數(shù)據(jù)中心消防系統(tǒng)5G通信技術(shù)應(yīng)用

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摘要：在數(shù)據(jù)中心消防系統(tǒng)應(yīng)用場景中，設(shè)備設(shè)施以固定裝置為主，在目前以“智慧消防”為發(fā)展方向的背景下，如何利用5g通信技術(shù)提升老舊設(shè)備的消防效能，如何融入5G技術(shù)設(shè)計新的消防設(shè)備是需要研究的課題。文章對5G通信技術(shù)在數(shù)據(jù)中心消防系統(tǒng)的場景中如何應(yīng)用進行了分析和探討。

關(guān)鍵詞：5G通信技術(shù)；數(shù)據(jù)中心；消防系統(tǒng)；智慧消防

15G通信技術(shù)概述

1.15G通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2019年6月6日，我國發(fā)放5G商用牌照；2020年7月，5G通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的R16版本凍結(jié)；到2020年底，我國已建成71.8萬座5G基站，5G從大規(guī)模建設(shè)發(fā)展階段開始進入到逐步成熟階段[1]。此外，5G通信標(biāo)準(zhǔn)的R17版本計劃將于2022年6月完成，R17版本更加注重高可靠、低時延的物聯(lián)網(wǎng)通信，更好地支持工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)低成本、低功耗傳感器和高精度定位。1.25G通信技術(shù)主要特點5G通信技術(shù)是蜂窩移動通信技術(shù)逐漸發(fā)展而來的，采用了基于OFDM優(yōu)化的波形和多址接入技術(shù)、大規(guī)模MIMO技術(shù)、可擴展的時間間隔技術(shù)、自包含集成子幀技術(shù)、D2D技術(shù)等多種關(guān)鍵技術(shù)。5G通信技術(shù)是廣域連接，連接可靠，具有高帶寬、低時延、廣覆蓋等特點。5G通信技術(shù)主要具有三個應(yīng)用場景：增強型移動寬帶（eMBB），主要應(yīng)用于高速上網(wǎng)，比如在線視頻等；大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)通信（mMTC），主要應(yīng)用于大量的設(shè)備之間通信，如物聯(lián)網(wǎng)等；高可靠、低時延通信（uRLLC），主要用于自動駕駛等對實時性要求高的場合。

2數(shù)據(jù)中心特點與消防要求

2.1數(shù)據(jù)中心的特點

數(shù)據(jù)中心是集中放置服務(wù)器、存儲器等計算機設(shè)備并提供運行環(huán)境的建筑或建筑群，一般包括主機房、輔助區(qū)、支持區(qū)和行政管理區(qū)等。主機房是數(shù)據(jù)中心的核心區(qū)域，其余設(shè)備和設(shè)施均為主機房可靠運行提供服務(wù)保障。數(shù)據(jù)中心是海量數(shù)據(jù)的交匯、處理和存儲的重要節(jié)點，是大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的物理基礎(chǔ)設(shè)施，是國家新基建的建設(shè)重點之一。數(shù)據(jù)中心的評價指標(biāo)很多，如能量使用效率（PUE）、基礎(chǔ)設(shè)施效率（DCiE）等，但顯然安全穩(wěn)定運行時間才是數(shù)據(jù)中心最重要的評價指標(biāo)，而火災(zāi)導(dǎo)致的斷網(wǎng)和中斷運行將不僅帶來直接的經(jīng)濟損失，還將帶來巨大的間接經(jīng)濟損失，所以，數(shù)據(jù)中心的消防工作是特別重要的一項工作。2.2數(shù)據(jù)中心消防需求數(shù)據(jù)中心根據(jù)使用性質(zhì)和重要程度分為A、B、C三級，其中A級等級最高，不同等級的數(shù)據(jù)中心主機房的防火要求有所不同。在數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范（GB50174-2017）中，A級主機房推薦首選氣體滅火系統(tǒng)，其次是細水霧滅火系統(tǒng)，在有數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)時也可以選用自動噴水滅火系統(tǒng)。因為機房設(shè)備主要是計算機設(shè)備，為了在火災(zāi)恢復(fù)階段能夠快速恢復(fù)運營生產(chǎn)，實際上主機房通常采用氣體滅火系統(tǒng)。由于氣體滅火系統(tǒng)建設(shè)和維護成本較高，通常只適用于密閉的空間，所以在數(shù)據(jù)中心除主機房外的區(qū)域常采用自動噴水滅火系統(tǒng)，同時配備消火栓系統(tǒng)和滅火器。大中型數(shù)據(jù)中心常有多棟建筑，不同的建筑有不同消防需求，消防系統(tǒng)設(shè)計較為復(fù)雜，另外，大中型數(shù)據(jù)中心都設(shè)有柴油發(fā)電機，備用柴油是消防需要重點防范的物資。有的小型數(shù)據(jù)中心沒有柴油發(fā)電機，沒有獨立建筑，與其他單位共用建筑物，會給消防系統(tǒng)設(shè)計增加部分難度。數(shù)據(jù)中心的高壓供變電部分、UPS蓄電池部分都是需要特別重視的消防重點。按照設(shè)計規(guī)范，數(shù)據(jù)中心不分等級，均應(yīng)配置火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。因為數(shù)據(jù)中心有單獨設(shè)計規(guī)范，所以數(shù)據(jù)中心在設(shè)計之初就具有較完備的消防設(shè)施，在施工階段鋪設(shè)了所需的管路、電力線、信號線。數(shù)據(jù)中心的主要設(shè)備設(shè)施屬于固定安裝，很少移動，消防設(shè)施也是以固定設(shè)施為主。這些固定設(shè)施優(yōu)點是連接可靠、簡單有效，缺點是不夠靈活高效，不能方便地在移動終端查看消防人員和設(shè)施的狀態(tài)，不利于隨時隨地檢查消防設(shè)施的完好率，在火災(zāi)發(fā)生時異地指揮布控不方便。

3“智慧消防”的關(guān)鍵技術(shù)

“智慧消防”是“智慧城市”的子集概念，與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)密不可分，可以認為“智慧消防”是構(gòu)建于物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之上的應(yīng)用技術(shù)。按照物聯(lián)網(wǎng)分層方法，“智慧消防”關(guān)鍵技術(shù)包括感知層的傳感器、RFID等傳感技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)層的5G、ZigBee等通信技術(shù)，應(yīng)用層的大數(shù)據(jù)、人工智能等數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)。從信息處理角度，“智慧消防”的技術(shù)框架主要分為信息收集、信息處理和決策使用三個層級。對于消防系統(tǒng)來說，實時性是極為重要的技術(shù)指標(biāo)。物聯(lián)網(wǎng)的通信技術(shù)常側(cè)重于低功耗、低成本、自組網(wǎng)等性能，對于實時性重視不夠，比如ZigBee是典型的低速通信技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸速率為20kb/s~250kb/s，一般時延在30ms左右，而且隨距離變遠，時延會增大；NB-IoT在250m左右的距離內(nèi)平均上行速率約為4kb/s，下行速率為13kb/s~18kb/s，不同距離下的PING時延范圍為350ms~380ms[2]。5G通信技術(shù)的低時延、高可靠特點更適合于消防行業(yè)，5G時延可以低至1ms，而且與傳輸距離無關(guān)，這對于及時高效處理火災(zāi)救援非常重要。5G通信的大規(guī)模MIMO技術(shù)是指通信終端采用多天線技術(shù)與多個基站同時連接，這不僅提高了數(shù)據(jù)傳輸速率，還提高了連接的可靠性，使得5G通信具有高可靠性，極大地避免了關(guān)鍵時刻數(shù)據(jù)傳輸中斷。除了大帶寬、海量連接、高可靠、廣覆蓋等優(yōu)點外，5G的R16版本還支持NB-IoT和eMTC的帶內(nèi)部署，這使得5G通信技術(shù)既有先進性，又能對下兼容，在消防行業(yè)具有很好的應(yīng)用前景。

45G技術(shù)在數(shù)據(jù)中心消防系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1原有系統(tǒng)改造

對于數(shù)據(jù)中心原有消防系統(tǒng)，可以利用5G通信技術(shù)進行升級改造，主要包括以下一些方面：（1）增加基于5G通信技術(shù)的通信設(shè)備，如在需要的地方增設(shè)5G對講設(shè)備、5G手動報警按鈕等，這比有線方式更加靈活方便。（2）增設(shè)基于5G通信技術(shù)的消防攝像頭，對重點區(qū)域加強監(jiān)控，可以使用人工智能技術(shù)自動監(jiān)控。（3）在舊有設(shè)備故障或壽命到期時，更換支持5G通信技術(shù)的新設(shè)備。（4）發(fā)展機器人巡視，減少人工勞動。機器人一方面利用物聯(lián)網(wǎng)和5G通信技術(shù)與消防物資、設(shè)備進行物物相連，也可以利用視覺識別技術(shù)進行智能判斷，還可以通過5G通信技術(shù)與監(jiān)控中心和監(jiān)控人員實時通信將數(shù)據(jù)和視頻上傳存儲。由于單攝像頭無法有效判斷距離，因此，采用雙攝像頭進行立體圖像采集可以獲取更加豐富的信息，而立體圖像的數(shù)據(jù)量更大，更適合使用5G通信技術(shù)傳輸。（5）采用5G可穿戴設(shè)備，在消防演練中全程監(jiān)控，查找消防演練中的遺漏或錯誤行為，在滅火過程中將更加有利于提高滅火效率、減少人員和財產(chǎn)損失。（6）與RFID技術(shù)結(jié)合，對消防物資和危險品進行密切管控。5G的R17版本將支持不活躍狀態(tài)下的小數(shù)據(jù)包通信，這更適合數(shù)據(jù)中心的物資管理場景。

4.2新建系統(tǒng)

對于數(shù)據(jù)中心新建消防系統(tǒng)，應(yīng)從方案設(shè)計源頭進行把控，采用“智慧消防”思路，合理選擇通信技術(shù)，融合大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)，對人防、技防、物防進行統(tǒng)籌考慮。數(shù)據(jù)中心新建消防系統(tǒng)的通信技術(shù)選擇需要考慮以下幾種情況。（1）有線通信可靠性高、抗干擾能力強，具有無線通信無法替代的優(yōu)點，所以在新建消防系統(tǒng)中，仍然具有重要地位。5G通信技術(shù)可以作為備份進一步提高系統(tǒng)可靠性。（2）無線通信中應(yīng)盡量采用5G通信技術(shù)，5G低時延、高可靠、海量連接等優(yōu)點使得消防傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠及時將信息傳送到信息處理端，便于快速高效地完成消防任務(wù)。（3）5G通信設(shè)備在短時間內(nèi)可能存在價格高、使用成本高等問題，在可以使用RFID技術(shù)、ZigBee技術(shù)、NB-IoT技術(shù)或eMTC技術(shù)時，也可以先用廉價設(shè)備替代，但是將增加系統(tǒng)的復(fù)雜度和維護難度，需要權(quán)衡利弊進行取舍。

5結(jié)束語

由于5G通信技術(shù)的先進性，在“智慧消防”背景下，5G通信技術(shù)在消防系統(tǒng)中的應(yīng)用將會越來越廣泛，在數(shù)據(jù)中心消防系統(tǒng)中也將會成為信息傳遞的主要技術(shù)之一。

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作者：史新宇 吳新杰 楊軍 陳晨 單位：北京經(jīng)濟管理職業(yè)學(xué)院