智慧機房動力環境監控系統的部署與實現

彭 聰，趙德坤，丘 聰，劉小延，管明祥

（1.深圳信息職業技術學院，廣東 深圳 518000；2.深圳市信銳網科技術有限公司，廣東 深圳 518000）

1 機房綜合管控的主要方面

（1）服務器是機房最重要的設備，其運行環境對溫度濕度狀況有較為嚴格的要求。機房環境的溫濕度狀況以及調溫設備運行的正常與否決定了機房設備是否能夠穩定地運行。在服務器運行過程中，自身會產生大量熱量，若將服務器的運維環境維持在適宜的狀況，需要配備調溫設備（即空調）。因此，需要對機房整體環境的溫度濕度以及調溫設備實際運行狀況實時監控。

（2）機房的穩定正常運行離不開高可靠的動力（電力）供給。動力設備的正常運轉，為持續穩定的動力供給提供保障。一旦機房動力設備出現問題，會對數據傳輸、存儲及系統運行的可靠性造成威脅，影響到計算機機房信息中心系統的運行。有關動力設備，關鍵要對包括市電電源、UPS、PDU、發電機、蓄電池、三相電量儀等在內的市電配電設備運行狀況實現監控。

（3）機房的安防狀況同樣需要高可靠實時的監控預警機制予以保障。機房安防涉及防火、防水、防盜，實現煙霧監測、門禁系統、漏水監測、紅外入侵監測、視頻監控聯動5項措施，可以確保安防隱患的及時發現，平臺報警以及聯動控制的去人工化。

本團隊引入物聯網技術實現全天候去人工化的智慧機房動力環境監控系統，以提供更加精細、實時、可靠的綜合管控解決方案。方案的特點體現在3個方面：（1）系統管控標的狀況的融合分析和聯動決策；（2）依托終端傳感及執行設備的特點施行多元通信方式靈活組網；（3）管控標的全可視化。

2 系統構成及部署

該智慧機房動環監控系統由環境監控、動力監控以及安防監控三大子系統構成[2]。

2.1 環境監控子系統

環境監控子系統主要實現對機房重要區域的溫濕度以及機房調溫設備運行狀況的監控[3]。一方面，通過在機房環境選取散點布設溫濕度傳感器，實時監測機房重要區域的溫度、濕度、漏水等情況。另一方面，根據調溫設備的情況不同，通過多種通信技術從接口獲取不同類調溫設備運行參數，實時監測設備運行狀況。感知到的數據被實時傳送至后端物聯網平臺。環境監控子系統支持的典型物聯網功能包括環境數據實時監控、環境參數異常觸發報警、調溫設備和溫濕傳感器策略聯動等，并可以實現跨平臺（Web端、移動端以及短信）可視化監控。

2.1.1 區域溫濕監測

《師說》一文推崇師道，強調師者的傳道責任，是韓愈傳道努力的見證。他所傳的“道”是中國獨有的哲學概念，是人道，不宜以“the Way”“doctrine”“truth”這類宗教哲學意味濃厚的詞匯來詮釋。隨著中國軟實力的提高，許多中國特色的詞匯逐漸被西方世界所接受，如Feng Shui（風水）、Xi Dada（習大大）。因此，對于《師說》中有關儒道釋義的“道”完全可以直接音譯為“Dao”，并將其具體含義加以注釋，將這一英譯加入世界哲學概念系統中。而對于《師說》中其他“道”義的翻譯，應在充分把握原文的基礎上，靈活處理，力求達到“信、達、雅”的標準。

本方案在機房范圍內選取典型散點（譬如服務器機架上的位置）布設溫濕度傳感器以監測重要區域的溫濕度變化。物聯網平臺接收到來自溫濕度傳感器回傳的數據，若監測到溫濕度數值超過設定范圍，物聯網平臺依據策略聯動向調溫設備發送指令，自動調節環境溫濕度，同時生成報表明細，并通過直觀圖像進行展現。

2.1.2 調溫設備監控

部署于機房的調溫設備主要包括精密空調、普通空調以及中央空調3種。調溫設備的運行狀態參數獲取方式因調溫設備種類的不同有所不同，應分類設計和處理。

（1）精密空調的監控。精密空調為中大型機房提供恒溫恒濕的環境條件，其正常運轉對確保機房服務器設備穩定運行至關重要。精密空調配有RS232和RS485通信接口，在上行方向，可以通過支持串口的數據轉發器從RS232和RS485接口實時獲取精密空調的回風溫度、出風溫度、濕度、空調運行狀態、風機運行狀態、壓縮機運行狀態等參數，并經由交換機回傳至物聯網平臺。在下行方向，物聯網平臺通過交換機及串口數據轉發器并經由RS485通信接口發送控制信令給精密空調，實現遠程開關機控制操作。

（2）普通空調的監控。普通（壁掛或立式）空調能為小型機房提供恒溫恒濕環境。普通空調并不具備RS485接口，其與物聯網平臺之間的數據傳遞體現在下行方向。物聯網平臺根據在服務器機架上選取散點獨立布設的溫濕度傳感器回傳的數據判斷是否需要向普通空調下發控制指令，控制指令經由安視POE交換機、串口數據轉發器以及紅外網關發送給普通空調，以對其實施基于策略的控制。

（3）中央空調的監控。一些機房則部署中央空調以調節恒溫恒濕環境。在上行方向，由LoRa網關收集在機房內所部署的多個溫濕度傳感器的數據，并經由安視POE交換機實時回傳至物聯網平臺。物聯網平臺對得到的溫濕度數據進行分析和判斷，依據預設的聯動策略，在下行方向上發出控制指令到相應的智能空調面板，控制指令數據的傳輸經由安視POE交換機和LoRa網關后到達空調面板。

3種調溫設備的監控架構的技術實現和特色功能對比如表1所示。

2.2 動力監控子系統

機房的關鍵動力設備主要包括市電電源、UPS、PDU、發電機、蓄電池、三相電量儀等。動力監控子系統主要負責對這些關鍵動力設備實施集中式實時監控和遠程運維。在上行方向，支持串口的數據轉發器從各種動力設備獲取相關電力參數，并將參數經由交換機回傳至物聯網平臺。當動力設備運行發生異常，平臺可以采用多種方式向管理員告警。此外，采用智能延遲上電策略保障機房精密儀器的高效可靠運行。

2.2.1 市電參數監測

機房配電柜的市電進線總線供電質量的好壞直接影響機房內設備的安全，可采用智能電量監測儀（三相電量儀）對機房市電供電參數實行監測。物聯網平臺可監測的市電三相電源參數包括相電壓、相電流、頻率、有功功率、無功功率等。此外，市電監測模塊負責監測各條電路通斷情況并通過串口數據轉發器和交換機向物聯網平臺上報。

2.2.2 UPS監測

不間斷電源（Uninterruptible Power System，UPS）是電力設備系統正常運行的基礎，對UPS進行實時監控十分必要。物聯網平臺從UPS獲取的電力參數主要包括輸入電參數、輸出電參數和蓄電池參數。

2.2.3 蓄電池監測

蓄電池是供電系統中重要的備用儲能單元，在機房中被廣泛使用。傳統的蓄電池維護工作普遍存在流程復雜、針對性差、隱患不易提前檢出等問題。物聯網平臺利用蓄電池監測套件從蓄電池實時獲取電力參數，主要包括每節電池電壓、電池組溫度、電流強度等。

2.2.4 PDU監控

電源分配單元（Power Distribution Unit，PDU）又稱機柜用電源分配插座。在動力監控子系統中，智能PDU替代了傳統普通PDU，支持串口的數據轉發器從智能PDU處獲取電力參數，經交換機將數據回傳至物聯網平臺。智能PDU和物聯網平臺之間的數據傳輸是雙向的。在上行方向，物聯網平臺實時監測的電力參數包括輸入電壓、輸入輸出電流、位電流、有功功率、每位電能、總電能等。下行方向上，物聯網平臺發出的控制參數包括每位輸出通斷、順序上電、通斷狀態維持等。

2.2.5 智能延遲上電策略

停電后，來電瞬間存在較高電流，極易造成機房精密設備受損。動力監測子系統通過智能插座（插排）延時通電的方式有效避免這個問題。來電后，內置隨機算法進行自動計算，在預設的固定時長內開啟全部電子設備，既能有效避免瞬間負載過大燒毀線路，也保證各設備可在預設時長內恢復供電，確保用電效率。

2.3 安防監控子系統

安防監控子系統通過部署煙霧傳感器、門磁/門磁開關、水浸傳感器、人體紅外傳感器以及攝像頭，可實現煙霧監測、門禁系統、漏水監測、紅外入侵監測、視頻監控聯動共5項安防措施。（1）煙霧監測。煙霧傳感器部署在機房天花板，數據轉發器負責采集傳感器輸出信號并將其經由交換機回傳至物聯網平臺。（2）遠程門禁管理。門禁記錄（開關狀態及對應時間段）由數據轉發器采集后，經由交換機被回傳和保存在物聯網平臺。物聯網平臺支持門禁記錄查詢以及開關門指令遠程下發。（3）漏水監測。空調冷凝水管滴水、低溫導致空氣凝水都會導致漏水現象，威脅機房設備。在可能造成漏水的水源附近（如空調周圍）安裝定位式漏水監測裝置，一旦有水泄漏碰到漏水監測繩，數據轉發器實時采集感應繩數據并經由交換機回傳至物聯網平臺。（4）紅外入侵監測。可在機房關鍵位置部署紅外人體感應傳感器。在設置的監測時間內，如有非法入侵，情況被采集并回傳至物聯網平臺。（5）視頻監控。為實現視頻監控聯動，在機房門口、機柜上方以及漏水監測點等重要位置部署攝像頭。攝像頭將圖像及視頻存儲到網絡視頻攝像機（Network Video Recorder, NVR），NVR可利用用戶專網、互聯網或GPRS/CDMA/3G/4G等廣域網回傳至物聯網平臺。視頻監控與其他措施形成聯動，當異常狀況發生時，平臺可下發指令聯動視頻監控設備確定告警實際情況。

3 結語

本文給出了一套依托物聯網技術的機房綜合管控系統的設計和實現。整個動力環境監控系統由環境監控、動力監控以及安防監控三大子系統構成，以對機房的運行環境、動力設備和安防狀況實施更加精細、實時、可靠的可視化多維度跨平臺綜合監測和管控。