基于物聯(lián)網(wǎng)的機房智能控制系統(tǒng)

摘 要：為了統(tǒng)一管理和控制機房終端設(shè)備，設(shè)計了基于物聯(lián)網(wǎng)的機房智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了機房管控的自動化和智能化，從而節(jié)約了機房終端成本和管理成本。系統(tǒng)采用天翼物聯(lián)網(wǎng)平臺的物聯(lián)網(wǎng)終端對機房內(nèi)部的門禁、溫濕度傳感器、水浸設(shè)備等進行數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制，并為智慧機房的應(yīng)用搭建了PaaS平臺。長期的實際應(yīng)用數(shù)據(jù)表明，該系統(tǒng)能夠有效地實現(xiàn)對機房進出人員的管控，機房內(nèi)部狀態(tài)監(jiān)控也為機房管理和控制提供了有利的補充條件，降低了人工巡查的依賴度，減少了采購成本和人工管理成本。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；機房；智能監(jiān)控；PaaS應(yīng)用；無線傳感技術(shù)；控制系統(tǒng)

中圖分類號：TP39 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）09-0-03

DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2024.09.037

0 引 言

機房管理一直是運營商關(guān)注的重要方向之一。智慧機房由管理平臺、服務(wù)器設(shè)備和傳感器設(shè)備組成[1]。由于建設(shè)時間較長，運營商現(xiàn)有機房存在著機房老舊、建設(shè)周期不一致、監(jiān)控設(shè)備雜亂、機房管理不統(tǒng)一等問題[2-4]。因此，對建設(shè)安全性好、可靠性高的機房管理平臺的需求十分迫切[5-7]?，F(xiàn)有的技術(shù)方案大多采用工單巡查的方式，管控的顆粒度與時效性仍不能滿足要求[8]，監(jiān)控、管理和告警的自動化程度較低。通過二維碼進行機房巡查的方式，免去了紙質(zhì)材料記錄的麻煩，但也只是解決了機房自動化管理的部分問題，沒有形成一體化的機房管理方案[9]。為了解決上述問題，運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能分析技術(shù)[1， 10]，提高對機房人員流向的監(jiān)控能力與機房環(huán)境異常的告警能力，降低對人工巡檢的依賴度，解決運營商統(tǒng)一管理大批量機房的問題。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

智慧機房系統(tǒng)由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層和應(yīng)用層組成。感知層采用天翼物聯(lián)PaaS平臺中具有統(tǒng)一協(xié)議的NB、4G、以太網(wǎng)絡(luò)終端。網(wǎng)絡(luò)層是NB、4G、以太網(wǎng)。平臺層是天翼物聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)接入平臺。應(yīng)用層是Web機房應(yīng)用以及APP軟件。在機房門禁管理方面，采用物聯(lián)網(wǎng)門禁對人員進出進行統(tǒng)一管理。在機房監(jiān)控方面，采用溫濕度傳感器和水浸傳感器對機房的內(nèi)部環(huán)境進行監(jiān)控，并且根據(jù)溫濕度的改變聯(lián)動機房的空調(diào)進行機房的溫濕度控制。該控制終端采用物聯(lián)網(wǎng)紅外終端。在機房節(jié)能方面，采用智能電表實時監(jiān)控重要設(shè)備的用電量情況。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 感知層設(shè)備

感知層設(shè)備根據(jù)機房的實際情況可選用NB、4G、以太網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備。運營商機房分布的位置不一，有些機房因為房屋結(jié)構(gòu)原因重新布線存在較大困難，而NB和4G這一類終端具有功耗低、自組網(wǎng)、不用布線等優(yōu)點。對于門禁設(shè)備，可以直接接入機房直流電源；對于溫濕度傳感器和水浸傳感器，一節(jié)電池可以使用一年以上，安裝方便。對于智能電表終端，不用考慮供電問題就能直接接入。

2.2 天翼物聯(lián)終端接入平臺

終端接入平臺面臨接入機房的設(shè)備種類多、設(shè)備數(shù)量多、接口協(xié)議多樣的問題。為解決這些問題，終端接入采用天翼物聯(lián)平臺。天翼物聯(lián)平臺是中國電信傾力打造的智能終端匯聚、提供應(yīng)用開發(fā)運行服務(wù)和輕量級應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)平臺，旨在降低物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)的準(zhǔn)入門檻，降低智能硬件的接入門檻，提供端到端的解決方案，提供2G/3G/4G/CAT1、NB-IoT、WiFi等不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的接入方案，支持T-Link、MQTT、LwM2M等多種協(xié)議的設(shè)備接入。

3 自動化監(jiān)控平臺

3.1 傳感器子系統(tǒng)

傳感器子系統(tǒng)由各種環(huán)境感知設(shè)備與傳感器組成。作為機房監(jiān)測系統(tǒng)的最前端，傳感器設(shè)備應(yīng)符合技術(shù)成熟、耐久性好、抗干擾性強、環(huán)境適應(yīng)性強等要求。

3.2 數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集單元采用天翼物聯(lián)平臺，終端對接按照不同的設(shè)備種類構(gòu)建對應(yīng)的物模型。終端上傳的數(shù)據(jù)可以通過隊列的形式進行實時獲取。數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)絡(luò)。終端通過NB、4G、以太網(wǎng)絡(luò)上傳的信息都可以通過天翼物聯(lián)平臺匯聚。

3.3 數(shù)據(jù)存儲與管理子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)存儲與管理子系統(tǒng)用于存儲終端監(jiān)測數(shù)據(jù)及分析結(jié)果，傳感信息的管理是在服務(wù)器上進行的。該子系統(tǒng)采用了MySQL數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫包括監(jiān)測設(shè)備數(shù)據(jù)庫、監(jiān)測信息數(shù)據(jù)庫、結(jié)構(gòu)模型信息數(shù)據(jù)庫、評價分析數(shù)據(jù)庫和用戶數(shù)據(jù)庫等，設(shè)計存入系統(tǒng)軟硬件信息、監(jiān)測信息、分析結(jié)果信息等。

3.4 預(yù)警子系統(tǒng)

根據(jù)監(jiān)測信息進行人員安全評價和機房安全評價，當(dāng)監(jiān)測值超過既定的預(yù)警值時，預(yù)警子系統(tǒng)將自動發(fā)出預(yù)警。預(yù)警信息具體如下：

（1）監(jiān)測的人員進出記錄，陌生人識別異常信息；

（2）監(jiān)測的環(huán)境溫度異常，環(huán)境濕度異常，電量異常；

（3）監(jiān)測的環(huán)境溫度超過預(yù)定值，則聯(lián)動物聯(lián)網(wǎng)紅外遙控，控制空調(diào)開啟、關(guān)閉以及調(diào)節(jié)風(fēng)量大??；

（4）預(yù)警信息包含預(yù)警傳感器編號及位置、時間、監(jiān)測值和預(yù)警值；

（5）預(yù)警信息按實際生產(chǎn)需求部門進行推送。

3.5 用戶界面子系統(tǒng)

用戶界面子系統(tǒng)是機房監(jiān)測系統(tǒng)的終端窗口，是機房管理人員和維護人員了解、查詢機房各種監(jiān)測信息的交互式平臺。完整的監(jiān)測系統(tǒng)需要面向?qū)I(yè)技術(shù)人員和管理人員，綜合考慮用戶的各種需求，使機房管理人員能很方便地對機房各種監(jiān)測數(shù)據(jù)及預(yù)警結(jié)果進行詳細(xì)查看和處理。此外，用戶界面軟件包括Web用戶界面軟件和手機APP用戶界面軟件。Web用戶界面軟件包含：機房信息展示、機房監(jiān)測、出入記錄、歷史數(shù)據(jù)、報警信息等模塊。手機APP用戶界面軟件包含：用戶登錄、機房列表、機房信息、遠(yuǎn)程開門、預(yù)警工單處理等模塊。

軟件開發(fā)采用微服務(wù)架構(gòu)，軟件設(shè)計架構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)采用Spring Cloud微服務(wù)方案。注冊與發(fā)現(xiàn)采用Eureka。通過Kubernetes對系統(tǒng)運行狀態(tài)進行動態(tài)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)資源負(fù)荷有變動的情況下可動態(tài)擴容或者縮容，保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

3.5.1 門禁管理程序設(shè)計

門禁系統(tǒng)負(fù)責(zé)對運營商所有省市機房的統(tǒng)一管理，同時需要管理與機房相關(guān)的所有人員的信息。

系統(tǒng)會從其他系統(tǒng)中同步人員系統(tǒng)和機房系統(tǒng)的已有數(shù)據(jù)庫。在門禁系統(tǒng)中需要將已有機房與對應(yīng)有進出權(quán)限的人員進行綁定。針對檢修的第三方工作人員，也支持新建臨時人員信息、賦予臨時權(quán)限，并與對應(yīng)機房進行綁定，綁定后該人員的門禁卡參數(shù)會同步下發(fā)至對應(yīng)機房的所有門禁中，參數(shù)下發(fā)成功后頁面會收到提示。

遇到?jīng)]有攜帶門禁卡的情況，機房人員可登錄APP進行身份識別，識別成功后會顯示有開門權(quán)限的機房列表，相關(guān)人員可通過APP遠(yuǎn)程開門并進出機房，如圖2所示。該進出記錄會持久化存儲。

3.5.2 機房環(huán)境監(jiān)控程序設(shè)計

機房的室內(nèi)環(huán)境溫度對機房的功耗與安全有重要影響。NB終端一般在一定時間間隔上傳溫濕度數(shù)據(jù)，如圖3所示。在每個機房可以設(shè)置控制溫度閾值與告警溫度閾值。

控制溫度閾值達(dá)到后，系統(tǒng)會根據(jù)當(dāng)前環(huán)境溫度與機房溫度執(zhí)行對應(yīng)策略，如果環(huán)境溫度-機房溫度gt;5 ℃，則觸發(fā)紅外線遙控，調(diào)整空調(diào)制冷風(fēng)量為最大模式；如果2 ℃lt;環(huán)境溫度-機房溫度≤5 ℃，則觸發(fā)紅外線遙控，調(diào)整空調(diào)制冷風(fēng)量為中等模式；如果環(huán)境溫度-機房溫度≤2 ℃，則觸發(fā)紅外線遙控，調(diào)整空調(diào)制冷風(fēng)量為最小模式或者暫時關(guān)閉空調(diào)。

4 結(jié) 語

本文研發(fā)了運營商智慧機房統(tǒng)一管理的總體方案。設(shè)計和開發(fā)了集傳感器子系統(tǒng)、采集與傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲與管理子系統(tǒng)、預(yù)警子系統(tǒng)、用戶界面子系統(tǒng)于一體的控制系統(tǒng)。在近半年的測試中系統(tǒng)表現(xiàn)優(yōu)良，其可靠性和穩(wěn)定性都能滿足要求。

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收稿日期：2023-08-09 修回日期：2023-09-08

作者簡介：徐文韜（1987—），男，重慶人，碩士，主要研究方向為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用。

鐘 波（1971—），男，重慶人，研究方向為計算機通信。

王保國（1990—），男，重慶人，碩士，研究方向為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用、計算機通信。