數據中心消防系統5G通信技術應用

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摘要：在數據中心消防系統應用場景中，設備設施以固定裝置為主，在目前以“智慧消防”為發展方向的背景下，如何利用5g通信技術提升老舊設備的消防效能，如何融入5G技術設計新的消防設備是需要研究的課題。文章對5G通信技術在數據中心消防系統的場景中如何應用進行了分析和探討。

關鍵詞：5G通信技術；數據中心；消防系統；智慧消防

15G通信技術概述

1.15G通信技術發展現狀

2019年6月6日，我國發放5G商用牌照；2020年7月，5G通信技術標準的R16版本凍結；到2020年底，我國已建成71.8萬座5G基站，5G從大規模建設發展階段開始進入到逐步成熟階段[1]。此外，5G通信標準的R17版本計劃將于2022年6月完成，R17版本更加注重高可靠、低時延的物聯網通信，更好地支持工業物聯網低成本、低功耗傳感器和高精度定位。1.25G通信技術主要特點5G通信技術是蜂窩移動通信技術逐漸發展而來的，采用了基于OFDM優化的波形和多址接入技術、大規模MIMO技術、可擴展的時間間隔技術、自包含集成子幀技術、D2D技術等多種關鍵技術。5G通信技術是廣域連接，連接可靠，具有高帶寬、低時延、廣覆蓋等特點。5G通信技術主要具有三個應用場景：增強型移動寬帶（eMBB），主要應用于高速上網，比如在線視頻等；大規模物聯網通信（mMTC），主要應用于大量的設備之間通信，如物聯網等；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數據中心特點與消防要求

2.1數據中心的特點

數據中心是集中放置服務器、存儲器等計算機設備并提供運行環境的建筑或建筑群，一般包括主機房、輔助區、支持區和行政管理區等。主機房是數據中心的核心區域，其余設備和設施均為主機房可靠運行提供服務保障。數據中心是海量數據的交匯、處理和存儲的重要節點，是大數據和人工智能技術的物理基礎設施，是國家新基建的建設重點之一。數據中心的評價指標很多，如能量使用效率（PUE）、基礎設施效率（DCiE）等，但顯然安全穩定運行時間才是數據中心最重要的評價指標，而火災導致的斷網和中斷運行將不僅帶來直接的經濟損失，還將帶來巨大的間接經濟損失，所以，數據中心的消防工作是特別重要的一項工作。2.2數據中心消防需求數據中心根據使用性質和重要程度分為A、B、C三級，其中A級等級最高，不同等級的數據中心主機房的防火要求有所不同。在數據中心設計規范（GB50174-2017）中，A級主機房推薦首選氣體滅火系統，其次是細水霧滅火系統，在有數據備份系統時也可以選用自動噴水滅火系統。因為機房設備主要是計算機設備，為了在火災恢復階段能夠快速恢復運營生產，實際上主機房通常采用氣體滅火系統。由于氣體滅火系統建設和維護成本較高，通常只適用于密閉的空間，所以在數據中心除主機房外的區域常采用自動噴水滅火系統，同時配備消火栓系統和滅火器。大中型數據中心常有多棟建筑，不同的建筑有不同消防需求，消防系統設計較為復雜，另外，大中型數據中心都設有柴油發電機，備用柴油是消防需要重點防范的物資。有的小型數據中心沒有柴油發電機，沒有獨立建筑，與其他單位共用建筑物，會給消防系統設計增加部分難度。數據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。按照設計規范，數據中心不分等級，均應配置火災自動報警系統。因為數據中心有單獨設計規范，所以數據中心在設計之初就具有較完備的消防設施，在施工階段鋪設了所需的管路、電力線、信號線。數據中心的主要設備設施屬于固定安裝，很少移動，消防設施也是以固定設施為主。這些固定設施優點是連接可靠、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施的狀態，不利于隨時隨地檢查消防設施的完好率，在火災發生時異地指揮布控不方便。

3“智慧消防”的關鍵技術

“智慧消防”是“智慧城市”的子集概念，與物聯網技術密不可分，可以認為“智慧消防”是構建于物聯網基礎之上的應用技術。按照物聯網分層方法，“智慧消防”關鍵技術包括感知層的傳感器、RFID等傳感技術，網絡層的5G、ZigBee等通信技術，應用層的大數據、人工智能等數據應用技術。從信息處理角度，“智慧消防”的技術框架主要分為信息收集、信息處理和決策使用三個層級。對于消防系統來說，實時性是極為重要的技術指標。物聯網的通信技術常側重于低功耗、低成本、自組網等性能，對于實時性重視不夠，比如ZigBee是典型的低速通信技術，數據傳輸速率為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通信技術的低時延、高可靠特點更適合于消防行業，5G時延可以低至1ms，而且與傳輸距離無關，這對于及時高效處理火災救援非常重要。5G通信的大規模MIMO技術是指通信終端采用多天線技術與多個基站同時連接，這不僅提高了數據傳輸速率，還提高了連接的可靠性，使得5G通信具有高可靠性，極大地避免了關鍵時刻數據傳輸中斷。除了大帶寬、海量連接、高可靠、廣覆蓋等優點外，5G的R16版本還支持NB-IoT和eMTC的帶內部署，這使得5G通信技術既有先進性，又能對下兼容，在消防行業具有很好的應用前景。

45G技術在數據中心消防系統的應用

4.1原有系統改造

對于數據中心原有消防系統，可以利用5G通信技術進行升級改造，主要包括以下一些方面：（1）增加基于5G通信技術的通信設備，如在需要的地方增設5G對講設備、5G手動報警按鈕等，這比有線方式更加靈活方便。（2）增設基于5G通信技術的消防攝像頭，對重點區域加強監控，可以使用人工智能技術自動監控。（3）在舊有設備故障或壽命到期時，更換支持5G通信技術的新設備。（4）發展機器人巡視，減少人工勞動。機器人一方面利用物聯網和5G通信技術與消防物資、設備進行物物相連，也可以利用視覺識別技術進行智能判斷，還可以通過5G通信技術與監控中心和監控人員實時通信將數據和視頻上傳存儲。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，而立體圖像的數據量更大，更適合使用5G通信技術傳輸。（5）采用5G可穿戴設備，在消防演練中全程監控，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、減少人員和財產損失。（6）與RFID技術結合，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下的小數據包通信，這更適合數據中心的物資管理場景。

4.2新建系統

對于數據中心新建消防系統，應從方案設計源頭進行把控，采用“智慧消防”思路，合理選擇通信技術，融合大數據、人工智能技術，對人防、技防、物防進行統籌考慮。數據中心新建消防系統的通信技術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點，所以在新建消防系統中，仍然具有重要地位。5G通信技術可以作為備份進一步提高系統可靠性。（2）無線通信中應盡量采用5G通信技術，5G低時延、高可靠、海量連接等優點使得消防傳感器網絡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。（3）5G通信設備在短時間內可能存在價格高、使用成本高等問題，在可以使用RFID技術、ZigBee技術、NB-IoT技術或eMTC技術時，也可以先用廉價設備替代，但是將增加系統的復雜度和維護難度，需要權衡利弊進行取舍。

5結束語

由于5G通信技術的先進性，在“智慧消防”背景下，5G通信技術在消防系統中的應用將會越來越廣泛，在數據中心消防系統中也將會成為信息傳遞的主要技術之一。

參考文獻

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作者：史新宇 吳新杰 楊軍 陳晨 單位：北京經濟管理職業學院