基于物聯(lián)網(wǎng)2.0下的機(jī)房智能管理系統(tǒng)

徐海明，陳晴，高婷

（浙江省氣象信息網(wǎng)絡(luò)中心，杭州 310017）

0 引言

在目前省級(jí)氣象網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，省級(jí)網(wǎng)絡(luò)中心起到了承上啟下的作用。日益龐大的交換數(shù)據(jù)、日新月異的氣象業(yè)務(wù)使得省級(jí)氣象機(jī)房不停地?cái)U(kuò)展，對(duì)場(chǎng)地、設(shè)備、環(huán)境、供電的管理提出了新的要求。從原來(lái)單個(gè)機(jī)房發(fā)展到多個(gè)機(jī)房，從原來(lái)的單個(gè)場(chǎng)地發(fā)展到不同場(chǎng)地分布式的機(jī)房。對(duì)通過(guò)人工檢測(cè)機(jī)房環(huán)境要素的手段提出了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。目前的機(jī)房要素包括：溫度、濕度、電壓、電流、煙感、漏水、漏電、消防、視頻等。每天人工觀測(cè)、記錄、存檔、告警已經(jīng)在實(shí)時(shí)性、安全性和持續(xù)性上不能符合現(xiàn)代化氣象事業(yè)的腳步了。

物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)為我們提供了解決方案。物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）是一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體[2]，讓所有能夠被獨(dú)立尋址的普通物理對(duì)象實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。它具有普通對(duì)象設(shè)備化、自治終端互聯(lián)化和普適服務(wù)智能化3個(gè)重要特征。它可追溯到1990的施樂(lè)公司，形成于1999年美國(guó)麻省理工學(xué)院提出的“萬(wàn)物互聯(lián)”的概念。經(jīng)過(guò)10年的發(fā)展，在2009年中國(guó)終于通過(guò)“感知中國(guó)”把我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)推向了高潮[2]。物聯(lián)網(wǎng)的概念已經(jīng)是一個(gè)“中國(guó)制造”的概念，它的覆蓋范圍與時(shí)俱進(jìn)，已經(jīng)超越了1999年Ashton教授和2005年ITU報(bào)告所指的范圍，物聯(lián)網(wǎng)已被貼上“中國(guó)式”標(biāo)簽。

1 系統(tǒng)實(shí)施

1.1 邏輯系統(tǒng)

基于目前本單位的5個(gè)中大型機(jī)房，服務(wù)器數(shù)量已達(dá)400多臺(tái)，分布在不同的樓層和同一城市的不同地點(diǎn)，平時(shí)基本靠人員的巡視檢查發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、填充日志，在故障發(fā)現(xiàn)的實(shí)時(shí)性、系統(tǒng)性和隱蔽性上已經(jīng)嚴(yán)重不適應(yīng)當(dāng)前的氣象業(yè)務(wù)現(xiàn)代化的進(jìn)程。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的機(jī)房環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)，它由RFID標(biāo)簽、智能電子傳感器、視頻探頭、門禁系統(tǒng)、煙霧和火災(zāi)報(bào)警器，通過(guò)氣象專用網(wǎng)絡(luò)和VPN，傳輸至監(jiān)控服務(wù)器，監(jiān)控人員可以通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)的顯示器查看實(shí)時(shí)情況，也可以通過(guò)VPN在外網(wǎng)的PC或手機(jī)上進(jìn)行監(jiān)控并報(bào)警，具體見(jiàn)圖1。

（1）RFID標(biāo)簽系統(tǒng)：為每臺(tái)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備和環(huán)境設(shè)備分發(fā)一個(gè)身份標(biāo)識(shí)，通過(guò)專用的閱讀設(shè)備，可以閱讀或改寫設(shè)備的位置、類型、配置數(shù)據(jù)等具體信息。

（2）智能電子傳感器：包括溫濕、水浸、電壓電流等傳感器，針對(duì)設(shè)備的具體物理指標(biāo)，實(shí)時(shí)反映當(dāng)前機(jī)房的環(huán)境情況，能自動(dòng)或被動(dòng)地上傳物理數(shù)據(jù)。

（3）視頻監(jiān)控：針對(duì)機(jī)房晚上無(wú)人值守的情況下，對(duì)機(jī)房進(jìn)行24小時(shí)的多監(jiān)控點(diǎn)無(wú)死角的錄像，不僅可以在安保上做到及時(shí)地報(bào)警，也可以在設(shè)備發(fā)生移位或被外力破環(huán)時(shí)通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)上傳告警數(shù)據(jù)到系統(tǒng)。

（4）門禁系統(tǒng)：作為機(jī)房管理的一部分，指紋和臉部識(shí)別的門禁系統(tǒng)將和值班日志統(tǒng)一記錄當(dāng)前值班人員在機(jī)房的操作情況，為人員考核和事后查責(zé)提供可靠依據(jù)。

（5）煙霧和火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)：該系統(tǒng)作為整個(gè)管理系統(tǒng)的重要部分還將接入整個(gè)大樓的火警聯(lián)防系統(tǒng)，為機(jī)房的火警系統(tǒng)做一個(gè)雙重備份。

圖1 機(jī)房管理系統(tǒng)物理聯(lián)線示意圖

1.2 整體框架

基于上述情況，我們對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了多層次的劃分：傳感感知層、網(wǎng)絡(luò)連接層和系統(tǒng)應(yīng)用層。具體框圖如下：

圖2 系統(tǒng)應(yīng)用框架圖

在感知層以智能傳感器和RFID為基本單元，通過(guò)各種工業(yè)總線、物流網(wǎng)、ZigBee和其他自定義的協(xié)議方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，形成了物對(duì)人、物對(duì)物的信息互通，進(jìn)一步形成互聯(lián)互通的智能型網(wǎng)絡(luò)。關(guān)鍵在于對(duì)各種傳感設(shè)備的互聯(lián)性，通過(guò)專門的協(xié)議轉(zhuǎn)換達(dá)到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，從而和網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行交換。在本系統(tǒng)中感知層包括七項(xiàng)傳感器為感知設(shè)備，它們的接口種類繁多，有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)，有電流輸出（4-20Ma）和電壓輸出（0-5V），也有各種工業(yè)總線上帶協(xié)議和RTU輸出（RS-485、422，ModBus等）。為了兼容目前的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，這一層中我們采用了嵌入式系統(tǒng)做中轉(zhuǎn)采集，包括了ZigBee接口、工業(yè)總線接口、移動(dòng)數(shù)據(jù)接口和網(wǎng)絡(luò)接口，利用各種協(xié)議把數(shù)據(jù)采集到后轉(zhuǎn)換成通用的TCP/IP協(xié)議，提供給網(wǎng)絡(luò)層。并在嵌入式系統(tǒng)中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，作出及時(shí)的提醒和報(bào)警并上傳到服務(wù)器以作查詢。

在網(wǎng)絡(luò)層以目前TCP/IP基礎(chǔ)上，解決了Wi-Fi、局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和氣象VPN等專用網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交換，接收感知層傳送過(guò)來(lái)的龐大的海量數(shù)據(jù)，故對(duì)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性和同步、異步處理能力進(jìn)行了有效地設(shè)計(jì)。采用了專用的網(wǎng)段和相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組合了一個(gè)專用的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)的人機(jī)接口，首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分類管理，對(duì)不同類別的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分別的存儲(chǔ)，包括本地磁盤陣列(RAID),網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)服務(wù)器(NAS)，同時(shí)接入Internet網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)保存到氣象專用云平臺(tái)。利用專用的前置處理機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的分析處理，給數(shù)據(jù)打上屬于自己的標(biāo)志和屬性，從而達(dá)到物物相連的目的。在這些數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，我們開(kāi)發(fā)了為機(jī)房值班人員用的PC監(jiān)控端，為管理人員開(kāi)發(fā)了Web服務(wù)端和手機(jī)端的App應(yīng)用。做到了監(jiān)控和管理的全覆蓋。

1.3 硬件組成

（1）水浸傳感器，在機(jī)房受潮或進(jìn)水的第一時(shí)間會(huì)向系統(tǒng)傳遞信息：XW1000定位漏水感應(yīng)線

（2）電壓、電流傳感器：1-05_VVA(ABC+N)電壓電流傳感器

（3）RFID標(biāo)簽，為每臺(tái)服務(wù)器、機(jī)架、交換機(jī)等物理設(shè)備建立一個(gè)唯一的電子檔案：UT201超高頻不干膠標(biāo)簽

（4）煙霧傳感器：TAD-169煙霧報(bào)警器（聯(lián)網(wǎng)型）

（5）溫濕度傳感器：HX94ACW/94AVW

（6）網(wǎng)絡(luò)視頻頭：DS-2CD1301D-I 2.8mm

（7）門禁系統(tǒng)：KB105獨(dú)立型刷卡密碼門禁機(jī)

1.4 軟件功能

在本系統(tǒng)中我們對(duì)軟件進(jìn)行了功能的劃分：

（1）數(shù)據(jù)采集：應(yīng)用不同的協(xié)議將各種傳感器的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換并存入本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)。

（2）實(shí)時(shí)報(bào)警：通過(guò)數(shù)據(jù)過(guò)濾、分析和判斷，通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)向值班人員的電話和手機(jī)發(fā)出相應(yīng)的提示或報(bào)警信號(hào)。

（3）Web顯示：對(duì)應(yīng)相應(yīng)的設(shè)備系統(tǒng)，分成了七個(gè)顯示子模塊，采用圖形化的顯示方式，直觀形象快捷地顯示出當(dāng)前的設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和數(shù)據(jù)，并以不同的顏色進(jìn)行標(biāo)識(shí)，一目了然。

（4）設(shè)置參數(shù)：對(duì)各種設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警上下限的配置，操作員管理的設(shè)置，各種配置文件和日志文件的設(shè)置等。

（5）日志管理：對(duì)當(dāng)前和歷史的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖表和圖形顯示，可以了解和分析日常管理中系統(tǒng)存在的問(wèn)題及經(jīng)驗(yàn)，以便系統(tǒng)的改進(jìn)。

（6）報(bào)表打?。簩?duì)采樣的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、各種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)打印，也能對(duì)日?qǐng)?bào)、周報(bào)、月報(bào)和年報(bào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，為管理人員對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀況有一手的了解。

具體數(shù)據(jù)流程如圖4所示。

1.5 數(shù)據(jù)庫(kù)和手機(jī)App

數(shù)據(jù)庫(kù)采用通用和成熟的微軟SQL Server，進(jìn)行了分布式設(shè)計(jì)，由于采用了成熟的方案，降低了開(kāi)發(fā)難度，加快了開(kāi)發(fā)進(jìn)程，也降低了以后的維護(hù)成本。App開(kāi)發(fā)有很多方法可以采用，有可以智能生成的，也有半成品控件構(gòu)建的，這里采用了Eclipse+JDK+SDK方案，該方案采用C++語(yǔ)言，靈活方便，可以開(kāi)發(fā)市場(chǎng)上常見(jiàn)的大多數(shù)App。

1.6 技術(shù)特點(diǎn)

第一個(gè)特點(diǎn)是在物聯(lián)網(wǎng)2.0的技術(shù)基礎(chǔ)上，系統(tǒng)不僅能夠查看實(shí)時(shí)采樣的數(shù)據(jù)，由于采用了智能傳感設(shè)備，在需要的前提下，可以命令傳感器加密采樣或者改變采樣頻率、采樣指標(biāo)等，達(dá)到智能監(jiān)控目的；第二個(gè)特點(diǎn)是傳感器在感知層可以不通過(guò)應(yīng)用層而互相交換數(shù)據(jù)，為今后的AI傳感采樣提供技術(shù)接口；第三是具有強(qiáng)大的擴(kuò)展性，由于感知層的智能性，它具有相對(duì)的獨(dú)立性，使得系統(tǒng)可以容納更多的智能傳感設(shè)備，目前在氣象部門中廣泛使用的探測(cè)設(shè)備、數(shù)以千計(jì)的要素自動(dòng)站、各種氣象雷達(dá)設(shè)備等經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的改造后，完全可以接入到系統(tǒng)中，形成一個(gè)龐大和功能更加強(qiáng)大的氣象物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

2 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)運(yùn)行一年多來(lái)，一共發(fā)出了100多條報(bào)警提示，特別在機(jī)房空調(diào)冷凝水流入地面、UPS電壓抖動(dòng)、UPS供電切換過(guò)程中電流變化以及機(jī)房空調(diào)故障導(dǎo)致溫度升高等情況下能夠在30秒之內(nèi)發(fā)出警告信號(hào)，及時(shí)地提醒了機(jī)房管理人員對(duì)安全隱患的快速處置，在機(jī)房管理中取得了較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，不同程度地減少了安全損失，也為機(jī)房管理水平的提高提供了技術(shù)支撐。