基于LoRa技術的無人值守機房建設摸索

秦志華

摘? 要：民航空管設備是保障民航飛行安全和實施空中交通管制工作的重要設備系統，包括通信、導航、監視、動力等各類設備。隨著民航“大崗位、大值班”工作模式的推廣，大機房、大融合、無人值守等新管理模式是大勢所趨。本文將結合LoRa技術、物聯網技術探索在無人值守的情況下，確保設備機房為各類民航空管設備提供穩定正常的運行環境，消除無人值守機房運行安全隱患。

關鍵詞：無人值守機房、LoRa技術

引言

傳統的機房運行環境保障往往依靠專業的技術人員長期駐守和巡視，確保設備運行環境，強調“安全保障”，犧牲“人力資源”，造成人員資源浪費。同時，傳統機房建設中，機房的動力設備（市電、配電、UPS等）、環境設備（空調、新風機、消防等）、視頻巡查設備等機房配套設施通常采取單一建設模式，大量鋪設傳輸線路，造成機房管線雜亂，增加維護難度，而且各機房環境保障系統各自為政，無法聯動管理，管理效率低下。

隨著遠距離傳輸、低功耗、低成本的LoRa技術和物聯網技術普及和發展，利用新技術可實現對無人值守設備機房進行實時監控、集中監控、智能感知、數圖融合、遠程運維，建設一個涵蓋動力、環境、視頻、安防、消防、能耗管理于一體，具備實時監控、事前預警、事中報警、事后取證的智能化現代機房，為民航通信、導航、監視等重要設備提供一個良好的運行環境。

1.LoRa技術簡介

1.1LoRa技術

LoRa是Long Range的縮寫，是低功耗廣域網（Low PowerWide Area Network，LPWAN）通信技術的一種，是Semtech公司于2013年發布的超長距離低功耗數據傳輸技術。LoRa工作在ISM 頻段，包括433MHz、868MHz、915 MHz等，采用IEEE 802.15.4G通信協議，LoRa基于線性調頻擴頻調制，具有前向糾錯（FEC）能力。LoRa技術使得在同樣的功耗條件下比其他無線方式傳播的距離更遠，實現了低功耗和遠距離的統一，在同樣的功耗下，采用LoRa技術比傳統的無線射頻通信距離大3-5倍。

1.2LoRaWan

LoRaWAN基于LoRa遠距離通信網絡設計的一套通訊協議和系統架構，是OSI七層協議中的MAC層。在實際運行中，LoRaWan網絡架構如下圖：

圖中各種應用傳感器通過LoRaWan網關進行協議轉換，把LoRa傳感器的數據轉換為TCP/IP的格式發送到局域網或Internet網。LoRaWan網關具備多信道、多調制收發、多信道同時解調的能力，作為一個透明網橋在LoRa終端設備和中心網絡服務器間中繼消息。

2.無人值守機房建設

2.1無人值守智慧機房建設原則

2.1.1模塊化原則

在無人值守機房中采用的技術往往需要根據業務需求，需要多種技術有機組合，各種設施或技術要相互獨立，可任意組合。因此，要求所采用的技術或設備是模塊化的，便于使用時隨機拆分、組合，滿足不同的業務需要。

2.1.2兼容性原則

兼容性原則是指各種軟硬件環境應該具有統一的標準和規格，凡是滿足標準和規格的設備和軟件都能容納進來，無論基于什么平臺。兼容性包涵兩個方面的內容，即硬件的兼容性和軟件的兼容性。

2.1.3透明性原則

透明性原則指各項技術包含的技術細節對用戶來說都是不可見的，用戶不需要了解過多的技術細節就能很好的使用這項技術。不能讓設備維護人員的過多糾纏于技術細節，應該讓他們使用這些技術能信手拈來。

2.1.4便利性原則

便利性原則主要是指各種軟硬件在使用時，操作步驟盡可能少，用戶使用方便，以避免把時間過多的花費在機房設備、軟件的維護和操作中，提高管理效率

2.2無人值守機房建設方案

2.2.1動力監測

“兵馬未動糧草先行”。供電是民航通信導航監視設備運行的基礎，因此，無人值守機房必須能夠實時掌握動力設備（市電、UPS配電等）運行情況，實現對供電實時監控、集中監控、智能感知、獨立運行、數圖融合、遠程運維，為各類設備提供穩定正常的動力環境。

目前民航機房供電均由配電柜輸出，其供電質量的好壞將直接影響機房內設備的安全，因此需采用智能電量監測儀對機房配電柜供電參數實行監測。通過監控配電柜三相電源的相電壓、相電流、頻率、有功功率、無功功率等參數，實時查看供電電源質量是否完好，當參數出現異常時，觸發聯動告警，開展預防性維護，消除供電隱患。對于機房內采用的UPS供電設備，通過LoRa數據采集器對接UPS 485/232通訊接口，獲取包括輸入電參數、輸出電參數、蓄電池參數等信息以及運行狀態，實現對UPS電源的實時監控，當運行參數發生異常時，可聯動其他報警設備告警。動力監測實現框圖：

2.2.2環境監測

民航空中交通管制指揮工作對設備可靠性、穩定性具有非常高的要求，而通信導航監視設備對溫、濕度等運行環境的要求非常嚴格。因此，無人值守機房必須加裝溫濕度傳感器，以實時檢測機房和重要設備區域內的溫、濕度，而且溫濕度傳感器能夠將檢測到的溫濕度值實時傳送到機房集中監控平臺，在平臺界面直觀地表現出來。一旦溫、濕度值超過閾值，系統將自動調節并觸發報警，給機房設備提供最佳運行環境。環境監控功能實現框圖如下：

2.2.3安防監測

2.2.3.1煙霧監測

利用煙霧傳感器對機房消防狀態進行監測。在機房內天花板上安裝煙霧傳感器，然后將傳感器的輸出信號通過采集器傳輸到集中監控平臺，當有火情時，系統會立即報警，通知遠程值班及相關人員。煙霧監測功能實現框圖如下：

2.2.3.2門禁監測

對于機房內門禁遠程管理，分別記錄每個門禁開關狀態，開關時段，門禁記錄保存在集中監控平臺，可查詢，可監測門的實時開關狀態。門禁監測功能實現框圖如下：

2.2.3.3漏水監測

機房內空調的冷凝水管可能出現漏水，或者由于空調的溫度過低，導致空氣凝聚成水滴，這些都將威脅著機房內各設備。通過在空調周圍或可能造成漏水附近安裝定位式漏水監測設備，一旦有水泄漏碰到漏水監測繩，監測繩通過數據采集器/采集主機將信號傳輸到集中監控平臺，準確的反映漏水的具體位置，及時通知相關人員排查，消除隱患。漏水監測功能實現框圖如下：

2.2.3.4視頻和紅外人體感應

在機房內部重要部位安裝攝像頭和紅外人體感應傳感器，利用視頻直觀監控機房運行情況，同時，利用紅外人體感應傳感器全方位的對機房的整體情況進行紅外防盜，24小時防范和預警非法入侵。

2.2.4機房集中監控平臺

集中監控平臺通過基于LoRa技術的無線局域網，將機房內各種信息傳感設備實時感知的數據信息，傳送至集中監控平臺，進行信息交換和通信，集中監控平臺通過對數據和信息的進行智能分析，采取大屏顯示、Web頁面以及APP推送的形式實現遠程對無人值守機房運行情況的全面監控，同時，對于出現機房運行環境出現異常的告警信息，采用頁面推送、短信推送、電話聯系以及大屏醒目閃爍等方式提出預警和警示。機房集中監控平臺框圖如下：

3.結束語

隨著民航改革縱深推進，人力資源進一步優化，無人值守機房規模及數量將大幅增加，如何利用各種先進的無線通信技術、網絡通信技術、計算機智能技術推進機房管理的智能化、綠色化、高效化仍需進一步摸索和探究。

參考文獻

[1]? 《物聯網電子世界》“LoRa無線技術介紹”

[2]? 《詳解LoRaWAN協議》