基于物聯網的機房環境智能監測系統設計

李 慶

（中博信息技術研究院有限公司，江蘇 南京 210012）

0 引 言

在近些年來環境監測技術不斷發展的背景下，以數據中心機房環境監測系統為基礎的相關研究也開始受到了越來越多的關注[1-2]。從總體角度對數據中心機房環境監測系統的發展情況進行分析。傳統環境監測技術是通過人工監測的方式監測機房環境，設置專人值班的模式，定期檢測機房的環境信息。受數據中心規模越來越龐大化的發展趨勢影響，在機房內部的需要進行監測的電子設備也逐漸增多[3]。此時，單純依靠人力巡檢已經無法滿足機房環境的管理需求，由此開啟了以單片機和傳感器為基礎的數據中心機房環境監測系統研究。該階段，系統可以自動進行機房整體環境的溫度、濕度等參數的檢測，并且當檢測到的溫濕度存在異常時，可以作出相應的報警反饋，克服了人工巡檢在實時性方面存在的不足[4-5]。在此基礎上，嵌入式實時操作系統在數據中心機房環境監測中開始受到廣泛應用，不僅進一步提高監測系統實時性，也進一步提升數據中心機房環境異常的預警能力[6]。但是，在實際的應用階段，監測系統的反饋延時仍然是有待進一步優化的問題。文章提出基于物聯網的機房環境智能監測系統設計研究，并通過對比測試的方式，直觀分析驗證了設計方法的應用效果。

1 硬件設計

對于機房環境而言，需要監測的狀態數據具有種類多，更新快的特點，為了保障設計監測系統的性能能夠滿足實際的應用需求，文章從控制器的角度開展了設計。其中，具體的芯片為一款基于Arm Cortex-M0+的低成本32位微控制單元（Micro Controller Unit，MCU），專為工業和物聯網應用設計LPC860控制器。在實際運行階段，LPC860控制器工作頻率高達60 MHz，同時提供了64 kB Flash存儲器和8 kB SRAM。此外，LPC860配備功耗優化的內核，采用流行的小規格封裝，單獨的電源軌可支持電平移動。在結構設置上，LPC860的配套外設如表1所示。

表1 LPC860結構配置

在配置方面，LPC860得到了MCUXpresso生態系統的支持，其中包括軟件開發工具包（Software Development Kit，SDK）、集成開發環境（Integrated Development Environment，IDE）選項以及安全配置和配置工具，有助于加快開發速度。基于此，統計LPC860功能及對應配置情況，具體如表2所示。

表2 LPC860功能及對應配置情況統計

借助表2所示的功能及配置，最大限度滿足機房環境智能監測系統在不同應用環境下的需求，實現對待監測指標參數狀態的綜合分析。

2 軟件設計

2.1 基于物聯網的數據傳輸機制設計

在監測機房環境狀態時，時效性是影響監測效果和監測系統性能的關鍵因素。因此，文章設計系統的數據傳輸機制的過程中，引入了物聯網技術。首先，對采集的機房環境數據信息，將其與數據包的形式發送至LPC860控制器總線接口對應的傳輸信道。在該階段，信道的實際傳輸任務執行情況對具體的傳輸效率產生直接影響。當信道實際執行的傳輸任務處于較高的負載狀態，甚至是存在等待隊列時，數據傳輸的時間開銷勢必會增加，導致監測結果存在不同程度的延時。針對該問題，文章利用物聯網技術選擇具體的傳輸路徑，具體的選擇方式可以表示為

式中：f(x)表示x機房環境狀態數據信息的傳輸路徑；k表示對機房環境狀態數據信息的壓縮系數；s(x)表示原始機房環境狀態數據信息的大小；表示機房環境狀態數據信息實際傳輸的大小；l表示傳輸信道的總距離長度，其主要是指端口到LPC860控制器中心的距離；p(x)表示傳輸機房環境狀態數據信息階段對于信道的占用率；t表示信道的單位傳輸時間。

按照式（1）方式，結合具體機房環境狀態數據信息大小以及不同傳輸信道的實際狀態，選擇具體傳輸路徑，最大限度降低傳輸階段的時間開銷，保障監測的時效性。

2.2 機房環境異常狀態報警機制設計

反饋機房環境狀態時，文章主要實現依據是LPC860控制器中心接收到的數據與環境允許狀態數據波動范圍之間的關系。具體可以表示為

式中：xmin表示機房環境狀態參數的允許范圍下限；xmax表示機房環境狀態參數的允許范圍上限。

按照式（2）所示的方式，如果LPC860控制器中心接收到的數據在機房環境狀態參數允許區間范圍內時，則默認環境處于正常狀態，不進行報警處理；如果LPC860控制器中心接收到的數據大于機房環境狀態參數允許范圍上限，或小于機房環境狀態參數允許范圍下限時，則表示環境處于異常狀態，進行報警處理。其中，具體的機房環境狀態參數允許區間范圍以實際的管理標準要求為基礎進行設置。

3 測試與分析

3.1 測試環境

在分析測試文章設計基于物聯網的機房環境智能監測系統運行性能時，選擇對比測試方法。其中，文章設計系統為實驗組，對照組分別為文獻[5]和文獻[6]提出的環境監測系統。

文章以某學校的機房為具體的測試環境。其中，允許溫度范圍為12.0～26.0 ℃，允許相對濕度范圍為35.0%～48.0%。在具體的測試過程中，分別采用3個系統對測試環境開展為期3 d的監測，通過分析不同方法監測結果與實際環境狀態數據之間的關系，對文章設計系統的性能作出客觀評價。

在對測試結果進行統計的過程中，將監測系統反饋結果中超出允許參數范圍的報警數據與實際情況進行比較，確定其可靠性；將監測系統反饋結果中允許參數范圍的數據與實際異常情況進行比較，確定其全面性。

3.2 測試結果與分析

文章分別統計3個監測系統對于測試機房環境溫度異常情況和濕度異常情況的監測效果。其中，不同監測系統對于測試環境溫度的監測結果如圖1所示。

圖1 不同系統溫度監測結果

由圖1所示的測試結果可知，在3種不同系統下，對于溫度異常狀態的漏檢次數和誤檢次數表現出了較為明顯的差異。其中，文獻[5]系統的漏檢次數和誤檢次數最高，分別達到了4次和6次，文獻[6]設計系統的測試結果與文獻[5]系統相比有一定提升，但是漏檢次數和誤檢次數也分別達到了3次和4次。相比之下，在文章設計方法的測試結果中，對于測試機房環境溫度異常值的漏檢次數和誤檢次數均僅為1次，具有較高的可靠性。

不同測試系統對于測試環境濕度的監測結果如圖2所示。

圖2 不同系統濕度監測結果對比

由圖2可知，在文獻[5]系統中，對于濕度異常值的漏檢次數相對較多，達到了5次，但是對于異常值的誤檢測次數處于較低水平，僅為2次。在文獻[6]系統的測試結果中，漏檢次數和誤檢次數均為4次，處于較高水平。相比之下，在文章設計系統的測試結果中，并未出現異常濕度值漏檢的情況，對應的誤檢次數也僅為1次。由此可知，文章設計的基于物聯網的機房環境智能監測系統可以實現對環境濕度狀態的有效檢測。

4 結 論

文章提出基于物聯網的機房環境智能監測系統設計研究，在硬件方面重點對控制器進行設計，在軟件設計方面主要對監測機制和反饋機制進行設計，切實實現對機房環境異常狀態的有效監測，大大降低了環境狀態參數異常值的漏檢和誤檢次數。以期文章的設計與研究，能夠為實際的機房環境管理和安全保障提供有價值的參考。