時序數(shù)據(jù)庫智慧樓宇解決方案：用DolphinDB實時監(jiān)測門禁異常
物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展為智能安防和自動化監(jiān)控帶來了更多便利，同時，新型城鎮(zhèn)建設(shè)、智慧城市與智慧社區(qū)的發(fā)展也為門禁管理等安防問題智能化提出了更高的要求。在智能化發(fā)展的背景下，門禁成為一套集成了訪客、考勤、消費、巡更、梯控等更多功能的全面便捷的系統(tǒng)安全應(yīng)用，隨著門禁系統(tǒng)應(yīng)用愈發(fā)廣泛，對海量數(shù)據(jù)的實時快速處理也成為了日益重要的問題。
作為一款高性能分布式時序數(shù)據(jù)庫，DolphinDB 提供了流數(shù)據(jù)表和流計算引擎用于實時數(shù)據(jù)處理，為智能安防提供了有力支持。今天，我們將介紹如何通過流計算引擎多級級聯(lián)實現(xiàn)對門禁設(shè)備異常狀態(tài)的實時監(jiān)測，基于 DolphinDB 流數(shù)據(jù)處理框架，為大家提供一套實時監(jiān)測門禁設(shè)備異常狀態(tài)的低延時解決方案。
常見的智能安防系統(tǒng)一般包含有監(jiān)控、報警、門禁和遠程控制4個主要功能，可以單獨運行也可統(tǒng)一管理。而門禁則是整個智能安防系統(tǒng)中的基礎(chǔ)應(yīng)用，同時也關(guān)系到物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中的公共安全、城市管理、智能家居等多個方面。首先，我們先來了解一下門禁系統(tǒng)的具體應(yīng)用場景與功能設(shè)置：
1.門禁、報警綜合管理系統(tǒng)服務(wù)器：提供集中管理及監(jiān)控、輸出、聯(lián)動功能。
2.門禁工作站：門禁工作站提供功能設(shè)置及事件監(jiān)控。
3.門禁控制器：門禁管理系統(tǒng)的核心部分，直接管理及控制相關(guān)設(shè)備，具有存儲功能，可存放持卡人資料及各種事件記錄。
4.讀卡器：工作于射頻方式，采集感應(yīng)卡的數(shù)據(jù)傳輸?shù)介T禁控制器，以便控制器進行各種管理及相應(yīng)的控制。
5.電鎖：電子方式開關(guān)，實現(xiàn)開門及鎖門，由門禁控制器直接控制。
6.開門按鈕：提供便利的開門方式。
7.門磁：檢測門的狀態(tài)信息，然后傳輸?shù)娇刂破鳌?/p>
8.報警輸入輸出設(shè)備：為加強系統(tǒng)的保安，可以將輸入輸出設(shè)備接入門禁控器的接口，實現(xiàn)系統(tǒng)的報警及聯(lián)動。
工業(yè)中心門禁管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
上圖展示了一個常見的門禁管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，報警系統(tǒng)是安防及門禁系統(tǒng)中保障安全問題的重要功能組件及環(huán)節(jié)，也可以實現(xiàn)與其他監(jiān)控設(shè)備的聯(lián)防聯(lián)控。
1. 設(shè)計思路與方案
隨著接入智能門禁系統(tǒng)的終端不斷增多，如何對海量數(shù)據(jù)進行實時高效計算、及時反饋報警消息，成為智能門禁及智慧社區(qū)建設(shè)的關(guān)鍵問題。保持門禁正常關(guān)閉狀態(tài)是保證樓宇內(nèi)居民安全的基礎(chǔ)需求之一，假定有一個監(jiān)控系統(tǒng)，對所有門禁設(shè)備每5秒鐘采集1次數(shù)據(jù)，同時開門或關(guān)門的事件會主動上報數(shù)據(jù)，本案例中的門禁異常狀態(tài)檢測需求是：開門狀態(tài)連續(xù)存在超過5分鐘報警。首先需要對采集數(shù)據(jù)進行去重處理，再檢測出數(shù)據(jù)中狀態(tài)持續(xù)超時的記錄。此時的記錄會包括所有狀態(tài)持續(xù)超過5分鐘的數(shù)據(jù)，因此仍需將數(shù)據(jù)接入下一級引擎去除關(guān)門告警，只保留開門狀態(tài)超時報警。采用 DolphinDB 響應(yīng)式狀態(tài)引擎完成過濾篩選數(shù)據(jù)的任務(wù)，并通過會話窗口引擎檢測超時數(shù)據(jù)。將三個引擎級聯(lián)，實現(xiàn)檢測異常門禁狀態(tài)（開門時間大于5分鐘）的流水線處理模式。
門禁異常狀態(tài)數(shù)據(jù)處理流程
2. 內(nèi)置流計算引擎監(jiān)測門禁異常狀態(tài)
DolphinDB 內(nèi)置了響應(yīng)式狀態(tài)引擎和會話窗口引擎實現(xiàn)門禁異常狀態(tài)的實時監(jiān)測。
響應(yīng)式狀態(tài)引擎（createReactiveStateEngine）：
·有兩種因子計算：無狀態(tài)因子和有狀態(tài)因子。
·無狀態(tài)因子只依賴最新數(shù)據(jù)，不需要歷史數(shù)據(jù)。
·有狀態(tài)因子需要最新數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，并會更新狀態(tài)。
·每輸入一條數(shù)據(jù)都將觸發(fā)一條結(jié)果輸出，輸入和輸出數(shù)據(jù)量一致。
·算子中只能包含向量函數(shù)，對于常見狀態(tài)算子進行了優(yōu)化，大幅提高計算效率。
會話窗口引擎（creatSessionWindowEngine）：
·適用于物聯(lián)網(wǎng)場景，解決設(shè)備在線時間不均勻的問題。
·窗口不按固定頻率生成，窗口長度也不是固定的。
·以第一條數(shù)據(jù)的時間戳作為第一個窗口的起始時間。
·若在指定等待時間內(nèi)未收到新數(shù)據(jù)，則當前窗口結(jié)束。
·解決滑動窗口計算中無數(shù)據(jù)窗口增加不必要計算開銷的問題。
3. 實現(xiàn)步驟
接下來，我們一起來詳細了解下如何通過 DolphinDB 實現(xiàn)多級引擎級聯(lián)檢測異常門禁狀態(tài)的流水線處理模式。
3.1 定義并共享輸入輸出流數(shù)據(jù)表
首先定義一個用于實時接收門禁監(jiān)控設(shè)備數(shù)據(jù)的流數(shù)據(jù)表，表結(jié)構(gòu)共包含七列，通過 enableTableShareAndPersistence函數(shù)共享流數(shù)據(jù)表并持久化到硬盤上。其次定義異常狀態(tài)流數(shù)據(jù)表，用于響應(yīng)式狀態(tài)引擎的輸出，并將其持久化到磁盤上。
3.2 創(chuàng)建響應(yīng)式狀態(tài)引擎過濾重復(fù)數(shù)據(jù)
響應(yīng)式狀態(tài)引擎會對輸入的每一條消息做出計算響應(yīng)，產(chǎn)生一條記錄作為結(jié)果，可以啟用過濾條件保證只有滿足條件的結(jié)果才會輸出。在本案例中，只有事件碼有變化的數(shù)據(jù)才會被輸出到設(shè)置的輸出表中。DolphinDB 內(nèi)置的流計算引擎均實現(xiàn)了數(shù)據(jù)表的接口，因此多個引擎流水線處理變得異常簡單，只要將后一個引擎作為前一個引擎的輸出即可。
3.3 通過級聯(lián)會話窗口引擎檢測狀態(tài)超時數(shù)據(jù)
首先創(chuàng)建一張內(nèi)存表，為響應(yīng)式狀態(tài)引擎提供輸入的表結(jié)構(gòu)，與上一級引擎輸出表的結(jié)構(gòu)一致。在會話窗口引擎中，設(shè)置分組列 keyColumn 為門號 doorNum ，時間列 timeColumn 為時間 eventDate 。檢測需求是五分鐘內(nèi)無數(shù)據(jù)報警，因此 sessionGap 為300（秒），表示收到某條數(shù)據(jù)后經(jīng)過該時間的等待仍無新數(shù)據(jù)到來，就終止當前窗口。 metrics 設(shè)為 last(doorEventCode) ，即返回窗口內(nèi)的最后一條記錄數(shù)據(jù)。會話窗口引擎的輸入數(shù)據(jù)為上一級響應(yīng)式狀態(tài)引擎的輸出，輸出作為下一級響應(yīng)式狀態(tài)引擎的輸入。
3.4 響應(yīng)式狀態(tài)引擎過濾關(guān)門告警
上級會話窗口引擎獲取到的數(shù)據(jù)包括開門和關(guān)門超過5分鐘的數(shù)據(jù)，因此需要再通過響應(yīng)式狀態(tài)引擎過濾掉關(guān)門狀態(tài)超時數(shù)據(jù)，只保留開門告警。
3.5 訂閱流數(shù)據(jù)
過濾了關(guān)門告警數(shù)據(jù)后，訂閱流數(shù)據(jù)表 doorRecord 并把收到的流數(shù)據(jù)寫入上述會話窗口引擎。
3.6 從 MQTT 服務(wù)器接收數(shù)據(jù)
DolphinDB 提供了 MQTT 插件用于訂閱 MQTT 服務(wù)器的數(shù)據(jù)，在訂閱時需要數(shù)據(jù)格式解析函數(shù)，目前插件提供了 json 和 csv 格式的解析函數(shù)，本例使用 mqtt::createJsonParser 解析 json 格式數(shù)據(jù)。隨著網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字技術(shù)飛速發(fā)展，門禁系統(tǒng)早已不再是單純的門道及鑰匙管理，而是逐漸演變成為一套完整的出入門禁安全管理系統(tǒng)，集微機自動識別技術(shù)和現(xiàn)代安全管理措施為一體。DolphinDB 提供了一種實時監(jiān)測門禁設(shè)備異常狀態(tài)的低延時解決方案，實現(xiàn)了會話窗口引擎和響應(yīng)式狀態(tài)引擎級聯(lián)，降低開發(fā)難度，有效提升海量數(shù)據(jù)的實時計算效率，滿足了門禁系統(tǒng)智能化的計算需求。
以上是基于 DolphinDB 流數(shù)據(jù)處理框架進行引擎級聯(lián)監(jiān)測門禁異常狀態(tài)的完整方案，想知道詳細實現(xiàn)步驟并自己動手模擬驗證？歡迎關(guān)注公眾號【DolphinDB 物聯(lián)網(wǎng)】深入了解。
