無人值守的實驗室機房安全管理探索與實踐

關(guān)鍵詞：無人值守機房；實驗室機房；不間斷運行；實驗室安全管理

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）28-0075-03

根據(jù)習(xí)近平總書記關(guān)于安全生產(chǎn)的重要論述精神：安全生產(chǎn)是重大民生問題，直接關(guān)系到人民的福祉和經(jīng)濟社會發(fā)展全局，因此必須高度重視，絲毫不能松懈。國內(nèi)高校普遍采取的做法是有條件時盡量實行有人值守，但對于不具備有人值守條件的情況，尤其是在規(guī)模較小的機房，如學(xué)院一級甚至教研室一級，通常采用無人值守的方式，這可能導(dǎo)致實驗室的安全隱患。如何既確保實驗室安全，又顯著減少實驗室人員的工作負荷，同時有效預(yù)防各種可預(yù)見的安全風(fēng)險，已成為高校同類實驗室需要研究的課題[1-13]。

金屬礦山巖石力學(xué)與安全開采虛擬仿真教學(xué)實驗中心是國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心，承擔(dān)著全學(xué)院的虛擬仿真教學(xué)和科研任務(wù)。為最大程度地利用實驗室空間并方便日常管理，設(shè)備機房不僅安置虛擬現(xiàn)實設(shè)備（如圖1所示），還集中部署了用于巖土力學(xué)并行數(shù)值計算的計算機集群設(shè)備（如圖2所示）以及礦山巖體破壞失穩(wěn)預(yù)警云平臺的主要設(shè)備（如圖3所示）。由于這些設(shè)備需要7×24小時不間斷運行，因此對實驗室的安全管理必須高度重視。在目前尚無法實現(xiàn)有人值守的情況下，非工作時間需采用人防、物防和技防三位一體的防范措施，即定期巡查、記錄機房溫度，并報告異常。

設(shè)備機房內(nèi)主要是電氣設(shè)備，因此首先必須遵從電氣設(shè)備實驗室的相關(guān)規(guī)定，具體內(nèi)容這里不再贅述。本文主要討論在日常巡查和溫度監(jiān)測過程中容易忽視的幾個問題，尤其是流于形式的行為，并提出相應(yīng)的解決方案。通常在節(jié)假日等非工作時間，會安排住校學(xué)生定期巡查機房。由于中心的設(shè)備機房與教學(xué)實驗室是物理分隔開的（如圖4所示），非工作時間教學(xué)實驗室除照明用電外，都已按實驗室安全要求全部斷電，因此僅需對實驗室設(shè)備機房進行巡查。作為實驗室的管理者，需要對巡查人員是否準時到崗、履行職責(zé)以及數(shù)據(jù)報送的準確性進行抽查（通過核對記錄本或?qū)嵤┻h程監(jiān)控）。

1 利用現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對巡查人員履職情況的監(jiān)督抽查

學(xué)校正在推進一項重要的實驗室安全措施，即逐步為每個有需求的教學(xué)實驗室安裝電子門禁系統(tǒng)，未來將主要通過門禁系統(tǒng)來實施機房準入制度。在門禁系統(tǒng)尚未完全安裝到位的情況下，學(xué)校巧妙整合現(xiàn)有的實驗室視頻監(jiān)控系統(tǒng)和校園網(wǎng)電子郵件系統(tǒng)，實現(xiàn)對實驗人員進出實驗室的精準監(jiān)控，同時可以間接抽查巡查人員是否到崗并履行職責(zé)。眾所周知，在海量視頻資料中找到特定畫面是一項非常艱巨的任務(wù)，尤其是在面對成年累月24小時連續(xù)錄制的視頻數(shù)據(jù)時。為解決這一問題，實驗中心巧妙利用?？低晹z像頭（型號為DS-7104N-F1） 自帶的移動偵測功能進行快速定位和查找所需數(shù)據(jù)。

首先，進入攝像頭配置界面，將監(jiān)測事件設(shè)置為普通事件，開啟移動偵測和動態(tài)分析功能；接著，在區(qū)域設(shè)置中繪制需要監(jiān)測的區(qū)域；最后，將聯(lián)動方式設(shè)置為郵件聯(lián)動，并在網(wǎng)絡(luò)高級配置中設(shè)置郵件服務(wù)器的參數(shù)，包括發(fā)件人名稱、地址、SMTP服務(wù)器地址和端口，同時需啟用服務(wù)器認證并設(shè)置郵件服務(wù)器的用戶名和密碼。通過這些設(shè)置，每當(dāng)有人進入實驗室機房時，都會自動觸發(fā)入侵檢測事件，并以郵件形式通知實驗室管理人員（如圖5所示），郵件中包含事件發(fā)生時間。隨后在查找視頻時，只需根據(jù)時間戳即可準確定位并找到相應(yīng)的視頻，從而大大提高效率，避免逐日逐段搜索視頻的煩瑣工作。以往查看監(jiān)控任務(wù)繁重，由于視頻數(shù)據(jù)量大，逐個查閱困難且費時費力，甚至無法人工完成。由于獲準進入機房的人員數(shù)量有限，因此能夠迅速識別可疑人員，并聯(lián)系值班學(xué)生以確認該人員的身份及進入理由。目前采用的是移動偵測技術(shù)，下一步計劃增加人臉識別功能（但非必需）。

巡查人員的主要任務(wù)是目視檢查儀器設(shè)備是否正常運作，機房室溫是否過高，是否存在火災(zāi)隱患。機房內(nèi)安裝了學(xué)校統(tǒng)一布置的煙感傳感器，適用于檢測明火和煙霧等情況，但由于報警閾值設(shè)定較高，無法檢測到單純室內(nèi)溫度的升高。因為所有7×24小時運行的設(shè)備基本支持遠程操作，所以可以通過計算機網(wǎng)絡(luò)進行溫度判斷。對集群系統(tǒng)而言，集群管理軟件可以查詢到每個節(jié)點的每個CPU內(nèi)核的溫度，甚至風(fēng)扇轉(zhuǎn)速；對于非集群服務(wù)器，也可通過IPMI協(xié)議查詢到單點服務(wù)器的CPU內(nèi)核溫度和風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，唯獨缺乏機房室溫的檢測手段。有些品牌的空調(diào)具備遠程監(jiān)控功能，能夠提供有關(guān)信息，但實驗室機房內(nèi)的空調(diào)不具備此項功能，只能人工查看空調(diào)顯示屏上的溫度。為利用現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)遠程監(jiān)控室溫，最簡單有效的方法是在機房內(nèi)放置一個獨立的溫濕度計。然而，由于攝像頭分辨率和紅外夜視燈反光問題，遠程視頻觀察溫濕度計讀數(shù)不夠清晰，因此最終決定以最低成本構(gòu)建一個物聯(lián)網(wǎng)解決方案來解決這些問題。

2 引入物聯(lián)網(wǎng)藍牙網(wǎng)關(guān)技術(shù)實現(xiàn)機房室溫遠程自動抄錄與監(jiān)控

有線和無線溫濕度計均可實現(xiàn)室溫遠程自動上報。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益成熟，相關(guān)終端設(shè)備價格日漸親民。從溫濕度計終端產(chǎn)品類型的豐富性來看，首先要選擇無線溫濕度計，尤其是適合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的藍牙溫濕度計。在選擇合適的產(chǎn)品之前，需確定使用哪種無線技術(shù)。綜合各種技術(shù)及其未來可擴展性，最終選擇了藍牙Mesh網(wǎng)關(guān)技術(shù)與Wi-Fi技術(shù)一起構(gòu)建實驗室溫濕度傳感器物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)方案（如圖6所示）。盡管目前只使用了藍牙Mesh網(wǎng)關(guān)極少部分功能，但考慮到該技術(shù)的強大可擴展性，采用藍牙Mesh 網(wǎng)關(guān)組網(wǎng)具有一定的前瞻性和先進性。

眾所周知，隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，越來越多的智能設(shè)備需要互聯(lián)互通。藍牙和Wi-Fi都是用來在電子設(shè)備之間進行短距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線技術(shù)。盡管藍牙在安全性、傳輸速度和距離上不如Wi-Fi，但它更適合低功耗的溫濕度應(yīng)用。因此，可以先使用藍牙技術(shù)將數(shù)據(jù)從一個設(shè)備（如藍牙溫濕度計）傳輸?shù)剿{牙Mesh網(wǎng)關(guān)，再通過Wi-Fi技術(shù)傳遞經(jīng)由路由器連接到局域網(wǎng)（LAN） 和校園網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程的電腦或手機

在比較幾種技術(shù)的優(yōu)劣時，藍牙作為一種低功耗、短距離的無線通信技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于各種智能設(shè)備中。藍牙網(wǎng)關(guān)整合了藍牙BLE低功耗協(xié)議、Wi-Fi和以太網(wǎng)，具備掃描、連接、數(shù)據(jù)傳輸及室內(nèi)定位功能，適用于傳感器數(shù)據(jù)的采集，但一次只能偵聽一個信道。藍牙Mesh網(wǎng)關(guān)與此不同，它可偵聽多個信道并進行動態(tài)切換，適用于校園網(wǎng)等多種寬帶網(wǎng)絡(luò)的無線接入。藍牙網(wǎng)關(guān)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點移動則變動，藍牙Mesh 網(wǎng)關(guān)節(jié)點固定，提升了網(wǎng)關(guān)的穩(wěn)定性。其結(jié)構(gòu)決定了其靈活應(yīng)用的能力，例如，可以將智能溫濕度計加入智能藍牙網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)手機遠程讀取。藍牙Mesh網(wǎng)關(guān)采用低功耗的藍牙技術(shù)，使整個Mesh網(wǎng)絡(luò)具備長時間的運行能力，同時具有自修復(fù)能力，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某個節(jié)點故障時，網(wǎng)關(guān)會自動尋找其他路徑傳輸數(shù)據(jù)，確保網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。

本文構(gòu)建的實驗室微型物聯(lián)網(wǎng)實際上是一個藍牙Mesh網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)由多個設(shè)備互聯(lián)而成，采用藍牙技術(shù)形成自組織、自修復(fù)的多對多網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。首先，需要選擇一款合適的藍牙Mesh網(wǎng)關(guān)。經(jīng)過調(diào)研，最終選擇了小米藍牙中樞網(wǎng)關(guān)。其外殼采用750℃高溫阻燃材料，內(nèi)部采用波峰焊工藝，外形類似于一個電源插座的小米米家智能插座2藍牙網(wǎng)關(guān)版，這被用作藍牙Mesh網(wǎng)關(guān)中繼。

通過構(gòu)建藍牙Mesh網(wǎng)絡(luò)，可以將各類傳感器設(shè)備（本文主要指智能溫度傳感器，簡稱智能溫濕度計）連接到一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)中，從而實現(xiàn)智能溫濕度計等智能設(shè)備之間，以及Mesh網(wǎng)絡(luò)與其他網(wǎng)絡(luò)（如Wi-Fi、以太網(wǎng)）的互聯(lián)互通。此系統(tǒng)支持多種通信協(xié)議，比如Wi-Fi和Zigbee等，既可以將Mesh網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠烤W(wǎng)絡(luò)，也可以將外部網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)組esh 網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備。此外，藍牙Mesh網(wǎng)關(guān)作為Mesh網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)的橋梁，使得用戶能夠通過手機或其他移動設(shè)備上的米家App遠程控制和監(jiān)控智能設(shè)備，并可以自動優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，以提供個性化和智能化的服務(wù)。

首先，開啟手機的藍牙功能，并打開米家App，然后配對添加所需的藍牙設(shè)備。將Mesh網(wǎng)關(guān)插座插入電源插座，并長按插座按鈕，直到橙色指示燈亮起進入配對狀態(tài)。此時，將手機置于插座附近，米家App 會自動搜索到該網(wǎng)關(guān)插座。選擇對應(yīng)的設(shè)備后，插座指示燈變?yōu)榫G色長亮，表示配對成功。米家App將提示選擇Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)并輸入網(wǎng)絡(luò)名稱及密碼，這一步極為重要。

需要分析一下米家App的運行機理。用戶打開米家App時，并不是直接與智能設(shè)備連接的，而是連接到米家App服務(wù)器。米家App服務(wù)器會查看智能設(shè)備是否已連接到服務(wù)器，若未連接則顯示設(shè)備離線；若已連接，則服務(wù)器會轉(zhuǎn)發(fā)用戶的操作指令。即智能設(shè)備（客戶端）始終主動創(chuàng)建與米家App服務(wù)器的連接，這與網(wǎng)頁請求類似。當(dāng)?shù)谝淮蜗蛎准褹pp服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)包時，路由器會將用戶的內(nèi)網(wǎng)IP、端口、服務(wù)器的IP、端口記錄到NAT表中。當(dāng)米家App服務(wù)器發(fā)回數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)包到達路由器，NAT服務(wù)從表中找到對應(yīng)的內(nèi)網(wǎng)IP、端口，然后進行轉(zhuǎn)發(fā)，這類似于內(nèi)網(wǎng)穿透，不過無須用戶配置，因此對用戶來說是透明的。

在配對過程的下一步中，米家App會繼續(xù)提示輸入設(shè)備所在的房間，此處標(biāo)注為實驗室機房，并可跳過其他提示。按照這些步驟，將小米智能溫濕度計設(shè)備添加至米家App中。配對過程相對簡單，與配對藍牙耳機類似。

在實際工作過程中，每當(dāng)用戶從任何地點登錄米家App時，小米米家App會向設(shè)備發(fā)送指令，然后利用網(wǎng)關(guān)中存儲的Wi-Fi賬號信息將溫濕度數(shù)據(jù)上傳至米家服務(wù)器，并在米家App上顯示（如圖7所示）。此外，可以通過米家App的“自動化”功能設(shè)置溫度超高預(yù)警功能，即當(dāng)溫度高于指定值時，自動發(fā)送通知到手機。

3 結(jié)束語

本文針對24小時不間斷運行的無人值守實驗室機房的安全管理問題進行了有益的嘗試與探索，并結(jié)合所在實驗室的實際情況，提出了較為完整的解決方案。希望這些經(jīng)驗?zāi)軌驅(qū)υ诖朔矫婷媾R困擾的同行有所幫助。