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机场航站楼信息弱电系统发展趋势及其节能设计-朱永欣


摘要:本文对机场航站楼信息弱电系统进行了梳理,对其各个系统组成进行了定位,描述了各类系统的技术发展趋势,并据其提出相应的节能技术措施,从节能角度为信息弱电系统的设计提供了方向性指导。

关键词:机场建设;信息弱电系统;虚拟化;数据中心环境

中图分类号:V351.31

文献标识码:A

作者:朱永欣

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1 机场航站楼信息弱电系统概述

机场航站楼信息弱电系统包括信息集成系统、离港系统、安检信息管理系统、航班信息显示系统、公共广播系统、视频监控系统、门禁系统、有线电视系统、时钟系统、楼宇自控系统、火灾自动报警系统、UPS供电、计算机网络、场区通信、综合布线、机房工程、指挥中心工程等约 20 个子系统。上述子系统可划分为3个层次,如图1所示。

图1 信息弱电系统层次分布示意图

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信息类系统,各系统的设备型式及组成方式相同——均以计算机网络为通信平台,以服务器、磁盘阵列等为后台处理设备,以客户端PC为现场用户终端。

电工类系统,各系统的设备型式及组成方式均为本系统专有,不能为其它系统所共用,如信号传输设备、各类型的现场终端以及相应的通信线缆等。

基础设施类系统,主要是指设备、设施的物理布局,如机房工程中的机柜布置、指挥中心工程中的大屏幕布置、指挥席位布置等。

2 机场航站楼信息弱电系统发展趋势

2.1 信息类系统

如上所述,本类系统均是基于计算机网络。随着网络技术和机场业务的发展,本类系统正逐步走向"有线无线的一体化"和"各业务的一体化",形成"机场数据中心"。有线无线的一体化,是将原仅由"有线网络"承载的业务向"无线网络"延伸,如离港系统中的行李再确认。各业务的一体化,是将原各个业务系统自建的计算机网络根据其承载的业务特点进行合并,不同的业并务系统可共用一套计算机网络等技术设备,从而减少网络数量,使业务数据交换更加便捷,如信息集成系统、航班信息显示系统和安检信息管理系统可采用同一套物理网络。

信息类系统的合理规划有助于机场数据中心的建设,具体表现在:统一集中服务器,各业务系统间交互减少故障点;统一外联区,路由清晰;统一IT管理,提升运营效率;统一存储及容灾备份,提升整体机场可靠性。上述方式也为节能技术的采用创造了条件。

2.2 电工类系统

本类系统中,原以模拟方式为主的公共广播系统、视频监控系统和门禁系统,现正转变成数字方式,其通信平台正在向"计算机网络"转移。鉴于其终端仍须是原有型式,无法由客户端PC代替,因而该三个系统是处于"信息类系统"和"电工类系统"之间。

楼宇自控系统、火灾自动报警系统、时钟系统、有线电视系统的技术型式没有明显变化。但随着物联网技术的发展,未来上述系统存在纳入物联网的可能。

2.3 基础设施类系统

当前,国内大中型机场的运行方式正在由"单航站楼、单跑道"向"多航站楼、多跑道"转变,以单一航站楼内的弱电机房为信息弱电系统核心所在的设备布局及设计理念,已经不能满足机场扩建的需求,取而代之的是面向多个航站楼 (甚至面向整个机场)的 "数据中心"理念的提出及物理环境建设。

3 机场航站楼信息弱电系统设计中的节能措施

3.1 信息类系统

如前所述,随着机场业务不断发展,在一套计算机网络 (如信息集成网) 中,会因新增加的业务需求而添置更多的服务器和存储设备。可同时存在的现象是,所购买的服务器中,大部分使用率都不高。实际情况往往是,有些服务器工作负载很重,而有些服务器工作负载很轻,服务器资源不能被合理、有效地利用。

本类系统架构的复杂性和服务器的随意增加是导致上述问题的主要原因,而有效的整合及虚拟化会是解决问题的关键。针对上述情况,本类系统可采用基于虚拟化技术的服务器整合解决方案;通过构建虚拟化平台,实现资源动态调整、虚拟 HA、虚拟机动态部署迁移、虚拟备份等全方位功能,整合服务器、操作系统、应用平台,对服务器资源进行统一管理,实现按需分配资源。

该方案在节能方面可以产生以下作用:

(1)解决服务器无序扩张问题,可将服务器利用率从 5% ~12% 提高至 85%。

(2) 降低运营成本, 包括数据中心空间、机柜、网线、耗电量、冷气空调和人力成本等。

(3) 整合服务器,简化 IT 基础设施,简化管理,减少硬件部署和维护成本,从而减少IT总投入成本。

3.2 电工类系统

本类系统的节能设计主要在于已经逐步实现"数字化、网络化"的视频监控系统、门禁系统和公共广播系统的设备选型。

以公共广播系统为例:采用模拟技术时,系统通常使用A类功放,其效率低、能耗大,有效能效为25%。;即使在无广播的状态下,功放仍有满电流流入,消耗的能量多,发热量大,并且占用空间大,质量重。系统进行广播回路修改时,需要对整体线路进行修改;系统进行广播回路拓展 (或呼叫站增加) 时,需要添加的布线工作较为复杂。总之,系统维护较为不便。

对于数字广播系统,系统通常使用 D 类功放,其空间小、质量轻,仅在进行广播工作时才产生能耗,有效能效高达80%。系统采用网络结构,传输距离长,线路使用少。系统进行拓展时,需要添加的设备和线路较少,系统维护较为方便。

3.3 基础设施类系统

本类系统的节能设计主要着眼于"数据中心机房环境设计"。一个数据中心的运行环境主要由机房空间、机柜数目、机柜电源 (UPS供电) 及冷却系统耗电等构成。机场是为公众提供公共交通运输服务的的场所,因航空运输的特点,其建设用地往往规模较大,且由机场自身管理。因而,机房空间和机柜数目在数据中心运行成本中所占比例不大,而UPS供电和冷却系统耗电是数据中心运行成本的主要内容。

对于UPS供电,数据中心可采用"2N三总线"方案。该方案不仅能消除在UPS输出端与最终用户负载端之间可能出现的"单点瓶颈"故障隐患,以提高输出电源供电系统的"容错性",而且每台UPS单机带载率提升,系统效率提高,更加节能减排;另外,设备的后期维护性、扩容性较好。

对于数据中心的冷却系统,同样耗电 (即同样制冷量) 的条件下,冷气输送方式的选择是制冷效果的关键,也是节能措施的着眼点。

机柜传统的送风方式有"上送风"和"下送风"方式二种。对于上送风方式,空调冷气口在机柜过道顶上,冷气只能到达机柜过道的里,依靠机柜内服务器风扇将冷气吸进机柜内。受过道上方空调管道送风口风速影响,往往只有少部分冷气能被机柜内服务器吸走,大部分冷气沿机柜顶空和过道空间快速回流到空调设备中去了,其结果是机房部分环境冷却下来了,但机柜内和过道里空气温度长期保持在30℃~35℃水平。此外,上送风机柜要依赖面板上的网孔来通风,给空气流动带来不小的阻力,使流动性本来就不足的冷气量更加减少。据理论计算和现场测试,上送风机柜可以较好地满足每个机柜1 kW 功率的制冷要求,勉强能解决每个机柜2 kW 功率的制冷问题。而在机场数据中心进行规划设计时,单机柜电功率现通常按3 kW计算,因而本方式已较难满足设计要求。对于下送风方式,机柜只简单考虑冷空气从架空地板进入机柜的入口问题,进入机柜后向四周空间散去,只有流向机柜前面的少量冷气才能被设备吸收。

上述措施精确了机柜送风原则,从而提高了制冷效果,促进了节能。

4 结 语

当前,国内大中型机场正处于从经营性机场向经营管理型机场转变的重要阶段,以机场航站楼信息弱电系统建设为核心的"信息化"是构建实现机场管理体系的基础,是实现机场运营理念的必要手段。在其技术日益复杂、规模日益增大的背景下,其能耗成本也在不断增加。因而,在设计上述系统时,须进行统一的规划和统一的设备部署,在物理空间、通信线路、电子设备以及业务软件等各个层面上选取先进合理的技术,实现对资源的充分利用,从而节省能源消耗和浪费。

参考文献:

[1] Data Center Design Center, www.emerson.com.

[2](Q/CT 2171-2009) , 数据设备用网络机柜技规范[S].

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