時(shí)間：2022-02-14 04:04:11
開(kāi)篇：寫(xiě)作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇能量計(jì)量論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
1系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景近年來(lái),電力企業(yè)在不斷擴(kuò)大大客戶(hù)負(fù)荷管理系統(tǒng)覆蓋范圍的基礎(chǔ)上,全面開(kāi)展了地區(qū)廠站電能量遙測(cè)、低壓集中抄表和配變監(jiān)測(cè)計(jì)量等項(xiàng)目的建設(shè),并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行四分線(xiàn)損分析及需求側(cè)輔助決策等的建設(shè)這些計(jì)量自動(dòng)化項(xiàng)目的分散建設(shè)不可避免的帶來(lái)了計(jì)量自動(dòng)化孤島問(wèn)題的出現(xiàn)。為避免計(jì)量自動(dòng)化孤島問(wèn)題,提高電能量數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用水平和使用效率,避免重復(fù)投資和資源浪費(fèi),優(yōu)化計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)方案,進(jìn)一步提高電力企業(yè)計(jì)量自動(dòng)化建設(shè)水平和深入開(kāi)展計(jì)量技術(shù)創(chuàng)新,需要建設(shè)電力企業(yè)一體化計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)。配合電力企業(yè)“十一五”信息規(guī)劃的建設(shè)要求,考慮目前地區(qū)電能量遙測(cè)系統(tǒng)、大用戶(hù)負(fù)荷管理系統(tǒng)、低壓集中抄表系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)成熟,在電力企業(yè)范圍內(nèi)均已經(jīng)開(kāi)始推廣建設(shè)。同時(shí)配變監(jiān)測(cè)及管理系統(tǒng)在部分供電部門(mén)也做了有益的試點(diǎn),配變無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)也開(kāi)始逐步應(yīng)用。在線(xiàn)損理論計(jì)算工作方面也有長(zhǎng)足的進(jìn)步,建設(shè)計(jì)量自動(dòng)化主站平臺(tái)條件已逐漸成熟[6,7]。
今后電力企業(yè)應(yīng)該是一個(gè)全面集成的數(shù)字化企業(yè),并能夠通過(guò)集成化的企業(yè)戰(zhàn)略框架不斷加以改進(jìn),以適應(yīng)電力行業(yè)的不斷發(fā)展【8]。通過(guò)建設(shè)計(jì)量自動(dòng)化主站支持平臺(tái),解決目前統(tǒng)計(jì)線(xiàn)損中數(shù)據(jù)不全、統(tǒng)計(jì)口徑不一、計(jì)算困難、誤差影響因素等實(shí)際問(wèn)題,將線(xiàn)損”四分”管理、需求側(cè)管理落到實(shí)處,并統(tǒng)籌考慮各地區(qū)電能量遙測(cè)系統(tǒng)、大用戶(hù)負(fù)荷管理系統(tǒng)、配變管理系統(tǒng)、居民集中抄表系統(tǒng)建設(shè)方案,避免重復(fù)投資、重復(fù)開(kāi)發(fā)、重復(fù)建設(shè),為實(shí)現(xiàn)”經(jīng)營(yíng)型、服務(wù)型、一體化、現(xiàn)代化企業(yè)”的發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)作出貢獻(xiàn)。
1.2系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)
1.2.1應(yīng)用目標(biāo)為各級(jí)電力營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)提供信息化的技術(shù)支持手段和依據(jù),能夠及時(shí)按需自動(dòng)采集各電壓等級(jí)用電現(xiàn)場(chǎng)電能量計(jì)量數(shù)據(jù),包括示度電量、分時(shí)電量、凍結(jié)電量、需量等應(yīng)營(yíng)銷(xiāo)收費(fèi)服務(wù)所需電能量信息。能夠監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)用電計(jì)量情況,包括計(jì)量裝置故障、計(jì)量回路異常等,為用電監(jiān)察提供遠(yuǎn)程自動(dòng)化服務(wù)手段。為供電企業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)管理提供可靠數(shù)據(jù)依據(jù)和支持。能夠根據(jù)需要監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)用電運(yùn)行信息,包括電流、電壓、有功無(wú)功功率曲線(xiàn),為供電質(zhì)量分析及負(fù)荷管理提供可靠技術(shù)支持。為強(qiáng)化四分線(xiàn)損管理、需求側(cè)管理提供技術(shù)支持手段根據(jù)采集到的分時(shí)電能量進(jìn)行四分線(xiàn)損統(tǒng)計(jì)分析,并和理論線(xiàn)損進(jìn)行對(duì)比分析,為降低管理線(xiàn)損提供依據(jù)。提供大客戶(hù)遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)功能,能夠根據(jù)負(fù)荷平衡情況為開(kāi)展錯(cuò)峰用電、節(jié)約用電、分時(shí)計(jì)費(fèi)等提供技術(shù)支持。
1.2.2技術(shù)目標(biāo)數(shù)據(jù)采集處理一體化。系統(tǒng)能夠通過(guò)開(kāi)放式規(guī)約連接大客戶(hù)負(fù)荷管理終端、廠站電能量遙測(cè)終端、低壓集中抄表集中器和配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)一體化。系統(tǒng)能夠?qū)⒏黝?lèi)計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理和存儲(chǔ),為各業(yè)務(wù)應(yīng)用提供相關(guān)數(shù)據(jù)。各類(lèi)計(jì)量對(duì)象的基礎(chǔ)檔案數(shù)據(jù),包括計(jì)量設(shè)備檔案、客戶(hù)資料、電網(wǎng)參數(shù)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)使用。主站計(jì)算機(jī)資源一體化。包括計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備、通信及信息安全設(shè)備、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、存儲(chǔ)設(shè)備等資源的應(yīng)用、維護(hù)和管理一體化。無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信資源的一體化使用。主要包括低壓集抄、大客戶(hù)負(fù)荷管理、配變終端等安裝在配電網(wǎng)的計(jì)量自動(dòng)化設(shè)備對(duì)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)資源的使用。計(jì)算機(jī)通信設(shè)備采用標(biāo)準(zhǔn)通用設(shè)備,數(shù)據(jù)庫(kù)采用開(kāi)放式的大型商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù),采用統(tǒng)一遠(yuǎn)程通信規(guī)約,不同供貨商提供的終端設(shè)備產(chǎn)品均能夠接入到主站自動(dòng)化系統(tǒng)。建立統(tǒng)一的應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù),不同開(kāi)發(fā)商所采集到的專(zhuān)變計(jì)量點(diǎn)、廠站計(jì)量點(diǎn)、低壓計(jì)量點(diǎn)及配電計(jì)量點(diǎn)的各類(lèi)相關(guān)數(shù)據(jù)均能夠存入該數(shù)據(jù)庫(kù),不同開(kāi)發(fā)商也能夠通過(guò)該數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)不同的綜合應(yīng)用。統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)的建立應(yīng)按照統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型、統(tǒng)一數(shù)據(jù)編碼的要求進(jìn)行。
1.3系統(tǒng)建設(shè)原則計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)首先具有電能計(jì)量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的一般性和共同性要求特點(diǎn),即數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性、系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、開(kāi)放性、安全性等要求。同時(shí)由十系統(tǒng)涉及面廣,面向?qū)ο蠖?系統(tǒng)分層、建設(shè)周期長(zhǎng)等特點(diǎn),使其具有區(qū)別十一般計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的更高的或特殊的要求,這些要求、特點(diǎn)決定了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則[9]。1.可靠性與穩(wěn)定性相結(jié)合、2.準(zhǔn)確性與完整性相結(jié)合、3.開(kāi)放性與安全性相結(jié)合、4.實(shí)用性與擴(kuò)展性相結(jié)合、5.先進(jìn)性與成熟性相結(jié)合。
1.4論文的工作針對(duì)電力計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)以一體化計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)的需求現(xiàn)狀的描述,通過(guò)利用CIM公共信息模型,設(shè)計(jì)電力企業(yè)一體化計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)方案。在建設(shè)方案設(shè)計(jì)過(guò)程中,本文主要進(jìn)行了以下方面的工作:1)系統(tǒng)總體架構(gòu)按照分層分塊設(shè)計(jì)的原則,分別為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、前置采集層、業(yè)務(wù)應(yīng)用處理層、數(shù)據(jù)處理層。
《石油和化工節(jié)能》征稿啟事
“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案
油田注水系統(tǒng)節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的研究與實(shí)踐
氯堿行業(yè)“十一五”節(jié)能減排回顧及“十二五”展望
節(jié)能型水溶液全循環(huán)尿素生產(chǎn)技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用
莫爾液節(jié)能環(huán)保技術(shù)
采用燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)充分利用電石爐爐氣
實(shí)施綜合改造實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)
冷卻系統(tǒng)空冷器的節(jié)能改造
熱泵技術(shù)在遼河油田歡三聯(lián)合站原油加熱中的應(yīng)用
氯氣液化裝置的安全生產(chǎn)與節(jié)能
酮苯脫蠟脫油聯(lián)合裝置的節(jié)能改造
永勝能源化工以技術(shù)支撐節(jié)能減排
推行成本精細(xì)管理的實(shí)踐與探索
推行系統(tǒng)優(yōu)化和管理實(shí)現(xiàn)煉油廠節(jié)能降耗
國(guó)外節(jié)能服務(wù)體系建設(shè)經(jīng)驗(yàn)及啟示
油氣田溫室氣體排放測(cè)試與評(píng)估方法
第二屆石油和化學(xué)工業(yè)節(jié)能技術(shù)交流大會(huì)即將召開(kāi)
滄州大化節(jié)能減排工作受河北省委省政府表彰
《石油和化工節(jié)能》征稿啟事
國(guó)務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加大工作力度確保實(shí)現(xiàn)“十一五”節(jié)能減排目標(biāo)的通知
國(guó)務(wù)院召開(kāi)全國(guó)節(jié)能減排工作電視電話(huà)會(huì)議
煉廠節(jié)能技術(shù)和系統(tǒng)全局綜合優(yōu)化方法
油氣田生產(chǎn)企業(yè)的能耗對(duì)標(biāo)分析
勝利油田孤東采油廠用能現(xiàn)狀分析及對(duì)策
節(jié)能環(huán)保的儀表電伴熱系統(tǒng)
增效節(jié)能型流量計(jì)的原理及應(yīng)用
乙二醇蒸氣噴射泵節(jié)能新技術(shù)
油田35kV變電所何時(shí)可投單臺(tái)主變
聚乙烯醇車(chē)間醋酸系統(tǒng)能量?jī)?yōu)化
100萬(wàn)噸/年重油催化裂化裝置節(jié)能分析
中原石化裂解爐的綜合節(jié)能
合成氨脫碳系統(tǒng)的節(jié)能改造
中國(guó)海油提前完成“十一五”節(jié)能減排目標(biāo)
雙星集團(tuán)闖出節(jié)能減排新路子
日本百年節(jié)能史及其對(duì)中國(guó)節(jié)能的啟示
專(zhuān)利信息
獨(dú)山子石化實(shí)現(xiàn)甲醇利用回收廢氣生產(chǎn)
晉煤集團(tuán)煤化工再獲重大突破
第九次石油和化工節(jié)能論文征集與評(píng)選啟事
國(guó)資委關(guān)于印發(fā)《中央企業(yè)節(jié)能減排統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)報(bào)表》的通知
中國(guó)-印尼第三次能源論壇舉行
國(guó)家發(fā)改委關(guān)于降低成品油價(jià)格的通知
環(huán)保部確定今年節(jié)能減排重點(diǎn)
山東將實(shí)行節(jié)能產(chǎn)品強(qiáng)制采購(gòu)
固定床煤氣化工藝的節(jié)能技術(shù)措施
濮城油田油氣集輸系統(tǒng)優(yōu)化改造項(xiàng)目的節(jié)能評(píng)價(jià)
游梁式抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)配套選擇模板研究
水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔節(jié)電技術(shù)
溴化鋰機(jī)組低溫余熱制冷技術(shù)
芳烴加熱爐節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用
諧波污染與無(wú)功補(bǔ)償裝置改進(jìn)治理效果分析
燃?xì)饧訜釥t在鋁粉裝置節(jié)能改造中的應(yīng)用
甲醇系統(tǒng)三塔精餾的優(yōu)化運(yùn)行
平衡18萬(wàn)噸合成氨綜合節(jié)能項(xiàng)目節(jié)能測(cè)算
依靠管理和技術(shù)創(chuàng)新推進(jìn)企業(yè)節(jié)能減排工作
能源計(jì)量為企業(yè)挖金掘銀
論文摘要：智能電網(wǎng)是新形勢(shì)下電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。本文闡述了智能電網(wǎng)相關(guān)概念，討論了智能電網(wǎng)環(huán)境下對(duì)電力通信的要求。
進(jìn)入新的世紀(jì)，全球經(jīng)濟(jì)、社會(huì)安全、環(huán)境和能源供應(yīng)都面臨著極大挑戰(zhàn)，氣候變化劇烈。災(zāi)害頻發(fā)，傳統(tǒng)能源日趨緊張，金融危機(jī)對(duì)各國(guó)經(jīng)濟(jì)打擊巨大，因此，為了面對(duì)環(huán)境污染，拉動(dòng)內(nèi)需，提振經(jīng)濟(jì)。發(fā)展可再生能源，需要構(gòu)建智能電網(wǎng)以助推電力行業(yè)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)型，從而保障國(guó)家能源安全，促進(jìn)我國(guó)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。2009~5月，我國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司提出加快堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)。
2009年9月，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(NIST)提出了關(guān)于智能電網(wǎng)互操作標(biāo)準(zhǔn)的框架與路線(xiàn)圖，明確了推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作的8個(gè)優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域，其中很重要的一個(gè)方面就是網(wǎng)絡(luò)通信：要求針對(duì)智能電網(wǎng)各個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域的應(yīng)用和操作器的網(wǎng)絡(luò)通信需求，實(shí)施和維護(hù)合適的安全和訪問(wèn)控制手段。該領(lǐng)域覆蓋電力專(zhuān)網(wǎng)和公共網(wǎng)絡(luò)。對(duì)我國(guó)而言，智能電網(wǎng)的建設(shè)，必須有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)技術(shù)和功能，其中測(cè)量和通信系統(tǒng)是一個(gè)非常重要的方面。
1 智能電網(wǎng)概念
智能電網(wǎng)是以包括發(fā)、輸、變、配、用、調(diào)度和信息等各環(huán)節(jié)的電力系統(tǒng)為對(duì)象，不斷研發(fā)新型的電網(wǎng)控制技術(shù)、信息技術(shù)和管理技術(shù)，并將其有機(jī)集合，實(shí)現(xiàn)從發(fā)電到用電所有環(huán)節(jié)信息的智能交流，系統(tǒng)地優(yōu)化電力生產(chǎn)、輸送和使用。電力企業(yè)通過(guò)促成技術(shù)與具體業(yè)務(wù)的有效結(jié)合。使智能電網(wǎng)建設(shè)在企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過(guò)程中切實(shí)發(fā)揮作用，最終達(dá)到提高運(yùn)營(yíng)績(jī)效的目的。
智能電網(wǎng)不是為了炫耀新技術(shù)，而是為了實(shí)實(shí)在在的解決當(dāng)前存在的問(wèn)題。對(duì)電力系統(tǒng)而言，智能電網(wǎng)具有三個(gè)明顯的特征；
(1) 自愈。對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)的在線(xiàn)自我評(píng)估，并采取預(yù)防性控制手段，及時(shí)發(fā)展、快速診斷和消除隱患；故障發(fā)生時(shí)，在沒(méi)有或少量人工干預(yù)下，能夠快讀隔離故障、自我恢復(fù)，避免大面積停電的發(fā)生。
(2) 互動(dòng)。系統(tǒng)運(yùn)行與批發(fā)、零售電力市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，支持電力交易的有效開(kāi)展。實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置；同時(shí)通過(guò)市場(chǎng)交易更好地激勵(lì)電力市場(chǎng)主體參與電網(wǎng)安全管理。
(3) 堅(jiān)強(qiáng)。堅(jiān)強(qiáng)是對(duì)智能電網(wǎng)安全性的要求，即對(duì)智能電網(wǎng)中每一個(gè)元素都應(yīng)該有安全性需求考慮，在整個(gè)系統(tǒng)中應(yīng)確保一定的集成和平衡，無(wú)論對(duì)物理攻擊(爆炸、武器)還是信息攻擊(網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī))智能電網(wǎng)都要能夠應(yīng)付并反虛出來(lái)。
2 智能電網(wǎng)對(duì)電力通信的要求
2.1 我國(guó)當(dāng)前電力通信網(wǎng)現(xiàn)狀
目前，我國(guó)的電力通信網(wǎng)是以光纖、微波及衛(wèi)星電路構(gòu)成主干線(xiàn)，各支路充分利用電力線(xiàn)載波、特種光纜等電力系統(tǒng)特有的通信方式，并采用明線(xiàn)、電纜、無(wú)線(xiàn)等多種通信手段及程控交換機(jī)、調(diào)度總機(jī)等設(shè)備組成的多用戶(hù)、多功能的綜合通信網(wǎng)。隨著光纖通信技術(shù)發(fā)展，電力通信網(wǎng)業(yè)務(wù)從原來(lái)的64kbit／s逐漸過(guò)渡到了高速率的2Mbit／s、10Mbit／s、100Mbiffs及以上高速率通道上。從作用來(lái)看，我國(guó)電力通信網(wǎng)主要有傳輸網(wǎng)、交換網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和管理網(wǎng)四大類(lèi)網(wǎng)絡(luò)象。
2.2 智能電網(wǎng)對(duì)電力通信的要求
隨著我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷發(fā)展，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)將大量增加，系統(tǒng)調(diào)度的任務(wù)將更加繁重，對(duì)電網(wǎng)大規(guī)模、全過(guò)程的監(jiān)視、控制、分析、計(jì)算將向動(dòng)態(tài)、在線(xiàn)的方向發(fā)展。
(1)EMS系統(tǒng)
EMS系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來(lái)自于數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)SCADA。EMS向即時(shí)信息系統(tǒng)SIS提供分鐘級(jí)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如：系統(tǒng)頻率、總出力，SCADA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可以考慮由設(shè)立在廠站側(cè)的RTU終端進(jìn)行采集，接口通常可以為異步數(shù)據(jù)接口Rs485或Rs232，根據(jù)信息量的需要，速率一般為1200bit／s至9600bit／s。
(2)TMRS系統(tǒng)
在智能電網(wǎng)條件下。電能量計(jì)量系統(tǒng)除了具備常規(guī)測(cè)量功能外，還必須具有分時(shí)段累計(jì)存儲(chǔ)和雙向計(jì)量的功能。同時(shí)系統(tǒng)還需要具備對(duì)電能量數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集、遠(yuǎn)傳和存儲(chǔ)、預(yù)處理、統(tǒng)計(jì)分析的子系統(tǒng)，以支持未來(lái)智能電網(wǎng)發(fā)展、新能源的并網(wǎng)。
(3)SIS系統(tǒng)
即時(shí)信息系統(tǒng)SIS主要完成系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的處理，建設(shè)即時(shí)信息系統(tǒng)主要采用Internet技術(shù)，建立在安全的Internet基礎(chǔ)上，-以國(guó)家電力數(shù)據(jù)網(wǎng)SPDnet為通信基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)社會(huì)開(kāi)放Internet~2問(wèn)。即時(shí)信息系統(tǒng)由于要對(duì)社會(huì)信息開(kāi)放，因此必須做好安全防護(hù)和安全隔離。
(4)需求側(cè)管理
智能電網(wǎng)一個(gè)很大的改變就是要直接面向用戶(hù)。對(duì)于大量符合終端用戶(hù)，由于具有眾多節(jié)點(diǎn)并且業(yè)務(wù)量較少，早期一般采用無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息傳輸。目前，主流技術(shù)大都采用公網(wǎng)租用線(xiàn)GPRs或cDMA，以保障對(duì)用戶(hù)情況的掌握。
(5)電力系統(tǒng)統(tǒng)一時(shí)標(biāo)
當(dāng)前，無(wú)論是電力錄波裝置還是計(jì)費(fèi)裝置都需要具有統(tǒng)一的時(shí)標(biāo)信息，因此，一旦缺乏統(tǒng)一的時(shí)標(biāo)信息將導(dǎo)致全網(wǎng)動(dòng)態(tài)行為監(jiān)督的缺失。為此，GPS技術(shù)的發(fā)展為電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)控提供了必要的物質(zhì)條件，信同步時(shí)鐘系統(tǒng)為各級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)主站，子站和廠站提供統(tǒng)一時(shí)間標(biāo)記基準(zhǔn)，包括電力系統(tǒng)在內(nèi)的地球表面任一點(diǎn)均可接收到衛(wèi)星發(fā)出的精度在1ps以?xún)?nèi)的時(shí)間脈沖，然后光纖通信系統(tǒng)將各變電站的測(cè)量收集匯總處理后，即可得到各變電站之間動(dòng)態(tài)相量的變化，并據(jù)此實(shí)施相量控制。
3 結(jié)語(yǔ)
建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，為我國(guó)清潔能源的規(guī)模高效發(fā)展提供保障，充分發(fā)揮電網(wǎng)在資源優(yōu)化配置、服務(wù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。智能電網(wǎng)建設(shè)成為國(guó)家經(jīng)濟(jì)和能源政策的重要組成部分。
參考文獻(xiàn)：
一、電是否真的多了
改革開(kāi)放以來(lái)，特別是國(guó)家實(shí)行集資辦電和多家辦電的政策以后，電力工業(yè)發(fā)展很快，從19 78年至1998年的21年間裝機(jī)容量以每年8.35%的速度增長(zhǎng)，發(fā)電量以每年8.35%的速度增長(zhǎng)， 使我國(guó)電力工業(yè)躍居世界前列。
1987年全國(guó)突破一億千瓦
1995年初全國(guó)突破二億千瓦
1998年底裝機(jī)27729萬(wàn)千瓦 居世界第二位，僅次于美國(guó)。
1999年底裝機(jī)29400萬(wàn)千瓦與1995年相比，裝機(jī)平均每年遞增1919萬(wàn)千瓦，遞增率7.86%。 2000年4月我國(guó)裝機(jī)已突破三億千瓦。我國(guó)已連續(xù)13年每年投產(chǎn)新機(jī)組均在1000萬(wàn)千瓦以上 。
值得人們注意的是全國(guó)電力供需形勢(shì)，從1997年開(kāi)始有了根本性的改變，長(zhǎng)期困擾我國(guó)經(jīng)濟(jì) 和人民正常生活的嚴(yán)重缺電局面已基本緩解。緩解程度在地區(qū)間是不平衡的，有些地區(qū)出現(xiàn) 了電力富裕或供需基本平衡，有些地區(qū)在用電高峰時(shí)期電力供應(yīng)仍然偏緊，去年有的地區(qū) 又出現(xiàn)了拉閘限電。
由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，一些工業(yè)企業(yè)用電量減少，同時(shí)由于人民 生活水平的提高，居民生活用電和商業(yè)用電增加。由于工業(yè)用電比重大，居民生活用電比重 小(1998年分別為71.78%和12.22%)導(dǎo)致一些地區(qū)用電負(fù)荷增長(zhǎng)緩慢。由于用電情況變化，致 使電力工業(yè)的發(fā)電設(shè)備年利用小時(shí)逐年下降：
1994年 5233小時(shí)
1995年 5121小時(shí)
1996年 5033小時(shí)
1997年 4765小時(shí)
1998年 4501小時(shí)
1999年 4350小時(shí)
由于市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力是商品意識(shí)的增強(qiáng)，在一些地區(qū)積極宣傳電采暖、增加售電量是 有一定道理的，但不能理解為現(xiàn)在我國(guó)電力富裕了，所以要提倡電采暖。
盡管我國(guó)裝機(jī)總量和發(fā)電量已躍居世界第二位，但我們是人口大國(guó)，1999年全國(guó)人均裝機(jī)僅 為0.237千瓦，人均年發(fā)電量979千瓦時(shí)，(1991年獨(dú)聯(lián)體形成時(shí)，人均用電量5700千瓦時(shí))上 海市水平最高，人均裝機(jī)為0.651千瓦，人均用電量3299千瓦時(shí)。中西部地區(qū)人均用電量比 全國(guó)平均水平低，其中江西、青海、重慶比全國(guó)平均水平低一半以上。
目前我國(guó)人均裝機(jī)僅為世界平均水平 的41.3%，人均發(fā)電量?jī)H為世界平均水平的40.3%。我 國(guó)人均裝機(jī)只相當(dāng)加拿大的5.8%，美國(guó)的7.5%，澳大利亞的9.5%。我國(guó)人均發(fā)電量只相當(dāng)加 拿大的5.15，美國(guó)的7%，澳大利亞的10.5%。
另?yè)?jù)報(bào)導(dǎo)電力工業(yè)經(jīng)過(guò)若干年的努力奮斗，目前全國(guó)仍有3500萬(wàn)人未用上電，因此可以說(shuō)某 些地區(qū)的“電力過(guò)剩”只是暫時(shí)的現(xiàn)象。我國(guó)人均裝機(jī)與人均發(fā)電量?jī)H為世界平均水平一 半。電能在終端能源消費(fèi)中的比例為11%，也低于世界平均水平的17%，市場(chǎng)潛力沒(méi)有完全挖 掘和開(kāi)發(fā)，電煤消費(fèi)占煤炭的比重僅為38.6%，也比發(fā)達(dá)國(guó)家的70～80%低的多。因而不能 理解為我國(guó)電多了，用不完，要推廣電采暖。
二、電采暖不經(jīng)濟(jì)的理論分析
《北京節(jié)能》2000年第2期刊出首都師范大學(xué)物理系宋愛(ài)國(guó)先生“〖HT5，7〗火〖KG-*2/5〗 用〖HT〗與節(jié)能”一文，從理論上分析了電采暖不經(jīng)濟(jì)的原因，摘要如下：
一提到能量，往往會(huì)想到其數(shù)量為多少J，似乎能量只有量的一面，其實(shí)不然。1kg的水從20 °C升高到30°C與從80°C升高到90°C所吸收的熱量是相同的。可是，它們分別是在低溫段 (20～30°C)和高溫段(80～90°C)吸收的，因此，這兩部分?jǐn)?shù)量相等的熱量質(zhì)量并不同。
一般講，熱量在高溫段轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪芰^大，在低溫段轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪芰^小，甚至 完 全不能轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉ΑＮ覀儼循h(huán)境下任一形式的能量在理論上能夠轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪遣糠址Q(chēng) 能量的 火 用 ；而將該能量中不能轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪遣糠址Q(chēng)為 該能量的 火 無(wú) 。
因此，有：能量= 火 用 火 無(wú) 。 在一定的能量中， 火 用 占的比例越大，該能量的品質(zhì)越高(能 質(zhì)系數(shù)越高，能質(zhì)系數(shù)= 火 用 /能量)；反之，則能量的品質(zhì)越 低(能質(zhì)系數(shù)越低)。例如：電能、機(jī)械能從理論上講，有能量值= 火 用 ，即其能量完全變?yōu)橛杏霉Γ?此，這類(lèi)能量稱(chēng)為高級(jí)能量；又如，自然環(huán)境中與海水、空氣等相互交換的能量，有能量值 = 火 無(wú) ，這類(lèi)能量稱(chēng)為低級(jí)能量；而介于它們二者之間的能量 則有：能量值= 火 用 火 〗無(wú) ，如 化學(xué)能、熱能、內(nèi)能和流體能量等。
有了 火 用 的概念，熱力學(xué)第一定律可以表述為“在任何能量 的轉(zhuǎn)換過(guò)程中， 火 用 和 火無(wú) 的 總和保持不變”。熱力學(xué)第二定律也可以表述為“高品位能總是能夠自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)榈推肺荒?，而低品位能不可能自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)楦咂肺荒堋！豹?/p>
建立了能量的質(zhì)量觀- 火 用 、 火 無(wú) 和能質(zhì)系數(shù)后，再來(lái)討論它們對(duì)節(jié)能的影響。
如電熱取暖，設(shè)環(huán)境溫度0°C，為保持室溫為20°C，需要單位時(shí)間用電爐向室內(nèi)供熱Q，則 電能完全轉(zhuǎn)換為熱量，其能量效率?=100%。單從數(shù)量上看，電能完全轉(zhuǎn)化為數(shù)量，已無(wú)節(jié) 能潛力可挖，但若從能量質(zhì)的方面來(lái)分析，電能的能質(zhì)系數(shù)等于1(高級(jí)能量)，而熱量Q的能 質(zhì)系數(shù)(1-T0/T，T0為環(huán)境溫度，T為室溫)僅為0.068，即供能與用能的能質(zhì)相差0.932 。也就是說(shuō)，電能通過(guò)電爐轉(zhuǎn)換為熱量后，其絕大部分(占93.2%)電〖HT5，7〗火〖KG-*2/5 〗用〖HT〗要退化為沒(méi)有任何作功能力的 火 。這是能量使 用上的極大浪費(fèi)。這種浪費(fèi)不是數(shù)量上，而能質(zhì)使用上的浪費(fèi)-將高質(zhì)能用在低質(zhì)能用戶(hù)上 。這種大材小用情況，若僅就數(shù)量分析往往是令人的滿(mǎn)意的。但若從質(zhì)的方面考慮，則十分 不合理。類(lèi)似的浪費(fèi)現(xiàn)象還有用高壓蒸氣供低壓動(dòng)力使用以及用高溫水與低溫水兌成溫水 使用等等。這些都屬于數(shù)量上匹配，而質(zhì)量上不匹配的情況。
1998年全國(guó)電力工業(yè)6000千瓦及以上電廠熱效率僅為33.08%，也可以理解為用很大代價(jià)換來(lái) 的高品位電能，僅作為低品位熱能使用，實(shí)在得不償失。
東南大學(xué)鐘史明教授在《采用電熱鍋爐供熱的商榷》一文中也從理論上分析了用電熱鍋爐供 熱不合理的論述。
鐘教授提出：我國(guó)全國(guó)平均供電效率30%，經(jīng)過(guò)變、輸、配電損失10%才到了用戶(hù)處，電鍋爐 盡管電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苄瘦^高，達(dá)97%，其電鍋爐采暖，一次能源利用率僅為：
30×90×97=26.19%≈26%
而常規(guī)的供熱機(jī)組實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)的一次能源利用率為：背壓機(jī)組80%。抽凝機(jī)組45%，如 采用燃?xì)?蒸氣聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)，其一次能源利用率80%，所以用電鍋爐供熱，其一次 能源利用率只有熱電聯(lián)產(chǎn)供熱的一半以下，是不節(jié)能的。
再?gòu)?火 用 效率來(lái)分析，電鍋爐采暖的 火 用 效率在供熱側(cè)8%，用戶(hù)側(cè)0.8%。因?yàn)橛秒姴膳恰澳苜|(zhì)不匹配”，大材小用 ，實(shí)屬浪費(fèi)。
另清華大學(xué)熱能工程系付林的博士論文-“熱電(冷)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)電力調(diào)峰運(yùn)行研究”中，給 出各類(lèi)采暖系統(tǒng)能耗的比較，
各采暖系統(tǒng)單位熱量一次能耗的比較
從上圖也可看出電鍋爐采暖是一次能耗最高的一種。因而絕不能說(shuō)電鍋爐采暖可節(jié)能。
三、電采暖的工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
電采暖有一些優(yōu)點(diǎn)，但運(yùn)行費(fèi)用高低也是不能不考慮的大問(wèn)題。誰(shuí)都知道坐小臥車(chē)比擠公共 汽 車(chē)舒服，但老百姓還要買(mǎi)月票、坐公共汽車(chē)，上下班“打的”是少數(shù)，個(gè)人開(kāi)小車(chē)上班則是 更少。根據(jù)財(cái)政部、建設(shè)部等七部委財(cái)予(2000)361號(hào)：“關(guān)于建議轉(zhuǎn)發(fā)《城鎮(zhèn)供熱收費(fèi)制 度改革的指導(dǎo)意見(jiàn)》的請(qǐng)示：“今后供熱收費(fèi)體制將改革為：逐步實(shí)行暗補(bǔ)改明補(bǔ)和按熱 量計(jì)量收費(fèi)。由職工所在單位對(duì)職工按工資的一定比例發(fā)放，取暖補(bǔ)貼并計(jì)入工資。總之以 前的“包燒制”將成為歷史，任何供熱方式今后要由住房職工承擔(dān)供暖費(fèi)用。因而各種供熱 方式的基建費(fèi)與運(yùn)行費(fèi)最終要由老百姓承受，不算經(jīng)濟(jì)帳是不行的。
1.《中國(guó)建設(shè)報(bào)》的報(bào)導(dǎo)
《中國(guó)建設(shè)報(bào)》于2000年11月29日刊出文章介紹住宅采暖各類(lèi)供熱方式的年運(yùn)行費(fèi)。列出的 11種采暖方式中的蓄熱式電鍋爐最貴，情況如下表：
2.北京市煤氣熱力設(shè)計(jì)院的資料
北京市煤氣熱力設(shè)計(jì)院段浩儀、黃維林、張曉松高級(jí)工程師曾于1999年發(fā)表《北京市電采暖 方式研究》文中介紹：
華北電力集團(tuán)公司棗林前街宿舍2萬(wàn)平米，電采暖，據(jù)用戶(hù)自己統(tǒng)計(jì)年運(yùn)行費(fèi)每平米25元。
北京供電局變電管理處辦公樓，7000平米電采暖，年運(yùn)行費(fèi)為46.9元/平米。
北京供電局下屬城區(qū)供電局辦公大樓16000平米，按峰谷電價(jià)計(jì)算，僅電費(fèi)為25.8元/平米。
建國(guó)飯店，31500平米，僅電費(fèi)平均20元/平米。
建行西單分理處3000平米的辦公樓，僅電費(fèi)折合17.7元/平米。
該文提出電采暖幾種方式的運(yùn)行成本比較情況見(jiàn)下表。提請(qǐng)大家注意：該表蓄熱式電熱鍋爐 采暖，使用峰谷電價(jià)，運(yùn)行成本仍高達(dá)52.29元/平米。
電采暖運(yùn)行成本估算
單位：元/平方米
電 采 暖
3.中國(guó)國(guó)際工程咨詢(xún)公司的資料
中國(guó)國(guó)際工程咨詢(xún)公司受北京市發(fā)展計(jì)劃委員會(huì)委托于2000年12月提出的《北京城市采暖供 熱方式研究》(討論稿)在不同采暖方式運(yùn)行成本估算中，也是蓄熱式電熱鍋爐采暖最貴，高 達(dá)73.97元/平米。
不同采暖方式運(yùn)行成本估算〖HT5SS〗
4.中國(guó)建筑科學(xué)研究院空調(diào)所的資料
《北京節(jié)能》2000年第5期，刊出中國(guó)建筑科學(xué)研究院空調(diào)所幾位研究人員合寫(xiě)的文章：“ 水蓄熱電鍋爐作為中小型空調(diào)系統(tǒng)熱源的應(yīng)用。”其中以1萬(wàn)平米的北京地區(qū)采暖120天的建 筑為條件對(duì)燃油、燃?xì)夂碗婂仩t對(duì)比，情況如下：
表中“運(yùn)行費(fèi)用”是否僅為電費(fèi)?不祥。
如表所見(jiàn)，全用低谷電時(shí)，一次性投資較大而運(yùn)行費(fèi)最低，實(shí)際要用部分谷電部分平電運(yùn)行 費(fèi)要提高較多。
5.北京節(jié)能技術(shù)服務(wù)中心的資料
為北京某單位供熱12000平米建筑面積的原鍋爐房?jī)?nèi)(原有4t/h鍋爐)，改造為蓄熱式電鍋爐 采暖，因而省去土建費(fèi)用較多。按峰谷電價(jià)做三個(gè)方案比較。
按北京電網(wǎng)規(guī)定：
高峰時(shí)段；8～11時(shí)
18～23時(shí)
非峰谷時(shí)段：11～18時(shí) 7～8時(shí)
低谷時(shí)段：23～7時(shí)
方案設(shè)定：(根據(jù)供暖時(shí)段選擇設(shè)備)
方案一(谷平電)
高峰時(shí)段用蓄熱水箱內(nèi)熱水供暖、保溫。
非峰谷時(shí)段電鍋爐給蓄熱水箱蓄熱，蓄熱水箱熱水供暖。
低谷時(shí)段的電熱鍋爐給蓄熱水箱蓄熱，用蓄熱水箱低溫水供應(yīng)用戶(hù)保溫。
用600KW電熱鍋爐，1×200m3蓄熱水箱。
方案二(全谷電)
高峰時(shí)段，非峰谷時(shí)段用蓄熱水箱內(nèi)的熱水供暖、保溫。低谷時(shí)段電熱鍋爐給蓄熱水箱蓄熱 并且用蓄熱水箱低溫水供應(yīng)用戶(hù)保溫。用1500KW電熱鍋爐，1×200m3蓄熱水箱。
方案三(50%谷平電)
高峰時(shí)段用蓄熱水箱內(nèi)的熱水供暖、保溫。非峰谷時(shí)段50%的時(shí)間用蓄熱水箱內(nèi)的熱水供暖 ，另50%的時(shí)間用電熱鍋爐供暖。
低谷時(shí)段對(duì)蓄熱水箱蓄熱，用蓄熱水箱內(nèi)的低溫水供應(yīng)用戶(hù)保溫。2×600KW電熱鍋爐，1×1 50m3蓄熱水箱。
方案技術(shù)，經(jīng)濟(jì)比較一覽表如下：
工程推薦方案一。
6.北京機(jī)械工程學(xué)會(huì)動(dòng)工工程分會(huì)的資料
張宗譽(yù)高工在“北京市電鍋爐供暖的現(xiàn)狀與分析”的學(xué)術(shù)報(bào)告中，介紹了以下兩個(gè)工程用電 采暖的情況：
大唐公司新建2萬(wàn)平米宿舍樓，用地板輻射采暖，由于按節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)，熱負(fù)荷取值 較小按52W/平米，運(yùn)行一個(gè)采暖季電費(fèi)成本為18元/平米，估算運(yùn)行成本為30元/平米。基建 投資含土建共1300萬(wàn)元折650元/平米。戶(hù)外高壓線(xiàn)有3公里，且雙路進(jìn)線(xiàn)，若不優(yōu)惠的話(huà)， 僅這部分投資就要500～600萬(wàn)元，因而若不優(yōu)惠，則基建投資和運(yùn)行費(fèi)還將提高很多。
東西六條鍋爐房，原為兩臺(tái)1.4兆瓦燃煤鍋爐，供7500平米宿舍采暖。由于是舊平房，熱損 失大，選用兩臺(tái)450KW電鍋爐，兩臺(tái)30立米蓄熱器，全利用夜間低谷電，有全蓄熱系統(tǒng)。計(jì) 算僅電費(fèi)19元/平米.季，估算運(yùn)行成本32元/平米.季基建投資546元/平米。
四、幾點(diǎn)不成熟的看法
從以上幾個(gè)工程實(shí)例分析可知：
1.電采暖不論用何方式，每個(gè)采暖季的運(yùn)行費(fèi)在30～74元/平米，也可理解居住100平米建筑 面積宿舍的職工，每年將支付3000～7400元采暖費(fèi)。目前北京市規(guī)定供暖價(jià)格；
熱力供暖價(jià)格：供應(yīng)旅游飯店、飯館、使館、出租公寓的價(jià)格(每采暖季、每建筑平方米)為 30元，其他供應(yīng)對(duì)象為20元。
鍋爐供暖價(jià)格：
燃煤鍋爐供暖價(jià)格：供應(yīng)旅游飯店、出租公寓的價(jià)格為28元，其他供應(yīng)對(duì)象為18元(沒(méi)有二 次熱交換的16元)。
燃油(柴油)、燃?xì)?天然氣、煤氣)鍋爐供暖價(jià)格供應(yīng)居民的價(jià)格為28元，其他供應(yīng)對(duì)象為35 元。
用電采暖的基建費(fèi)高，是所有資料的一致的看法，運(yùn)行費(fèi)也較常規(guī)采暖高。
推廣電采暖一定要考慮老百姓的承受能力。
2.電鍋爐采暖一定要裝蓄熱器。這也是目前電力系統(tǒng)積極宣傳推廣電鍋爐，可以消峰填谷有 利于電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的最重要理由。但據(jù)《中國(guó)電力報(bào)》2001年1月4日在“電鍋爐擠占市場(chǎng)不 言休”一文中指導(dǎo)：“目前全國(guó)應(yīng)用電鍋爐近一萬(wàn)臺(tái)，約100萬(wàn)千瓦，其中蓄熱式電鍋爐僅 占10%左右”。也就是推廣電鍋爐可削峰填谷的本意未達(dá)到，只是增加了電力負(fù)荷，供電局 營(yíng)業(yè) 部增加了銷(xiāo)售電量。
3.根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，就是裝蓄熱器的工程，也要進(jìn)一步分析，如何利用峰谷電價(jià)差，合 理選擇設(shè)備。全用低谷電，對(duì)電力系統(tǒng)有好處可真正起到削峰填谷作用，但基建投資增加很 多，因蓄熱器和電鍋爐投資增大很多。根據(jù)北京節(jié)能技術(shù)服務(wù)中心的工程分析，以用谷電為 主，用部分非峰時(shí)段的電才是最經(jīng)濟(jì)合理的方案。
對(duì)于大量的未裝蓄熱器的電鍋爐采暖工程，18～23時(shí)是用電高峰，也是采暖用熱的高峰對(duì)電 力系統(tǒng)不僅不能削峰填谷，反而增加尖峰負(fù)荷，實(shí)則自討苦吃。
4.推廣電采暖要進(jìn)行全面的分析論證
目前一些宣傳電采暖的資料，在進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析時(shí)，強(qiáng)調(diào)用電方便舒適的多，真正算經(jīng)濟(jì) 帳的少。少數(shù)資料也做方案比較，但是僅計(jì)算一個(gè)建筑和一個(gè)單位內(nèi)部用電采暖的基建費(fèi)和 運(yùn)行 費(fèi)。電源建設(shè)和輸、變電費(fèi)用均未計(jì)算。目前電力系統(tǒng)為推廣電采暖取消了增容費(fèi)和電貼， 但這屬于政策性的問(wèn)題，今天你不花錢(qián)，但是國(guó)家要出錢(qián)，省是省不掉的。
5.對(duì)北京市大力推廣電采暖的看法
根據(jù)《北京城市采暖方式研究》介紹北京發(fā)展采暖的情況如下：
北京用電采暖消耗的電量，如按發(fā)電設(shè)備年利用小時(shí)5000計(jì)算，則2005年僅供電采暖就需新
建電廠裝機(jī)36.6萬(wàn)千瓦，按5000元/千瓦基建投資計(jì)，則需18.3億元。
上述資料同時(shí)介紹：“由于北京地區(qū)電源不足，需要由區(qū)外送入大量電力，但目前西電東送 的通道不足，抗嚴(yán)重干擾的能力較差，存在著不安全的隱患，市區(qū)變電站站點(diǎn)少，互相支持 的能力不足，配電網(wǎng)改造和建設(shè)跟不上，用戶(hù)用電還受到一定制約。”這意味著上述問(wèn)題的 解決，還需投入大量的資金。
上述資料同時(shí)指出：2005年北京需要外來(lái)電力的比重為66%，2010年將增加至69.4%大量外來(lái) 電力將為北京供電的安全性，構(gòu)成較大的威脅。
山西、內(nèi)蒙到北京的500KW高壓輸電線(xiàn)將有200～100公里，兩側(cè)的升壓、降壓變電站，北京 市內(nèi)的220KV變電站和配電線(xiàn)路又是一大筆可觀的投資。據(jù)介紹北京建一個(gè)220KW變電站平均 造價(jià)需1億元，而西大望路變電站則需4.6億元(半地下、地下三層、地上三層，占地7769平 米，總建筑面積21201平米)。配電系統(tǒng)也是一筆很大的投資。
北京到2005年投入1750萬(wàn)平米電采暖的電源建設(shè)和輸、變配電建設(shè)所需資金粗算將需25億元 ，需終要反映到老百姓頭上，不考慮是不行的。
6.國(guó)家目前的政策仍是節(jié)約用電
國(guó)家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì)、國(guó)家發(fā)展計(jì)劃委員會(huì)于2000年12月29日發(fā)文：國(guó)經(jīng)貿(mào)資源［2000］12 56號(hào)“關(guān)于印發(fā)《節(jié)約用力管理辦法》的通知”。
文件主要精神是再次重申節(jié)約用電。其中第9條：用電負(fù)荷在500千瓦及以上或年用量在300 萬(wàn) 千瓦時(shí)及以上的用戶(hù)應(yīng)當(dāng)按照《企業(yè)設(shè)備電能平衡通則》(GB/T3484)規(guī)定，委托具有檢測(cè)技 術(shù)條件的單位每二至四年進(jìn)行一次電平衡測(cè)試，并據(jù)此制訂切實(shí)可行的節(jié)約用電措施。
用電采暖，用電負(fù)荷多數(shù)是在500千瓦以上，因而都應(yīng)制訂節(jié)約用電措施，而不是電賣(mài)不出 去盡量多用。
五、電蓄熱鍋爐采暖優(yōu)點(diǎn)與不足
優(yōu)點(diǎn)
1.沒(méi)有燃煤產(chǎn)物，沒(méi)有污染不產(chǎn)生噪音，屬于所在地區(qū)的“0”排放。
2.大量使用低谷電，可解決電網(wǎng)削峰填谷，提高電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)的效益。(不裝蓄熱器則達(dá)不 到此目的。)
3.自動(dòng)化的水平高，負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，運(yùn)行操作靈活簡(jiǎn)單，值班人員只需要監(jiān)視司爐可穿白 大褂，車(chē)間內(nèi)養(yǎng)金魚(yú)。
4.運(yùn)行安全可靠。
不足
1.運(yùn)行成本比常規(guī)采暖方式要貴，基建投資比常規(guī)熱電聯(lián)產(chǎn)供熱高，是用高代價(jià)換取環(huán)保效 益。
2.蓄熱器所需體積大，占用建筑面積大，老鍋爐房改造要考慮是否能容下。
3.供熱溫度隨時(shí)可升高或降低，故中間要用非峰谷時(shí)間段來(lái)加熱，以保供熱質(zhì)量。
4.電采暖是在一定條件下的“大材小用”“高質(zhì)低用”，絕無(wú)節(jié)能效益而言。
六、電蓄熱鍋爐的適用條件
1.天然氣管網(wǎng)或城市供熱管網(wǎng)在近期達(dá)不到的地方而環(huán)保又不允許燒煤的地方。
2.水電豐富的地區(qū)而常規(guī)能源又很缺乏的地區(qū)。有的中小水電站還有棄水現(xiàn)象，故應(yīng)發(fā)展電 采暖。
3.大中城市、旅游城市、為環(huán)境效益，防止煙煤型污染禁用燃煤而熱電聯(lián)產(chǎn)又達(dá)不 到的地區(qū)可用。例如北京為申辦奧運(yùn)改善環(huán)保，在規(guī)劃市區(qū)面積僅占全市總面積的6%，卻集 中了50%的人口、80%的建筑、60%的工業(yè)產(chǎn)值及70%的能源消耗，因而環(huán)保問(wèn)題成為奧運(yùn)的重 點(diǎn)問(wèn)題。在老城區(qū)搞些電采暖作為集中供熱的補(bǔ)充也是可行的。但居住者應(yīng)為高收入階層。
4.大中城市的郊區(qū)公寓、別墅、賓館等要求生活質(zhì)量高的地區(qū)與場(chǎng)所，無(wú)法實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)而 小型燃機(jī)熱電冷聯(lián)產(chǎn)暫時(shí)不易實(shí)現(xiàn)的地區(qū)，用電采暖供熱、制冷空調(diào)也是可行的。
5.實(shí)行峰谷電價(jià)而峰谷電價(jià)差距較大的地區(qū)，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較論證后，確有優(yōu)勢(shì)的地區(qū) 方可使用。勿聽(tīng)信不負(fù)責(zé)任的宣傳，盲目照搬外地的“經(jīng)驗(yàn)”。
6.距離高壓電源較近的地方，架設(shè)高壓輸電線(xiàn)短、投資省、變電設(shè)備也無(wú)需增容擴(kuò)建時(shí)，經(jīng) 技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證合理后可用(請(qǐng)注意戶(hù)外高壓線(xiàn)，電力局會(huì)要求雙路進(jìn)線(xiàn)，增加投資較多)。
電采暖是多種采暖方式的一種，但其背后又是一個(gè)系統(tǒng)工程。把一個(gè)系統(tǒng)分成若干個(gè)互相獨(dú) 立的部分來(lái)研究，容易將其看成是孤立的、靜止的，所得結(jié)論也是只能在一個(gè)局部條件下適 用。如果放大到更大范圍來(lái)研究，就可能看出其結(jié)論是負(fù)面的，甚至是錯(cuò)誤的。
總之要進(jìn)行全面的科學(xué)論證，在經(jīng)濟(jì)合理的條件下，再進(jìn)行電采暖的技術(shù)改造，切勿草率從 事。
聯(lián)系電話(huà)：010-66032298
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關(guān)鍵詞：智能化;電氣自動(dòng)化;電氣設(shè)計(jì);質(zhì)量監(jiān)控
Abstract: along with the development of high and new technology, the advent of the information age, intelligent building in architectural design in the industry has become a kind of fashion and symbol. More and more new intelligent residential area has become the hot spot of the residential construction. In intelligent residential project design, electric is one of the very important part of it, the paper mainly discusses the intelligent building electrical equipment automation content, intelligent building equipment the composition of the system, and proposes the remote processor installation technology requirements. And the intelligent building electrical installation, the quality monitoring and the total construction design plan some requirements analysis.
Keywords: intelligence; Electrical automation; Electrical design; Quality monitoring
中圖分類(lèi)號(hào)： TU976+.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：
1智能建筑電氣設(shè)備自動(dòng)化的內(nèi)容
目前智能建筑又稱(chēng)為“3A建筑”，主要包括辦公自動(dòng)系統(tǒng)（OAS）、建筑電氣設(shè)備自動(dòng)化（BAS）、通信自動(dòng)化系統(tǒng)（CAS）。因此智能建筑電氣設(shè)備自動(dòng)化為智能建筑系統(tǒng)中的一個(gè)重要系統(tǒng)之一，是采用具有高信息處理能力的微處理機(jī)（即中央處理機(jī)）通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)整個(gè)建筑物的空調(diào)、供熱、給排水、變配電、照明、電梯、消防、廣播音響、閉路電視、通信、防盜、巡更等眾多設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量、監(jiān)視和全面監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的管理，從而提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性，節(jié)省人力、物力和能源，降低設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用，隨時(shí)掌握設(shè)備狀態(tài)及運(yùn)行時(shí)間、能量的消耗及變化等。因此其主要內(nèi)容有：各種設(shè)備按規(guī)定時(shí)間進(jìn)行啟停控制，以達(dá)到節(jié)約能源的目的；供電系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、供排水系統(tǒng)、冷熱源等的參數(shù)調(diào)節(jié)控制監(jiān)視和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)；對(duì)各種設(shè)備運(yùn)行時(shí)間積累和維修期限達(dá)到報(bào)警，以便及時(shí)更換或維修服役期滿(mǎn)的設(shè)備，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，提高服務(wù)質(zhì)量；根據(jù)建筑實(shí)際需要的冷負(fù)荷，自動(dòng)控制冷水機(jī)組投入運(yùn)行的設(shè)備臺(tái)數(shù)，達(dá)到最佳的運(yùn)行方式；據(jù)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間自動(dòng)更換工作和備用設(shè)備，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命；對(duì)各種能源消耗進(jìn)行計(jì)量和計(jì)費(fèi)；各種文本的自動(dòng)生成和打印。
2智能建筑設(shè)備系統(tǒng)的構(gòu)成
智能建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)是以分布在建筑各處的遠(yuǎn)程處理機(jī)和中央處理系統(tǒng)設(shè)備，通過(guò)總線(xiàn)橋進(jìn)行信息交換的，主要包括系統(tǒng)設(shè)備（包括主機(jī)、網(wǎng)關(guān)、通訊設(shè)備、DDC、控制屏等）、系統(tǒng)輸入設(shè)備（包括各類(lèi)溫、濕、壓力、流量、電量傳感器、水流開(kāi)關(guān)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備）和輸出設(shè)備（包括各類(lèi)風(fēng)門(mén)、執(zhí)行器、閥門(mén)及其執(zhí)行機(jī)構(gòu)等）等。按結(jié)構(gòu)方式分成四大類(lèi)：中央處理機(jī)系統(tǒng)設(shè)備：由操作鍵盤(pán)、彩色顯示器、打印機(jī)、中央電腦、數(shù)字化儀等組成;遠(yuǎn)程處理機(jī):智能建筑可以采用TA6711和TA6585兩種型號(hào)的RPU設(shè)備，這兩種型號(hào)的RPU功能基本一致，區(qū)別在于其輸入輸出接口的配置不同。RPU也可單獨(dú)使用或通過(guò)各種設(shè)備組合經(jīng)過(guò)總線(xiàn)橋接到M7中央系統(tǒng)，構(gòu)成2級(jí)控制系統(tǒng)。總線(xiàn)橋：是一個(gè)用于2級(jí)控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)微處理器。它有8條通信線(xiàn)路，每條通信線(xiàn)路可連接30個(gè)區(qū)域控制器及10個(gè)RPU。測(cè)量元件和控制件：通常采用的測(cè)量元件有各種型號(hào)的溫度傳感器、濕度傳感器、液位傳感器、壓差傳感器、流量傳感器、功率變換器等。控制器件包括各種型號(hào)的帶執(zhí)行機(jī)構(gòu)的二通閥、三通閥和直流24V的繼電器。
3遠(yuǎn)程處理機(jī)的安裝技術(shù)要求
要求遠(yuǎn)程處理機(jī)的安裝要求樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)與各RPU之間的通信是透明的，可利用同一線(xiàn)路不同的RPU完成同一個(gè)控制系統(tǒng)。一般而言，BAS系統(tǒng)大量監(jiān)控的是空調(diào)機(jī)組，所以將RPU布置在機(jī)房之中或附近，把空調(diào)機(jī)組控制系統(tǒng)使用后剩余的輸入輸出接口用于連接附近的水流量計(jì)、水位信號(hào)、照明控制等。為了日后的發(fā)展，RPU的接口要留出20%～30%為宜。BAS線(xiàn)路安裝要求。在BAS進(jìn)行布線(xiàn)時(shí)，要注意某些線(xiàn)路需要專(zhuān)門(mén)的導(dǎo)線(xiàn)，如BAS的通信線(xiàn)路、溫度濕度傳感器線(xiàn)路、水位浮子開(kāi)關(guān)線(xiàn)路、流量計(jì)線(xiàn)路等，它們一般需要屏蔽線(xiàn)，或者由制造商提供專(zhuān)門(mén)的導(dǎo)線(xiàn)。電源線(xiàn)與信號(hào)、控制電纜應(yīng)分槽、分管敷設(shè)；DDC、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)控制器、網(wǎng)關(guān)等電子設(shè)備的工作接地應(yīng)連在其他弱電工程共用的單獨(dú)的接地干線(xiàn)上。
4智能建筑電氣安裝中質(zhì)量監(jiān)控
電氣施工安裝中，管理人員只有努力提高自身的素質(zhì)和專(zhuān)業(yè)能力，才能做好質(zhì)量的監(jiān)控。
4.1認(rèn)真閱圖是做好質(zhì)量監(jiān)控的前提圖紙是施工階段的前提和依據(jù)，只有詳細(xì)消化圖紙，對(duì)工程每一系統(tǒng)做到心中有數(shù)，才能在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和糾正錯(cuò)誤，做到對(duì)工程質(zhì)量的預(yù)控。電氣工程系統(tǒng)設(shè)備先進(jìn)、管線(xiàn)繁鎖。在電氣施工前的每一階段，都要仔細(xì)地審圖和校圖，特別是對(duì)每一份設(shè)計(jì)修改通知單，都要認(rèn)真地進(jìn)行管理，逐一描繪到藍(lán)圖上。只有利用這樣的修改藍(lán)圖，進(jìn)行工程質(zhì)量的監(jiān)控，才能糾正一個(gè)又一個(gè)錯(cuò)誤，保證系統(tǒng)的安全性、正確性和質(zhì)量的安全可靠性。
4.2熟悉規(guī)范，把好質(zhì)量關(guān)電氣施工質(zhì)量規(guī)范條框較多，監(jiān)控人員要結(jié)合工程實(shí)際，邊干邊學(xué)，不斷積累，牢記規(guī)范條例。在監(jiān)控工作中，一定要有強(qiáng)烈的事業(yè)心和責(zé)任感，仔細(xì)認(rèn)真，勤動(dòng)筆頭，不怕麻煩；深入現(xiàn)場(chǎng)，拉下面子，嚴(yán)格質(zhì)量管理。材料的質(zhì)量和性能是施工質(zhì)量好壞的關(guān)鍵，要始終把材料設(shè)備質(zhì)量的監(jiān)控貫穿于工程建設(shè)的全過(guò)程。只有嚴(yán)禁偽劣產(chǎn)品用于工程，才能保證電氣施工工程的安全在可事。矢能建筑論文集專(zhuān)刊。
4.3實(shí)現(xiàn)質(zhì)量目標(biāo)的預(yù)控既然質(zhì)量目標(biāo)是優(yōu)質(zhì)工程，那么如何具體來(lái)實(shí)現(xiàn)呢？我們認(rèn)為：甲方、監(jiān)理、施工管理人員首先必須分清工程中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，凡事有預(yù)則明，有明則清。反之，不預(yù)則廢，在電氣質(zhì)量監(jiān)控中，確定配電裝置、電力電纜、配電箱三個(gè)重點(diǎn)設(shè)備管、補(bǔ)管、交接等重點(diǎn)協(xié)調(diào)環(huán)節(jié)，明確關(guān)鍵，制訂措施，根據(jù)規(guī)范進(jìn)行超前監(jiān)控，達(dá)到對(duì)工程質(zhì)量的預(yù)控。其次，必須在監(jiān)控好重點(diǎn)環(huán)節(jié)后以點(diǎn)帶面，促動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)工程的質(zhì)量監(jiān)控。電氣工程除了設(shè)備材料的施工質(zhì)量外，系統(tǒng)的功能也是重要一環(huán)。在知識(shí)經(jīng)濟(jì)、信息技術(shù)高度發(fā)展的時(shí)代，先進(jìn)的設(shè)備不斷出現(xiàn)，功能不斷增強(qiáng)，而同一產(chǎn)品，功能的差異往往造成價(jià)格的明顯不同。所以，在監(jiān)控中，一定要根據(jù)合同仔細(xì)推敲，嚴(yán)格管理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)具備的功能，成為分項(xiàng)的優(yōu)質(zhì)工程的要求。
5總平面圖施工設(shè)計(jì)若干要求
5.1供電系統(tǒng)（含特殊電源）、電力系統(tǒng)、室內(nèi)外照明、防雷、防靜電、接地及其他安全用電措施，其變電所及配電所的位置、設(shè)備選擇、設(shè)備及線(xiàn)路布置原則符合初步設(shè)計(jì)及其批復(fù)文件要求，材料選擇合理，有關(guān)措施，能滿(mǎn)足生產(chǎn)及使用要求。在總平面圖上，應(yīng)繪制電力電源的進(jìn)線(xiàn)及敷設(shè)方式（從建筑軸線(xiàn)外起至建筑內(nèi)受電處止），說(shuō)明電源引入配電所或變電所的方式及樓層或標(biāo)高，必要時(shí)須做出局部剖面圖予以交待。
5.2繪出建筑物內(nèi)部配電或變電所的位置，并說(shuō)明配電所及變電所需求電力電容器容量及變壓器裝機(jī)容量。通信系統(tǒng)、自控系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)的站房及設(shè)備選擇及線(xiàn)路布置原則符合初步設(shè)計(jì)及其批復(fù)文件要求，具體布線(xiàn)及有關(guān)措施合理，能滿(mǎn)足生產(chǎn)及使用要求。
5.3在總平面圖上繪制通信交接間（箱）的位置，并標(biāo)出通信干線(xiàn)引入的人孔位置及規(guī)格型號(hào)。選用人孔須標(biāo)出其引用的標(biāo)準(zhǔn)圖號(hào)，非標(biāo)的必須出大樣圖說(shuō)明。對(duì)建筑通信規(guī)模、容量及組成情況亦需加以說(shuō)明。對(duì)有線(xiàn)電視系統(tǒng)，應(yīng)繪制信號(hào)同軸電纜的進(jìn)線(xiàn)方向、位置，并標(biāo)示出規(guī)格型號(hào)。涉及有“建筑智能化”系統(tǒng)中相關(guān)系統(tǒng)工程的管線(xiàn)走向及埋要求，須在總平面中繪制。（智能化系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)下面有詳細(xì)說(shuō)明）。
5.4室外電氣管線(xiàn)與其他專(zhuān)業(yè)管線(xiàn)出現(xiàn)平行排列或交錯(cuò)排列等復(fù)雜方式時(shí)，應(yīng)繪制局部剖面圖交待高度、埋深、間距和特殊的防護(hù)處理措施。對(duì)有防腐蝕、防爆、恒溫、恒濕及其他特殊要求的生產(chǎn)環(huán)境（如空氣潔凈度、防微振、防靜電及電磁兼容等）有關(guān)強(qiáng)弱電系統(tǒng)，要按初步設(shè)計(jì)及其批復(fù)文件的要求，采取合理、可*的總體布局，以滿(mǎn)足生產(chǎn)及使用要求。
6 結(jié)語(yǔ)
關(guān)鍵詞：能耗； 綠色數(shù)據(jù)庫(kù)； 能耗有效性； 能耗同比性
中圖分類(lèi)號(hào)： TP392文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A英文標(biāo)題
0引言
自哥本哈根大會(huì)之后，建設(shè)低碳社會(huì)已經(jīng)成為全球共識(shí)。面向可持續(xù)發(fā)展的低成本、低能耗的新型計(jì)算系統(tǒng)、模型和應(yīng)用的研究，或稱(chēng)為綠色計(jì)算，已成為未來(lái)信息技術(shù)領(lǐng)域面臨的重大挑戰(zhàn)[1-2]。在當(dāng)前的以數(shù)據(jù)為中心的計(jì)算模式下，研究節(jié)能的綠色數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)不僅具有顯著的應(yīng)用價(jià)值和社會(huì)意義，同時(shí)對(duì)于推動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域的發(fā)展也具有重要的科學(xué)意義。綠色數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)目前還沒(méi)有統(tǒng)一的定義，其主要的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的低能耗，同時(shí)兼顧性能。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)通常以高性能為目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，沒(méi)有充分考慮數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與操作時(shí)的能耗有效性（Energy Efficiency），更沒(méi)有考慮能耗的均衡性（Energy Proportionality）。所謂能耗有效性[3]，通常指使用更少的電能來(lái)提供相同的服務(wù)，例如緩沖區(qū)管理、查詢(xún)執(zhí)行等。能量均衡性，是指數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的能耗應(yīng)隨著負(fù)載的變化而動(dòng)態(tài)調(diào)整[4]。由于能耗在現(xiàn)有大型數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（通常是數(shù)據(jù)中心）中的費(fèi)用比例逐年升高（目前大約占總能耗的16%左右）[5]，不僅給企業(yè)帶來(lái)了沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，所帶來(lái)的碳排放問(wèn)題也會(huì)帶來(lái)一系列的社會(huì)問(wèn)題和國(guó)際影響。因此，研究能耗有效和能耗同比的綠色數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，降低數(shù)據(jù)管理的能耗，已經(jīng)成為政府、企業(yè)和學(xué)術(shù)界普遍關(guān)心的焦點(diǎn)問(wèn)題之一。對(duì)于我國(guó)而言，發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的綠色數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，推動(dòng)我國(guó)新一代信息產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展，對(duì)于我國(guó)在21世紀(jì)確立國(guó)際戰(zhàn)略?xún)?yōu)勢(shì)地位也具有至關(guān)重要的意義。
綠色數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)以低能耗為主要的設(shè)計(jì)目標(biāo)，同時(shí)兼顧性能。這與傳統(tǒng)的以高性能為主要目標(biāo)的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)有很大的差別。自2008年以來(lái)，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的能耗問(wèn)題已逐步引起國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛重視。2008年，在全球資深數(shù)據(jù)庫(kù)研究人員論壇（Senior Database Researcher Meeting）上（全球數(shù)據(jù)庫(kù)資深研究人員每3～5年召開(kāi)一次會(huì)議，研討未來(lái)數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域的發(fā)展方向。自1988年以來(lái)，會(huì)議所的報(bào)告已成為數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域?qū)W術(shù)研究的指南針），來(lái)自全世界的數(shù)據(jù)庫(kù)學(xué)者一致提出應(yīng)當(dāng)“設(shè)計(jì)低能耗但不犧牲伸縮性的節(jié)能型DBMS （designing poweraware DBMSs that limit energy costs without sacrificing scalability）”[6]。能耗問(wèn)題也成為最近數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域著名會(huì)議和期刊的討論熱點(diǎn)，如SIGMOD 2010、ICDE 2010、PVLDB 2010、EDBT 2011等。在SIGMOD 2010上，HP Labs的研究人員系統(tǒng)分析了現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的能耗有效性[7]；在ICDE 2010上，美國(guó)南佛羅里達(dá)大學(xué)的研究人員分析了數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中能耗和性能之間的協(xié)調(diào)問(wèn)題[8]；在2010年的Proceedings of VLDB Endowments上，美國(guó)威斯康星大學(xué)的研究者分析了MapReduce集群上的能耗有效性問(wèn)題[9]；在CIDR 2009上，來(lái)自Amazon的研究人員討論了數(shù)據(jù)中心的能耗有效性[10]；在EDBT 2011上，加州伯克利大學(xué)勞倫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員對(duì)利用復(fù)制機(jī)制實(shí)現(xiàn)磁盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)的能耗同比性進(jìn)行了研究[11]。此外，由于閃存（Flash Memory）以及固態(tài)硬盤(pán)（Solid State Disks，SSD）具有耗電少、無(wú)機(jī)械延遲等特點(diǎn)，許多研究者提出在綠色數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中應(yīng)當(dāng)考慮閃存的使用[7， 13]，并對(duì)閃存和磁盤(pán)的能耗進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試[12]。但是，如何在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)存儲(chǔ)體系中合理地安排閃存，仍是一個(gè)待解決的問(wèn)題，例如如何建立閃存和磁盤(pán)混合存儲(chǔ)系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)高性能和低能耗的目標(biāo)。在ICDE 2010上，研究者們還專(zhuān)門(mén)開(kāi)設(shè)了一個(gè)Panel“Database architecture （R）evolution： New hardware vs. new software”來(lái)討論如何在數(shù)據(jù)庫(kù)體系結(jié)構(gòu)中合理使用閃存等問(wèn)題。總體而言，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的能耗有效性和能耗同比性問(wèn)題已經(jīng)成為國(guó)際上的研究熱點(diǎn)和趨勢(shì)，但已有工作集中在能耗有效性的測(cè)試分析上，尚未揭示數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)性能與能耗之間的影響規(guī)律，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)能耗有效性和能耗同比性的諸多關(guān)鍵問(wèn)題（如混合存儲(chǔ)管理、數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)集群中的存儲(chǔ)分配等）還缺乏有效的解決方案。
能耗感知的綠色數(shù)據(jù)管理技術(shù)涉及到數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)架構(gòu)以及存儲(chǔ)架構(gòu)的重新設(shè)計(jì)，同時(shí)需要解決其中出現(xiàn)的一些新問(wèn)題，具有很大的挑戰(zhàn)性。研究綠色數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)能耗有效性和均衡性問(wèn)題，不僅可以為構(gòu)建我國(guó)自主產(chǎn)權(quán)的綠色DBMS奠定基礎(chǔ)，還可以為綠色數(shù)據(jù)中心的建設(shè)以及能耗有效的操作系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)提供有力的支持。
本文綜述了能耗感知的綠色數(shù)據(jù)管理技術(shù)，分析了綠色計(jì)算及低能耗計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展概況，給出了能耗有效的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀，討論了面向集群的能耗同比性技術(shù)及存在的問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上對(duì)綠色數(shù)據(jù)庫(kù)未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行了展望。
1綠色計(jì)算與低能耗計(jì)算機(jī)系統(tǒng)
1.1綠色計(jì)算
綠色計(jì)算可以看作是建立計(jì)算機(jī)行業(yè)的環(huán)境友好型和可持續(xù)發(fā)展型的新型計(jì)算模式。Murugesan 等將綠色計(jì)算領(lǐng)域定義[16]為：旨在有效地設(shè)計(jì)、制造、使用和部署計(jì)算機(jī)、服務(wù)器和相關(guān)子系統(tǒng)（如：顯示器、打印機(jī)、存儲(chǔ)設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)和通信系統(tǒng)）來(lái)使得它們最小程度上或根本上不去影響和破壞環(huán)境的一切研究和實(shí)踐。
隨著有限的自然資源和當(dāng)今不斷增長(zhǎng)的計(jì)算中能源消耗之間不可調(diào)和的矛盾發(fā)展，降低能耗是大勢(shì)所趨，能量有效也就構(gòu)成了綠色計(jì)算研究中的焦點(diǎn)。它以保證計(jì)算系統(tǒng)的高效、可靠及提供普適化服務(wù)為前提，以計(jì)算系統(tǒng)的低耗為目標(biāo)，面向新型計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和包括云計(jì)算在內(nèi)的新型計(jì)算模式，通過(guò)構(gòu)建能耗感知的計(jì)算系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)環(huán)境和計(jì)算服務(wù)體系，為日益普適的個(gè)性化、多樣化信息服務(wù)方式提供低能耗支撐環(huán)境[1]。
綠色計(jì)算的發(fā)展，在工業(yè)界，表現(xiàn)為在不斷追求快速發(fā)展的計(jì)算機(jī)性能前提下，采用有效的技術(shù)或生產(chǎn)過(guò)程來(lái)降低產(chǎn)品和服務(wù)所需要的能量消耗。最早采取的措施為1992年由美國(guó)政府主導(dǎo)的，主要針對(duì)消費(fèi)性電子產(chǎn)品的能源節(jié)約計(jì)劃——能源之星（Energy Star），最早計(jì)劃的產(chǎn)品主要是電腦等資訊電器，之后逐漸延伸到電機(jī)、辦公室設(shè)備、照明、家電等，后來(lái)還擴(kuò)展到了建筑。對(duì)于自發(fā)配合此計(jì)劃的廠家生產(chǎn)的合格產(chǎn)品上貼有能源之星的標(biāo)簽，現(xiàn)在幾乎所有的筆記本電腦上都能看到這樣的標(biāo)簽。在國(guó)內(nèi)，2010年，中國(guó)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)在國(guó)家環(huán)境保護(hù)部的支持下，也開(kāi)展了中國(guó)綠色之星計(jì)劃和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨，各大企業(yè)數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器數(shù)量增加迅猛，服務(wù)器和冷卻裝置用電量巨大。以Google為例，2005—2010年間，Google服務(wù)器數(shù)量增加了一倍。在冷卻技術(shù)上新的節(jié)能方法有Google提出冷水塔和“蒸發(fā)法”降溫法等。近期，計(jì)算機(jī)行業(yè)的那些大企業(yè)紛紛表示有意將自己的數(shù)據(jù)中心遷移到氣溫寒冷的地方。例如：冰島，當(dāng)?shù)氐牡蜏丨h(huán)境和豐富的地?zé)豳Y源為數(shù)據(jù)中心的發(fā)展提供了得天獨(dú)厚的條件。
在學(xué)術(shù)界，自計(jì)算機(jī)創(chuàng)建以來(lái)，一直進(jìn)行關(guān)于降低計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能量消耗的研究，已有的研究工作大部分集中于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和便攜式嵌入式系統(tǒng)的硬件方面。如：傳感器、無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信系統(tǒng)等。 最近大家開(kāi)始大量關(guān)注大型計(jì)算機(jī)服務(wù)器系統(tǒng)和集群系統(tǒng)的能耗問(wèn)題。總的來(lái)說(shuō)，集中在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的方方面面：芯片/硬件層、系統(tǒng)層、軟件層和應(yīng)用層。
1.2低能耗計(jì)算機(jī)系統(tǒng)
低能耗的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)研究是隨著綠色計(jì)算概念的提出和發(fā)展而逐步引起人們重視的。綠色計(jì)算強(qiáng)調(diào)有效地利用資源計(jì)算，降低對(duì)計(jì)算資源的要求與環(huán)境影響，從而最大限度地提高經(jīng)濟(jì)活力，有效減少使用對(duì)環(huán)境有害的材料[1]。低能耗的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)研究涉及了系統(tǒng)能耗測(cè)量與評(píng)價(jià)、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)通信與服務(wù)、系統(tǒng)軟件，以及數(shù)據(jù)中心等多個(gè)層面[1-2，15-16]。
在系統(tǒng)能耗測(cè)量方面，通常采用硬件測(cè)量、理論計(jì)算、軟件模擬3種方法[1]。硬件測(cè)量指對(duì)被測(cè)量的硬件設(shè)備外接儀器得到實(shí)時(shí)的電壓和電流，進(jìn)而算出功率和功耗，該方法需要專(zhuān)用硬件支持，但精確度高；理論計(jì)算方法根據(jù)工作頻率或電壓計(jì)算其處理器的功耗，根據(jù)工作狀態(tài)計(jì)算硬盤(pán)等外部設(shè)備的功耗，從而計(jì)算出整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功耗，但精度欠佳；軟件模擬法主要采用峰值功耗估算模型和動(dòng)態(tài)功耗模擬模型來(lái)獲得節(jié)點(diǎn)級(jí)的粗粒度功耗，但這種方法同樣存在精度低的問(wèn)題。
在低能耗的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)方面，通常采用低功耗處理器構(gòu)建低能耗計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)來(lái)降低系統(tǒng)能耗，如美國(guó)的卡耐基梅隆大學(xué)（CMU）和Intel針對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用，提出了一個(gè)全新的低功耗集群架構(gòu)FAWN[17]。周學(xué)海等針對(duì)嵌入式系統(tǒng)和分時(shí)系統(tǒng)的能耗問(wèn)題提出了動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整[18]、動(dòng)態(tài)處理器頻率調(diào)整[19]、能耗優(yōu)化的任務(wù)調(diào)度方法[20]等能耗控制方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這些方法對(duì)于均衡能耗和性能十分有效。
在網(wǎng)絡(luò)通信與服務(wù)方面，綠色技術(shù)結(jié)合休眠機(jī)制作為國(guó)際前沿研究領(lǐng)域，是通過(guò)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)優(yōu)化能耗的典型[21]。此外，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與能耗的關(guān)系在無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)中也被廣泛研究[22-23]。
在低能耗的系統(tǒng)軟件方面，目前的研究通常關(guān)注于操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)層面的設(shè)計(jì)（如CPU 設(shè)計(jì)、存儲(chǔ)層次、數(shù)據(jù)通路等）。由于操作系統(tǒng)及虛擬機(jī)管理器等系統(tǒng)軟件能夠從全局層次考慮硬件設(shè)備的功耗狀態(tài)，在滿(mǎn)足計(jì)算系統(tǒng)高性能、高可靠的前提下，可為每個(gè)計(jì)算任務(wù)靈活、方便地提供能耗最優(yōu)的資源分配與任務(wù)調(diào)度的執(zhí)行環(huán)境。因此，設(shè)計(jì)低能耗的系統(tǒng)軟件是降低計(jì)算系統(tǒng)整體能耗的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)前，對(duì)系統(tǒng)軟件降耗技術(shù)的研究主要集中在操作系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)功耗管理、設(shè)備資源管理、核間節(jié)能調(diào)度以及虛擬機(jī)管理器的電源管理上[1]，例如文獻(xiàn)[19]中提出了基于性能能耗權(quán)衡模型的動(dòng)態(tài)調(diào)頻策略并在Linux上進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。此外，近年來(lái)在數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域也提出了研究能耗有效的DBMS的設(shè)想[3]，但總體上還集中于高層體系結(jié)構(gòu)的討論上，對(duì)于其中的關(guān)鍵問(wèn)題研究較少。
在數(shù)據(jù)中心方面，能耗問(wèn)題是近年來(lái)的一個(gè)熱點(diǎn)。數(shù)據(jù)中心的能耗通常通過(guò)電能使用效率（Power Usage Effectiveness，PUE）來(lái)衡量——PUE=數(shù)據(jù)中心總設(shè)備能耗（Total Facility Power）/IT設(shè)備能耗（IT Equipment Power）。PUE是2006年由微軟的Christian Belady首先提出的用于衡量數(shù)據(jù)中心能效的一個(gè)比值，基準(zhǔn)值是2，越接近1表明能效越好。該概念已被許多知名服務(wù)器廠商所認(rèn)可。低能耗的綠色數(shù)據(jù)中心涉及數(shù)據(jù)中心的許多問(wèn)題，包括整體建筑、機(jī)房、空調(diào)、UPS、服務(wù)器等IT設(shè)備、應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理效率等全方位的問(wèn)題。在數(shù)據(jù)管理方面，目前常見(jiàn)的技術(shù)包括綠色存儲(chǔ)設(shè)備、虛擬化技術(shù)以及能耗同比性技術(shù)。典型的綠色存儲(chǔ)技術(shù)包括固態(tài)硬盤(pán)（Solid State Drives，SSD）、大規(guī)模非活動(dòng)磁盤(pán)陣列存儲(chǔ)（Massive Arrays of Idle Disks，MAID）等。但由于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)涉及多個(gè)層次的介質(zhì)，如RAM、閃存、磁盤(pán)等，如何能夠合理使用多種存儲(chǔ)介質(zhì)以實(shí)現(xiàn)容量、性能、能耗方面的均衡是目前綠色存儲(chǔ)技術(shù)研究中一個(gè)尚未解決的問(wèn)題。虛擬化技術(shù)是目前數(shù)據(jù)中心采用的主要的低能耗實(shí)現(xiàn)技術(shù)[24]。虛擬化技術(shù)能夠以全新的模型重新組織數(shù)據(jù)中心內(nèi)的各個(gè)組件，并將其視作共享資源，通過(guò)能耗管理框架來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能存儲(chǔ)的目的。目前，由于數(shù)據(jù)中心在云計(jì)算中的地位越來(lái)越重要，虛擬化技術(shù)在云計(jì)算中也得到了廣泛應(yīng)用[24]。
總體而言，在低能耗計(jì)算機(jī)系統(tǒng)領(lǐng)域，目前雖然在系統(tǒng)能耗測(cè)量與評(píng)價(jià)、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)通信與服務(wù)、系統(tǒng)軟件，以及數(shù)據(jù)中心等多個(gè)層面均有相關(guān)的研究，但這些研究都側(cè)重于低能耗硬件的設(shè)計(jì)和使用（例如處理器、存儲(chǔ)器等）、節(jié)點(diǎn)級(jí)的能耗控制以及應(yīng)用層的能耗控制（例如虛擬化技術(shù)等）。
創(chuàng)建能耗和性能評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)機(jī)來(lái)自于這樣一個(gè)共識(shí)：IT界、計(jì)算機(jī)制造商和政府越來(lái)越關(guān)心服務(wù)器的能耗問(wèn)題。目前，許多供應(yīng)商都報(bào)告一些能耗有效性數(shù)據(jù)，但由于負(fù)載、配置、測(cè)試環(huán)境等的差異，這些數(shù)據(jù)間不具有直接的可比性。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展提供了一個(gè)結(jié)合性能和能耗的度量手段、方法，能夠使得我們?cè)诠健⒑侠砬疤嵯聛?lái)比較兩個(gè)系統(tǒng)、算法的在能耗/性能上的優(yōu)劣，有助于能耗研究和工作進(jìn)一步發(fā)展。
我們所熟知的制定性能評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)，如：事務(wù)處理標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（TPC）、標(biāo)準(zhǔn)性能委員會(huì)（SPEC）、存儲(chǔ)性能委員會(huì)（SPC）等，都積極投身到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能耗評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的制定。有TPC_Energy、SPECpower_ssj2008、JoultSort。其中SPECpower_ssj2008是用來(lái)評(píng)估服務(wù)器類(lèi)和多節(jié)點(diǎn)類(lèi)計(jì)算機(jī)功率和性能的第一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的SPEC benchmark。在SPECpower_ssj2008中，SPEC以處理性能同樣的方式來(lái)定義了服務(wù)器功率測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。
2能耗有效的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)
2.1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的能耗有效性
在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中研究能耗有效性的最早工作可追溯到2007年。在SIGMOD 2007上，斯坦福大學(xué)和HP Labs的研究人員首次展示了他們研究的數(shù)據(jù)中心能耗測(cè)試系統(tǒng)JouleSort[25]。他們的結(jié)果表明，不同的數(shù)據(jù)中心硬件配置存在相當(dāng)大的能耗差別。目前，JouleSort已經(jīng)成為圖靈獎(jiǎng)得主Jim Gray發(fā)起的Sort Benchmarks（http：///）中的一部分。在2008年，HP Labs的Goetz Graefe首次提出了研究能耗有效的DBMS的設(shè)想[3]，并從硬件和軟件兩方面闡述了能耗有效的DBMS研究中所存在的挑戰(zhàn)。HP Labs的研究人員在CIDR 2009上對(duì)能耗有效的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)研究也做了展望[26]。斯坦福大學(xué)和HP Labs的工作極大地推動(dòng)了數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)能耗有效性的研究。2010年3月份的Communication of ACM和2011年3月份的IEEE Data Engineering Bulletin上也都分別刊登了相關(guān)的研究綜述[51-52]。
國(guó)內(nèi)的清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、華中科技大學(xué)、浙江工業(yè)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)等單位近年來(lái)也開(kāi)始關(guān)注能耗有效的數(shù)據(jù)管理技術(shù)，例如清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系的馮玲等和哈爾濱工業(yè)大學(xué)的高宏等在2011年都發(fā)表了能耗有效數(shù)據(jù)管理的綜述論文[6，53-54]。浙江工業(yè)大學(xué)的楊良懷等研究了以閃存作為硬盤(pán)緩存的異構(gòu)盤(pán)的能耗問(wèn)題，并提出了一種緩沖區(qū)置換算法來(lái)提高數(shù)據(jù)訪問(wèn)在閃存上的命中率[55]。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)近年來(lái)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了可以實(shí)時(shí)測(cè)量計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各個(gè)部件和整體能耗的能耗測(cè)試設(shè)備[14]，并對(duì)DBMS的能耗有效性進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)試，為研究能耗有效的DBMS核心技術(shù)提供了有力的支持。
自2009年以來(lái)，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)能耗有效性方面的研究總體上處于起步階段。已有的工作大都側(cè)重于對(duì)DBMS的能效測(cè)試與分析，或者針對(duì)DBMS的某些核心部件的能效進(jìn)行測(cè)試與分析。丹麥哥本哈根大學(xué)和法國(guó)INRIA的研究人員利用他們開(kāi)發(fā)的閃存設(shè)備性能測(cè)試平臺(tái)uFLIP對(duì)現(xiàn)有SSD的能耗進(jìn)行了測(cè)試[12]。他們的工作為后續(xù)研究人員在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中高效地使用SSD提供了有價(jià)值的參考。來(lái)自HP Labs、美國(guó)南佛羅里達(dá)大學(xué)和美國(guó)威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的研究人員對(duì)現(xiàn)有的商用DBMS以及開(kāi)源的PostgreSQL的能效進(jìn)行了測(cè)試[7-8，27]。德國(guó)凱澤斯勞滕大學(xué)的研究人員測(cè)試了SSD和磁盤(pán)在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的綜合能耗差異[13，28]，并對(duì)集群的能耗進(jìn)行了測(cè)試和分析[29]。值得一提的是，文獻(xiàn)[8]嘗試對(duì)DBMS如何協(xié)調(diào)性能和能耗這一問(wèn)題進(jìn)行研究。文獻(xiàn)[8，30]是目前為數(shù)不多的針對(duì)DBMS核心模塊的能耗有效性研究工作，對(duì)于后續(xù)的研究有著重要的參考價(jià)值。
2.2能耗有效的查詢(xún)處理技術(shù)
設(shè)計(jì)一個(gè)能耗有效的DBMS，要求在時(shí)間性能退化較少的情況下顯著地降低能耗，同時(shí)不能對(duì)系統(tǒng)的擴(kuò)展性和可靠性產(chǎn)生大影響。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在設(shè)計(jì)查詢(xún)優(yōu)化器時(shí)進(jìn)行查詢(xún)計(jì)劃選擇時(shí)要考慮能耗因素。舉例說(shuō)明：HASH連接和嵌套連接，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中查詢(xún)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)僅以性能為目標(biāo)，在大部分情況下：HASH連接要優(yōu)于嵌套連接。但是HASH要在內(nèi)存中保存HASH表，從能耗的角度，HASH操作屬于代價(jià)大的操作，此時(shí)應(yīng)該選用嵌套連接，即查詢(xún)計(jì)劃的選擇策略要改變來(lái)適應(yīng)新的要求。這就需要在DBMS設(shè)計(jì)時(shí)建立兩個(gè)模型：1）能耗估計(jì)模型，將它嵌入到查詢(xún)計(jì)劃生成器的代價(jià)估計(jì)模塊中，來(lái)計(jì)算每個(gè)查詢(xún)計(jì)劃的能耗值。2）總代價(jià)評(píng)測(cè)模型，用于指導(dǎo)查詢(xún)計(jì)劃的選擇。
研究者在CIDR 2009上提出了QED算法[26]，通過(guò)顯式延時(shí)來(lái)提高查詢(xún)處理的能耗有效性。算法中將一段時(shí)間內(nèi)接受到的查詢(xún)請(qǐng)求放進(jìn)隊(duì)列中，達(dá)到閾值時(shí)，進(jìn)行處理，通過(guò)查詢(xún)聚合，來(lái)提取負(fù)載請(qǐng)求中公共部分。這一方案適用于多用戶(hù)請(qǐng)求、服務(wù)器的場(chǎng)景，如搜索引擎；而對(duì)于單節(jié)點(diǎn)、用戶(hù)少的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)效果并不明顯，反而導(dǎo)致性能的劇烈下降。
對(duì)于DBMS的查詢(xún)優(yōu)化的改進(jìn)，難點(diǎn)就在于能耗模型和評(píng)測(cè)模型的建立。為了取得好的效果，必須要了解系統(tǒng)硬件的性能和操作特性，在查詢(xún)優(yōu)化和估計(jì)時(shí)要充分地考慮這些，還需要清楚地了解能耗與性能間的關(guān)系。最近的研究中有兩種不同的觀點(diǎn)：1）認(rèn)為能耗有效和性能是兩種不同的優(yōu)化目標(biāo)，兩者間存在一種折中[8]；2）認(rèn)為能量有效和性能優(yōu)化是一致的，能量有效的設(shè)置通常也是性能最好的[13]。分析可知造成這兩種不同結(jié)論的原因可能在于它們間不同假設(shè)前提和不同評(píng)估方法。如在第1）種觀點(diǎn)中，在計(jì)算DBMS的能耗時(shí)沒(méi)有包含空閑功率。而第2）種觀點(diǎn)僅考慮了CPU功率而不是整個(gè)系統(tǒng)的有效功率。
Xu等[8]中定義了每個(gè)元組和每頁(yè)的能耗常量T、N，并定義了基本的數(shù)據(jù)庫(kù)操作與T、N之間的線(xiàn)性關(guān)系，通過(guò)實(shí)際數(shù)據(jù)庫(kù)的執(zhí)行時(shí)的能耗測(cè)量值，運(yùn)行待定系數(shù)的方法來(lái)建立能耗模型。總的代價(jià)模型取性能和能耗間的折中，C=EPn，E是基于T和N計(jì)算得到的查詢(xún)能耗，P代表性能。通過(guò)調(diào)節(jié)n可以控制E、P之間的比重。這一方法雖然取得了理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但仍有待改進(jìn)。其中的能耗模型公式，直接使用了PostgreSQL查詢(xún)分析的性能評(píng)估公式，盡管通過(guò)數(shù)學(xué)方法重新確定了公式中系數(shù)，但模型建立的能耗估計(jì)值與實(shí)際值間精度相當(dāng)粗糙，差異達(dá)25%，因此該能耗模型的合理性有待商榷。
2.3能耗有效的緩沖區(qū)管理技術(shù)
大部分現(xiàn)存的緩沖區(qū)算法，比如眾所周知的最近最少使用（Least Recently Used， LRU）算法、Clock算法等，都是以提高性能為目的而設(shè)計(jì)的。它們通常不能直接地用于節(jié)能設(shè)計(jì)。其原因有兩點(diǎn)：1）最初的設(shè)計(jì)只是為了減少磁盤(pán)訪問(wèn)，而沒(méi)有考慮到這會(huì)影響磁盤(pán)訪問(wèn)的突發(fā)性和偶然性；2）已有算法通常都沒(méi)有關(guān)注磁盤(pán)訪問(wèn)的物理時(shí)間，而這點(diǎn)對(duì)于能耗估計(jì)很重要。在這樣的前提下提出的有能耗感知的緩沖區(qū)算法HCBurst（Historybased CBurst）、PCBurst（Predictionbased CBurst）[30]。緩沖區(qū)管理必然會(huì)影響系統(tǒng)性能，為避免高的未命中率。CBurst將緩沖區(qū)分成PriorityRegion和EnergyAware Region，僅在EnergyAware Region中使用改進(jìn)了的緩沖區(qū)算法。還有Zhu等提出針對(duì)多磁盤(pán)系統(tǒng)的能耗有效的緩沖區(qū)算法PALRU和PBLRU[56]。它的基本思想是讓來(lái)自處于空閑態(tài)磁盤(pán)上的數(shù)據(jù)塊具有高的優(yōu)先級(jí)繼續(xù)留在內(nèi)存中，這樣就可以使得該磁盤(pán)在低能耗狀態(tài)滯留更久點(diǎn)。
隨著低功耗存儲(chǔ)硬件（SSD）的大量使用，盡管Flash具有低功耗的特點(diǎn)，但傳統(tǒng)的緩沖區(qū)算法都是基于磁盤(pán)存儲(chǔ)介質(zhì)，因此并不能發(fā)揮出硬件優(yōu)勢(shì)。為此出現(xiàn)了一些針對(duì)Flash非對(duì)稱(chēng)的讀/寫(xiě)特點(diǎn)的緩沖區(qū)算法，如CCFLRU[31]、ADLRU[32]、CFDC[33]等。雖然這些算法證明比早期的閃存緩沖區(qū)置換算法具有更好的能效，但它假設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中只有閃存一種類(lèi)型的二級(jí)存儲(chǔ)介質(zhì)，不能適應(yīng)存儲(chǔ)體系的變化，例如閃存和磁盤(pán)混合存儲(chǔ)等。
2.4當(dāng)前研究中存在的主要問(wèn)題
已有工作所得到的大量測(cè)試結(jié)果為后續(xù)研究數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的能耗有效的算法或者I/O 系統(tǒng)提供了有力的支持，但已有工作還存在如下問(wèn)題：
1）還沒(méi)有系統(tǒng)揭示數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中能耗和性能之間的影響規(guī)律；
2）還沒(méi)有解決引入多類(lèi)型的存儲(chǔ)介質(zhì)后如何在存儲(chǔ)架構(gòu)上合理地安排不同類(lèi)型存儲(chǔ)介質(zhì)（RAM、閃存、磁盤(pán)等）以實(shí)現(xiàn)能耗有效性的問(wèn)題。
3面向集群的低能耗數(shù)據(jù)管理技術(shù)
3.1能耗同比性技術(shù)概述
面向集群的低能耗數(shù)據(jù)管理技術(shù)主要集中在能耗同比性（Energy Proportionality）技術(shù)的研究上。能耗同比性概念最早是由Google研究員Luiz Andre Barroso于2007年12月在IEEE Computer雜志上提出的[4]，是指系統(tǒng)的能耗可隨著負(fù)載的變化而動(dòng)態(tài)調(diào)整。此后，這一概念在云計(jì)算以及集群系統(tǒng)的研究中受到了廣泛關(guān)注[2-4]。目前該工作在Google Scholar上引用已經(jīng)超過(guò)890次（2013年7月數(shù)據(jù)）。
能耗同比性的動(dòng)機(jī)來(lái)源于對(duì)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器利用率的分析。研究者們分析了5000個(gè)Google數(shù)據(jù)服務(wù)器在6個(gè)月內(nèi)的運(yùn)行狀態(tài)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所有服務(wù)器的CPU平均使用率僅為30%左右，大部分時(shí)間里在20%以下[5-6]。也就是說(shuō)，大部分的工作并不需要所有服務(wù)器全負(fù)荷來(lái)處理。因此，能夠根據(jù)負(fù)載變化來(lái)動(dòng)態(tài)切換服務(wù)器的運(yùn)行狀態(tài)從而節(jié)省能耗，即能耗同比性的思想很自然地就產(chǎn)生了。
已有的一些結(jié)果表明，單個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)很難實(shí)現(xiàn)能耗同比性[7-8]。這是因?yàn)閱蝹€(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)上的CPU、RAM、顯卡等硬件的能耗在空閑狀態(tài)下也要耗費(fèi)峰值能耗的70%左右[9]。因此，目前絕大部分的能耗同比性工作都以多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的集群為前提。在集群系統(tǒng)中，處理器、網(wǎng)絡(luò)、磁盤(pán)和冷卻系統(tǒng)是四個(gè)主要耗能部分，在集群系統(tǒng)的建設(shè)中需要考慮整個(gè)系統(tǒng)的架構(gòu)以及采用何種調(diào)度算法以保證集群性能的同時(shí)達(dá)到降低能耗的目的。
自從能耗同比性的概念提出后，眾多學(xué)者在這方面展開(kāi)了研究。目前的研究主要集中在集群架構(gòu)[34-38]、集群中的數(shù)據(jù)管理[39-40]等方面。在集群架構(gòu)方面，主要圍繞采用合理的調(diào)度算法，根據(jù)系統(tǒng)的負(fù)載動(dòng)態(tài)地開(kāi)啟或關(guān)閉集群中的節(jié)點(diǎn)。而在數(shù)據(jù)管理方面，目前的研究主要集中在存儲(chǔ)設(shè)備節(jié)點(diǎn)中的數(shù)據(jù)分配與組織問(wèn)題上，目的是在保證系統(tǒng)性能的同時(shí)最小化存儲(chǔ)設(shè)備的開(kāi)啟率。
3.2能耗同比的集群架構(gòu)
能耗同比的集群架構(gòu)[9，35-36]的基本思想是根據(jù)負(fù)載的變化來(lái)切斷或者打開(kāi)節(jié)點(diǎn)的電源，從而實(shí)現(xiàn)能耗與負(fù)載之間的同比性；但是采用何種策略來(lái)實(shí)現(xiàn)集群的能耗同比性仍是一個(gè)挑戰(zhàn)性問(wèn)題。
對(duì)于如何管理集群節(jié)點(diǎn)的電源狀態(tài)，目前存在兩種方法：第一種方法稱(chēng)為CS（Covering Set），主張?jiān)诘拓?fù)載的情況下只使用部分節(jié)點(diǎn)來(lái)處理負(fù)載（同時(shí)關(guān)閉其他的節(jié)點(diǎn)）[11]；第二種方法稱(chēng)為AIS（AllIn Strategy），主張同時(shí)使用全部的節(jié)點(diǎn)來(lái)處理負(fù)載，并且在低負(fù)載的情況下當(dāng)完成處理后關(guān)閉整個(gè)集群[9]。在文獻(xiàn)[9]中，美國(guó)威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的研究人員對(duì)以上這兩種方法的能效進(jìn)行了對(duì)比。根據(jù)他們的研究結(jié)果，第二種方法更有利于實(shí)現(xiàn)能耗同比性。
Schall等[29]提出了WattDB架構(gòu)，集群中部分節(jié)點(diǎn)是獨(dú)立的，可以根據(jù)集群工作負(fù)載的需要?jiǎng)討B(tài)地向集群中添加和移除節(jié)點(diǎn)，以達(dá)到降低能耗目的。
Hamilton[10]提出了CEMS架構(gòu)，這是由于目前CPU等性能與內(nèi)存、存儲(chǔ)等一些子系統(tǒng)之間鴻溝越來(lái)越大，所以在服務(wù)器集群中采用一些低頻和低電壓的CPU等部件，從而達(dá)到充分利用系統(tǒng)中部件，達(dá)到能耗同比性的目的。
3.3能耗同比的集群存儲(chǔ)管理技術(shù)
能耗同比性的另一些工作研究了集群中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理問(wèn)題[11， 39-46]。2010年的Operating Systems Review雜志中首先對(duì)集群中存儲(chǔ)設(shè)備的能耗同比性問(wèn)題進(jìn)行了綜述，討論了這一問(wèn)題的重要性以及可行性[39]。根據(jù)文獻(xiàn)[39]的研究，在集群系統(tǒng)中存儲(chǔ)設(shè)備有大約20%的時(shí)間都是處于空閑狀態(tài)的，而在剩下的約80%的時(shí)間里，完全使用所有存儲(chǔ)設(shè)備的時(shí)間還不到1%。這表明，存儲(chǔ)設(shè)備的能耗同比性是非常有必要的，可以通過(guò)合理的數(shù)據(jù)分配來(lái)避免所有存儲(chǔ)設(shè)備都使用的情況。目前在分布式的文件系統(tǒng)中，主要通過(guò)部分?jǐn)?shù)據(jù)的復(fù)制和遷移使得待請(qǐng)求的數(shù)據(jù)在當(dāng)前開(kāi)啟的存儲(chǔ)設(shè)備上找到從而避免開(kāi)啟處在休眠或待機(jī)設(shè)備。雖然復(fù)制策略需要額外的存儲(chǔ)空間，但是數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)設(shè)備相對(duì)便宜并且利用率不高且實(shí)際需要的額外存儲(chǔ)空間并不是很大，因此這一方法仍具有可行性。但是，這些方法通常伴有響應(yīng)時(shí)間上的延遲，磁盤(pán)狀態(tài)的切換亦需要消耗能量，在某些情形下甚至?xí)^(guò)節(jié)能模式所節(jié)省的能量，同時(shí)怎樣決定存儲(chǔ)設(shè)備狀態(tài)的切換也是一種重大的挑戰(zhàn)。
Greenan等[41]提出了PAC（Power Aware Coding）技術(shù)，通過(guò)采用特殊編碼，部分磁盤(pán)上數(shù)據(jù)可以由其他磁盤(pán)上數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，當(dāng)負(fù)載較低時(shí)，可以將這部分磁盤(pán)的電源狀態(tài)切換為休眠/關(guān)閉。當(dāng)有IO請(qǐng)求訪問(wèn)電源關(guān)閉磁盤(pán)時(shí)可通過(guò)當(dāng)前活躍磁盤(pán)上數(shù)據(jù)進(jìn)行生成，進(jìn)而完成請(qǐng)求的響應(yīng)。Pinheiro等[42]提出了DA（Diverted Accesses）技術(shù)，主要是針對(duì)RAID架構(gòu)，通過(guò)將多份數(shù)據(jù)副本存儲(chǔ)在不同磁盤(pán)上，使得當(dāng)訪問(wèn)請(qǐng)求數(shù)據(jù)所在磁盤(pán)處于電源關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，可以重定向到存有其副本活躍磁盤(pán)。Wang等提出RIMAC技術(shù)[43]，當(dāng)響應(yīng)訪問(wèn)請(qǐng)求的磁盤(pán)處于電源關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，RIMAC技術(shù)允許通過(guò)內(nèi)存中數(shù)據(jù)或者其他活躍磁盤(pán)上冗余數(shù)據(jù)來(lái)恢復(fù)數(shù)據(jù)，從而避免對(duì)非活躍盤(pán)頻繁開(kāi)啟。文獻(xiàn)[41-43]采用冗余技術(shù)具有如下缺點(diǎn)：1）需要較大的額外存儲(chǔ)空間；2）只支持兩層能耗模型，不能達(dá)到細(xì)粒度的能耗同比性。
Colarelli等提出了MAID技術(shù)[44]，MAID中將部分磁盤(pán)作為緩存設(shè)備使用，用來(lái)緩存訪問(wèn)頻率高的文件，緩存磁盤(pán)上替換策略采用的是LRU。Lee等[45]提出在RAID架構(gòu)中使用一個(gè)SSD充當(dāng)緩存，在處理讀請(qǐng)求時(shí)，將讀取的數(shù)據(jù)同時(shí)復(fù)制到SSD中以待下一次使用，同時(shí)緩存所有寫(xiě)數(shù)據(jù)請(qǐng)求。這樣磁盤(pán)空閑間隔得以延長(zhǎng)，從而可以在恰當(dāng)時(shí)機(jī)下切換到休眠狀態(tài)。Useche等[46]提出了EXCES技術(shù)，EXCES采用低端閃存作為緩存設(shè)備使用，將訪問(wèn)頻率高的數(shù)據(jù)放入緩存并且緩存部分寫(xiě)請(qǐng)求數(shù)據(jù)，降低對(duì)磁盤(pán)訪問(wèn)。文獻(xiàn)[44-45]中采用額外存儲(chǔ)設(shè)備充當(dāng)緩存使用有如下不足：1）采用額外存儲(chǔ)設(shè)備充當(dāng)緩存使用會(huì)帶來(lái)采購(gòu)成本的上升；2）只有在低負(fù)載并且緩存設(shè)備能夠緩存絕大部分熱數(shù)據(jù)情況下才能夠達(dá)到較好的節(jié)能效果；3）非緩存磁盤(pán)上數(shù)據(jù)并沒(méi)有進(jìn)行合理組織，被訪問(wèn)概率仍然較高。
Verma等[40]提出了SRCMap方法。SRCMap控制單個(gè)物理磁盤(pán)的電源狀態(tài)，將磁盤(pán)劃分為活躍（電源打開(kāi)）和不活躍兩種狀態(tài)，并且采用虛擬化技術(shù)來(lái)動(dòng)態(tài)地根據(jù)負(fù)載的變化來(lái)調(diào)整活躍存儲(chǔ)設(shè)備的集合。但是SRCMap只考慮了文件粒度的數(shù)據(jù)復(fù)制和遷移，沒(méi)有考慮數(shù)據(jù)頁(yè)層面的存儲(chǔ)劃分和復(fù)制問(wèn)題，因此不能直接用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)集群的能耗同比性，因?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用中數(shù)據(jù)存取通常是以數(shù)據(jù)頁(yè)的方式進(jìn)行。Kim等[11]提出了FREP方法，F(xiàn)REP中將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備分成兩組：CS節(jié)點(diǎn)集和NonCS節(jié)點(diǎn)集，其中CS節(jié)點(diǎn)始終是始終活躍的，而NonCS節(jié)點(diǎn)則根據(jù)負(fù)載變化而改變其電源狀態(tài)。FREP與SRCMap同樣基于文件粒度進(jìn)行能耗同比性控制。此外，SRCMap和FREP都沒(méi)有考慮SSD和磁盤(pán)混合存儲(chǔ)的情況。
3.4當(dāng)前研究中存在的主要問(wèn)題
總的來(lái)說(shuō)，已有的能耗同比性工作存在的問(wèn)題可歸納為如下幾點(diǎn)：
1）已有的CS和AIS方法均采用單一的策略來(lái)對(duì)集群中全部的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行電源狀態(tài)控制，這一做法沒(méi)有考慮數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)集群中計(jì)算節(jié)點(diǎn)和存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)之間的差異。從理論上分析，計(jì)算節(jié)點(diǎn)的電源狀態(tài)應(yīng)當(dāng)根據(jù)系統(tǒng)的訪問(wèn)負(fù)載來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整，而存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)上的存儲(chǔ)設(shè)備則應(yīng)當(dāng)根據(jù)數(shù)據(jù)訪問(wèn)的本地化程度高低來(lái)進(jìn)行控制。
2）已有研究?jī)H考慮了文件粒度的數(shù)據(jù)復(fù)制和遷移等問(wèn)題，而數(shù)據(jù)庫(kù)則更多地以數(shù)據(jù)頁(yè)為單位來(lái)響應(yīng)用戶(hù)的數(shù)據(jù)存取需求。
3）已有研究?jī)H考慮了磁盤(pán)一種存儲(chǔ)介質(zhì)情形，沒(méi)有考慮在系統(tǒng)中引入更節(jié)能的SSD時(shí)的混合存儲(chǔ)環(huán)境。由于SSD具有比磁盤(pán)節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，隨著SSD容量擴(kuò)大和價(jià)格的下降，SSD和磁盤(pán)混合存儲(chǔ)是今后的發(fā)展趨勢(shì)。在SSD和磁盤(pán)混合存儲(chǔ)環(huán)境中，數(shù)據(jù)的劃分、復(fù)制、遷移等問(wèn)題需要考慮顧及底層存儲(chǔ)設(shè)備的特性的新方法。
4未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)
4.1能耗有效的查詢(xún)優(yōu)化技術(shù)
不同的查詢(xún)計(jì)劃已被證明具有不同的能耗[8]，但目前僅有的相關(guān)工作[8]僅考察了有限的物理操作符的能耗，忽略了index join 等操作符，而且物理操作符的能耗僅通過(guò)SQL和電表來(lái)測(cè)試，存在較大的誤差（例如，沒(méi)有剔除統(tǒng)計(jì)量裝載等能耗代價(jià)）。此外，已有研究也沒(méi)有在查詢(xún)處理器中提供靈活的能耗和性能折中的方案。因此，在查詢(xún)處理器中引入能耗代價(jià)，開(kāi)展能耗有效的查詢(xún)優(yōu)化技術(shù)研究將是未來(lái)的一個(gè)主要研究方向。具體的問(wèn)題包括：
1）基于能耗有效性基準(zhǔn)測(cè)試平臺(tái)的DBMS 物理操作符能耗代價(jià)分析；
2）兼顧性能和能耗的查詢(xún)計(jì)劃代價(jià)模型；
3）能耗優(yōu)先/性能優(yōu)先的查詢(xún)計(jì)劃選擇算法。
4.2能耗同比的數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)集群體系結(jié)構(gòu)
已有的集群體系結(jié)構(gòu)譬如CS[37]和AIS[9]方法均采用單一的策略來(lái)對(duì)集群中全部的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行電源狀態(tài)控制，這一做法沒(méi)有考慮數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)集群中計(jì)算節(jié)點(diǎn)和存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)之間的差異。因此，計(jì)算節(jié)點(diǎn)的電源狀態(tài)應(yīng)當(dāng)根據(jù)系統(tǒng)的訪問(wèn)負(fù)載來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整，而存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)上的存儲(chǔ)設(shè)備則應(yīng)當(dāng)根據(jù)數(shù)據(jù)訪問(wèn)的本地化程度高低來(lái)進(jìn)行控制。主要的研究問(wèn)題為：
1）能耗同比的數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)集群的計(jì)算架構(gòu)。數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)集群中一般包括計(jì)算節(jié)點(diǎn)、存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)以及控制節(jié)點(diǎn)。計(jì)算節(jié)點(diǎn)用于任務(wù)處理（例如Join 操作），存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理，控制節(jié)點(diǎn)提供協(xié)調(diào)、控制等功能。計(jì)算架構(gòu)研究主要探討節(jié)點(diǎn)的分組、任務(wù)劃分、節(jié)點(diǎn)間的協(xié)同方式、狀態(tài)控制等問(wèn)題。
2）數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)集群的能耗同比控制算法。能耗同比的主要思想是根據(jù)負(fù)載來(lái)動(dòng)態(tài)切換節(jié)點(diǎn)的電源狀態(tài)，因此，需要研究有效的算法來(lái)決定何時(shí)切換節(jié)點(diǎn)電源狀態(tài)。此外，對(duì)于存儲(chǔ)設(shè)備的能耗同比性控制，也需要研究根據(jù)數(shù)據(jù)訪問(wèn)的頻率、本地性等特征來(lái)動(dòng)態(tài)切換存儲(chǔ)設(shè)備電源狀態(tài)的算法。
4.3能耗同比的集群存儲(chǔ)分配方法
在數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)集群中，存儲(chǔ)設(shè)備的能耗同比性依賴(lài)于優(yōu)化的冷熱數(shù)據(jù)劃分算法以及存儲(chǔ)分配算法，同時(shí)還要考慮集群中存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)復(fù)制策略。幾個(gè)主要的問(wèn)題為：
1）基于頁(yè)訪問(wèn)模式的冷熱數(shù)據(jù)劃分算法。在數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)集群中，存儲(chǔ)設(shè)備能耗同比性的前提就是應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)頁(yè)的訪問(wèn)具有一定的傾斜性，從而可以將冷數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到冷設(shè)備（待機(jī)或休眠的設(shè)備）上以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)。因此，首先需要研究如何根據(jù)頁(yè)訪問(wèn)模式來(lái)劃分冷熱數(shù)據(jù)的相應(yīng)算法。
2）能耗同比的存儲(chǔ)分配與復(fù)制策略。研究冷熱數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)設(shè)備上的存儲(chǔ)分配和復(fù)制方法，以保證在不同的訪問(wèn)模式下存儲(chǔ)系統(tǒng)能夠使用盡可能少的設(shè)備就可以響應(yīng)數(shù)據(jù)訪問(wèn)請(qǐng)求。存儲(chǔ)分配和復(fù)制策略還要避免頻繁地切換設(shè)備的電源狀態(tài)。
4.4面向集群的高能效緩沖區(qū)置換算法
在閃存數(shù)據(jù)庫(kù)方面的已有研究表明，不同的緩沖區(qū)管理策略對(duì)性能和能耗有著很大的影響[28]。但以往工作主要針對(duì)單節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的緩沖區(qū)管理開(kāi)展，其主要目標(biāo)是提高緩沖區(qū)命中率和減少對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備的訪問(wèn)。而面向集群的高能效緩沖區(qū)管理方法目的是更好地實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)設(shè)備的能耗同比性，即通過(guò)設(shè)計(jì)高能效的緩沖區(qū)管理機(jī)制，使得底層的存儲(chǔ)設(shè)備能夠在保證響應(yīng)性能的前提下降低帶電工作的存儲(chǔ)設(shè)備比例，從而實(shí)現(xiàn)降低能耗的目標(biāo)。這一問(wèn)題是研究能耗同比的數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)集群中出現(xiàn)的新問(wèn)題。
4.5基于閃存的高能效混合存儲(chǔ)策略
由于閃存具有能耗低的特點(diǎn)，因此目前基于閃存的固態(tài)硬盤(pán)（SSD）已在企業(yè)應(yīng)用中廣泛使用。例如，百度已經(jīng)在2009年開(kāi)始就在其搜索服務(wù)器上全部使用了固態(tài)硬盤(pán)。但目前SSD 并沒(méi)有如研究者預(yù)期的那樣全面地替代磁盤(pán)成為主流的二級(jí)存儲(chǔ)。因此，一種更為可行的方法是在系統(tǒng)中同時(shí)使用閃存和磁盤(pán)，構(gòu)建一個(gè)多介質(zhì)的混合存儲(chǔ)環(huán)境，從而達(dá)到既發(fā)揮閃存的高速存取特性，又可以在性能和價(jià)格上取得較好的折中。SSD和磁盤(pán)混合存儲(chǔ)技術(shù)已經(jīng)引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[47-50]。HP Lab的Goatz Grafe 在2009年4月的Communication of ACM上對(duì)閃存和磁盤(pán)混合存儲(chǔ)技術(shù)進(jìn)行了展望，并指出閃存、RAM、磁盤(pán)等多介質(zhì)混合存儲(chǔ)是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)[48]。由于SSD和磁盤(pán)的特性差別較大，因此如何設(shè)計(jì)兼顧性能和能耗的高能效混合存儲(chǔ)策略是提高整個(gè)系統(tǒng)能效必須考慮的一個(gè)重要問(wèn)題。文獻(xiàn)[49-50]中，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究人員提出了磁盤(pán)和SSD的一種混合策略設(shè)計(jì)，對(duì)混合存儲(chǔ)技術(shù)進(jìn)行了探討。
5結(jié)語(yǔ)
能耗感知的綠色數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是隨著全球的低碳化趨勢(shì)以及以數(shù)據(jù)為中心的計(jì)算模式的發(fā)展而提出的一個(gè)新的研究方向。隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理的能耗代價(jià)將越來(lái)越突出。本文綜述了綠色數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域的相關(guān)問(wèn)題，重點(diǎn)討論DBMS 中核心部件的能耗有效性，以及數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)集群的能耗均衡性等關(guān)鍵問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，指出了未來(lái)綠色數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展的若干方向。
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