong dự án Vận hành và Giám sát tòa
nhà từ xa (RBMO) tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley năm 1997. Tác giả muốn

22


gửi lời cám ơn tới Frank Olken và Chuck McParland. Hệ thống RBMO đã mô tả trong bài viết
này được sử dụng và triển khai qua thực nghiệm ở hai tòa nhà: Soda Hall và Oakland Federal. Vị
trí quản lí và lưu trữ dữ liệu trung tâm được ở Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley.

23