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关键词:海量数据存储;分布式数据库;MPP架构;并行处理
目前海量数据处理还是一个比较新的研究方向,大多数都是各公司或者是组织各自研究自己的处理方法,国际上没有通用的标准,研究的方式和结果也都是各有千秋。针对项目中带有复杂业务逻辑的海量数据存储,主要从容量扩展和并行处理两个方面考虑。前文己论述过NoSQL分布式数据库由于其数据结构简单、不善于做JOIN连接等复杂操作,存在数据迁移问题,并不适用于本项目,所以本解决方案依旧从关系型数据库入手。其次为了支持多样的切分策略,本论文将实现range、list、consis
tent-hash模式。最后系统借鉴MPP并行处理架构,使得整个项目能部署在便宜的PC集群上,不仅能保证稳定性,还节省项目成本。
物理设施包含数据库服务器的基础架构、web服务器的选择,以及资源分配管理服务器的选择。这三者分别负责数据的存取、数据的分析处理以及资源工作的均衡分配,它们协同合作,共同搭建一个高效的协同的后端服务管理,使存储系统均衡工作、高效运行。
作为解决海量数据的存储方案,首要必须考虑是存放海量数据的需求。根据前文可知,分布式数据库的出现其根本原因是解决存放不下数据的问题,故而将数据依照策略存放在不同的数据库服务器上,存放数据的策略以及数据之间的并行查询处理是研究的重点。第二个问题是分布式处理方案,现有技术从各个方面进行过尝试,有的基于关系型数据库提出了多种shard
ing方案。将关系型数据库迁移到非关系型数据库上代价太大,所以本解决方案基于关系型数据库的系统。
根据以上的设计思路与实现目标,设计出分布式海量数据存储解决方案。该系统主要包含以下四个模块:
SQL解析模块。SQL语句复杂、格式多样、形式多变,解析结果作为数据切分的依据。解析SQL语句的方法是编译成字节码,生成语法树,这种方式的优点是准确率高、数据层次清晰、结构正确,但设计到相关语法树知识,比解析字符串更难以理解。
数据分发模块。如果集群系统中没有进行数据切分,则多台数据库服务器存储的是完全一样的数据,这实际上是对硬件资源的浪费,也在同步数据保持一致上浪费了更多的时间和效能。而且一旦数据再上升一个等级,很可能一台服务器就无法存储下大量数据。所以合适的数据切分策略是迟早的,本解决方案将结合现有的数据切分策略,结合业务逻辑,提供多样的切分策略,并且预留切分接口使用户灵活地自定义自实现,系统的可用性更高。
并行处理模块。由分发服务器和多台数据库服务器构成。相对于集中式数据库来说,分布式询代价需要考虑以下因素:
CPU处理时间,I/O消耗时间,还有数据在网络上的传输时间。在设计系统的时候,应该根据分布式数据库中各个数据库的地理位置的不同情况来设计。在局域网且传输率高的系统中,通信代价和局部处理的开销差别不大,在优化中则应平等对待;在数据传输率较低和通信网速度较慢的系统中,网络传输可能会比花费在查询中的CPU及I/O的开销更大,则应首要考虑优化网络通信。
汇总处理块。结果汇总大致分为两种情况:单机单库情况下,直接返回结果;多机多库的情况则需要在转发节点处进行一个汇总。
基于架构的工作流程大致如下:首先,转发节点收到客户端发来的SQL语句,将依据各个解析节点当前工作量、预计完成解析工作的时间、本条查询语句预估需要时间、历史响应需求时间等因素,将SQL语句转发给各个解析节点,对其进行语法解析。当所有的工作量都经过这个转发节点的时候,必然会产生高并发的问题。在存在多个分发节点的情形下,为了消除单个转发节点的性能瓶颈,本文设计多个分发节点,每个节点都可以将任务转发到不同的解析节点。采用RoundRobin策略将任务依次分发给每个解析节点,让工作量保持均衡。其次,解析节点解析本次查询的SQL语句,生成便于理解的SQL对象,通过调用相应的接口方法可以实现对SQL语句的操作。最后,各个数据库服务器执行了 SQL语句,便对查询结果进行一个汇总并返回,划分倘若是单机查询,那么处理的结果可直接返回给客户端。
SQL解析、数据切分以及转发归并的工作都由以上四个模块协同完成。
基于MPP架构的设计了关系型数据库的海量数据分布式存储解决方案。本章采用解析SQL语句、分发SQL语句,并行处理、归并汇总处理结果的方式完成整个框架。与MySQL
Cluster的区别在于采用的存储引擎就是MySQL,适应于本身就用MySQL进行存储的集中式数据库的改造,或是业务逻辑复杂的报表展示等,无论是业务的扩展,迁移都十分方便。
参考文献:
P键词: 实体动态属性;数据库设计;关系数据库;非关系数据库
中图分类号:TP311 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2017)05-0009-02
1 问题的提出
随着大数据时代的来临,结构化数据、半结构化数据与非结构化数据已广泛存在于各个软件应用中。任何移动应用和系统都离不开数据库进行存储数据,而数据的复杂性给它们的开发带来了困难和挑战。
在现实生活中,社会现实中的万事成物都是一个动态系统。随着时间的推移和事情的发展,各种实体都会发展变化,具体体现在实体属性的变化上,因此,我们称之为实体的动态属性[1]。例如,在一款银行绩效考核系统中的客户经理实体,随着业务的发展,客户经理的其考核内容也会发生变化,会有存款业绩、贷款业务、基金业绩、是否投诉等不断增加,也会产生相对应的业绩数值,这些不断业绩都称为该客户经理实体的动态性,详情如表1客户经理实体2017年1月份业务需求表所示。
在实际的项目开发中,固定数量的、明确的实体属性,有利于软件设计与开发人员进行项目开发。但是,动态属性的实体,由于实体属性的个数未知,属性名称未知,在系统运行过程中,根据业务的需要,随时增添新的属性,因此,给项目开发人员带来了困难和挑战。笔者在数据库设计方面经过长期的实践,探索出了针对该问题的实体的动态属性在数据库设计中的解决方法,希望对有相同需要的数据库设计人员或软件开发人提供一点参考价值。
2 定义相关数据结构
数据库中的数据结构与数据对象的数据类型、内容、性质有关的,是对数据对象的一个静态描述。为了便于说明,还以上述绩效考核系统中的客户经理实体为例进行描述。该客户经理实体包括存款业绩、贷款业务、基金业绩、是否投诉等属性,其在关系数据库中可以定义成相关字段,具体详细结构描述如下:
Create Table ClientManager(
CName nvarchar(50), //姓名字段
CDeposit decimal(18, 2), //存款业绩字段
CLoan decimal(18, 2), //贷款业绩字段
CFund decimal(18, 2), //基金业绩字段
CIsComplain nvarchar(2), //是否投诉字段
... //未知属性字段
)
很显然,由于实体未知属性的存在,上述结构中的字段不明确,这样的设计在目前的数据库技术中不能得以实现。
3 关系数据库中实体的设计方法
目前,市场要流行的关系型数据库门类众多,有甲骨文公司的Oracle、MySQL,有微软公司的SQL Server,还有针对移动应用的SQLite。下面针对上述实体的动态属性问题,给出两种关系型数据库的解决方法。
3.1 采用改行为列
为了改变上述字段不明确的问题,从表1中可以看出是二维表中的字段不明确,采用以行来代替列的形式,就可以把未知的列的值作为一条记录存储于表中,这样,就可以根据需求动态满足字段的增加或减少,解决该问题。但是,这样需要解决两个问题,一个是属性名的问题和另一个属性值的问题。因此,行转为列的形式中,二维表中需要属性名和属性值两列。具体的在客户经理实体中,定义为经理姓名、业绩名称和业绩额,具体详细结构描述如下:
Create Table ClientManager(
CName nvarchar(50), //经理姓名
CAchieveName nvarchar(50), //业绩名称字段
CAchieveValue nvarchar(50) //业绩额字段
)
在关系数据库中,客户经理的实体二维表中的业绩和业绩额从以行的形式转为以列的形式,但是,表中的记录数据增加,其具体形式如表2客户经理实体行转成列后的样式表所示。
3.2 采用两个关系实体
采用行转为列的方式能够适应简单属性值全都一个数据类型的动态属性的问题,比如,例子中的业绩额全为数值类型,开发人员在进行开发实现功能时可以进行统一计算。但是,如果属性不是一个统一的类型,比如例子中的业绩额有数值类型的,还有字符类型的。这种情况下,程序开发人员,在进行数据取值时,要有目的的进行运算,而在例子中属性值的数据类型不明确,给开发人员带来了麻烦。解决这种复杂的情况,可以增加一个实体表对属性值的取值详细信息进行描述,而将在该实体中将上一个实体的属性名作为外键,这样,就能够保证数据的一致性。在例子中,在客户经理实体的基础上,增加一个业绩设置实体,其字段有业绩名称、业绩额的取值类型、业绩额的取值长度、业绩额的取值精度,具体表述所下:
Create Table AchieveSet(
AchieveName nvarchar(50), //业绩名称字段
AValueDataType nvarchar(50), //业绩额的取值类型
AValueLength int, //业绩额的取值长度
AValuePrecision int //业绩额的取值精度
)
综上所述,通过行转列的方式,解决属性值同一类型的动态属性问题;通过两个实体来解决属性值非同一类型的复杂的动态属性问题。程序开发人员可以根据不同的需求,采用不同的方法对系统进行开发。
4 非关系数据库实体的设计方法
随着技术的发展,对半结构化、非结构化的数据进行处理,出现了NoSQL数据管理技术的发展。下面结合非关系数据技术,给出两种解决动态属性问题的解决方法。
4.1 采用HBase模型
HBase是一个分布式的,面向列族进行存储的数据库[4]。在HBase数据库中,动态属性可以采用它的数据模型来进行实现。定义一个属性列族,而在该列族中根据需要可以任意动态放入子列即可。具体操作是定义一个客户经理实体,在该实体中创建一个业绩列族,通过行键来存储客户经理实体记录中的经理名称,具体描述如下:
create ‘ClientManager’,'CAchieve'
其中,ClientManager’是客户经理实体,'CAchieve'是客户经理的业绩。
实体表创建完成后,可以进行操作,进行存储记录数据,其操作如下:
put 'ClientManager','张三','CAchieve:存款业绩','10000'
put 'ClientManager','张三','CAchieve:是否投诉','是'
put 'ClientManager','李四','CAchieve:基金业绩','10500'
...
其中,张三、李四列使用的是HBase行键,'CAchieve'冒号后面是动态属性。
4.2 采用MongoDB模型
MongoDB稻菘馐遣捎梦牡怠⒓合和数据库三部分来对数据进行组织[5]。在MongoDB数据库中,动态属性可以采用它的数据模型来实现,根据其文档的机制来进行实现。在例子中,采用定义一个客户经理实体的集合,在集合中插入定义好的记录文档,具体操作如下:
db.createCollection("'ClientManager'"); //定义客户经理集合
db.ClientManager.insert({"name":"李四","存款业绩":10000",是否投诉":是})
db.ClientManager.insert({"name":"李四","基金业绩":11000,"是否投诉":是})
其中,大括号{}内的数据是文档信息,存储客户经理信息,而每一键值对记录该客户经理实体的绩效信息,比如,"存款业绩":10000"等。每个文档内中的键值对中的键可以不相同,这样,就达到了实现动态属性的要求。
5 总结
截止到目前为止,关系型数据库理论和非关系型数据库理论并存,而且他们都已经发展得很成熟,在市场上广泛应用。作者从实际开发一款绩效考核系统中,考核指标不断变化的实际需求出发,调研和总结当前市场上几种处理实体属性不断变化的解决方案。根据不同的方案可选择不同的数据库技术,在开发实施过程中需要相应的技术条件和设备条件。总之,希望给后来者的学习和工作提供一些建议和帮助。
参考文献:
[1] 唐小刚,谭石强.一种实体属性非确定的关系数据库设计方法[J]. 湘南学院学报,2006(4).
[2] 李华娟.关系型数据库设计之实践技巧[J].电子技术与软件工程,2016(1).
[3] 李长春.动态字段在VFP中的设计与实现[J].计算机时代,1999(7).
此外,很多这样的应用都有很严格的功率预算,因为它们采用电池供电,或者无法耐受自身电子元件发热导致的额外升温。因此,需要用到可以在温度范围内保持高精度,并且可以轻松用于各种场景的低功耗模数转换器(ADC)信号链。这类信号链见图1,该图描绘了一个井下钻探仪器。
虽然额定温度为175℃的商用IC数量依然较少,但近年来这一数量正在增加,尤其是诸如信号调理和数据转换等核心功能。这便促使电子工程师快速可靠地设计用于高温应用的产品,并完成过去无法实现的性能。虽然很多这类IC在温度范围内具有良好的特性化,但也仅限于该器件的功能。显然,这些元件缺少电路级信息,使其无法在现实系统中实现极佳性能。
本文中,我们提供了一个新的高温数据采集参考设计,该设计在室温至175℃温度范围内进行特征化。该电路旨在提供一个完整的数据采集电路构建块,可获取模拟传感器输入、对其进行调理,并将其特征化为SPI串行数据流。该设计功能非常丰富,可用作单通道应用,也可扩展为多通道同步采样应用。由于认识到低功耗的重要性,该ADC的功耗与采样速率成线性比例关系。
该ADC还可由基准电压源直接供电,无须额外的电源轨,从而不存在功率转换相关的低效率。这款参考设计是现成的,可方便设计人员进行测试,包含全部原理图、物料清单、PCB布局图和测试软件。
电路概览
图1所示电路是一个1 6位、600kSPS逐次逼近型模数转换器系统,其所用器件的额定温度、特性测试温度和性能保证温度为175℃。很多恶劣环境应用都采用电池供电,因此该信号链针对低功耗而设计,同时仍然保持高性能。
本电路使用低功耗(600kSPS时为4.65mW)、耐高温PulSAR ADCAD7981,它直接从耐高温、低功耗运算放大器AD8634驱动。AD7981ADC需要2.4-5.1V的外部基准电压源,本应用选择的基准电压源为微功耗2.5V精密基准源ADR225,后者也通过了高温工作认证,并具有非常低的静态电流(210℃时最大值为60μA)。本设计中的所有IC封装都是专门针对高温环境而设计的,包括单金属线焊。
模数转换器
本电路的核心是16位、低功耗、单电源ADC AD7981,它采用逐次逼近架构,最高支持600kSPS的采样速率。如图2所示,AD7981使用两个电源引脚:内核电源(VDD)和数字输入/输出接口电源(VIO)。VIO引脚可以与1.8~5.OV的任何逻辑直接接口。VDD和VIO引脚也可以连在一起以节省系统所需的电源数量,并且它们与电源时序无关。图3给出了连接示意图。
AD7981在600 kSPS时功耗典型值仅为4.65mW,并能在两次转换之间自动关断,以节省功耗。因此,功耗与采样速率成线性比例关系,使得该ADC对高低采样速率——甚至低至数Hz——均适合,并且可实现非常低的功耗,支持电池供电系统。此外,可以使用过采样技术来提高低速信号的有效分辨率。
AD7981有一个伪差分模拟输入结构,可对IN+与IN-输入之间的真差分信号进行采样,并抑制这两个输入共有的信号。IN+输入支持OV至VREF的单极性、单端输入信号,IN-输入的范围受限,为GND至lOOmV。AD7981的伪差分输入简化了ADC驱动器要求并降低了功耗。AD7981采用10引脚MSOP封装,额定温度为175℃,
ADC驱动器
AD7981的输入可直接从低阻抗信号源驱动;然而,高源阻抗会显著降低性能,尤其是总谐波失真(THD)。因此,推荐使用ADC驱动器或运算放大器(如AD8634)来驱动AD7981输入,如图4所示。在采集时间开始时,开关闭合,容性DAC在ADC输入端注入一个电压毛刺(反冲)。ADC驱动器帮助此反冲稳定下来,并将其与信号源相隔离。
低功耗(ImA/放大器)双通道精密运算放大器AD8634适合此任务,因为其出色的直流和交流特性对传感器信号调理和信号链的其他部分非常有利。虽然AD8634具有轨到轨输出,但输入要求从正供电轨到负供电轨具有300mV裕量。这就使得负电源成为必要,所选负电源为2.5V。AD8634提供额定温度为175℃的8引脚SOIC封装和额定温度为210℃的8引脚FLATPACK封装。
ADC驱动器与AD7981之间的RC滤波器衰减AD7981输入端注入的反冲,并限制进入此输入端的噪声带宽。不过,过大的限带可能会增加建立时间和失真。因此,为该滤波器找到最优RC值很重要。其计算主要基于输入频率和吞吐速率。
由AD7981数据手册可知,内部采样电容CIN=30pF且tCONV=900ns,因此正如所描述的,对于lOkHz输入信号而言,假定ADC工作在600kSPS且CFXT=2.7nF,则用于2.5V基准电压源的电压步进为:
因此,在16位处建立至1/2 LSB所需的时间常数数量为: AD7981的采集时间为:
通过下式可计算RC滤波器的带宽:
这是一个理论值,其一阶近似应当在实验室中进行验证。通过测试可知最优值为R EXT=85 Q和CEXT=2. 7nF(f_3dB_693. 48kHz),此时在高达l75℃的扩展温度范围内具有出色的性能。
在参考设计中,ADC驱动器采用单位增益缓冲器配置。增加ADC驱动器增益会降低驱动器带宽,延长建立时间。这种情况下可能需要降低ADC吞吐速率,或者在增益级之后再使用一个缓冲器作为驱动器。
基准电压源
ADR225 2.5V基准电压源在时210℃仅消耗最大60μA的静态电流,并具有典型值40×10-6/℃的超低漂移特性,因而非常适合用于该低功耗数据采集电路。该器件的初始精度为±0.4%,可在3.3-16V的宽电源范围内工作。 像其他SAR ADC-样,AD7981的基准电压输入具有动态输入阻抗,因此必须利用低阻抗源驱动,REF引脚与GND之间应有效去耦,如图5所示。除了ADC驱动器应用,AD8634同样适合用作基准电压缓冲器。
使用基准电压缓冲器的另一个好处是,基准电压输出端噪声可通过增加一个低通RC滤波器来进一步降低,如图5所示。在该电路中,49.9Ω电阻和47μ电容提供大约67Hz的截止频率。
转换期间,AD7981基准电压输入端可能出现高达2.5mA的电流尖峰。在尽可能靠近基准电压输入端的地方放置一个大容值储能电容,以便提供该电流并使基准电压输入端噪声保持较低水平。一般而言,采用低ESR-10μ或更高——陶瓷电容,但对于高温应用来说会有问题,因为缺少可用的高数值、高温陶瓷电容。因此,选择一个低ESR、47μF钽电容,其对电路性能的影响极小。
数字接口
AD7981提供一个兼容SPI、QSPI和其他数字主机的灵活串行数字接口。该接口既可配置为简单的3线模式以实现最少的I/O数,也可配置为4线模式以提供链回读和繁忙指示选项。4线模式还支持CNV(转换输入)的独立回读时序,使得多个转换器可实现同步采样。
本参考设计使用的PMOD兼容接口实现了简单的3线模式,SDI接高电平VIO。VIO电压是由SDPPMOD转接板从外部提供。转接板将参考设计板与ADI系统开发平台(SDP)板相连,并可通过USB连接PC,以便运行软件、评估性能。
电源
本参考设计的+5V和-2.5V供电轨需要外部低噪声电源。由于AD7981是低功耗器件,因此可通过基准电压缓冲器直接供电。这样便不再需要额外的供电轨——节省电源和电路板空间。通过基准电压缓冲器为ADC供电的正确配置如图6所示。如果逻辑电平兼容,那么还可以使用VIO。就参考设计板而言,VIO通过PMOD兼容接口由外部供电,以实现最高的灵活性。
IC封装和可靠性
ADI公司高温系列中的器件要经历特殊的工艺流程,包括设计、特性测试、可靠性认证和生产测试。专门针对极端温度设计特殊封装是该流程的一部分。本电路中的175℃塑料封装采用一种特殊材料。
耐高温封装的一个主要失效机制是焊线与焊垫界面失效,尤其是金(Au)和铝(Al)混合时(塑料封装通常如此)。高温会加速AuAl金属间化合物的生长。正是这些金属间化合物引起焊接失效,如易脆焊接和空洞等,这些故障可能在几百小时之后就会发生,如图7所示。
为了避免失效,ADI公司利用焊盘金属化(OPM)工艺产生一个金焊垫表面以供金焊线连接。这种单金属系统不会形成金属间化合物,经过195℃、6000小时的浸泡式认证测试,已被证明非常可靠,如图8所示。
虽然ADI公司已证明焊接在195℃时仍然可靠,但受限于塑封材料的玻璃转化温度,塑料封装的额定最高工作温度仅为175℃。除了本电路所用的额定175℃产品,还有采用陶瓷FLATPACK封装的额定210℃型号可用。同时有已知良品裸片(KGD)可供需要定制封装的系统使用。无源元件
应当选择耐高温的无源元件。本设计使用175℃以上的薄膜型低TCR电阻。COG/NPO电容容值较低常用于滤波器和去耦应用,其温度系数非常平坦。耐高温钽电容有比陶瓷电容更大的容值,常用于电源滤波。本电路板所用SMA连接器的额定温度为165℃,因此,在高温下进行长时间测试时,应当将其移除。同样,0.1英寸接头连接器(J2和P3)上的绝缘材料在高温时只能持续较短时间,因而在长时间高温测试中也应当予以移除。对于生产组装而言,有多个供应商提供用于HT额定连接器的多个选项,例如MicroD类连接器。
PCB布局和装配
在本电路的PCB设计中,模拟信号和数字接口位于ADC的相对两侧,ADC IC之下或模拟信号路径附近无开关信号。这种设计可以最大程度地降低耦合到ADC芯片和辅助模拟信号链中的噪声。AD7981的所有模拟信号位于左侧,所有数字信号位于右侧,这种引脚排列可以简化设计。基准电压输入REF具有动态输入阻抗,应当用极小的寄生电感去耦,为此须将基准电压去耦电容放在尽量靠近REF和GND引脚的地方,并用低阻抗的宽走线连接该引脚。本电路板的元器件故意全都放在正面,以方便从背面加热进行温度测试。完整的组件如图9所示。
针对高温电路,应当采用特殊电路材料和装配技术来确保可靠性。FR4是PCB叠层常用的材料,但商用FR4的典型玻璃转化温度约为140℃。超过140℃时,PCB便开始破裂、分层,并对元器件造成压力。高温装配广泛使用的替代材料是聚酰亚胺,其典型玻璃转化温度大于240℃。本设计使用4层聚酰亚胺PCB。
PCB表面也需要注意,特别是配合含锡的焊料使用时,因为这种焊料易于与铜走线形成铜金属间化合物。常常采用镍金表面处理,其中镍提供一个壁垒,金则为接头焊接提供一个良好的表面。此外,应当使用高熔点焊料,熔点与系统最高工作温度之间应有合适的裕量。本装配选择SAC305无铅焊料,其熔点为217℃,相对于175℃的最高工作温度有42℃的裕量。
性能预期
采用lkHz输入正弦信号和5V基准电压时,AD7981的额定SNR典型值为9ldB。然而,当使用较低基准电压(例如2.5V,低功耗/低电压系统常常如此),SNR性能会有所下降。我们可以根据电路中使用的元件规格计算理论SNR。由AD8634放大器数据手册可知,其输入电压噪声密度为4.2nV/ ,电流噪声密度为0.6pA/ 。由于缓冲器配置中的AD8634噪声增益为1,并且假定电流噪声计算时可忽略串联输入电阻,则AD8634的等效输出噪声贡献为:
RC滤波( )器之后的ADC输入端总积分噪声为: AD7981的均方根噪声可根据数据手册中的2.5V基准电压源典型信噪比(SNR,86dB)计算得到。
整个数据采集系统的总均方根噪声可通过AD8634和AD7981噪声源的方和根(RSS)计算:
因此,室温(25℃)时的数据采集系统理论SNR可根据下式近似计算:
测试结果
电路的交流性能在25~185℃温度范围内进行评估。使用低失真信号发生器对性能进行特性化很重要。本测试使用Audio Precision SYS-2522。为了便于在烤箱中测试,使用了延长线,以便仅有参考设计电路暴露在高温下。测试设置的功能框图如图10所不。
由前文设置中的计算可知,室温下期望能达到大约86dB的SNR。该值与我们在室温下测出的86.2dB SNR相当,如图11中的FFT摘要所示。
评估电路温度性能时,175℃时的SNR性能仅降低至约84dB,如图12所示。THD仍然优于-100dB,如图13所示。本电路在175℃时的FFT摘要如图14所示。
小结
本文中,提供了一个新的高温数据采集参考设计,表述了室温至175℃温度范围内的特性。该电路是一个完整的低功耗(<20mW)数据采集电路构建块,可获取模拟传感器输入、对其进行调理,并将其数字化为SPI串行数据流。这款参考设计现成可用,可方便设计人员进行测试,包含全部原理图、物料清单、PCB布局图、测试软件和文档。
关键词:平衡计分卡;局限性;SWOT;6 Sigma
中图分类号:F5文献标志码:A文章编号:1673-291X(2010)15-0203-02
哈佛商学院卡普兰教授和美国复兴战略集团总裁诺顿通过对12家在业绩评价方面处于领先地位的企业进行了为期一年的研究,提出了平衡计分卡理论。平衡计分卡将企业的使命和战略转化为一套全面的衡量未来业绩的驱动因素指标,实现了战略和绩效的有机结合。近来年,国内外大量的研究文献充分肯定了平衡计分卡的优势。在中国,越来越多的企业也纷纷把它作为其管理流程的核心框架,但平衡计分卡是否真正适合中国当代经济,其作用是否被高估,有关这方面的研究甚少。本文在对相关文献回顾的基础上,对平衡计分卡的局限性及相关解决方案进行了综述,进而提醒应正确认识和应用平衡计分卡。
一、BSC局限性产生原因
1.外部环境因素。平衡计分卡的新一代领军人物――保罗・尼文在《实施平衡计分卡的十大问题》一文中,对西方国家实施BSC遇到的困难和误区进行了全面分析,他指出由于社会文化的差异和经济环境的不同,中国企业在推行BSC过程中面临着特殊的、新的挑战。
2.战略规划能力低下。大多数企业缺乏明确的战略规划,战略管理还处于探索阶段。然而,成功有效的战略规划是成功实施平衡计分卡的前提和基础(魏丽坤,2005)。
3.BSC框架设计缺陷。卡普兰所倡导的平衡计分卡不包含时间维度,不仅如此,单向战略因果关系链(学习与成长内部流程客户财务)的因果关系也经不起推敲(Todd, 2002;Malmi, 2001)。因果关系链不能被定为由开始到结束的单项联系,而应该是一个循环的闭合回路(魏丽坤,2005)或双向复杂关系(Norrtklit,2000)。此外,平衡计分卡单纯强调股东、员工与顾客的利益,没有考虑最终用户、供应商、定规者与利益相关者(安迪、尼利等,2004;李志斌,2006)。
4.BSC企业适用性。魏丽坤(2005)认为,并非所有的企业都能成功实施平衡计分卡,具有以下特征的企业更容易成功:以目标、战略作为导向的企业;具有协商式或民主式领导体制的企业;成本管理水平较高的企业;面临较大竞争压力且这一压力已被感知的企业;管理质量高、信息度高的企业;员工素质水平高的企业;战略目标能分解的企业。
二、相关解决方案
中国企业在运用平衡计分卡进行战略管理时,首先应充分理解该方法的内涵,了解其主要优点,分析其局限性,做到扬长避短,在具体操作时采用合适的方法来弥补其缺陷,这样才能最大程度地发挥其效用。
(一)业绩“三棱镜”
英国克元菲尔德商学院利里教授等人提出的业绩三棱镜(Performance Prism)模型正是针对平衡计分卡利益相关者局限性提出来的。业绩三棱镜的结构可以表示为一个由五个方面所构成的三维图形――三棱镜。其基本寓意为:目光经过三棱镜的折射显示出七彩颜色,而企业经营环境经过业绩三棱镜的“折射”则反映出各类利益相关者的要求,企业可以根据开展管理并对结果进行评价。业绩三棱镜的最大特点就是把利益相关者置于业绩评价的中心地位,从利益相关者的角度出发来形成企业的战略、确定企业的内部过程和发展企业的能力。为了便于企业构建业绩评价体系,利里等人以利益相关者的满意度为起点为每一方面设计了相应的五个问题,企业可以通过对问题的思考和回答来导出业绩评价指标。这五个问题构成一个“因果闭环”,克服了平衡计分卡中“单向因果关系链”的局限性(颜志刚,2004)。
(二)系统动力学与平衡计分卡相结合
由于动态平衡计分卡中因果关系的得出主要依靠专家或者受访者的主观判断,孙晓宇(2008)提出应用决策实验室法(Dematel)来处理动态平衡计分卡中各指标之间因果关系。Dematel方法可以将复杂系统简化并清楚描述出问题间的关联强度。它最初由美国学者A.Gabus和E.Fontela在20世纪70年代提出,该方法通过有向图确定系统中各个因素之间的逻辑关系,并通过矩阵运算计算出每个因素的中心度与原因度,从而确定因素间的因果关系和每个因素在系统中的地位(Carmine, 2006)。
(三)六西格玛计分卡
古塔(2005)认为,平衡计分卡是战略实施和评价系统, 并不能渗透到业务操作层面。他把六西格玛和平衡计分卡有机结合起来创造了基于流程的持续改进的绩效测量模式――六西格玛计分卡。
由于平衡计分卡缺乏改善手法的详细描述,部门主管或流程负责人只能用传统的管理方式来面对及解决问题,而六西格玛在解决这些问题上,有着强而有力地逻辑及方法论。此外,六西格玛也强调专家目的与组织策略相结合,这是在定义阶段绝对需要被检视的项目之一。但毕竟在策略与衡量指标之间缺乏整体的考量,并不如平衡计分卡那样,用多个构面从上而下展开,演变为连结性高、逻辑性强的驱动指标(杰克,2003)。因此,企业需要利用平衡计分卡发展组织策略与重要衡量指标,持续驱动整体组织的进步,再利用六西格玛来启动专案,衡量、分析与解决问题。
(四)平衡计分卡与关键成功因素的整合
Paula Van Veen-Dirks和Martin Wijin在基于对15个公司进行研究的基础上将关键成功因素方法(critical success factors简写CSFs)和平衡计分卡法整合,使战略形成、战略实施和业绩评估有机地结合起来,增强了企业的竞争力。BSC是将战略实施和战略评估实施起来,并不是一个制定战略的工具,它不能及时反映市场中的机会和威胁,相应也就不能及时收集信息修改战略。当CSFs运用于战略制定,首先通过对市场优势、劣势、机会和威胁的分析,制定本企业的关键成功因素,这些因素源于市场,是企业不能控制的,然后分析这些关键成功因素与哪些关键经营过程相联系,而这些关键经营过程又可以由哪些关键控制变量所反映,并对关键控制变量设定基准价值(施洁,2003)。
(五)SWOT和平衡计分卡的集成运用
最早由Learned等人于1965年提出来的SWOT分析是一种态势分析方法,其关键是通过分析企业自身的优势和劣势,以及面临的机会和威胁,将所确认的企业内部优势、劣势与外部机会、威胁进行匹配,形成战略地位评估矩阵,以此制定或修改企业的发展战略。但是SWOT适用于“事前计划”,在企业管理中若仅使用SWOT,企业战略实施将缺乏方法和技术上的保证;同样,平衡计分卡则更适用于“事中控制”和“事后评价”,企业若孤立地使用平衡计分卡,战略控制就缺乏前提条件和依据(黄由衡,2007)。只有将两者的运用有机结合起来,利用SWOT进行战略规划,选择适合企业发展的最优战略,从而实现从战略的正确制定到战略的有效实施及其效果动态反馈的一体化运作。
三、总结
在企业管理中运用改善后的平衡计分卡是一个系统化的工程,涉及到管理和技术变革等多方面的内容,这就要求我们实事求是、因地制宜地对平衡计分卡进行修正,以求最大程度地发挥平衡计分卡的效用,使平衡计分卡真正成为一种重要战略绩效改进工具。
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【关键词】数据自动备份 解决方案 内部信息网站 具体应用
作为县级供电企业,扬中公司建立的内部网站,整合了各部门日常工作之中的多层级信息。网站的维护应确保信息安全,分类存留。企业现有的网站主要架构在Windows NT服务器的IIS平台上,分成jsp及asp代码,针对两类代码,建构了数据库范围内的信息备份,创造自动备份。
1 筛选备份数据
采用自动备份,确保网站保存的信息完整。网站链接的数据库,即后台数据库,把设定好的备份数据保存在SQL特定的文件夹内。之后,采用增量备份,转存至磁带。对于源代码,用每天增量的途径,转存至备份专用的磁带。对于上传的多重文件,采用带有更新特性的文件夹,转存到磁带中。其他范畴的网站数据,例如不会频繁更替的数据信息,采用关联的文件夹来保存数据。
这些对象之中,源代码带有RH web这样的特征;上传文件被拟定成upload相关文件夹。网站架构中的软件下载,其他文件设定成soft等。实际上,自动层级很高的这类备份,初始投入进来的经费很低,只需要磁带机。DDS4特有的存储量应能超出30GB。
2 自动备份流程(见图1)
对于内部网站,数据自动备份依托的根本思路,是将网站的相关数据,采用自动备份。之后,把筛选出来的磁盘数据文件,自动保存至预备好的磁带之中。
第一步,是启动NT系统中的备份工具,最好把它设成带有自动特性的初始启动。开启管理器,拟定台根目录,依次打开关联着的若干服务器。菜单命令之中,选择某一数据库,开启备份计划,打开计划向导。
第二步,筛选需要自动备份的确定数据库,优化并更替初始信息。点击下一步,对数据库设定缜密的备份计划。默认备份周期应被设定成每周一次。也可以点击更改,替换成每天一次。这个步骤中,应能适当设置时间:自动备份选择的时段,不可与常规情形下的自动执行冲突。点击确定后,回到计划向导之中。
第三步,在磁盘之中拟定备份目录。微机D盘内,可以重设关联的这类目录。若筛选出来的数据库偏多,可以建立细化的子目录。若文件设立的删除时间会早于这一时点,那么默认一周。对于备份文件,还应拟定精确的扩展名。设定事务日志,生成某一报表,同时拟定计划名。
若要变更原先的计划,则点击管理器,寻找台根目录,打开制定好的备份计划,对该计划进行相应的属性更改。
3 后续转存步骤
第一步,单击备份工具的高级模式,打开备份向导,选择这个范畴的一切备份信息,例如某一文件、系统配有的驱动器、网络架构内的关联数据。筛选备份项目,包含初始拟定的这类增量备份。
第二步,设定精确的备份数值类别、备份目标、信息文件名称。例如:某一数据的备份类别被设定成DDS4。若发觉已经命名了这类磁带,则要查验下拉框。辨别为新磁带时,即可新建媒体标签,以便重新命名。选择备份类别为增量。后续的备份方式,包含文件压缩。
第三步,输入的信息包括作业名、各时段的备份时间。设定备份计划,变更日程安排,拟定每日凌晨时段的一点即可开始。输入密码即可返回。完成向导之后,再次查验各层的备份设置。在每周日,备份可以起始于凌晨三点。高级自动备份,还能设置网站范畴的其他数值。
同样,使用备份工具,选择某一备份计划,可以对计划任务的属性进行更改。
4 结语
自动备份凸显的先进特性,是设备耗费的初始投入不多,只要配有内置式架构的磁带机即可。操作系统会自带某一备份工具,自动备份被整合在操作系统之内,提升了集成水平,增添了稳定性。同时自动备份相对于手动备份更灵活、更便捷。磁带能保存较多信息,拥有更高的可靠性。这种可靠备份,增加了企业内部网站数据的安全性。
参考文献
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绿色节能战略明确
丁麒钢告诉记者,对于数据中心,“能效逻辑”描述的是从网络主设备到基础设施的级联能耗系统,通过对能耗系统中的每一步骤(处理器、直流供电、配电切换、UPS、制冷等)的节能进行量化和评估,艾默生提出了绿色数据中心的节能逻辑。在保证可靠性和可用性基础上,在机房基础设施方面,艾默生开发出数码涡旋空调压缩机技术,高热密度解决方案,空调群控技术,高频UPS,服务器电源管理系统,高通孔率、高承重率服务器机架等新技术,构成了一个完整的机房级节能系统,使数据机房能耗最小化和系统容量最大化。
新一代数据中心节能理念
“绿色节能已成为艾默生产品及解决方案设计的灵魂。”丁麒钢强调。在新一代数据中心解决方案中,艾默生采用了多项开创性的节能设计。
空调设备占机房能耗的38%以上,空调节能成为节能关键,艾默生采用多种空调节能方案,如:采用服务器机柜背板冷却方案,最佳冷热通道设计方案,空调压缩机的数码涡旋技术,空调群控技术和机房高热密度解决方案。从而有效降低了机房空调能耗。丁麒钢指出,艾默生针对新建机房和旧机房改造分别提出了不同解决方案。
电源节能是数据中心节能的另一个重要考虑因素,数据中心目前电源主要采用UPS,传统UPS采用工频方式工作,效率相对较低,体积大。艾默生对此推出的NX系列UPS系统,与传统工频机相比效率提高了3%,减少占地面积20%,减少重量20%。此外艾默生通过采用谐波治理技术来提高电网电能的使用效率。
此外,艾默生研发的服务器机架开创了83%通孔率,良好的散热性能也为机房的节能作出了贡献。而服务器电源管理系(SPM)作为新一代数据中心必不可少的组成部分,为数据中心有针对性地采取降低能耗措施提供依据。
领先技术创新
随着国内新一代数据中心的蓬勃发展,其基础设施在诉求上发生了改变,提高数据中心设备的可靠性,保证数据中心及机房设备(含监控系统)正常运行成为关键。厦门科华恒盛股份有限公司(以下简称“科华恒盛”)坚持从产品出发,按需定制,因地制宜,为客户打造更为安全、可靠的端到端智能配电系统解决方案、智能制冷系统解决方案和3D运维监控系统解决方案,这些成果已运用到我国云计算数据中心建设的具体实践中。
近日,由科华恒盛打造的泰安市云计算中心项目,圆满完工,顺利通过验收并获得了项目方的诸多好评。泰安云计算数据中心是由泰安市政府部门批准、泰安市高新技术开发部门组织,成城物联网与浪潮集团共同投资6000万元建设的科技城,总占地面积约4800平方米(数据来源:泰安市云计算中心网站)。在泰安云计算数据中心项目中,科华恒盛以高端电源研发、制造及其前后端配电解决方案的设计和体验为先驱,为其打造新一代数据中心物理基础平台综合型解决方案。项目成功验收至今,泰安云计算数据中心整体配电系统、制冷节能系统、服务器机柜在内的数据中心产品运行良好,为泰安“科技城”的发展提供了平稳、高效的动力支撑。
同时,在中国移动中标份额累计近300台高端大功率UPS电源的基础上,科华恒盛为十多个省份的IDC机房或大型数据中心,提供的百余套200~400KVA的大功率UPS以及配套的产品组成的电源系统,并陆续在调试开通或顺利运行中。其中,正在建设中的中国移动(北京)国际信息港的大型数据中心建设项目,科华恒盛提供了36套400KVA以上的大功率高端UPS电源及其配套产品的供电系统,目前已有近30套设备抵达项目应用现场,工程的安装工作正在紧张进行中。预计今年年底将正式进行设备和系统的调试和试运行,由交付项目方启用。
中国移动(北京)国际信息港是中国移动集团北方重要的信息基地,是标杆性的建设项目。近期建设规模约45万平方米,包括研发中心、数据中心、呼叫中心和学术交流中心等,分三期建设,此次科华恒盛高端电源主要入驻项目为一期二阶段信息港数据机房电源系统的整体构建。据了解,如果本项目的三期数据中心落成并全部投入使用,将会成立中国移动最大的单体数据中心,也是通信运营商在北京地区领先的单体数据中心。
科华恒盛作为中国移动的长期供应商,积极参与中国移动的IDC机房、大型数据中心电力解决方案以及基站电源解决方案的项目建设,中大功率高端电源应用广泛。截至目前,科华恒盛凭借强大的研发设计和生产能力、“3A”级服务能力,以及完善的电源解决方案,已经成功联手中国移动、中国联通、中国电信等三大国内通信运营商,为我国的通信安全提供稳定、可靠的高端电源保障。迄今为止,诸多合作项目均能按时保质交付使用,产品运行可靠,服务及时,受到项目方的一致好评。
一个顶仨
3个小孩每人在室外用1个遥控器玩1辆小的电动玩具车,3个保姆挨个跟着省钱省力?还是由1个保姆只用一套遥控设备在房间里监控、管理所有的电动玩具车省钱省力?答案不言而喻。
网络管理同样是这个道理,在传统的管理模式下,各主机都有自己的维护界面,系统维护人员需要逐个的进行维护和管理。而全方位IT资源管理则对机房内所有设备的远程管理进行整合,实现跨地域的集中管理,实现一个顶仨的梦想。
从捉襟见肘到面面俱到
近年来,随着电信、金融等各行业的繁荣发展,IT基础架构管理中的问题不断突显,传统的管理模式在企业的数据中心网络运营变化过程中显得捉襟见肘。
以电信行业为例,电信行业的网络一般属于超大规模,包括多种设备和多种系统互联,并且数据机房跨地域分布,一个城域网就有几十个POP节点,每个节点的设备繁多,在传统的管理模式下,各主机都有自己的维护界面,系统维护人员需要逐个的进行维护和管理。这种管理模式一旦出现故障时,网络管理人员要赶赴现场进行维护,不仅需要耗费大量的人力成本,而且浪费时间,增加IT管理成本。
集中控管理念对机房内所有设备的远程管理进行了整合,实现了跨地域的集中管理。远程管理方案使得网络管理员不用进入机房就可实现对各品牌服务器进行应用程序安装和维护,实现“无人机房”的运营模式,确保了核心机房的物理安全性。同时,集中控管解决方案将庞大的网络问题集中缩小到一个界面、一个机架,不仅节省了机房空间,管理人员还可以在第一时间发现问题,并对问题作出反应,有效解决了网络规模庞大的电信行业远程管理问题。
除了远程管理之外,安全问题在IT日常管理中也越来越突出,最有代表性的当属金融行业。随着金融系统在业务处理、信息管理及电子商务等各环节的应用水平不断提高,金融行业对安全管理的要求也随即提高,不仅需要安全保密的数据传输方式、完备可靠的系统架构,还需要提供详细日志功能以及多种故障防护的方案,这是传统的管理模式所不能解决的。
与传统管理不同,集中控管不仅能提供安全保密的数据传输方式、完备可靠的系统架构,还可以提供详细的日志功能,使得所有的用户系统操作都有据可查,使得维护记录具有可溯性,利于人员的考核和事件的追踪,消除了由于缺乏维护记录和监督所产生的安全隐患,大大增强了金融行业的控管安全。
无人机房的梦想
在各行各业的IT管理中还普遍存在着可用性差、效率低和人员管理繁琐等问题。对于具有大规模网络系统的企业来说,其IT网络维护需要大量的人力成本,并且大量的服务器、网络设备、存储、电源等分散放置,管理人员不集中,传统解决方案可用性较差,效率低下。在传统的管理模式下,极容易造成IT管理的混乱。集中控管理念将庞大的网络、人员问题集中缩小到了一个界面,有统一的管理规范,提高了效率,有效降低了管理的复杂度。
全方位IT资源管理者的梦想就是Avocent追求的理念。在其系列产品中,全方位管理的理念贯穿其中:
高效迅捷,管理维修人员无需到达现场,就可以检测问题,随时随地的管理IT架构,使得故障时间降至最短。
带外访问,带外管理解决方案可以在网络出现问题时,突破网络限制,迅速地应答并解决数据中心的问题,恢复生产力,将企业的损失减到最小。
跨平台管理,集中控管的解决方案可对所有的IT设备,包括Windows、 Linux 和Unix 服务器、防火墙和网络设备进行关键访问和控制,无论制造商和操作系统如何,均可实现本地和远程控制。
作为现代环保运动的开端,“世界地球日”活动推动了多个国家环境法规的建立。1990年4月22日,全球140多个国家、2亿多人同时在世界各地举行形式多样的环境保护宣传活动,呼吁改善全球整体环境。这项活动得到了联合国的肯定。举办“世界地球日”活动旨在唤起人类爱护地球、保护家园的意识,促进资源开发与环境保护的协调发展。
伊顿积极响应保护地球、节约能源的号召,旗下所有产品都遵循节能环保的理念,在提高能效的同时减少对环境的影响。
以推动“机房绿色保护”为使命,伊顿在业界率先推出一系列可靠、高效、节能型产品,用以帮助客户解决数据中心的能源紧张等实际应用问题。
例如,在充分调查了企业用户对UPS高效可靠、绿色节能的需求后,伊顿及旗下山特品牌相继推出了绿色节能的伊顿9390系列、电力专家9395系列、9E系列UPS和山特ARRAY、城堡系列UPS,更有伊顿新产品DX RT、9PX等创新型绿色产品为电力用户保驾护航。这些产品秉承着伊顿先进的UPS设计理念和控制技术,大大提高了对电力能源的使用效率,顺应了当前“绿色节能”的经济大趋势,充分体现了伊顿雄厚的研发实力、敏锐的市场感知度和高度的社会责任感。其中,在2010年,伊顿电力专家9395 UPS产品首家获得SMaRT认证,这使得9395系列UPS产品在市场竞争中赢得绿色节能加分,博得用户青睐。
除此之外,在数据机房的解决方案中,与传统解决方案不同,伊顿采用拥有专利的绿色休眠技术。与双变换在线工作模式不同,绿色休眠技术使用多DSP技术架构,并引入先进的云计算技术理念,融合电力电子技术的最新进展,实现了系统效率、转换时间及转换安全性三者的有机统一,大幅度提高了UPS在休眠状态及“休眠”到“唤醒”工作转换过程中的节能效率,同时确保了高可靠性,从而更加确保了绿色节能目标的真正实现。