基于智能監(jiān)控的預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)研究

賈新勇王維鈞黃燕桐

（1. 北京南秦山科技有限公司，北京 100085；

2. 上海致達(dá)信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司，上海 200063）

基于智能監(jiān)控的預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)研究

賈新勇1王維鈞2黃燕桐2

（1. 北京南秦山科技有限公司，北京 100085；

2. 上海致達(dá)信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司，上海 200063）

論述了一種基于信息化系統(tǒng)及運(yùn)行設(shè)備的智能化監(jiān)控預(yù)警的理念和服務(wù)，并基于智能監(jiān)控技術(shù)開發(fā)出了預(yù)警系統(tǒng)。該預(yù)警系統(tǒng)是一種集監(jiān)控設(shè)備、監(jiān)控程序、報(bào)警通知服務(wù)等功能于一體的嵌入式開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)。

智能監(jiān)控，語(yǔ)音報(bào)警，智能分析，云服務(wù)

1 引 言

目前，軍工領(lǐng)域的信息集成化程度越來越高，對(duì)于系統(tǒng)的日常運(yùn)營(yíng)維護(hù)及設(shè)備全天侯（7×24h）運(yùn)行的可靠性要求也越來越高，維護(hù)保障承載力快速上升，智能化監(jiān)控的作用也日益凸顯。但目前，適用于軍工領(lǐng)域相關(guān)業(yè)務(wù)或設(shè)備的具有較強(qiáng)專業(yè)性和針對(duì)性的監(jiān)控軟件及設(shè)備相對(duì)匱乏，而且大多數(shù)僅針對(duì)服務(wù)器及操作系統(tǒng)（Windows、Linux、AIX、Solaris等）、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（路由器、防火墻、交換機(jī)等）、存儲(chǔ)設(shè)備（陣列、磁盤等）等進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的資源監(jiān)控，具體包括對(duì)CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)容量、網(wǎng)絡(luò)路由、網(wǎng)絡(luò)流量、磁盤陣列、進(jìn)程、數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用服務(wù)器、郵件服務(wù)器等設(shè)備的全面監(jiān)控。此外，實(shí)際的業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行在這些服務(wù)器或設(shè)備之中，大部分僅能通過系統(tǒng)級(jí)監(jiān)控間接了解目前業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，而在現(xiàn)實(shí)工作中，業(yè)務(wù)系統(tǒng)問題的出現(xiàn)往往都是逐步積累形成的，一旦出現(xiàn)故障，必然要耗費(fèi)大量時(shí)間或經(jīng)濟(jì)成本才能恢復(fù)。另外，由專人負(fù)責(zé)的監(jiān)控總會(huì)有疏忽和不及時(shí)的情況發(fā)生，若將精準(zhǔn)服務(wù)與專人的目標(biāo)管理相結(jié)合，就能夠大幅降低系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)，既可減輕維護(hù)人員的壓力，降低維護(hù)成本，又能夠及時(shí)、有效地掌握業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，為用戶的業(yè)務(wù)系統(tǒng)及設(shè)備提供全天侯的專業(yè)保駕護(hù)航服務(wù)。

2 智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)描述

智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)由監(jiān)控對(duì)象、智能監(jiān)控設(shè)備、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、智慧云平臺(tái)，以及通知終端等部分組成。其中，智能監(jiān)控設(shè)備主要用于與監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行數(shù)據(jù)、語(yǔ)義、規(guī)則、計(jì)算等方面的交互；監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)主要用于連接智能監(jiān)控設(shè)備和智慧云平臺(tái)、監(jiān)控對(duì)象的鏈路通道；智慧云平臺(tái)主要是對(duì)監(jiān)控設(shè)備的配置、監(jiān)控對(duì)象的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析、轉(zhuǎn)換、清除、計(jì)算與總結(jié)等操作；通知終端則主要具有接收異常預(yù)警及查詢歷史信息等功能。智能監(jiān)控設(shè)備能夠以單機(jī)、通用、專有模式運(yùn)行，也可以與內(nèi)網(wǎng)、專網(wǎng)、外網(wǎng)對(duì)接，監(jiān)控對(duì)象可以在本地，也可以在遠(yuǎn)端，而通知方式可以采用電話、短信、客戶端應(yīng)用程序（APP）、微信、網(wǎng)頁(yè)（WEB）等組合方式。智能云平臺(tái)可以采用SaaS模式，也可以由企業(yè)自己建設(shè)，可以公用，也可以分級(jí)。智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 監(jiān)控設(shè)備硬件設(shè)計(jì)

監(jiān)控設(shè)備采用適合在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的智能型嵌入式架構(gòu)，如帶有Linux操作系統(tǒng)的ARM體系平臺(tái)，選用性能較穩(wěn)定的ATMEL芯片組，各種輔助芯片的選用以工業(yè)領(lǐng)域現(xiàn)有產(chǎn)品為基準(zhǔn)，以確保設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。硬件參數(shù)指標(biāo)的設(shè)計(jì)選用基于工業(yè)可靠性原則，同時(shí)結(jié)合DCS（分布式控制系統(tǒng)）成熟應(yīng)用的特點(diǎn)來進(jìn)行；存儲(chǔ)處理按照工業(yè)級(jí)架構(gòu)設(shè)計(jì)，均采用NAND結(jié)構(gòu)，能夠提供較高的單元密度，獲得高存儲(chǔ)密度和較高的寫入與擦除速度，還可增強(qiáng)系統(tǒng)的耐用性和高可靠性；選用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)總線的供電標(biāo)準(zhǔn)，適應(yīng)寬電壓輸入，提高通用性和易用性，將有線網(wǎng)絡(luò)與無線網(wǎng)絡(luò)有機(jī)結(jié)合，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性。具體設(shè)計(jì)選用指標(biāo)如下：

硬件架構(gòu)采用基于ARM9架構(gòu)的工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)RTC（實(shí)時(shí)時(shí)鐘），由鋰電池供電，具備掉電保存功能；處理器采用400MHz 32位ATMEL工業(yè)級(jí)處理器；內(nèi)存采用16MB DataFlash，以及128MB Nand Flash；電源采用12V直流、寬電壓輸入；有線網(wǎng)絡(luò)采用10Mbps/100Mbps自適應(yīng)RJ45型以太網(wǎng)；無線網(wǎng)絡(luò)支持移動(dòng)/聯(lián)通2G/2.5G/3G無線通信；具備標(biāo)準(zhǔn)串口通信（RS232/485可選）、I/O（輸入、輸出）接口、模擬量輸入、USB 3.0接口等對(duì)外接口；采用LED顯示，具有電源、運(yùn)行、報(bào)警、通信等指示燈；采用Linux操作系統(tǒng)；工作環(huán)境溫度為-45℃～85℃（如有通信模塊，則為-20℃～60℃），濕度為5%～95% RH。監(jiān)控設(shè)備的硬件如圖2所示。

圖2 監(jiān)控設(shè)備硬件

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分為三大部分，即監(jiān)控設(shè)備程序設(shè)計(jì)、云服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、通知終端程序設(shè)計(jì)。每個(gè)部分根據(jù)各自的功能采用不同的設(shè)計(jì)：監(jiān)控設(shè)備程序主要采用結(jié)構(gòu)化編程的思路，選用性能較高的嵌入式C語(yǔ)言開發(fā)；云服務(wù)平臺(tái)采用面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)思路，選用較為流行的JAVA語(yǔ)言建設(shè)；通知終端程序基于Android和IOS操作系統(tǒng)開發(fā)，以適配市場(chǎng)上較為流行的手機(jī)終端設(shè)備。

2.3.1 監(jiān)控設(shè)備程序設(shè)計(jì)

監(jiān)控設(shè)備是直接與監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行交互的硬件，主要包括日常監(jiān)控、報(bào)警通知、參數(shù)配置等3個(gè)部分。日常監(jiān)控的對(duì)象包括軟件類、硬件類，以及軟硬件混合型。軟件類包括系統(tǒng)資源（服務(wù)器的CPU、內(nèi)存、硬盤等參數(shù)）、系統(tǒng)服務(wù)（進(jìn)程、數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)等）、應(yīng)用服務(wù)（網(wǎng)站、業(yè)務(wù)系統(tǒng)、代理服務(wù)、郵件、通知等）、程序端口（交互端口、服務(wù)端口、程序接口等）、日志文件（業(yè)務(wù)日志、系統(tǒng)日志、異常日志等）。硬件類包括串口類（RS232/ RS422/RS485等）及其協(xié)議（CAN/ModBus）、開關(guān)量（繼電器、門禁等）、模擬量（壓力、溫濕度、電壓、電流或區(qū)間范圍數(shù)值等）。監(jiān)控設(shè)備對(duì)監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)報(bào)警，如果設(shè)置有反向控制功能，監(jiān)控設(shè)備將根據(jù)用戶預(yù)先設(shè)置的指令或流程進(jìn)行交互通訊，用以恢復(fù)監(jiān)控對(duì)象的工作狀態(tài)。報(bào)警通知主要是將發(fā)現(xiàn)的異常情況及時(shí)通知維護(hù)人員，通知可采用電話、短信、WEB、APP及微信等方式，用戶也可自定義相關(guān)的報(bào)警平臺(tái)上。參數(shù)配置主要是對(duì)監(jiān)控對(duì)象相關(guān)參數(shù)進(jìn)行配置和維護(hù)。

2.3.2 云服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

云服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是為客戶提供較為便捷的設(shè)備維護(hù)、異常數(shù)據(jù)處理，以及其它輔助功能。特別是數(shù)據(jù)處理功能，能夠幫助用戶了解被監(jiān)控對(duì)象的運(yùn)行情況、異常頻繁出現(xiàn)的時(shí)間，以及異常情況種類等，為后續(xù)產(chǎn)品或設(shè)備的升級(jí)改造提供重要的參考依據(jù)。數(shù)據(jù)處理功能主要包括性能分析、時(shí)間分析、分類分析、輿情預(yù)測(cè)，以及優(yōu)化建議等。

2.3.3 通知終端程序設(shè)計(jì)

通知終端主要包括手機(jī)、WEB及APP。其中，手機(jī)主要采用語(yǔ)音和短信方式，WEB主要是瀏覽器查看和通知，APP主要適用于Android和IOS操作系統(tǒng)的設(shè)備。通知終端功能主要包括監(jiān)控信息查看、異常報(bào)警、日志查看等。同時(shí)，其設(shè)有對(duì)外的服務(wù)接口和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，也可為客戶提供第三方通知方式。

2.4 系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)的總體思路是根據(jù)通訊方式及內(nèi)容，進(jìn)行周期性監(jiān)控，分析交互結(jié)果，通過聯(lián)網(wǎng)交互甄別交互的類別，如是單機(jī)交互還是平臺(tái)交互，并對(duì)分布于終端設(shè)備上運(yùn)行的業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)分析與挖掘，對(duì)于各種異常狀態(tài)則通過APP/微信等工具進(jìn)行實(shí)時(shí)信息推送。

圖3 系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)圖

2.5 系統(tǒng)部分界面設(shè)計(jì)展示

2.5.1 設(shè)備配置界面

系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)型參數(shù)配置界面進(jìn)行各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置和調(diào)整，可方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)、通信、運(yùn)行模式的選配，以及異常狀況的查詢與密碼修改，并可根據(jù)異常狀況發(fā)生的范圍指定某臺(tái)終端設(shè)備進(jìn)行重啟恢復(fù)。設(shè)備配置界面如圖4所示。

圖4 設(shè)備配置界面

2.5.2 云服務(wù)界面

云服務(wù)平臺(tái)可全面展現(xiàn)監(jiān)控設(shè)備的實(shí)時(shí)工況、設(shè)備基本信息，并能夠生成月運(yùn)行設(shè)備異常統(tǒng)計(jì)報(bào)表、設(shè)備異常頻次柱形圖表，以及綜合統(tǒng)計(jì)年度/月度報(bào)表等分析報(bào)表。云服務(wù)界面如圖5所示。

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