智慧机房动力环境监控系统的设计与实现

詹亚平

引言

伴随计算机网络技术发展与应用，计算机设备与系统类型日益增多，多数企业建成计算机机房信息中心。机房的稳定运行离不开空调、防雷器、供配电系统、保安门禁系统、消防系统以及UPS电源等动力环境设备支撑，后者一旦出现问题，极易导致数据传输、数据存储以及机房系统运行失常。因此，有必要构建一体化系统进行综合管控，实时监控机房内部各方面情况，尽可能规避异常，在报警事件发生后，能够及时做出正确反应，采取有效补救措施，并且支持事后取证，确保机房处于安全状态。文章提出一套智慧机房动力环境监控系统设计方案，旨在打造智能化计算机机房信息中心。

一、智慧机房动力环境监控系统需求分析

电源运行不稳、环境温湿度异常、空调故障、运维不善、人为破坏以及盗窃等均属机房内的常见问题。分布式部署是现代机房常用形式，如若采用人力监控手段，则必须进行实地、高频巡查，不但运维成本过高，且还难以保证管控工作质效。智慧机房动力环境监控系统需求涉及以下三点：（1）运行环境。服务器在机房内部处于至关重要的位置，因此，机房必须为其正常运行提供必要的环境保障。良好的机房环境应当温湿度适宜，而这就要求机房内调温设备始终处于正常运行状态。一般来说，服务器在运行过程中会释放出极大热量，因此，为调节或维持机房内环境温度，须在机房内安装空调这一调温设备，此外，还需对其运行状况进行实时监控。（2）动力设备。机房动力设备具体是指市电配电设备，主要包括市电电源、UPS、发电机以及蓄电池等，是支撑系统运行以及数据存储与传输的重要基础。为确保机房能够持续稳定运行，必须使用动力设备为其提供可靠的动力供给，因此，必须采用实时监控确保市电配电设备运行正常。（3）安防状况。监测机房内烟雾、漏水情况、红外入侵情况以及管理门禁系统并进行视频监控等，是机房安防工作重要内容。传统安防措施多由人力落实，精细化程度偏低且实时性较差，工作质效亟待提升。受物联网技术支持，现代机房转而采用智能化监控预警机制，能够尽早发现问题并排除隐患，有效防火、防水以及防盗。

应用物联网技术构建而成的智慧机房动力环境监控系统支持进行24小时无人工综合管控。系统设计方案特点突出：（1）综合分析各个监控子系统检测数据，并结合数据检测结果制定联动决策；（2）结合机房内各设备特点，并借助终端传感器灵活组建多元化通信网络；（3）为各个监控子系统提供与机房实际情况相符的三维虚拟场景，包括设备视图、子系统视图、机房级视图以及全局视图等。

二、智慧机房动力环境监控系统

（一）系统运行机制

现场设备采集层、集中监控平台以及可视化操作页面是监控系统三大组成部分。现场设备采集层借助现场采集传感器实时采集并传输市电、UPS、漏水等关键信息，由监控主机层负责接收并进行分析处理，若发生报警事件，则借助网络平台将其传输至监控平台，管理人员即可借助移动设备或者通过浏览WEB页面实时掌握机房运行状况［1］。

（二）系统功能

智慧机房动力环境监控系统功能有四：（1）数据自动采集与可视化呈现。由传感器负责采集数据，并将数据进行可视化处理。（2）监控工作站可以独立运行。监控工作站具备独立运行优势，无需依托网络平台，同时也不必借助计算机及其管理软件。（3）数图融合与智能联动。有序采集并管理各项数据，在监测参数出现异常或者发生报警事件的情况下，可以实现智能联动。（4）远程运维。支持设备远程控制，可以查询并显示各项远程数据，并且具备浏览视频图像等功能。

（三）系统特点

智慧机房动力环境监控系统具备突出特点：（1）以工业级嵌入式系统为依托，功耗低，可靠性强。（2）数据采集设备均为工业级别，体积小，便于安装，稳定性强。（3）扩展性强，便于实现集成化处理。（4）具备多样性，支持远程运维。

（四）系统操作管理界面

为方便用户操作，智慧机房动力环境监控系统操作管理平台被设计成了WEB可视化页面，能够将机房设备运行状态以直观形式呈现出来［2］。系统操作管理界面功能突出，主要包括：（1）传感器监控到的机房设备运行状况可以经由首页进行直观呈现；（2）数据与图形相结合，可以直观而又细致地呈现传感器数据；（3）支持查询告警事件、操作记录、门禁记录以及历史数据等；（4）传感器类型丰富，支持无缝介入RS232与RS485两个通讯接口；（5）支持自行设置用户管理权限；（6）支持在线升级。此外，系统操作管理界面特点极为鲜明。一方面，格局简约、内容直观，符合用户操作习惯，如若发生告警事件，可以及时且直观地将传感器运行参数呈现于WEB主页面，方便用户查询。另一方面，支持人机交互，用户可以自行选择告警模式，确保实现预期告警效果；通过事件日志了解具体时间与相关数据，并且支持用户进行远程维护［3］。

三、智慧机房动力环境监控系统构成

（一）环境监控子系统

环境监控子系统主要负责监控机房环境温湿度状况与机房内调温设备运行状况。为实时监测机房温湿度是否处于正常范围、有无漏水情况发生，可将温湿度传感器安装于机房重要区域。此外，还需采用符合调温设备特点的通信技术获取相关参数，通过对设备进行实时监控，及时发现并处理问题，确保设备运行稳定。将相关数据传送至物联网平台。该系统具备物联网功能，一旦环境参数出现异常，系统将即刻启动报警机制，也可联动温湿传感器与调温设备，实现跨平台可视化监控。

1、监测重要区域温湿度

以服务器机架等位置作为典型散点，并将温湿度传感器布设其上，即可实现对机房重要区域温湿度变化情况的实时监测。数据经由温湿度传感器到达物联网平台，如若超出正常范围，平台将会发送指令给调温设备，后者则会按照平台指示将机房内温湿度调节至正常状态。

2、监控调温设备

精密空调、普通空调、中央空调是常见的机房调温设备。精密空调支持实时查看空调状态、监控异常情况并主动发出告警；普通空调功能特色在于支持进行红外空调调节、控制智能插座并进行除湿加湿；而中央空调的功能特色则在于支持定时，并远程开启或者关闭空调。机房所用调温设备种类不同，其运行状态参数获取方式便也存在差异，故应当进行分类设计与处理。（1）监控精密空调。中大型机房环境要求严格，通常安装精密空调，以有效保持恒温恒湿的环境状态，保证服务器正常运行。精密空调采用布线方式，使用数据转发器从RS232与RS485两个通信接口处实时获取各项空调运行参数，如出风与回风温度、湿度，以及空调、风机、压缩机运行状态等，再通过交换机将各项参数回传至物联网平台。物联网平台使用串口数据转发器与交换机，将控制信令经由RS485这一通信接口发送给精密空调，进行空调参数的远程调整与空调的远程开关机操作。［4］（2）监控普通空调。立式空调与壁挂式空调均为常见普通空调，只有一个接口即RS232接口，适用于小型机房，以确保机房温湿度状况适宜。由于仅具备一个接口，因而只可于下行方向向物联网平台传递数据。在服务器机架处安装温湿度传感器，由其负责将监测数据回传至物联网平台，之后物联网平台结合数据情况判断是否需要将控制指令发送给普通空调。在数据超出预设范围的情况下，物联网平台需要使用数据转发器、POE交换机，并经由红外网关向空调发送控制指令，有效控制普通空调［5］。（3）监控中央空调。部分机房为使环境处于恒温恒湿状态，选择安装中央空调。在上行方向，LoRa网关收集温湿度传感器所监测到的各项相关数据，并使用POE交换机将其回传至物联网平台。平台基于精密分析，判断温湿度数据是否正常，在数据超出设定范围的情况下，需在联动策略框架下，于下行方向经由POE交换机与LoRa网关将控制指令发送给中央空调面板。

一些研究人员指出，NIH对其他疾病的“战争”也只是取得了部分成效：对艾滋病的资助并没有导致治愈方案或疫苗的诞生，只是研制出的药物能使感染艾滋病病毒的患者过上接近正常的生活；对癌症的资助获得了一些提高生存率的治疗方案，但是癌症仍然是美国第二大致死因素。

（二）动力监控子系统

动力监控子系统主要负责实时且集中监控前述机房动力设备并进行远程运维。在上行方向，数据转发器可在动力设备支持下收集电力参数，并且通过交换机将相关参数回传至物联网平台。一旦动力设备运行出现问题，物联网平台便会结合具体情况采用恰当方式将告警发送给管理员，并且基于智能延迟上电策略有效维持智慧机房内部精密仪器运行稳定。

1、监控市电参数

监视机房内部重要开关是否处于正常状态，避免出现跳闸或者断电等问题。安装三相电量仪实时监测电流、电压以及功率等市电三相电源参数。此外还需用到ICS-D8H信号处理模块与I-7052智能开关量采集模块。具体需先使用前者将强电信号转低，进而输入后者当中，使其变成数据信息并传送给现场管理服务器，实时检测重要开关所处状态。采用三相电量检测仪监控配电柜参数，并将其经由RS485信号传输至多设备驱动板，实时监控电流与电压等。

2、监控蓄电池

采用传统手段进行蓄电池维护往往流程繁复，且检测有效性不足，很难及时发现各种潜在问题。使用物联网平台则可以有效解决前述问题，通过蓄电池监测套件显示并且记录充放电电流、组电压、单体电压、单位内阻功能以及组温度等各项蓄电池电力参数，将全部参数及其对应图形实时传送到远程计算机上。在检测量发生异常的情况下，系统会自动向管理员发送告警。此外，系统具备多级管理权限与密码保护功能，能够有效确保系统安全。

3、监控UPS

UPS全称Uninterruptible Power System，意为“不间断电源”，是确保电力设备系统稳定运行的基础。在完整且准确的通讯协议框架下，通过RS23或者RS485转换模块将UPS信号直接发送至现场管理服务器，并实时监控UPS电源与检测协议所提供的全部状态和参数，确保在运行参数发生异常的情况下，及时联动报警设备向管理员发送告警。

PDU意为“电源分配单元”。不同于传统PDU，智能PDU可将监测到的电力参数发送给串口数据转发器，后者再通过交换机将所获电力参数传送给物联网平台。物联网平台能够检测电流、电压、电能以及有功功率等电力参数，也可以发出各种控制参数，以有效控制电源通断［6］。

5、 智能延迟上电策略

受瞬时强电流冲击，智慧机房内电子设备极易发生损坏。因此，有必要采用动力监测子系统有效调控机房内停电后在来电瞬间的电流强度，从而确保内部设备能够正常运行。延时通电即为一有效方法，具体可以使用智能插排或者插座来实现。通电后，系统可在提前设定好的时间内重新启动机房内电子设备，有效防止线路被烧毁，同时也能确保所有电子设备正常恢复供电。

（三）安防监控子系统

为有效防火、防水、防盗，必须在智慧机房内安装安防监控子系统，实时监测机房内烟雾、漏水、红外入侵、门禁系统以及视频监控联动等情况。在机房内安装烟雾传感器、水浸传感器、人体红外传感器、门磁开关以及摄像头等，均为有效的安防监控措施。

1、监测烟雾

烟雾传感器可以及时且准确地监测机房内烟雾浓度，在其超出预定范围的情况下，可于第一时间触发监控系统，向管理员发送通知。宜将烟雾传感器安装于机房监测区域中央位置，也即天花板上，由其负责接收传感器所发信号，继而通过交换机将信号传送给物联网平台。

2、监测漏水

低温条件下，空气容易凝结成水珠，进而引发漏水现象；自机房内空调设备冷凝水管滴出的水珠也会导致漏水问题，进而破坏智慧机房内重要电子设备。将带有定位功能的漏水检测装置安装在容易导致漏水问题的水源处，如空调周围，一旦发生漏水问题，漏水监测绳便会将数据发送至数据转发器，再由数据转发器将相关数据经由交换机回传至物联网平台，平台即可联动其他告警设备将告警发送给管理员。

3、监测红外入侵

将红外人体感应传感器安装在机房内重要区域并设定好每日监测时间，传感器即可实时监测该时间段内发生的非法入侵情况，并将数据传送至物联网平台。

4、管理门禁系统

物联网平台不但可以远程下发开关门指令，且还支持管理员查询门禁刷卡记录。［7］由数据转发器负责采集门禁记录，并经由交换机将门禁开关状态与相应时间信息传送至物联网平台。

5、监控视频

将摄像头安装在智慧机房内重要区域，如漏水监测点、门口等处，由其负责将图像、视频存储于网络视频摄像机，再由后者通过互联网、用户专网或者CDMA等广域网将图像和视频传送给物联网平台。在出现异常的情况下，物联网平台可以及时联动视频监控设备向管理员发送告警。

结语

环境监控子系统、动力监控子系统以及安防监控子系统是物联网技术支持下的智慧机房动力环境监控系统重要组成部分。其中，环境监控子系统负责监控机房内重要区域的温湿度状况与调温设备运行状况；动力监控子系统负责实时且集中监控前述机房动力设备并进行远程运维；而安防监控子系统则是通过于机房内部署烟雾传感器、水浸传感器、人体红外传感器、门磁开关以及摄像头等设备，实时监测烟雾、漏水、红外入侵、门禁系统以及视频监控联动等情况。建设智慧机房动力环境监控系统，可以有效提高机房的智能水平。