機(jī)房動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)研究綜述

帥明等

摘要：機(jī)房動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)是保障通信設(shè)備正常、穩(wěn)定運(yùn)行的重要設(shè)施。它是集動力電源、設(shè)備安置環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、消防綜合監(jiān)測、視頻監(jiān)視、安防、預(yù)警、報(bào)警于統(tǒng)一平臺的分布式、智能化網(wǎng)絡(luò)機(jī)房遠(yuǎn)程監(jiān)控、運(yùn)維管理系統(tǒng)，是保證網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備正常工作的必要手段。

關(guān)鍵詞：動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)機(jī)房；環(huán)境設(shè)備

中圖分類號：TP303

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-7800（2015）003-0004-03

0 引言

機(jī)房的環(huán)境設(shè)備（動力電源、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、消防綜合監(jiān)測設(shè)備、視頻監(jiān)視設(shè)備、安防設(shè)備、預(yù)警設(shè)備、報(bào)警設(shè)備等）時刻運(yùn)行正常才能保證網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中用戶的正常工作。一旦機(jī)房環(huán)境設(shè)備出現(xiàn)故障，可能會造成數(shù)據(jù)傳送中斷、數(shù)據(jù)丟失、網(wǎng)絡(luò)長時間癱瘓、服務(wù)器閑置等網(wǎng)絡(luò)問題。因此，確保網(wǎng)絡(luò)環(huán)境設(shè)備及系統(tǒng)主機(jī)的自動監(jiān)視和有效管理是保障網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中設(shè)備工作正常運(yùn)行的重要措施。

機(jī)房動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備供電、UPS、空調(diào)、溫濕度、漏水、門禁、消防等方面的監(jiān)控管理，主要通過視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、智能控制技術(shù)，對機(jī)房環(huán)境、設(shè)備進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。通過異常告警、短信提示告警、數(shù)據(jù)查詢、遠(yuǎn)程管理等手段實(shí)現(xiàn)信息集中存放、統(tǒng)一管理的目的?，F(xiàn)代機(jī)房動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)能快速發(fā)現(xiàn)機(jī)房環(huán)境和設(shè)備出現(xiàn)的異常情況，通過數(shù)據(jù)分析、視頻回放、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能追蹤事故發(fā)生的原因和地點(diǎn)，有效改進(jìn)了傳統(tǒng)的人工被動監(jiān)控和排除故障的方式，為實(shí)現(xiàn)機(jī)房環(huán)境設(shè)備的正常運(yùn)行提供了有力保障。

1 動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)概述

現(xiàn)代的機(jī)房動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)是基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)、RS232/RS485總線、MICROSOFT SQL SEVER技術(shù)等實(shí)現(xiàn)的對網(wǎng)絡(luò)機(jī)房內(nèi)的動力環(huán)境設(shè)備的有效智能監(jiān)控。系統(tǒng)采用分布式計(jì)算技術(shù)，支持多個機(jī)房聯(lián)網(wǎng)集中監(jiān)控。根據(jù)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)機(jī)房的設(shè)備組成，系統(tǒng)可以分為：動力系統(tǒng)（發(fā)電機(jī)組、組合電源、UPS、電池、開關(guān)等）、環(huán)境系統(tǒng)（精密空調(diào)、泄漏、溫度、濕度、新風(fēng)機(jī)等）、消防系統(tǒng)（消防控制器、煙感探測器、溫感探測器、其它消防設(shè)備）、安防系統(tǒng)（門禁、閉路監(jiān)控、報(bào)警探頭、其它保安設(shè)備）、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（路由器、交換機(jī)、主機(jī)、服務(wù)器、其它通訊設(shè)備）。根據(jù)系統(tǒng)的整體構(gòu)成，系統(tǒng)可以分為：系統(tǒng)服務(wù)端、系統(tǒng)客戶端、系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)平臺、硬件監(jiān)控系統(tǒng)。具體如圖1所示。

動力機(jī)房所有硬件設(shè)備運(yùn)行狀況的監(jiān)控，由機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的各個相應(yīng)子系統(tǒng)完成，如UPS電源、配電機(jī)柜等設(shè)備的監(jiān)控工作由配電監(jiān)控子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，機(jī)房環(huán)境的溫濕度是否適合機(jī)房設(shè)備的正常運(yùn)行，由溫濕度監(jiān)控子系統(tǒng)和漏水監(jiān)控子系統(tǒng)等完成。因此，動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)從軟件方面可以分為配電監(jiān)控、空調(diào)監(jiān)控、漏水監(jiān)控、消防監(jiān)控、入侵報(bào)警監(jiān)控和溫濕度監(jiān)控子系統(tǒng)。

1.2 動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展歷程

核心機(jī)房技術(shù)從20世紀(jì)80年代開始建立雛形，在21世紀(jì)得到了快速發(fā)展。1992年，由郵電部設(shè)計(jì)院與廣州市電信局合作研究并且試驗(yàn)成功的“廣州市長途樞紐樓通信集中監(jiān)控系統(tǒng)”是我國第一個成功的應(yīng)用實(shí)例[1]。1996年1月，郵電部發(fā)布的第[1996]105號文件及通信局電源系統(tǒng)總技術(shù)要求（暫行規(guī)定）明確指出，通信機(jī)房環(huán)境和內(nèi)部設(shè)備應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控，逐步實(shí)現(xiàn)少人、無人值守，并且把集中監(jiān)控列為必不可少的部分[2，3]。

早期的監(jiān)控系統(tǒng)主要以“集中監(jiān)控、統(tǒng)一告警”為主要工作目的，強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)采集的實(shí)時性和傳輸?shù)臅r效性，要求“能夠發(fā)現(xiàn)告警、通知告警”即可，側(cè)重于維護(hù)層面，對于數(shù)據(jù)分析和挖掘要求不高；在系統(tǒng)架構(gòu)上，表現(xiàn)為全網(wǎng)獨(dú)立組網(wǎng)、單服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫，未部署其余外部網(wǎng)絡(luò)接口及其應(yīng)用；在數(shù)據(jù)組織的邏輯層次上，也只有數(shù)據(jù)采集層和數(shù)據(jù)處理層[4]。在機(jī)房環(huán)境監(jiān)控發(fā)展的10年間，大致有3個主要發(fā)展階段：

（1）動力環(huán)境監(jiān)控技術(shù)發(fā)展初期。該階段主要采用干接點(diǎn)方式，即通過通信設(shè)備的網(wǎng)管系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的處理與傳輸。由于當(dāng)時機(jī)房規(guī)模較小，技術(shù)落后，監(jiān)控參數(shù)較少，有些設(shè)備廠家只能提供設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，另一些集成商則根據(jù)用戶某一方面的需求，實(shí)現(xiàn)幾個設(shè)備監(jiān)控的簡單集成。

（2）動力環(huán)境監(jiān)控技術(shù)發(fā)展中期。為滿足對機(jī)房整體監(jiān)控的需求，該階段已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)遙感、遙控、遙測等功能。該階段的監(jiān)控軟件開發(fā)和應(yīng)用逐漸成熟，能夠?qū)崿F(xiàn)通過數(shù)據(jù)分析掌握監(jiān)控對象的運(yùn)行狀態(tài)。

（3）動力環(huán)境監(jiān)控技術(shù)發(fā)展成熟階段。由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，采用輪詢方式的數(shù)據(jù)處理技術(shù)已不能滿足較大機(jī)房和多點(diǎn)機(jī)房的集中監(jiān)控要求。此時，基于IP技術(shù)的智能化嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)很好地解決了這一難題。該技術(shù)在系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，采用告警事件主動上報(bào)機(jī)制代替被動輪詢機(jī)制。數(shù)據(jù)采集利用智能化設(shè)備，以減輕數(shù)據(jù)處理工作量，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。另外在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、告警機(jī)制、報(bào)表處理等方面也有很大改進(jìn)，為后期進(jìn)一步走向智能化提供了有力保證。

2 動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)對信息化發(fā)展的重要性

網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的飛速發(fā)展，使各個部門之間形成大量數(shù)據(jù)傳輸，因此各個行業(yè)均開始建設(shè)大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心機(jī)房，對數(shù)據(jù)的處理和存儲進(jìn)行集中管理，以提高穩(wěn)定性并有效降低運(yùn)行及維護(hù)成本。中心機(jī)房采用高速網(wǎng)絡(luò)與各個辦公點(diǎn)相連通，使整個數(shù)據(jù)群體形成一個強(qiáng)大的機(jī)房群，進(jìn)一步提高了設(shè)備的使用效能，并使建設(shè)統(tǒng)一的容災(zāi)備份成為可能。

傳統(tǒng)的機(jī)房維護(hù)工作主要靠工作人員值班看護(hù)，發(fā)現(xiàn)問題后迅速報(bào)告處理，這種方式有很大的局限性。首先，能否及時發(fā)現(xiàn)機(jī)房設(shè)備工作過程中的問題與值班人員的知識水平及能力有很大關(guān)系；其次，能否在設(shè)備出現(xiàn)故障的第一時間發(fā)現(xiàn)問題，這又和值班人員與用戶的配合有關(guān)；第三，機(jī)房設(shè)備工作時間是365（天）×24（小時），如果采用人工值班的方式監(jiān)控設(shè)備，在人員配置方面勢必是一種消耗。為避免以上局限性，保證信息化的正常迅速發(fā)展，核心機(jī)房中采用動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)代替人工方式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，實(shí)時地對機(jī)房環(huán)境設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集輸出，同時實(shí)現(xiàn)對多個機(jī)房設(shè)備的統(tǒng)一監(jiān)控與管理，以減輕機(jī)房維護(hù)人員的工作負(fù)擔(dān)，全面提高整個機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性、兼容性和可擴(kuò)展性，由此實(shí)現(xiàn)機(jī)房的科學(xué)管理，真正做到無人值守機(jī)房[5]。

3 動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)功能

3.1 傳感器監(jiān)控

傳感器監(jiān)控即利用動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中的傳感器設(shè)備，對機(jī)房環(huán)境中的溫濕度、漏水、煙霧、明火、電壓等進(jìn)行監(jiān)控，以保證機(jī)房設(shè)備工作環(huán)境中的相關(guān)參數(shù)值保持在設(shè)備正常工作范圍內(nèi)。

3.2 智能設(shè)備監(jiān)控

現(xiàn)代的動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中，某些設(shè)備本身也采用了智能化的管理監(jiān)控。如UPS機(jī)組的輸入輸出電壓、旁路電流電壓等參數(shù)監(jiān)測具體根據(jù)UPS本身的通信協(xié)議而定[6]。機(jī)房動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中的精密空調(diào)監(jiān)控、智能配電機(jī)柜監(jiān)控、發(fā)電機(jī)組、直流屏、STS切換柜等也是利用這些設(shè)備本身的通信協(xié)議開發(fā)出相應(yīng)的監(jiān)控功能對這些設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。

3.3 軟件功能

機(jī)房動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)與硬件環(huán)境的關(guān)系以及工作原理，可以將系統(tǒng)分為以下軟件模塊：通訊管理、設(shè)備管理、數(shù)據(jù)管理、控制管理、安全管理、配置管理、報(bào)警管理、報(bào)表管理、遠(yuǎn)程管理、運(yùn)維管理、專家診斷庫、雙機(jī)備份管理。

通訊管理模塊由多功能控制器組成，完成網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行通信，它是監(jiān)控模塊與監(jiān)控主機(jī)的通信橋梁。一個多功能數(shù)據(jù)控制器提供多路RS232或RS485/RS422接口，其中一個RS485接口可以連接多個監(jiān)控模塊[7]；數(shù)據(jù)管理模塊包括實(shí)時數(shù)據(jù)管理、歷史數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)備份、歷史數(shù)據(jù)庫維護(hù)等；配置管理主要包括系統(tǒng)參數(shù)配置、監(jiān)控對象參數(shù)配置、遠(yuǎn)程管理和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫配置以及備份恢復(fù)；報(bào)表管理是系統(tǒng)將產(chǎn)生的歷史數(shù)據(jù)、操作記錄、事件日志生成各種報(bào)表進(jìn)行管理。根據(jù)生成的報(bào)表，可以查看報(bào)警發(fā)生的時間、等級、名稱、編號，以及發(fā)生報(bào)警時的變量值及原因分析和處理方法等信息。

4 動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀與國內(nèi)外研究動態(tài)

4.1 國內(nèi)外研究動態(tài)

隨著信息化的發(fā)展越來越受到重視，機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)已成為近幾年國內(nèi)外研究的熱門課題。1997年1月，首屆基于Internet的機(jī)房環(huán)境監(jiān)控診斷工作會議由斯坦福大學(xué)和麻省理工學(xué)院聯(lián)合主辦，來自30個公司和研究機(jī)構(gòu)的50多位代表到會。會議主要討論了有關(guān)機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)開放式體系、診斷信息規(guī)程、傳輸協(xié)議及對用戶的合法限制等議題，并對未來的技術(shù)發(fā)展作出了展望。由斯坦福大學(xué)和麻省理工學(xué)院合作開發(fā)基于Internet的下一代機(jī)房環(huán)境監(jiān)控診斷示范系統(tǒng)，這項(xiàng)工作同時得到了Sun、HP、Boeing、Inter、Ford等12家大公司的通力配合，之后這些公司共同推出了一個實(shí)驗(yàn)性的系統(tǒng)Testbed。Testbed采用嵌入式Web組網(wǎng)、實(shí)時Java和Bayesian Net，初步形成在Internet范圍內(nèi)的信息監(jiān)控和診斷推理。另外，許多國際組織MIMOSA（Machine Information Management Open System Alliance）、SMFPT（Society for Machinery Failure Prevention Technology）、COMADEM（Condition Monition an Engineering Management）等，也紛紛通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)備監(jiān)控、故障診斷咨詢及技術(shù)推廣工作，并制定了一些信息交換格式與標(biāo)準(zhǔn)[8]。

4.2 我國機(jī)房動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

國內(nèi)對機(jī)房環(huán)境監(jiān)控技術(shù)也開展了積極研究。如西安交通大學(xué)研制的計(jì)算機(jī)狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)RMMD、華中科技大學(xué)開發(fā)的機(jī)房溫濕度監(jiān)測和診斷系統(tǒng)KBGMD、哈爾濱工業(yè)大學(xué)的微機(jī)化機(jī)組狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷專家系統(tǒng)MMMDES等[5]。同時國內(nèi)外許多通信行業(yè)的廠商相繼推出了各種監(jiān)控系統(tǒng)，如中興公司的ZXM10動力設(shè)備及環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)、中達(dá)公司的PECS動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控接入技術(shù)逐步從初期的干接點(diǎn)方式[9]發(fā)展到目前的模擬量監(jiān)控與視頻監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、協(xié)議解析、告警觸發(fā)處理、監(jiān)控界面顯示等多項(xiàng)功能。

經(jīng)過近10年的發(fā)展，動力環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)已具有一定規(guī)模，以中國移動為例，中心機(jī)房監(jiān)控率為93.44%，VIP基站監(jiān)控率為95.84%，普通基站監(jiān)控率為76.95%[10]。在其它領(lǐng)域和行業(yè)，動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的基本應(yīng)用已全部實(shí)施，很多單位的動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)處于中級應(yīng)用水平，高級應(yīng)用正在逐步探索與完善當(dāng)中。

4.3 文獻(xiàn)調(diào)查情況

在過去10年內(nèi)，不同領(lǐng)域的學(xué)者也在積極開展動力環(huán)境監(jiān)控研究。以發(fā)表論文為例，近10年，我國有關(guān)動力環(huán)境監(jiān)控的論文數(shù)量逐年上升，涉及領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大，說明動力環(huán)境監(jiān)控已成為學(xué)者研究的一個重要內(nèi)容，并且在越來越多的行業(yè)得到應(yīng)用。2006年至今，以“動力環(huán)境監(jiān)控”為主題的論文在百萬論文中所占比例情況如圖2所示。

在文獻(xiàn)檢索過程中，論文中的關(guān)鍵詞、被引用的頻率也有所變化，圖3是2006年至今，以“動力環(huán)境監(jiān)控”為關(guān)鍵詞的論文中的熱詞統(tǒng)計(jì)情況。

由這些熱詞的內(nèi)容和被引用次數(shù)可以看出，目前我國有關(guān)“動力環(huán)境監(jiān)控”的研究已涉及監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成、監(jiān)控對象、應(yīng)用領(lǐng)域、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)管理等內(nèi)容，說明我國目前對 “動力環(huán)境監(jiān)控”的研究正趨于完善和成熟。

2010年至今，被萬方數(shù)據(jù)庫收錄的有關(guān)“動力環(huán)境監(jiān)控”的論文有237篇，其中期刊論文170篇，占總數(shù)的72%；學(xué)位論文54篇，占總數(shù)的23%；會議文件13篇，占總數(shù)的5%。具體情況如圖4所示。

由圖4可以看出，近5年有關(guān)“動力環(huán)境監(jiān)控”的論文數(shù)量基本持平，說明國內(nèi)對“動力環(huán)境監(jiān)控”的研究仍然是通信領(lǐng)域的熱門話題，但是學(xué)位論文數(shù)量逐漸減少，其原因主要是2010年之后，國內(nèi)高校的動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)逐漸建成并處于應(yīng)用階段。隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的智能化設(shè)備會進(jìn)入機(jī)房，這要求我們在現(xiàn)有基礎(chǔ)上不斷完善和拓展，及早實(shí)現(xiàn)動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的高級應(yīng)用。

5 結(jié)語

我國動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)已日趨成熟，并在很多行業(yè)得到應(yīng)用，其能很好地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的集中管理，對提高所處應(yīng)用行業(yè)的工作效率有顯著成效?，F(xiàn)階段我國主要采用分布式監(jiān)控結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)具有可靠性高、靈活性好、擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。

在技術(shù)方面，各種遠(yuǎn)程接入、智能設(shè)備接入等問題已得到很好的解決；在其它方面，如遙控遙測、故障告警、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)報(bào)表等功能也在日常工作中發(fā)揮了其獨(dú)有的作用。但是隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，如下一代互聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模使用，更多的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備會要求動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)對其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，這必然會對現(xiàn)有的動力環(huán)境監(jiān)控技術(shù)提出更高要求。為滿足日趨強(qiáng)烈的互聯(lián)網(wǎng)需求，動力環(huán)境監(jiān)控技術(shù)應(yīng)向更加智能化、規(guī)范化的方向發(fā)展，如完善專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)動力環(huán)境監(jiān)控的大眾化應(yīng)用；建立設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對監(jiān)控設(shè)備的質(zhì)量考核，以更好地進(jìn)行維護(hù)；建立更完善的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備故障和生命周期的預(yù)測功能等。對于這些高智能化功能的探索，對動力環(huán)境監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。

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