智慧機(jī)房動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

詹亞平

引言

伴隨計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用，計(jì)算機(jī)設(shè)備與系統(tǒng)類型日益增多，多數(shù)企業(yè)建成計(jì)算機(jī)機(jī)房信息中心。機(jī)房的穩(wěn)定運(yùn)行離不開空調(diào)、防雷器、供配電系統(tǒng)、保安門禁系統(tǒng)、消防系統(tǒng)以及UPS電源等動力環(huán)境設(shè)備支撐，后者一旦出現(xiàn)問題，極易導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲以及機(jī)房系統(tǒng)運(yùn)行失常。因此，有必要構(gòu)建一體化系統(tǒng)進(jìn)行綜合管控，實(shí)時監(jiān)控機(jī)房內(nèi)部各方面情況，盡可能規(guī)避異常，在報警事件發(fā)生后，能夠及時做出正確反應(yīng)，采取有效補(bǔ)救措施，并且支持事后取證，確保機(jī)房處于安全狀態(tài)。文章提出一套智慧機(jī)房動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，旨在打造智能化計(jì)算機(jī)機(jī)房信息中心。

一、智慧機(jī)房動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)需求分析

電源運(yùn)行不穩(wěn)、環(huán)境溫濕度異常、空調(diào)故障、運(yùn)維不善、人為破壞以及盜竊等均屬機(jī)房內(nèi)的常見問題。分布式部署是現(xiàn)代機(jī)房常用形式，如若采用人力監(jiān)控手段，則必須進(jìn)行實(shí)地、高頻巡查，不但運(yùn)維成本過高，且還難以保證管控工作質(zhì)效。智慧機(jī)房動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)需求涉及以下三點(diǎn)：（1）運(yùn)行環(huán)境。服務(wù)器在機(jī)房內(nèi)部處于至關(guān)重要的位置，因此，機(jī)房必須為其正常運(yùn)行提供必要的環(huán)境保障。良好的機(jī)房環(huán)境應(yīng)當(dāng)溫濕度適宜，而這就要求機(jī)房內(nèi)調(diào)溫設(shè)備始終處于正常運(yùn)行狀態(tài)。一般來說，服務(wù)器在運(yùn)行過程中會釋放出極大熱量，因此，為調(diào)節(jié)或維持機(jī)房內(nèi)環(huán)境溫度，須在機(jī)房內(nèi)安裝空調(diào)這一調(diào)溫設(shè)備，此外，還需對其運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。（2）動力設(shè)備。機(jī)房動力設(shè)備具體是指市電配電設(shè)備，主要包括市電電源、UPS、發(fā)電機(jī)以及蓄電池等，是支撐系統(tǒng)運(yùn)行以及數(shù)據(jù)存儲與傳輸?shù)闹匾A(chǔ)。為確保機(jī)房能夠持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，必須使用動力設(shè)備為其提供可靠的動力供給，因此，必須采用實(shí)時監(jiān)控確保市電配電設(shè)備運(yùn)行正常。（3）安防狀況。監(jiān)測機(jī)房內(nèi)煙霧、漏水情況、紅外入侵情況以及管理門禁系統(tǒng)并進(jìn)行視頻監(jiān)控等，是機(jī)房安防工作重要內(nèi)容。傳統(tǒng)安防措施多由人力落實(shí)，精細(xì)化程度偏低且實(shí)時性較差，工作質(zhì)效亟待提升。受物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持，現(xiàn)代機(jī)房轉(zhuǎn)而采用智能化監(jiān)控預(yù)警機(jī)制，能夠盡早發(fā)現(xiàn)問題并排除隱患，有效防火、防水以及防盜。

應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建而成的智慧機(jī)房動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)支持進(jìn)行24小時無人工綜合管控。系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案特點(diǎn)突出：（1）綜合分析各個監(jiān)控子系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)，并結(jié)合數(shù)據(jù)檢測結(jié)果制定聯(lián)動決策；（2）結(jié)合機(jī)房內(nèi)各設(shè)備特點(diǎn)，并借助終端傳感器靈活組建多元化通信網(wǎng)絡(luò)；（3）為各個監(jiān)控子系統(tǒng)提供與機(jī)房實(shí)際情況相符的三維虛擬場景，包括設(shè)備視圖、子系統(tǒng)視圖、機(jī)房級視圖以及全局視圖等。

二、智慧機(jī)房動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

（一）系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制

現(xiàn)場設(shè)備采集層、集中監(jiān)控平臺以及可視化操作頁面是監(jiān)控系統(tǒng)三大組成部分。現(xiàn)場設(shè)備采集層借助現(xiàn)場采集傳感器實(shí)時采集并傳輸市電、UPS、漏水等關(guān)鍵信息，由監(jiān)控主機(jī)層負(fù)責(zé)接收并進(jìn)行分析處理，若發(fā)生報警事件，則借助網(wǎng)絡(luò)平臺將其傳輸至監(jiān)控平臺，管理人員即可借助移動設(shè)備或者通過瀏覽WEB頁面實(shí)時掌握機(jī)房運(yùn)行狀況［1］。

（二）系統(tǒng)功能

智慧機(jī)房動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)功能有四：（1）數(shù)據(jù)自動采集與可視化呈現(xiàn)。由傳感器負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理。（2）監(jiān)控工作站可以獨(dú)立運(yùn)行。監(jiān)控工作站具備獨(dú)立運(yùn)行優(yōu)勢，無需依托網(wǎng)絡(luò)平臺，同時也不必借助計(jì)算機(jī)及其管理軟件。（3）數(shù)圖融合與智能聯(lián)動。有序采集并管理各項(xiàng)數(shù)據(jù)，在監(jiān)測參數(shù)出現(xiàn)異常或者發(fā)生報警事件的情況下，可以實(shí)現(xiàn)智能聯(lián)動。（4）遠(yuǎn)程運(yùn)維。支持設(shè)備遠(yuǎn)程控制，可以查詢并顯示各項(xiàng)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)，并且具備瀏覽視頻圖像等功能。

（三）系統(tǒng)特點(diǎn)

智慧機(jī)房動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)具備突出特點(diǎn)：（1）以工業(yè)級嵌入式系統(tǒng)為依托，功耗低，可靠性強(qiáng)。（2）數(shù)據(jù)采集設(shè)備均為工業(yè)級別，體積小，便于安裝，穩(wěn)定性強(qiáng)。（3）擴(kuò)展性強(qiáng)，便于實(shí)現(xiàn)集成化處理。（4）具備多樣性，支持遠(yuǎn)程運(yùn)維。

（四）系統(tǒng)操作管理界面

為方便用戶操作，智慧機(jī)房動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)操作管理平臺被設(shè)計(jì)成了WEB可視化頁面，能夠?qū)C(jī)房設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以直觀形式呈現(xiàn)出來［2］。系統(tǒng)操作管理界面功能突出，主要包括：（1）傳感器監(jiān)控到的機(jī)房設(shè)備運(yùn)行狀況可以經(jīng)由首頁進(jìn)行直觀呈現(xiàn)；（2）數(shù)據(jù)與圖形相結(jié)合，可以直觀而又細(xì)致地呈現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)；（3）支持查詢告警事件、操作記錄、門禁記錄以及歷史數(shù)據(jù)等；（4）傳感器類型豐富，支持無縫介入RS232與RS485兩個通訊接口；（5）支持自行設(shè)置用戶管理權(quán)限；（6）支持在線升級。此外，系統(tǒng)操作管理界面特點(diǎn)極為鮮明。一方面，格局簡約、內(nèi)容直觀，符合用戶操作習(xí)慣，如若發(fā)生告警事件，可以及時且直觀地將傳感器運(yùn)行參數(shù)呈現(xiàn)于WEB主頁面，方便用戶查詢。另一方面，支持人機(jī)交互，用戶可以自行選擇告警模式，確保實(shí)現(xiàn)預(yù)期告警效果；通過事件日志了解具體時間與相關(guān)數(shù)據(jù)，并且支持用戶進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)［3］。

三、智慧機(jī)房動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

（一）環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)

環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)監(jiān)控機(jī)房環(huán)境溫濕度狀況與機(jī)房內(nèi)調(diào)溫設(shè)備運(yùn)行狀況。為實(shí)時監(jiān)測機(jī)房溫濕度是否處于正常范圍、有無漏水情況發(fā)生，可將溫濕度傳感器安裝于機(jī)房重要區(qū)域。此外，還需采用符合調(diào)溫設(shè)備特點(diǎn)的通信技術(shù)獲取相關(guān)參數(shù)，通過對設(shè)備進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)并處理問題，確保設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。將相關(guān)數(shù)據(jù)傳送至物聯(lián)網(wǎng)平臺。該系統(tǒng)具備物聯(lián)網(wǎng)功能，一旦環(huán)境參數(shù)出現(xiàn)異常，系統(tǒng)將即刻啟動報警機(jī)制，也可聯(lián)動溫濕傳感器與調(diào)溫設(shè)備，實(shí)現(xiàn)跨平臺可視化監(jiān)控。

1、監(jiān)測重要區(qū)域溫濕度

以服務(wù)器機(jī)架等位置作為典型散點(diǎn)，并將溫濕度傳感器布設(shè)其上，即可實(shí)現(xiàn)對機(jī)房重要區(qū)域溫濕度變化情況的實(shí)時監(jiān)測。數(shù)據(jù)經(jīng)由溫濕度傳感器到達(dá)物聯(lián)網(wǎng)平臺，如若超出正常范圍，平臺將會發(fā)送指令給調(diào)溫設(shè)備，后者則會按照平臺指示將機(jī)房內(nèi)溫濕度調(diào)節(jié)至正常狀態(tài)。

2、監(jiān)控調(diào)溫設(shè)備

精密空調(diào)、普通空調(diào)、中央空調(diào)是常見的機(jī)房調(diào)溫設(shè)備。精密空調(diào)支持實(shí)時查看空調(diào)狀態(tài)、監(jiān)控異常情況并主動發(fā)出告警；普通空調(diào)功能特色在于支持進(jìn)行紅外空調(diào)調(diào)節(jié)、控制智能插座并進(jìn)行除濕加濕；而中央空調(diào)的功能特色則在于支持定時，并遠(yuǎn)程開啟或者關(guān)閉空調(diào)。機(jī)房所用調(diào)溫設(shè)備種類不同，其運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)獲取方式便也存在差異，故應(yīng)當(dāng)進(jìn)行分類設(shè)計(jì)與處理。（1）監(jiān)控精密空調(diào)。中大型機(jī)房環(huán)境要求嚴(yán)格，通常安裝精密空調(diào)，以有效保持恒溫恒濕的環(huán)境狀態(tài)，保證服務(wù)器正常運(yùn)行。精密空調(diào)采用布線方式，使用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器從RS232與RS485兩個通信接口處實(shí)時獲取各項(xiàng)空調(diào)運(yùn)行參數(shù)，如出風(fēng)與回風(fēng)溫度、濕度，以及空調(diào)、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)等，再通過交換機(jī)將各項(xiàng)參數(shù)回傳至物聯(lián)網(wǎng)平臺。物聯(lián)網(wǎng)平臺使用串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器與交換機(jī)，將控制信令經(jīng)由RS485這一通信接口發(fā)送給精密空調(diào)，進(jìn)行空調(diào)參數(shù)的遠(yuǎn)程調(diào)整與空調(diào)的遠(yuǎn)程開關(guān)機(jī)操作。［4］（2）監(jiān)控普通空調(diào)。立式空調(diào)與壁掛式空調(diào)均為常見普通空調(diào)，只有一個接口即RS232接口，適用于小型機(jī)房，以確保機(jī)房溫濕度狀況適宜。由于僅具備一個接口，因而只可于下行方向向物聯(lián)網(wǎng)平臺傳遞數(shù)據(jù)。在服務(wù)器機(jī)架處安裝溫濕度傳感器，由其負(fù)責(zé)將監(jiān)測數(shù)據(jù)回傳至物聯(lián)網(wǎng)平臺，之后物聯(lián)網(wǎng)平臺結(jié)合數(shù)據(jù)情況判斷是否需要將控制指令發(fā)送給普通空調(diào)。在數(shù)據(jù)超出預(yù)設(shè)范圍的情況下，物聯(lián)網(wǎng)平臺需要使用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器、POE交換機(jī)，并經(jīng)由紅外網(wǎng)關(guān)向空調(diào)發(fā)送控制指令，有效控制普通空調(diào)［5］。（3）監(jiān)控中央空調(diào)。部分機(jī)房為使環(huán)境處于恒溫恒濕狀態(tài)，選擇安裝中央空調(diào)。在上行方向，LoRa網(wǎng)關(guān)收集溫濕度傳感器所監(jiān)測到的各項(xiàng)相關(guān)數(shù)據(jù)，并使用POE交換機(jī)將其回傳至物聯(lián)網(wǎng)平臺。平臺基于精密分析，判斷溫濕度數(shù)據(jù)是否正常，在數(shù)據(jù)超出設(shè)定范圍的情況下，需在聯(lián)動策略框架下，于下行方向經(jīng)由POE交換機(jī)與LoRa網(wǎng)關(guān)將控制指令發(fā)送給中央空調(diào)面板。

一些研究人員指出，NIH對其他疾病的“戰(zhàn)爭”也只是取得了部分成效：對艾滋病的資助并沒有導(dǎo)致治愈方案或疫苗的誕生，只是研制出的藥物能使感染艾滋病病毒的患者過上接近正常的生活；對癌癥的資助獲得了一些提高生存率的治療方案，但是癌癥仍然是美國第二大致死因素。

（二）動力監(jiān)控子系統(tǒng)

動力監(jiān)控子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)實(shí)時且集中監(jiān)控前述機(jī)房動力設(shè)備并進(jìn)行遠(yuǎn)程運(yùn)維。在上行方向，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器可在動力設(shè)備支持下收集電力參數(shù)，并且通過交換機(jī)將相關(guān)參數(shù)回傳至物聯(lián)網(wǎng)平臺。一旦動力設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)問題，物聯(lián)網(wǎng)平臺便會結(jié)合具體情況采用恰當(dāng)方式將告警發(fā)送給管理員，并且基于智能延遲上電策略有效維持智慧機(jī)房內(nèi)部精密儀器運(yùn)行穩(wěn)定。

1、監(jiān)控市電參數(shù)

監(jiān)視機(jī)房內(nèi)部重要開關(guān)是否處于正常狀態(tài)，避免出現(xiàn)跳閘或者斷電等問題。安裝三相電量儀實(shí)時監(jiān)測電流、電壓以及功率等市電三相電源參數(shù)。此外還需用到ICS-D8H信號處理模塊與I-7052智能開關(guān)量采集模塊。具體需先使用前者將強(qiáng)電信號轉(zhuǎn)低，進(jìn)而輸入后者當(dāng)中，使其變成數(shù)據(jù)信息并傳送給現(xiàn)場管理服務(wù)器，實(shí)時檢測重要開關(guān)所處狀態(tài)。采用三相電量檢測儀監(jiān)控配電柜參數(shù)，并將其經(jīng)由RS485信號傳輸至多設(shè)備驅(qū)動板，實(shí)時監(jiān)控電流與電壓等。

2、監(jiān)控蓄電池

采用傳統(tǒng)手段進(jìn)行蓄電池維護(hù)往往流程繁復(fù)，且檢測有效性不足，很難及時發(fā)現(xiàn)各種潛在問題。使用物聯(lián)網(wǎng)平臺則可以有效解決前述問題，通過蓄電池監(jiān)測套件顯示并且記錄充放電電流、組電壓、單體電壓、單位內(nèi)阻功能以及組溫度等各項(xiàng)蓄電池電力參數(shù)，將全部參數(shù)及其對應(yīng)圖形實(shí)時傳送到遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上。在檢測量發(fā)生異常的情況下，系統(tǒng)會自動向管理員發(fā)送告警。此外，系統(tǒng)具備多級管理權(quán)限與密碼保護(hù)功能，能夠有效確保系統(tǒng)安全。

3、監(jiān)控UPS

UPS全稱Uninterruptible Power System，意為“不間斷電源”，是確保電力設(shè)備系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。在完整且準(zhǔn)確的通訊協(xié)議框架下，通過RS23或者RS485轉(zhuǎn)換模塊將UPS信號直接發(fā)送至現(xiàn)場管理服務(wù)器，并實(shí)時監(jiān)控UPS電源與檢測協(xié)議所提供的全部狀態(tài)和參數(shù)，確保在運(yùn)行參數(shù)發(fā)生異常的情況下，及時聯(lián)動報警設(shè)備向管理員發(fā)送告警。

PDU意為“電源分配單元”。不同于傳統(tǒng)PDU，智能PDU可將監(jiān)測到的電力參數(shù)發(fā)送給串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器，后者再通過交換機(jī)將所獲電力參數(shù)傳送給物聯(lián)網(wǎng)平臺。物聯(lián)網(wǎng)平臺能夠檢測電流、電壓、電能以及有功功率等電力參數(shù)，也可以發(fā)出各種控制參數(shù)，以有效控制電源通斷［6］。

5、 智能延遲上電策略

受瞬時強(qiáng)電流沖擊，智慧機(jī)房內(nèi)電子設(shè)備極易發(fā)生損壞。因此，有必要采用動力監(jiān)測子系統(tǒng)有效調(diào)控機(jī)房內(nèi)停電后在來電瞬間的電流強(qiáng)度，從而確保內(nèi)部設(shè)備能夠正常運(yùn)行。延時通電即為一有效方法，具體可以使用智能插排或者插座來實(shí)現(xiàn)。通電后，系統(tǒng)可在提前設(shè)定好的時間內(nèi)重新啟動機(jī)房內(nèi)電子設(shè)備，有效防止線路被燒毀，同時也能確保所有電子設(shè)備正常恢復(fù)供電。

（三）安防監(jiān)控子系統(tǒng)

為有效防火、防水、防盜，必須在智慧機(jī)房內(nèi)安裝安防監(jiān)控子系統(tǒng)，實(shí)時監(jiān)測機(jī)房內(nèi)煙霧、漏水、紅外入侵、門禁系統(tǒng)以及視頻監(jiān)控聯(lián)動等情況。在機(jī)房內(nèi)安裝煙霧傳感器、水浸傳感器、人體紅外傳感器、門磁開關(guān)以及攝像頭等，均為有效的安防監(jiān)控措施。

1、監(jiān)測煙霧

煙霧傳感器可以及時且準(zhǔn)確地監(jiān)測機(jī)房內(nèi)煙霧濃度，在其超出預(yù)定范圍的情況下，可于第一時間觸發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)，向管理員發(fā)送通知。宜將煙霧傳感器安裝于機(jī)房監(jiān)測區(qū)域中央位置，也即天花板上，由其負(fù)責(zé)接收傳感器所發(fā)信號，繼而通過交換機(jī)將信號傳送給物聯(lián)網(wǎng)平臺。

2、監(jiān)測漏水

低溫條件下，空氣容易凝結(jié)成水珠，進(jìn)而引發(fā)漏水現(xiàn)象；自機(jī)房內(nèi)空調(diào)設(shè)備冷凝水管滴出的水珠也會導(dǎo)致漏水問題，進(jìn)而破壞智慧機(jī)房內(nèi)重要電子設(shè)備。將帶有定位功能的漏水檢測裝置安裝在容易導(dǎo)致漏水問題的水源處，如空調(diào)周圍，一旦發(fā)生漏水問題，漏水監(jiān)測繩便會將數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器，再由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器將相關(guān)數(shù)據(jù)經(jīng)由交換機(jī)回傳至物聯(lián)網(wǎng)平臺，平臺即可聯(lián)動其他告警設(shè)備將告警發(fā)送給管理員。

3、監(jiān)測紅外入侵

將紅外人體感應(yīng)傳感器安裝在機(jī)房內(nèi)重要區(qū)域并設(shè)定好每日監(jiān)測時間，傳感器即可實(shí)時監(jiān)測該時間段內(nèi)發(fā)生的非法入侵情況，并將數(shù)據(jù)傳送至物聯(lián)網(wǎng)平臺。

4、管理門禁系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)平臺不但可以遠(yuǎn)程下發(fā)開關(guān)門指令，且還支持管理員查詢門禁刷卡記錄。［7］由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器負(fù)責(zé)采集門禁記錄，并經(jīng)由交換機(jī)將門禁開關(guān)狀態(tài)與相應(yīng)時間信息傳送至物聯(lián)網(wǎng)平臺。

5、監(jiān)控視頻

將攝像頭安裝在智慧機(jī)房內(nèi)重要區(qū)域，如漏水監(jiān)測點(diǎn)、門口等處，由其負(fù)責(zé)將圖像、視頻存儲于網(wǎng)絡(luò)視頻攝像機(jī)，再由后者通過互聯(lián)網(wǎng)、用戶專網(wǎng)或者CDMA等廣域網(wǎng)將圖像和視頻傳送給物聯(lián)網(wǎng)平臺。在出現(xiàn)異常的情況下，物聯(lián)網(wǎng)平臺可以及時聯(lián)動視頻監(jiān)控設(shè)備向管理員發(fā)送告警。

結(jié)語

環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)、動力監(jiān)控子系統(tǒng)以及安防監(jiān)控子系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下的智慧機(jī)房動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)重要組成部分。其中，環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)控機(jī)房內(nèi)重要區(qū)域的溫濕度狀況與調(diào)溫設(shè)備運(yùn)行狀況；動力監(jiān)控子系統(tǒng)負(fù)責(zé)實(shí)時且集中監(jiān)控前述機(jī)房動力設(shè)備并進(jìn)行遠(yuǎn)程運(yùn)維；而安防監(jiān)控子系統(tǒng)則是通過于機(jī)房內(nèi)部署煙霧傳感器、水浸傳感器、人體紅外傳感器、門磁開關(guān)以及攝像頭等設(shè)備，實(shí)時監(jiān)測煙霧、漏水、紅外入侵、門禁系統(tǒng)以及視頻監(jiān)控聯(lián)動等情況。建設(shè)智慧機(jī)房動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，可以有效提高機(jī)房的智能水平。