基于物聯(lián)網(wǎng)的IDC機(jī)房綜合監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李 冰

中移鐵通集團(tuán)有限公司，北京 100032

互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要通信行業(yè)為其提供基礎(chǔ)支撐，由此導(dǎo)致了IDC機(jī)房數(shù)量大幅度增加。機(jī)房管理中各項(xiàng)問題也隨之凸顯。傳統(tǒng)機(jī)房管理工作重點(diǎn)在于對(duì)機(jī)房數(shù)據(jù)進(jìn)行很管理，確保各項(xiàng)信息安全，避免網(wǎng)絡(luò)故障，但是沒有考慮到機(jī)房環(huán)境管理與設(shè)備管理工作，從而使整體管理工作水平不佳。各行業(yè)都在轉(zhuǎn)變發(fā)展方式促進(jìn)低碳發(fā)展，因此機(jī)房管理工作也需要考慮到能耗問題。

1 機(jī)房監(jiān)管工作發(fā)展

我國(guó)機(jī)房監(jiān)管工作開展于20世紀(jì)90年代，國(guó)家發(fā)布關(guān)于機(jī)房電源系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)要求，明確機(jī)房管系統(tǒng)需要集中控制，并且在管理工作中需要逐漸減少工作人員比例。由此，國(guó)內(nèi)機(jī)房管理人員才開始重視機(jī)監(jiān)管工作，在資金與人力資源等方面有了相應(yīng)的投入。但是隨著工作的開展，雖然我國(guó)在機(jī)房管理工作方面也獲得了一定的發(fā)展，但是在實(shí)際應(yīng)用的過程中仍然存在較多的問題。

傳統(tǒng)機(jī)房管理工作在監(jiān)控方面主要關(guān)注的對(duì)象是硬件設(shè)施，環(huán)境監(jiān)測(cè)工作主要利用傳感器結(jié)合到聲光報(bào)警方式，需要值班人員在場(chǎng)。從監(jiān)控的領(lǐng)域來看，沒有基于全局來考慮，主要集中于某一對(duì)象，比如機(jī)房的溫度、濕度、電源安全、氣體監(jiān)測(cè)等，彼此之間不能有效協(xié)調(diào)或者是協(xié)調(diào)難度比較大。但是對(duì)于IDC機(jī)房監(jiān)控工作而言，需要一套整體系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)整體環(huán)境監(jiān)控，獲得機(jī)房環(huán)境的各指標(biāo)，從而對(duì)機(jī)房情況進(jìn)行評(píng)估，基于此而做出決策。機(jī)房監(jiān)控工作的重點(diǎn)在于監(jiān)測(cè)而沒有充分利用數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)控制與管理。機(jī)房設(shè)備連續(xù)運(yùn)行導(dǎo)致能耗增大，使企業(yè)成本相應(yīng)增加。監(jiān)控工作沒有將設(shè)備自身存在的能耗納入到考慮的范圍之中，沒有基于整體考慮能耗控制問題。從機(jī)房監(jiān)控方面來看，我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家還存在一定的差距，但是就網(wǎng)絡(luò)技術(shù)而言，是處于同一起跑線的，在產(chǎn)業(yè)技術(shù)及應(yīng)用方面都有較好的基礎(chǔ)。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的IDC機(jī)房綜合監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)

短距離無線通信具有比較廣的通信覆蓋范圍，一般情況下，如果通信雙方無線電波傳輸?shù)木嚯x比較短就可以將其稱之為短距離無線通信。短距離無線通信技術(shù)的基礎(chǔ)特征包括低功耗、低成本、對(duì)等通信。其中低功耗主要是相比于其它無線通信技術(shù)而言的，主要是由于其通信距離短。短距離并且在傳輸?shù)倪^程存在較少的障礙物體，因此較低的發(fā)射功率就能夠滿足工作的需要。對(duì)等通信則無線通信技術(shù)一個(gè)最為重要的特點(diǎn)，與其它的無線通信技術(shù)存在明顯的特點(diǎn)，通信不需要中轉(zhuǎn)設(shè)備，無線資源管理工作主要基于競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制。雖然有線技術(shù)應(yīng)用比較成熟，成本較低，但是無線技術(shù)在便攜性方面表現(xiàn)更佳，能夠快捷簡(jiǎn)單進(jìn)行組網(wǎng)，能夠避免有線技術(shù)應(yīng)用線路老化問題的出現(xiàn)。如果環(huán)境比較復(fù)雜，有線技術(shù)應(yīng)用布線存在較大的問題，而無線技術(shù)應(yīng)用則能夠較好地解決這一問題。集成技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用能夠使通信系統(tǒng)相關(guān)功能集中于芯片內(nèi)，不受外部環(huán)境的影響并且性能十分的穩(wěn)定，在生活多個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用。

射頻識(shí)別無需要通過接觸就能夠完成工作，通過自動(dòng)識(shí)別信號(hào)來獲得相關(guān)信息，整體過程無需人為干預(yù)，并且受到外部環(huán)境的影響小，能夠同時(shí)對(duì)多個(gè)高速運(yùn)動(dòng)的物體進(jìn)行識(shí)別。射頻識(shí)別可以依據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)分為多個(gè)類別，智能傳感技術(shù)，智能傳感器相比于一般性傳感器其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在、可靠性提升、精度更高、性價(jià)比提升、多功能化。

低能耗設(shè)備與技術(shù)的應(yīng)用，低能耗是當(dāng)前管理工作需要重點(diǎn)考慮的技術(shù)之一，實(shí)現(xiàn)低能耗目標(biāo)需要從多個(gè)方面不同環(huán)節(jié)入手，包括內(nèi)部結(jié)構(gòu)、供電電壓、系統(tǒng)時(shí)鐘、低能耗模式等。實(shí)時(shí)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在可預(yù)測(cè)性、時(shí)間約束、可靠性、實(shí)時(shí)響應(yīng)。而從性能上區(qū)分又可以將其分為三個(gè)類別，軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)，硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)，或者是二者兼具的實(shí)時(shí)系統(tǒng)。從結(jié)構(gòu)體系方面來劃分又可以將其劃分為通用操作化拓展與獨(dú)立體系結(jié)構(gòu)兩個(gè)類別。此外應(yīng)用的技術(shù)還包括了嵌入式IP/TCP協(xié)議棧，GPRS技術(shù)等。

3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)主要從以下幾個(gè)方面來考慮，能夠?qū)C(jī)房?jī)?nèi)部的各項(xiàng)設(shè)備進(jìn)行智能化監(jiān)控，能夠記錄設(shè)備實(shí)時(shí)信息。通過采集機(jī)房?jī)?nèi)部實(shí)時(shí)信息對(duì)其進(jìn)行處理從而采取相關(guān)決策開展工作。對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)部重點(diǎn)區(qū)域或者容易出現(xiàn)問題的區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控，能夠提前對(duì)危險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警。對(duì)機(jī)房出入人員進(jìn)行記錄，從而避免機(jī)房故障或者是設(shè)備丟失問題?；趯?duì)機(jī)房環(huán)境，電源等各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過調(diào)節(jié)使機(jī)房環(huán)境更加符合工作的需要。系統(tǒng)需要考慮自身能耗與部署的方便性，便于后期維護(hù)工作開展，擴(kuò)大系統(tǒng)應(yīng)用的范圍，而在另一方面又需要對(duì)成本進(jìn)行嚴(yán)格的控制。

3.2 系統(tǒng)功能需求與非功能需求分析

系統(tǒng)不同層級(jí)的功能需求是不同的，因此，功能分析需要結(jié)合到系統(tǒng)需求實(shí)現(xiàn)的不同的目標(biāo)，結(jié)合到應(yīng)用的實(shí)際環(huán)境來分析。比如對(duì)于感知層而言，需要考慮到支撐第三方設(shè)備接入以及擴(kuò)展，能夠遠(yuǎn)程對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行配置。對(duì)于傳輸層而言，要考慮到數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)問題，層間管理主機(jī)問題，應(yīng)用層相關(guān)問題，服務(wù)層相關(guān)問題。

非功能性系統(tǒng)需求分析主要基于性能成本能耗等方面，硬件選擇需要在確保功能實(shí)現(xiàn)的前提下最大程度對(duì)成本進(jìn)行控制。傳輸層實(shí)現(xiàn)需要實(shí)現(xiàn)低功耗目標(biāo)，包括硬、軟件兩方面。

3.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與依據(jù)

系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)需要不同的子系統(tǒng)，包括了全壽命管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、電源監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)匯聚、安防預(yù)警、綜合數(shù)據(jù)分析平臺(tái)、層間主機(jī)管理、反饋控制等系統(tǒng)。全壽命周期管理是基于產(chǎn)品整體壽命周期進(jìn)行動(dòng)態(tài)的管理，使企業(yè)資產(chǎn)管理工作能夠得到持續(xù)優(yōu)化，降低資產(chǎn)維護(hù)工作的成本。機(jī)房設(shè)備正常工作對(duì)于機(jī)房的環(huán)境有嚴(yán)格的要求，只有環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到才能使設(shè)備正常工作發(fā)揮其應(yīng)有的作用。服務(wù)器在向著密集化與小型化方向發(fā)展的同時(shí)，需要重點(diǎn)考慮到其內(nèi)部的散熱問題，對(duì)環(huán)境溫度與濕度，灰塵等進(jìn)行控制，通過分析實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)環(huán)境狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)的調(diào)整，從而滿足機(jī)房設(shè)備工作的需要。電源是各項(xiàng)設(shè)備工作的基礎(chǔ)，機(jī)房需要確保電源穩(wěn)定，避免電壓波動(dòng)或者是電源供應(yīng)問題對(duì)設(shè)備造成的損壞。機(jī)房設(shè)備存儲(chǔ)重要數(shù)據(jù)，同時(shí)設(shè)備自身價(jià)值較高，因此，需要做好安防工作，避免與工作無關(guān)人員進(jìn)入機(jī)房。數(shù)據(jù)匯聚系統(tǒng)主要的功能在于確保通信效率與性能，系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要應(yīng)用了感知層與無線通信進(jìn)行交互，數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)需要覆蓋一定范圍內(nèi)的感知層節(jié)點(diǎn)。層間管理主機(jī)主要作用是將匯總的數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，并通過特定的方式將其發(fā)送到應(yīng)用層，是中間層與傳輸層相互對(duì)接的部分?？紤]到需要在不同的機(jī)房里部署，層間管理主機(jī)可以實(shí)現(xiàn)多種接入方式。數(shù)據(jù)綜合管理與分析平臺(tái)，主要的作用是分析采集的各項(xiàng)信息，對(duì)環(huán)境情況進(jìn)行分析與判定，結(jié)合判定的結(jié)果對(duì)環(huán)境進(jìn)行調(diào)控。系統(tǒng)需要完成以下工作內(nèi)容，機(jī)房?jī)?nèi)部狀態(tài)需要?jiǎng)討B(tài)展示，包括了機(jī)房?jī)?nèi)部的設(shè)備信息、安防狀況、機(jī)房的環(huán)境等。

結(jié)合環(huán)境參數(shù)電源參數(shù)對(duì)機(jī)房環(huán)境與能耗進(jìn)行分析，通過控制改變機(jī)房環(huán)境對(duì)耗能進(jìn)行控制，通過可視化方式提供機(jī)房各項(xiàng)配置參數(shù)，依據(jù)機(jī)房實(shí)時(shí)狀況對(duì)各系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制。

反饋系統(tǒng)主要是反映系統(tǒng)功能結(jié)果，平臺(tái)下發(fā)命令后需要相關(guān)系統(tǒng)實(shí)施與執(zhí)行，而執(zhí)行的結(jié)果需要反饋系統(tǒng)提供，便于平臺(tái)分析執(zhí)行結(jié)果從而開展下一步工作，為管理人員工作開展提供決策支撐。

4 硬件結(jié)構(gòu)分析

不同子系統(tǒng)需要的硬件設(shè)施是不同的，比如物管標(biāo)簽管理硬件組成包括了電源模塊、射頻模塊、狀態(tài)指示與電壓檢測(cè)模塊等。環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要硬件是溫度與濕度信息采集一類，硬件在結(jié)構(gòu)方面存在較多的相似性。具體如傳感器、微控制器、電源模塊、無線射頻、電壓監(jiān)測(cè)模塊等。電源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件組成主要有智能電表、微控制器、電源模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接、無線射頻等。安防預(yù)警系統(tǒng)模塊主要包括了微控制器、圖像采集、紅外觸發(fā)、數(shù)據(jù)傳輸與電源管理等。數(shù)據(jù)匯集系統(tǒng)硬件組成包括微控制器、無線射頻、數(shù)據(jù)傳輸、電源模塊、狀態(tài)指示等。層管理器硬件組成包括了串口模塊、狀態(tài)指標(biāo)模塊、以太網(wǎng)模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊等。反饋系統(tǒng)硬件組成主要有微控制器、無線射頻、電源模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊等。

5 通信協(xié)議設(shè)計(jì)

通信協(xié)議是系統(tǒng)正常運(yùn)行的核心，協(xié)議設(shè)計(jì)是否合理關(guān)系到各項(xiàng)功能是否能夠正常實(shí)現(xiàn)，通信協(xié)議設(shè)計(jì)工作需要考慮的內(nèi)容包括了穩(wěn)定性、實(shí)用性、高效率，擴(kuò)展性。基于上述內(nèi)容可以考慮以下方面協(xié)議，感知層上傳數(shù)據(jù)到傳輸層的無線通信協(xié)議，傳輸系統(tǒng)內(nèi)部的通信協(xié)議，傳輸層發(fā)送數(shù)據(jù)到應(yīng)用層的通信協(xié)議，應(yīng)用層發(fā)送指令到傳輸層，服務(wù)層，感知層的通信協(xié)議等。

6 結(jié)語(yǔ)

機(jī)房管理工作是所有管理工作的重點(diǎn)內(nèi)容，需要綜合考慮各方面因素對(duì)其造成的影響，基于此采取措施。確保機(jī)房安全，環(huán)境優(yōu)良，設(shè)備能夠正常工作，轉(zhuǎn)變思路，提升機(jī)房管理工作水平。

[1] 劉棟.數(shù)據(jù)中心機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].工程技術(shù)：引文版，2016（12）.

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