基于物联网2.0下的机房智能管理系统

徐海明，陈晴，高婷

（浙江省气象信息网络中心，杭州 310017）

0 引言

在目前省级气象网络系统中，省级网络中心起到了承上启下的作用。日益庞大的交换数据、日新月异的气象业务使得省级气象机房不停地扩展，对场地、设备、环境、供电的管理提出了新的要求。从原来单个机房发展到多个机房，从原来的单个场地发展到不同场地分布式的机房。对通过人工检测机房环境要素的手段提出了严重的挑战。目前的机房要素包括：温度、湿度、电压、电流、烟感、漏水、漏电、消防、视频等。每天人工观测、记录、存档、告警已经在实时性、安全性和持续性上不能符合现代化气象事业的脚步了。

物联网的出现为我们提供了解决方案。物联网（Internet of Things）是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体[2]，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化3个重要特征。它可追溯到1990的施乐公司，形成于1999年美国麻省理工学院提出的“万物互联”的概念。经过10年的发展，在2009年中国终于通过“感知中国”把我国物联网领域的研究和应用开发推向了高潮[2]。物联网的概念已经是一个“中国制造”的概念，它的覆盖范围与时俱进，已经超越了1999年Ashton教授和2005年ITU报告所指的范围，物联网已被贴上“中国式”标签。

1 系统实施

1.1 逻辑系统

基于目前本单位的5个中大型机房，服务器数量已达400多台，分布在不同的楼层和同一城市的不同地点，平时基本靠人员的巡视检查发现问题、填充日志，在故障发现的实时性、系统性和隐蔽性上已经严重不适应当前的气象业务现代化的进程。为此，我们设计了一个基于物联网系统的机房环境智能监控系统，它由RFID标签、智能电子传感器、视频探头、门禁系统、烟雾和火灾报警器，通过气象专用网络和VPN，传输至监控服务器，监控人员可以通过系统内网的显示器查看实时情况，也可以通过VPN在外网的PC或手机上进行监控并报警，具体见图1。

（1）RFID标签系统：为每台服务器、网络设备、监控设备和环境设备分发一个身份标识，通过专用的阅读设备，可以阅读或改写设备的位置、类型、配置数据等具体信息。

（2）智能电子传感器：包括温湿、水浸、电压电流等传感器，针对设备的具体物理指标，实时反映当前机房的环境情况，能自动或被动地上传物理数据。

（3）视频监控：针对机房晚上无人值守的情况下，对机房进行24小时的多监控点无死角的录像，不仅可以在安保上做到及时地报警，也可以在设备发生移位或被外力破环时通过监控系统上传告警数据到系统。

（4）门禁系统：作为机房管理的一部分，指纹和脸部识别的门禁系统将和值班日志统一记录当前值班人员在机房的操作情况，为人员考核和事后查责提供可靠依据。

（5）烟雾和火灾报警系统：该系统作为整个管理系统的重要部分还将接入整个大楼的火警联防系统，为机房的火警系统做一个双重备份。

图1 机房管理系统物理联线示意图

1.2 整体框架

基于上述情况，我们对系统进行了多层次的划分：传感感知层、网络连接层和系统应用层。具体框图如下：

图2 系统应用框架图

在感知层以智能传感器和RFID为基本单元，通过各种工业总线、物流网、ZigBee和其他自定义的协议方式进行数据采样，形成了物对人、物对物的信息互通，进一步形成互联互通的智能型网络。关键在于对各种传感设备的互联性，通过专门的协议转换达到统一的数据格式，从而和网络层进行交换。在本系统中感知层包括七项传感器为感知设备，它们的接口种类繁多，有无线网络和有线网络，有电流输出（4-20Ma）和电压输出（0-5V），也有各种工业总线上带协议和RTU输出（RS-485、422，ModBus等）。为了兼容目前的物联网应用，这一层中我们采用了嵌入式系统做中转采集，包括了ZigBee接口、工业总线接口、移动数据接口和网络接口，利用各种协议把数据采集到后转换成通用的TCP/IP协议，提供给网络层。并在嵌入式系统中对数据进行分析判断，作出及时的提醒和报警并上传到服务器以作查询。

在网络层以目前TCP/IP基础上，解决了Wi-Fi、局域网、广域网和气象VPN等专用网络之间的数据交换，接收感知层传送过来的庞大的海量数据，故对网络的实时性和同步、异步处理能力进行了有效地设计。采用了专用的网段和相关的网络设备组合了一个专用的物联网络。

应用层是物联网的人机接口，首先对数据进行了分类管理，对不同类别的数据进行了分别的存储，包括本地磁盘阵列(RAID),网络存储服务器(NAS)，同时接入Internet网络，将数据实时保存到气象专用云平台。利用专用的前置处理机对数据进行初步的分析处理，给数据打上属于自己的标志和属性，从而达到物物相连的目的。在这些数据基础上，我们开发了为机房值班人员用的PC监控端，为管理人员开发了Web服务端和手机端的App应用。做到了监控和管理的全覆盖。

1.3 硬件组成

（1）水浸传感器，在机房受潮或进水的第一时间会向系统传递信息：XW1000定位漏水感应线

（2）电压、电流传感器：1-05_VVA(ABC+N)电压电流传感器

（3）RFID标签，为每台服务器、机架、交换机等物理设备建立一个唯一的电子档案：UT201超高频不干胶标签

（4）烟雾传感器：TAD-169烟雾报警器（联网型）

（5）温湿度传感器：HX94ACW/94AVW

（6）网络视频头：DS-2CD1301D-I 2.8mm

（7）门禁系统：KB105独立型刷卡密码门禁机

1.4 软件功能

在本系统中我们对软件进行了功能的划分：

（1）数据采集：应用不同的协议将各种传感器的数据实时转换并存入本地数据库。

（2）实时报警：通过数据过滤、分析和判断，通过移动网络向值班人员的电话和手机发出相应的提示或报警信号。

（3）Web显示：对应相应的设备系统，分成了七个显示子模块，采用图形化的显示方式，直观形象快捷地显示出当前的设备运行参数和数据，并以不同的颜色进行标识，一目了然。

（4）设置参数：对各种设备系统进行报警上下限的配置，操作员管理的设置，各种配置文件和日志文件的设置等。

（5）日志管理：对当前和历史的数据进行图表和图形显示，可以了解和分析日常管理中系统存在的问题及经验，以便系统的改进。

（6）报表打印：对采样的实时数据、各种统计数据可以实时打印，也能对日报、周报、月报和年报进行统计，为管理人员对设备的运行状况有一手的了解。

具体数据流程如图4所示。

1.5 数据库和手机App

数据库采用通用和成熟的微软SQL Server，进行了分布式设计，由于采用了成熟的方案，降低了开发难度，加快了开发进程，也降低了以后的维护成本。App开发有很多方法可以采用，有可以智能生成的，也有半成品控件构建的，这里采用了Eclipse+JDK+SDK方案，该方案采用C++语言，灵活方便，可以开发市场上常见的大多数App。

1.6 技术特点

第一个特点是在物联网2.0的技术基础上，系统不仅能够查看实时采样的数据，由于采用了智能传感设备，在需要的前提下，可以命令传感器加密采样或者改变采样频率、采样指标等，达到智能监控目的；第二个特点是传感器在感知层可以不通过应用层而互相交换数据，为今后的AI传感采样提供技术接口；第三是具有强大的扩展性，由于感知层的智能性，它具有相对的独立性，使得系统可以容纳更多的智能传感设备，目前在气象部门中广泛使用的探测设备、数以千计的要素自动站、各种气象雷达设备等经过简单的改造后，完全可以接入到系统中，形成一个庞大和功能更加强大的气象物联网络。

2 结语

本系统运行一年多来，一共发出了100多条报警提示，特别在机房空调冷凝水流入地面、UPS电压抖动、UPS供电切换过程中电流变化以及机房空调故障导致温度升高等情况下能够在30秒之内发出警告信号，及时地提醒了机房管理人员对安全隐患的快速处置，在机房管理中取得了较好的社会和经济效益，不同程度地减少了安全损失，也为机房管理水平的提高提供了技术支撑。