市場(chǎng)部-陳沁雨 18702112873
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘要：智慧消防系統是一種將GPS(全球衛星定位系統)、GIS(地理信息系統)、GSM(無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信系統)和計算機、物聯(lián)網(wǎng)及大數據等技術(shù)集于一體的智能消防無(wú)線(xiàn)報警網(wǎng)絡(luò )服務(wù)系統Redis內存數據庫應用于智慧消防系統的設計中，可以使智慧消防數據查詢(xún)滿(mǎn)足高訪(fǎng)問(wèn)量、操作方便的現實(shí)需求，為智慧消防的大數據存儲設計提供了有效的參考。
關(guān)鍵詞：智慧消防；物聯(lián)網(wǎng)；大數據；Redis內存數據庫
0引言
智慧消防系統山是一種將GPS(全球衛星定位系統)、GIS(地理信息系統)、GSM(無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信系統)和計算機、物聯(lián)網(wǎng)和大數據⑵等技術(shù)集于一體的智能消防無(wú)線(xiàn)報警網(wǎng)絡(luò )服務(wù)系統。隨著(zhù)信息技術(shù)的深度發(fā)展，人類(lèi)已進(jìn)入大數據時(shí)代，消防行業(yè)面臨著(zhù)巨大挑戰與機遇，傳統消防系統工作方式與新形勢、新任務(wù)不相適應的矛盾日益凸顯,在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的大背景下，主動(dòng)運用大數據來(lái)解決了電信、建筑、供電、交通等公共設施建設協(xié)調發(fā)展的問(wèn)題，在智慧消防系統中，消防指揮與用戶(hù)單位聯(lián)網(wǎng)，改變了過(guò)去傳統、落后和被動(dòng)的報警、接警、處警方式，實(shí)現了報警自動(dòng)化、接警智能化、處警預案化、管理網(wǎng)絡(luò )化、服務(wù)專(zhuān)業(yè)化、科技現代化，大大減少了中間環(huán)節，提高了處警速度，做到了方便、快捷、可靠，使人民生命、財產(chǎn)的以及警員生命的得到保護
Redis*Remotedictionaiyserver)是一款開(kāi)源的、網(wǎng)絡(luò )化的、基于內存的、可進(jìn)行數據持久化的Key-Vah/存儲系統。它的數據模型建立在外層，類(lèi)似于其他結構化存儲系統，是通過(guò)Key映射Value的方式來(lái)建立字典以保存數據，有別于其他結構化存儲系統的是，它支持多種數據類(lèi)型的存儲：字符串(string)、鏈表(list)、集合(set)、有序集合(zset)和哈希類(lèi)型(hash),并且各種類(lèi)型都支持豐富的操作，其中大多都支持原子操作。為了保證數據存取的效率，數據都保存在內存中Redis還提供了對持久化的支持％它可以定期將更新的數據異步寫(xiě)入磁盤(pán)，同時(shí)不影響繼續提供服務(wù)。在此基礎上，還實(shí)現了主從復制，這對預防單點(diǎn)故障和提高負載能力有很大幫助。在操作方面，Redis基于TCP協(xié)議的特性使得它可以通過(guò)管道的方式進(jìn)行數據操作閩。Redis本身提供了一個(gè)可連接Server的客戶(hù)端，通過(guò)客戶(hù)端可方便地進(jìn)行數據存取操作。
在智慧消防底層數據庫設計中，完全可以應用Redis數據存儲系統，以滿(mǎn)足高訪(fǎng)問(wèn)量與操作方便的需求氣在操作方面，應用Redis的管道通訊方式進(jìn)行數據操作，通過(guò)Redis本身的客戶(hù)端，可以同時(shí)連接Server服務(wù)器，方便地進(jìn)行數據存取操作常用的消防產(chǎn)品信息如：產(chǎn)品的生產(chǎn)企業(yè)、型號、證書(shū)編號、地理位置信息與應急救援指示信息等較復雜的信息等信息可以以字符串的格式存儲在Redis的底層數據結構中、通過(guò)hash結構存儲，并通過(guò)可以標識產(chǎn)品信息的主鍵建立不同數據表中各條產(chǎn)品信息的聯(lián)系，構建底層信息字典利用Redis底層數據結構對字符串和字典數據的支持，可以達到快速査詢(xún)的目的。
在字符串數據的實(shí)現中，采用SDS(SimpleDynamicString,簡(jiǎn)單動(dòng)態(tài)字符串)取代了功能單一，抽象層次低，并且不的char*類(lèi)型字符串。在字典數據的實(shí)現中，為了兼顧簡(jiǎn)單性,使用了哈希表。在實(shí)現哈希表時(shí)，有一個(gè)問(wèn)題就是釆用何種策略來(lái)解決碰撞問(wèn)題。對于使用鏈地址法來(lái)解決碰撞問(wèn)題的哈希表來(lái)說(shuō).哈希表的性能取決于哈希表大小與保存節點(diǎn)數量之間的比率、RDB將數據庫的快照以二進(jìn)制的方式保存到磁盤(pán)中在Redis運行時(shí)，RDB程序將當前內存中的數據庫快照保存到磁盤(pán)文件中，在Redis重啟動(dòng)時(shí)，RDB程序可以通過(guò)載入RDB文件來(lái)還原數據庫的狀態(tài)。AOF則以協(xié)議文本的方式，將所有對數據庫進(jìn)行過(guò)寫(xiě)入的命令(及其參數)記錄到AOF文件，以此達到記錄數據庫狀態(tài)的目的。AOF更像是歷史記錄，記錄所有運行過(guò)的命令。但是AOF文件就會(huì )隨著(zhù)時(shí)間持續增長(cháng)，進(jìn)而占據整個(gè)磁盤(pán)為此，Redis設計了AOF重寫(xiě)機制，通過(guò)開(kāi)啟新線(xiàn)程，掃描數據庫數據，將其轉化為Redis命令，存入臨時(shí)的AQF文件當掃描完后，用臨時(shí)文件代替AOF文件。這樣一來(lái)，AOF文件中記錄的命令，因而不會(huì )占據很多空間。
Redis兼具內存數據庫隨機訪(fǎng)問(wèn)的優(yōu)勢和Key-Value數據模型簡(jiǎn)單特點(diǎn)，因此，其I/O性能非常優(yōu)異，支持高并發(fā)性，豐富的數據結構適合存儲何種復雜的數據?？紤]到社會(huì )對智慧消防數據服務(wù)的實(shí)時(shí)響應、高并發(fā)、高吞吐量提出了更高的需求，且大多數消防產(chǎn)品信息數據服務(wù)后臺數據量并不大，大容量、低價(jià)格的內存使得以?xún)却鏀祿斓妮p量級空間數據應用成為可能。本文以?xún)却鏀祿霷edis為平臺，利用其響應速度快、并發(fā)性高、數據結構豐富的優(yōu)勢，研究了Redis的輕量級數據的組織和索引方法，提升髙并發(fā)訪(fǎng)問(wèn)下消防產(chǎn)品信息數據服務(wù)的響應速度和査詢(xún)性能。
1 Redis數據模型
1.1數據結構設計
Redis本身存儲是一個(gè)巨大的Hash表，為了模仿關(guān)系型數據庫的表，通常使用分隔符分隔“表名”以及“字段”，本文使用”：”作為分隔符例如存儲一個(gè)消防產(chǎn)品的屬性信息，可以表示為Product：ProductID作為key,并用hash結構存儲消防產(chǎn)品屬性信息field域包括：產(chǎn)品名稱(chēng)(ProductName)、產(chǎn)品型號(ProductType)、出廠(chǎng)日期(DateofProduct)、技術(shù)參數(TechnicalParameters)、證書(shū)編號(CertificateNumber)、安裝位置(InstallationSite)和報警記錄(AlarmRecord)等字段。value域包含實(shí)際的存儲信息。在每一個(gè)消防產(chǎn)品投入到智慧消防云平臺前，系統會(huì )為其賦予的產(chǎn)品編號PmductlD,因此該key。
表1Redis中hash數據結構設計示例
1.2系統配置
本文采用主從方式進(jìn)行系統配置，共有3個(gè)主(master)節點(diǎn)，3個(gè)從(slave)節點(diǎn)，采用全雙工通信方式，客戶(hù)端連接數設置為10000,系統為每個(gè)節點(diǎn)分配的內存為1000MB。采用Java虛擬機環(huán)境，Jvm主處理單元配置為4核Intel(R)Xeon(R)CPUE7-4830v2@2.20GHz,內存31GB,操作系統選擇NeoKylinLinuxAdvancedServerrelease6.0o緩存集群服務(wù)器主處理器配置為4核Intel(R)Core(TM)i3-2120CPU@3.30GHz,內存5.5GB,操作系統選擇RedHatEnterpriseLinuxServerrelease6.3o
2實(shí)驗與分析
2.1大批量操作緩存測試
智慧消防是一個(gè)全新的概念和理念，目前尚處于發(fā)展階段，還沒(méi)有權威和統一的定義和標準。根據智慧消防模型設計的理念圓，模擬出能夠體現消防產(chǎn)品信息，消防產(chǎn)品安裝位置信息和消防產(chǎn)品地理位置信息等數據，根據這些信息生成智慧消防系統的模擬數據。在消防產(chǎn)品入網(wǎng)前，為每一個(gè)產(chǎn)品分配的ProductID,以作為該產(chǎn)品在系統中的標識?？紤]到消防數據的復雜與多樣性性在模擬數據時(shí)，盡可能地選擇了多的可能體現消防產(chǎn)品信息的數據，考慮到不同的表中要素的個(gè)數不同，共生成了2個(gè)數據表KalOO和AcOOl,其中KalOO中數據盡可能多地體現了產(chǎn)品的信息，表中所含要素個(gè)數為27891個(gè)，AcOOl盡可能多地體現了產(chǎn)品的位置信息,表中所含要素個(gè)數為46254個(gè),2張表格中分別具有消防產(chǎn)品信息數據10萬(wàn)條。
2.2寫(xiě)緩存測試
考慮到智慧消防系統在實(shí)際應用中，寫(xiě)緩存業(yè)務(wù)單次不會(huì )超過(guò)5萬(wàn)條，因此將測試的數據量上限設為5萬(wàn)。當緩存服務(wù)器宕機或其他因素導致緩存不可用時(shí)，程序會(huì )將單次上傳的所有數據存入一條zzOl的blob(binarylargeobject)類(lèi)型字段中，其中blob的容量為2GB。下面本文對寫(xiě)緩存成功的時(shí)間，寫(xiě)緩存失敗的時(shí)間以及緩存失敗時(shí)存入blob的數據量進(jìn)行了測試。測試結果如下圖1、圖2。
通過(guò)對測試結果進(jìn)行分析，可以看出緩存同步時(shí)間隨著(zhù)數據量的增加基本呈現線(xiàn)性增長(cháng)的趨勢，當數據量達到5萬(wàn)條時(shí),AcOOl大小為18.6MB,KalOO大小為18MB,而blob可以容納2GB,不會(huì )發(fā)生溢出。這樣的結果說(shuō)明，Redis寫(xiě)緩存的實(shí)現過(guò)程完全可以滿(mǎn)足智慧消防系統實(shí)際應用中大數據量同時(shí)寫(xiě)入緩存的需求。
2.3數據査詢(xún)測試
本文中共使用2個(gè)數據表KalOO和AcOOl,其中KalOO中數據盡可能多的體現了產(chǎn)品的信息，表中所含要素個(gè)數為27891個(gè),AcOOl盡可能多地體現了產(chǎn)品的位置信息，表中所含要素個(gè)數為46254個(gè)，2張表格中分別具有消防產(chǎn)品信息數據10萬(wàn)條。在Redis環(huán)境和普通數據庫環(huán)境下，分別對兩張表中不同條數的數據進(jìn)行了査詢(xún)，測試結果取5次測試的平均值，計算出平均査詢(xún)時(shí)間。
如上圖3、圖4,從測試結果中可以看出，無(wú)論什么數據，Redis環(huán)境都比Oracle環(huán)境下耗時(shí)少得多。因為Oracle使用的是R樹(shù)空間索引，而Redis使用的是網(wǎng)格索引，通常來(lái)講，R樹(shù)空間索引的效率要高于網(wǎng)格索引的效率，但Redis在網(wǎng)格索引的支持下，效率仍然高于Oracle,說(shuō)明Redis在智慧消防數據的査詢(xún)上，效率更高。另外，Redis作為內存型數據庫，數據存放在內存中，數據査詢(xún)可以得到快速響應，而傳統的關(guān)系型數據庫Oracle,需要將數據存放在硬盤(pán)中，需要先傳輸到內存中，才能得到響應，受制于I/O傳輸瓶頸，査詢(xún)效率明顯低于Redis數據庫。
3 安科瑞智慧消防監控云平臺介紹與選型
3.1平臺簡(jiǎn)介
安科瑞智慧消防綜合管理云平臺基于物聯(lián)網(wǎng)、大數據、云計算等現代信息技術(shù)，將分散的火災自動(dòng)報警設備、電氣火災監控設備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設備連接形成網(wǎng)絡(luò )，并對這些設備的狀態(tài)進(jìn)行智能化感知、識別、定位，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集消防信息，通過(guò)云平臺進(jìn)行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實(shí)現科學(xué)預警火災、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責任監管等目標。填補了原先針對“九小場(chǎng)所”和?；飞a(chǎn)企業(yè)無(wú)法有效監控的空白，適應于所有公建和民建，實(shí)現了無(wú)人化值守智慧消防，實(shí)現智慧消防“自動(dòng)化”、“智能化”、“系統化”、用電管理的實(shí)際需求。
從火災預防，到火情報警，再到控制聯(lián)動(dòng)，在統一的系統大平臺內運行，用戶(hù)、安保人員、監管單位都能夠通過(guò)平臺直觀(guān)地看到每一棟建筑物中各類(lèi)消防設備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現細節隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時(shí)間內，相關(guān)報警和事件信息通過(guò)手機短信、語(yǔ)音電話(huà)、郵件提醒和APP推送等手段，就迅速能夠迅速通知到達相關(guān)人員。同時(shí)，通過(guò)自動(dòng)消防滅火控制裝置啟動(dòng)自動(dòng)滅火設備和消防聯(lián)動(dòng)控制設備，有效解決用電單位電氣線(xiàn)纜老舊，小微企業(yè)無(wú)專(zhuān)業(yè)電工、肉眼無(wú)法直觀(guān)系統即時(shí)排查電氣隱患、隱蔽工程隱患檢查難等難題，及時(shí)排除隱患，安科瑞智慧消防監控云平臺結構如下圖所示：
3.2平臺功能
(1) 平臺登陸
用戶(hù)登錄成功之后進(jìn)入首頁(yè)，如圖所示。主要展示的內容有：項目概況、設備狀態(tài)、設備分類(lèi)、設備報警信息、報警分類(lèi)、報警統計、設備臺賬信息等。其中百度地圖可以選配成BIM建筑模型，任何傳感器報警時(shí)可以在BIM模型中預警顯示。
(2) 實(shí)時(shí)監控
智慧用電子系統可接入電氣火災、故障電弧、電氣火災主機、滅弧式保護器探測和母排無(wú)線(xiàn)測溫探測等等各類(lèi)子系統，實(shí)現對相關(guān)消防系統設備的信息實(shí)時(shí)監控，一且發(fā)現監測數劇超過(guò)風(fēng)險閾值，APP、電話(huà)報警統統上陣，通過(guò)設備的標簽、地理位置定位，快速通知，快速處置
(3) 隱患管理
隱患管理包括隱患巡查、隱患處理、和隱患記錄，隱患巡查的目的是為了系統在產(chǎn)生報警或隱患后，系統可以針對工程人員派發(fā)工單，處理完以后工程人員能夠在系統中填寫(xiě)相關(guān)工單任務(wù)記錄，以供歷史查詢(xún)。隱患統計支持對項目進(jìn)行日、月、季、年的維度查詢(xún)，并能夠自定義時(shí)間查詢(xún)，將項目下隱患以曲線(xiàn)，圖表的形式展現
(4) 統計分析
統計分析包括數據匯總和分析報告，數據匯總以曲線(xiàn)和表格形式顯示各個(gè)月份的報警和故障記錄，同時(shí)顯示控制日志，支持按照控制類(lèi)和參數設置類(lèi)分別顯示，也可以按照操作是否成功分別顯示，包括此次控制的操作情況，項目名稱(chēng)，設備信息以及對應的操作時(shí)間等；分析報告包括總體概況和設備回路特征分析。
(5) 運維管理
根據運維調度管理的需要，智能調度技術(shù)人員可以分為不同角色，系統支持指定巡檢計劃和巡檢日歷，可支持巡檢人員使用手機NFC芯片巡檢打卡的功能。
(6) 手機APP功能
手機APP軟件具有IOS版本和安卓版本，并與電腦終端系統的數據同步，能展示剩余電流、溫度、電壓、電流等電氣參數的實(shí)時(shí)監測數據及變化曲線(xiàn)、歷史數據與變化曲線(xiàn)；短路、斷線(xiàn)、漏電、超溫、過(guò)壓、欠壓、過(guò)流等電氣故障實(shí)時(shí)報警數據等；能實(shí)時(shí)顯示項目地理位置、未排除隱患數、未處理巡檢數等；通過(guò)APP消息推送的方式提醒用戶(hù)實(shí)時(shí)報警信息；可以實(shí)現遠程復位、遠程分閘功能；可以對所有現場(chǎng)探測器進(jìn)行遠程參數設定及修改；可以對所有現場(chǎng)探測器的遠程控制記錄進(jìn)行查詢(xún)；
推薦硬件配置清單：（如申請阿里云可忽略）
3.4系統現場(chǎng)推薦硬件配置清單：
注：以下配置為針對1個(gè)回路選型，其中剩余電流互感器應根據現場(chǎng)回路電流大
3.5產(chǎn)品選型
電氣火災監控探測器
4 結論
消防物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展，將給消防事業(yè)帶來(lái)全新的方法與途徑，將改變消防產(chǎn)品生產(chǎn)與消防監管模式四。智慧消防的發(fā)展乃是大勢所趨，它是社會(huì )發(fā)展和人們生活水平提高到一定程度后的必然需求叫。但智慧消防的實(shí)現，不僅需要消防從業(yè)人員的努力，同時(shí)需要與物聯(lián)網(wǎng)和大數據等技術(shù)進(jìn)一步結合四。本文提出的Redis在智慧消防系統設計中的設計，實(shí)現了智慧消防數據庫系統的Redis模型的建立。試驗結果表明，Redis數據模型在智慧消防數據查詢(xún)的響應效率，較傳統的Oracle數據模型有較大的優(yōu)勢，可以滿(mǎn)足智慧消防系統實(shí)際應用中高訪(fǎng)問(wèn)量、高并發(fā)和計時(shí)響應的現實(shí)需求。
然而，Redis作為一個(gè)內存型數據庫，其數據存儲容量有限，需要在和大數據結合上更做進(jìn)一步的研究；智慧消防的設計尚處于理論階段，云平臺和模型細節仍在研究過(guò)程中，因此如何將Redis模型更好地應用于智慧消防系統的建設中，還需要研究與探索，但只要全社會(huì )共同努力，相信智慧消防很快來(lái)到我們身邊。讓我們共同期待智慧消防早日到來(lái)！
參考文獻：
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作者簡(jiǎn)介：陳沁雨,女,安科瑞電氣股份有限公司，主要從事智慧消防監控系統，
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