基于LoRa技术的无人值守机房建设摸索

秦志华

摘  要：民航空管设备是保障民航飞行安全和实施空中交通管制工作的重要设备系统，包括通信、导航、监视、动力等各类设备。随着民航“大岗位、大值班”工作模式的推广，大机房、大融合、无人值守等新管理模式是大势所趋。本文将结合LoRa技术、物联网技术探索在无人值守的情况下，确保设备机房为各类民航空管设备提供稳定正常的运行环境，消除无人值守机房运行安全隐患。

关键词：无人值守机房、LoRa技术

引言

传统的机房运行环境保障往往依靠专业的技术人员长期驻守和巡视，确保设备运行环境，强调“安全保障”，牺牲“人力资源”，造成人员资源浪费。同时，传统机房建设中，机房的动力设备（市电、配电、UPS等）、环境设备（空调、新风机、消防等）、视频巡查设备等机房配套设施通常采取单一建设模式，大量铺设传输线路，造成机房管线杂乱，增加维护难度，而且各机房环境保障系统各自为政，无法联动管理，管理效率低下。

随着远距离传输、低功耗、低成本的LoRa技术和物联网技术普及和发展，利用新技术可实现对无人值守设备机房进行实时监控、集中监控、智能感知、数图融合、远程运维，建设一个涵盖动力、环境、视频、安防、消防、能耗管理于一体，具备实时监控、事前预警、事中报警、事后取证的智能化现代机房，为民航通信、导航、监视等重要设备提供一个良好的运行环境。

1.LoRa技术简介

1.1LoRa技术

LoRa是Long Range的缩写，是低功耗广域网（Low PowerWide Area Network，LPWAN）通信技术的一种，是Semtech公司于2013年发布的超长距离低功耗数据传输技术。LoRa工作在ISM 频段，包括433MHz、868MHz、915 MHz等，采用IEEE 802.15.4G通信协议，LoRa基于线性调频扩频调制，具有前向纠错（FEC）能力。LoRa技术使得在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，在同样的功耗下，采用LoRa技术比传统的无线射频通信距离大3-5倍。

1.2LoRaWan

LoRaWAN基于LoRa远距离通信网络设计的一套通讯协议和系统架构，是OSI七层协议中的MAC层。在实际运行中，LoRaWan网络架构如下图：

图中各种应用传感器通过LoRaWan网关进行协议转换，把LoRa传感器的数据转换为TCP/IP的格式发送到局域网或Internet网。LoRaWan网关具备多信道、多调制收发、多信道同时解调的能力，作为一个透明网桥在LoRa终端设备和中心网络服务器间中继消息。

2.无人值守机房建设

2.1无人值守智慧机房建设原则

2.1.1模块化原则

在无人值守机房中采用的技术往往需要根据业务需求，需要多种技术有机组合，各种设施或技术要相互独立，可任意组合。因此，要求所采用的技术或设备是模块化的，便于使用时随机拆分、组合，满足不同的业务需要。

2.1.2兼容性原则

兼容性原则是指各种软硬件环境应该具有统一的标准和规格，凡是满足标准和规格的设备和软件都能容纳进来，无论基于什么平台。兼容性包涵两个方面的内容，即硬件的兼容性和软件的兼容性。

2.1.3透明性原则

透明性原则指各项技术包含的技术细节对用户来说都是不可见的，用户不需要了解过多的技术细节就能很好的使用这项技术。不能让设备维护人员的过多纠缠于技术细节，应该让他们使用这些技术能信手拈来。

2.1.4便利性原则

便利性原则主要是指各种软硬件在使用时，操作步骤尽可能少，用户使用方便，以避免把时间过多的花费在机房设备、软件的维护和操作中，提高管理效率

2.2无人值守机房建设方案

2.2.1动力监测

“兵马未动粮草先行”。供电是民航通信导航监视设备运行的基础，因此，无人值守机房必须能够实时掌握动力设备（市电、UPS配电等）运行情况，实现对供电实时监控、集中监控、智能感知、独立运行、数图融合、远程运维，为各类设备提供穩定正常的动力环境。

目前民航机房供电均由配电柜输出，其供电质量的好坏将直接影响机房内设备的安全，因此需采用智能电量监测仪对机房配电柜供电参数实行监测。通过监控配电柜三相电源的相电压、相电流、频率、有功功率、无功功率等参数，实时查看供电电源质量是否完好，当参数出现异常时，触发联动告警，开展预防性维护，消除供电隐患。对于机房内采用的UPS供电设备，通过LoRa数据采集器对接UPS 485/232通讯接口，获取包括输入电参数、输出电参数、蓄电池参数等信息以及运行状态，实现对UPS电源的实时监控，当运行参数发生异常时，可联动其他报警设备告警。动力监测实现框图：

2.2.2环境监测

民航空中交通管制指挥工作对设备可靠性、稳定性具有非常高的要求，而通信导航监视设备对温、湿度等运行环境的要求非常严格。因此，无人值守机房必须加装温湿度传感器，以实时检测机房和重要设备区域内的温、湿度，而且温湿度传感器能够将检测到的温湿度值实时传送到机房集中监控平台，在平台界面直观地表现出来。一旦温、湿度值超过阈值，系统将自动调节并触发报警，给机房设备提供最佳运行环境。环境监控功能实现框图如下：

2.2.3安防监测

2.2.3.1烟雾监测

利用烟雾传感器对机房消防状态进行监测。在机房内天花板上安装烟雾传感器，然后将传感器的输出信号通过采集器传输到集中监控平台，当有火情时，系统会立即报警，通知远程值班及相关人员。烟雾监测功能实现框图如下：

2.2.3.2门禁监测

对于机房内门禁远程管理，分别记录每个门禁开关状态，开关时段，门禁记录保存在集中监控平台，可查询，可监测门的实时开关状态。门禁监测功能实现框图如下：

2.2.3.3漏水监测

机房内空调的冷凝水管可能出现漏水，或者由于空调的温度过低，导致空气凝聚成水滴，这些都将威胁着机房内各设备。通过在空调周围或可能造成漏水附近安装定位式漏水监测设备，一旦有水泄漏碰到漏水监测绳，监测绳通过数据采集器/采集主机将信号传输到集中监控平台，准确的反映漏水的具体位置，及时通知相关人员排查，消除隐患。漏水监测功能实现框图如下：

2.2.3.4视频和红外人体感应

在机房内部重要部位安装摄像头和红外人体感应传感器，利用视频直观监控机房运行情况，同时，利用红外人体感应传感器全方位的对机房的整体情况进行红外防盗，24小时防范和预警非法入侵。

2.2.4机房集中监控平台

集中监控平台通过基于LoRa技术的无线局域网，将机房内各种信息传感设备实时感知的数据信息，传送至集中监控平台，进行信息交换和通信，集中监控平台通过对数据和信息的进行智能分析，采取大屏显示、Web页面以及APP推送的形式实现远程对无人值守机房运行情况的全面监控，同时，对于出现机房运行环境出现异常的告警信息，采用页面推送、短信推送、电话联系以及大屏醒目闪烁等方式提出预警和警示。机房集中监控平台框图如下：

3.结束语

随着民航改革纵深推进，人力资源进一步优化，无人值守机房规模及数量将大幅增加，如何利用各种先进的无线通信技术、网络通信技术、计算机智能技术推进机房管理的智能化、绿色化、高效化仍需进一步摸索和探究。

参考文献

[1]  《物联网电子世界》“LoRa无线技术介绍”

[2]  《详解LoRaWAN协议》