一種機房能耗監測系統的研究

謝燦 重慶電子工程職業學院

一種機房能耗監測系統的研究

謝燦 重慶電子工程職業學院

為了解決現階段電信運營商能耗監測管理效率低下和實時性不高的問題，本研究通過嵌入式和云計算平臺技術提供一套能源消耗管理云平臺，實現管理自動化、監視實時化、能耗精細化，為進一步實現節能降耗提供最可信的數據和方案。結果證明它在性能方面具備較好的可靠型和精準性，因此有著良好的應用前景。

嵌入式系統 ARM XML協議 RS485

“十二五”期間，繼續深化綠色發展模式，《“十二五”節能減排規劃》的發布為其發展提供了新動力。電信機房作為現代通信技術的重要組成部分，具有終端接入、數據處理和交換路由處理等功能，保障用戶日常通信業務的管理工作。它集成了大功率傳輸、接入設備和交換控制設備，因此屬于通信系統中高能耗的單元，再者因其部署規模大，耗能集約效應明顯。

機房能耗過高不但增加環境污染和資源的浪費，還對電信業務數據安全產生不利影響。本文采用嵌入式和云計算技術設計一套基站能耗監測系統實現對電信機房電能消耗的實時監測。

1 架構分析

本研究采用了嵌入式系統、數據交互、無線通信和云計算等軟硬件技術實現電信機房能耗監測的解決方案，它包括采集節點設備（下簡稱：采集器）和云計算中心軟件系統兩個核心部分。采集器采用高性能32位ARM內核的微處理器，它通過擴展RS485總線與多個智能電表集群相連接，實時獲取電能各參數。

圖1 網絡架構

如圖1所示，采集器開機后一方面主動發送查詢命令檢驗智能電表是否處于工作狀態，并利用自身的flash存儲器存儲工作狀態；另一方面采集器啟動自身的身份驗證工作，主動向軟件系統發起連接請求，軟件系統驗證無誤后，完成對采集器認證從而進入工作運行態。

已經獲取軟件系統授權的采集器則可以將智能電表的工作狀態實時發送給軟件系統，完成信息監測和管理。

2 方案設計

2.1 采集器硬件平臺

采集器是本系統的重要組成部分，它采用三星公司基于ARM1176內核的16/32位的高性能低功耗的RSIC通用微處理器。

高性能ARM處理器利用全性能的MMU單元支持文件系統從而保證該平臺支持操作系統的運行。本采集器主要通過RS485接口與智能電表連接，獲取電力能耗數據的采集。RS485接口是一種國際通用的現場總線標準，它是將串行通信的TTL電平轉換成差分信號在雙絞線上面傳輸，因此具有較強的抗共模干擾能力，數據傳輸率可以達到10Mbps以上，是一種智能電表數據傳輸的理想載體。

2.2 采集器協議設計

采集器智能電表間可通過有線RS485串行總線接口或者無線協議通信。它采集到電表數據通過ModBus協議匯報給軟件系統。云計算中心軟件系統配置管理軟件可通過協議對采集器進行配置操作。

Modbus協議是應用于電子控制器上的一種通用語言。支持電力系統所有的儀器和儀表，通過此協議，控制器相互之間、控制器經由網絡和其它設備之間可以通信，它是一種真正意義上的通用工業標準。

重啟報文的功能碼是0x03，目的是軟件系統遠程控制采集器進行復位重啟操作。此報文不需要應答。設備接收到此報文后會在5秒后重啟，5秒保存信息釋放資源。配置RS485接口報文，發送方向為軟件系統發往采集器，用于配制通信接口的參數。本消息需要重新啟動采集器才能生效。通過配置協議，云計算中心軟件系統可以遠程的控制采集器。

2.3 云計算中心軟件系統

軟件系統采用瀏覽器/服務器的架構，即核心任務主要依靠服務器來完成，終端用戶的平臺不需要額外準備程序，只需要具有瀏覽器就可以完成管理工作。軟件系統的數據結構采用可擴展標記語言XML來定義，本系統主要包括設備基本信息配置、RS485接口配置XML文件、采集內容項配置和采集值上報數據等五大類。其中采集值上報數據是軟件系統的重點數據結構。

采集器通過網絡將上述的XML文件送給云計算中心軟件系統，軟件系統按照XML協議定義解封裝有用信息（如時間信息等）并進行顯示和分發工作，從而完成智能電表網絡的監測。

3 方案實現

目前本系統已經完成了研發，并在電子信息工程實驗中心完成驗證工作，其測試界面如下所示：

圖2 市級部門能耗統計

本系統可以分成市級部門和子公司進行監測，市級本門的監測數據包括了子公司的總和，而子公司則只能監測本地的數據。通過兩級監測平臺可以清晰的展示不同級別的數據，也方便了不同職能部門的監管。

4 結束語

機房能耗監測系統采用嵌入式系統和云計算等軟硬件技術實現了完整的機房能耗監測解決方案。結合本行業實際問題將遠程安全性作為重點研究目標，既考慮處理信息的實時性、多樣性和準確性，又考慮系統的穩定性和健壯性，從而將上述技術科學的應用到本系統中，達到了預期效果，為地域覆蓋廣的機房能耗監測工作供了可靠的應用保證。

[1]王彩紅,崔勇,張慶輝等.基于嵌入式LINUX的智能用電采集系統設計與實現[J].電測與儀表,2016,53(11):72-75.DOI:10.3969/ j.issn.1001-1390.2016.11.013

[2]沈昌國,朱金大,李貴民等.新型電能量集中采集器[J].電力系統自動化,2003,27(5):76-78.DOI:10.3321/j.issn:1000-1026.2003.05.018

TP399

A

10.7666/d.y2060648

10.3969/j.issn.1000-436X.2011.07.002

重慶電子工程職業學院《以市場為導向，多方共建應用技術協同創新中心—電子信息技術協同創新中心》資金資助。

謝燦（1980-），男，重慶市沙坪壩區，高級工程師（電子信息），碩士，主要研究方向通信數字信號處理、嵌入式系統和數字圖像處理與模式識別。

[4]羅軍舟,金嘉暉,宋愛波等.云計算:體系架構與關鍵技術[J].通信學報,2011,32(7):3-21.