基于HTML5與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大數(shù)據(jù)中心機房智能管理系統(tǒng)

彭燦華, 楊呈永, 張玉斌

(1. 桂林理工大學 現(xiàn)代教育技術(shù)中心， 廣西 桂林 541004； 2. 渤海大學 基礎(chǔ)教研部， 遼寧 錦州 121000)

0 引 言

近年來，隨著高校校園信息化發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)信息已經(jīng)覆蓋了整個校園，學生一卡通消費、學籍、選課、成績、借書、考勤、在線考試、論壇、上網(wǎng)日志等；教師的人事基本信息、辦公信息、郵件、教學資源、科研、資產(chǎn)、財務(wù)、上網(wǎng)日志等都會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)信息。這些數(shù)據(jù)信息與學校教學管理及校園生活息息相關(guān)，信息量巨大，覆蓋面廣，數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)已經(jīng)具備了大數(shù)據(jù)特征，為高校信息化建設(shè)從數(shù)字化校園向智慧校園推進提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。如何保障校園龐大數(shù)據(jù)信息的安全、可靠，必須要有一個現(xiàn)代化的大數(shù)據(jù)中心機房來支撐。大數(shù)據(jù)中心機房管理必須是無人值守自動化和智能化管理，這就需要從下面3點進行突破:

(1) 機房出現(xiàn)故障需要在環(huán)境變化、硬件狀態(tài)等方面設(shè)置預(yù)警參數(shù)，并多渠道第一時間發(fā)出預(yù)警信息，方便管理員及時處理。

(2) 除了對環(huán)境、硬件進行預(yù)警外，服務(wù)器云操作系統(tǒng)也是數(shù)據(jù)中心機房的核心，服務(wù)器云操作系統(tǒng)出現(xiàn)時，有優(yōu)先第一時間預(yù)警功能。

(3) 由于機房處于無人值守狀態(tài)，要求可以使用任意智能移動終端。接收預(yù)警信息，并進行有效處理。

以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)結(jié)合HTML5技術(shù)對大數(shù)據(jù)機房的軟、硬件環(huán)境提供安全可靠的保障。

1 大數(shù)據(jù)中心智能管理系統(tǒng)技術(shù)框架

自2005年國際電信聯(lián)盟(International Telecommunication Union, ITU) 正式提出了物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things,IoT)[1-2]一詞以來，物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)歷數(shù)十年的發(fā)展，從功能角度來看，物聯(lián)網(wǎng)集成了多種具有感知、通信、計算和控制能力的網(wǎng)絡(luò)化智能計算機系統(tǒng)。按其功能分為感知層、傳輸層、應(yīng)用層，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)圖

1.1 感知層

感知層是物聯(lián)網(wǎng)的最前端層，由各種傳感器采集原始數(shù)據(jù)，同時結(jié)合ZigBee組成無線傳感器。

1.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸層

網(wǎng)絡(luò)傳輸層通過ZigBee無線發(fā)送上來的原始數(shù)據(jù)再通過路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，并將數(shù)據(jù)實時傳送到后臺服務(wù)器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與互聯(lián)網(wǎng)的相互傳輸。

1.3 應(yīng)用層

該層首先通過服務(wù)器接收網(wǎng)絡(luò)傳輸層、感知層各網(wǎng)關(guān)節(jié)點信息，進行信息處理后保存在服務(wù)器上。實時通過手機短信和微信公眾號推送接收各種預(yù)警的信息。客戶端通過手機、電腦、筆記本、ipad等智能終端在享有權(quán)限范圍內(nèi)對使用HTML5設(shè)計的Web頁面進行請求查詢、統(tǒng)計、控制管理等操作。

2 物聯(lián)網(wǎng)硬件實現(xiàn)

圖1所示在最底層由前端感知節(jié)點采集數(shù)據(jù)通過ZigBee無線網(wǎng)關(guān)節(jié)GPRS模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到Web服務(wù)器實現(xiàn)Inernet的傳輸[3-5]。

2.1 物聯(lián)網(wǎng)前端傳感器

物聯(lián)網(wǎng)前端主要功能是采集數(shù)據(jù)，需要將系統(tǒng)中的物聯(lián)網(wǎng)硬件傳感器安裝到機房合適的監(jiān)測位置，保證采集到數(shù)據(jù)的準確，具體用到傳感器明細如表1所示。

表1 感知層傳感器明細

(1)溫濕度傳感器。溫濕度傳感器負責采集機房環(huán)境的溫濕度、煙霧等數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器。

(2) 紅外線防盜。在非工作安全時間段啟用紅外防盜技術(shù)，當外來人員進入時可以及時報警。

(3) 空調(diào)傳感器。把空調(diào)各種運行狀態(tài)如當前溫度、壓縮機是否運行，風機是否運行等發(fā)送到服務(wù)器。

(4) 電源配電柜傳感器。把機房供電情況如電流、電壓等參數(shù)值發(fā)送到服務(wù)器。

(5) 配電開關(guān)狀態(tài)傳感器。把配電各路開關(guān)狀態(tài)發(fā)送到服務(wù)器。

(6) UPS電源傳感器。 把UPS輸入電壓、輸出電壓、輸入頻率、內(nèi)部溫度、UPS事故障、UPS連接狀態(tài)、開關(guān)狀態(tài)、使用狀態(tài)、電量等發(fā)送到服務(wù)器。

(7) 抽風機傳感器。把抽風機運行狀態(tài)發(fā)送到服務(wù)器。

(8) 指紋門禁傳感器。實時把出入門禁指紋記錄、門區(qū)開關(guān)傳輸?shù)椒?wù)器。

(9) 攝像頭視頻監(jiān)控傳感器。通過高清攝像頭對機房內(nèi)360°無死角進行視頻監(jiān)控，機房管理人員可以一目了然看到機房內(nèi)的任何角落真實場景情況。

3.2 ZigBee傳輸節(jié)點設(shè)計

ZigBee[6-8]是一種由控制芯片及射頻收發(fā)單元和GPRS模塊等組成，一種短距離、低功耗、高可靠的無線通信技，適合用于自動控制和遠程控制領(lǐng)域。各個終端傳感器節(jié)點采集到數(shù)據(jù)后，通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給數(shù)據(jù)采集協(xié)調(diào)器，然后把GPRS模塊與移動互聯(lián)網(wǎng)連接，并通過有線傳輸將信號送往Web服務(wù)器，最終可利用Internet、GPRS等網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)雙向通信進行智能管理。

3 基于HTML5智能應(yīng)用系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)框架及技術(shù)介紹

智能應(yīng)用系統(tǒng)的技術(shù)上框架采用ASP.NET MVC5[9]+JOSN[10]+HTML5[11]。包括基于HTML5終端層、JOSN格式傳輸層、基于ASP.NET MVC5服務(wù)處理層、數(shù)據(jù)庫，框架如圖2所示。

圖2 應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)圖

(1) ASP.NET MVC5是相比之前的版本做了改寫，整合了MVC、Web API、Web Pages功能，所有的功能和模塊都進行了獨立拆分，做到了徹底解耦。功能強大的 Web API，可以從任何移動/客戶端請求訪問獲取數(shù)據(jù)。

ASP.NET Web API 是一個框架(framework)，能讓你在 .NET Framwork 之上架設(shè) HTTP 服務(wù) (HTTP Services)。ASP.NET Web API 是 .NET Framework 上構(gòu)建 RESTful 應(yīng)用程序的理想平臺。

(2) JSON(JavaScript Object Notation) 是一種輕量級的數(shù)據(jù)交換格式。具有占帶寬小(格式是壓縮的)傳輸速度快，支持目前主流語言(C、C#、Java、JavaScript 、PHP等)，便于服務(wù)端和客戶端的解析和生成。

(3) 基于HTML5開發(fā)的網(wǎng)頁解決傳統(tǒng)的跨平臺問題，可以在不同環(huán)境中一次性開發(fā)Web應(yīng)用和網(wǎng)站，提高開發(fā)工作效率，開發(fā)的Web應(yīng)用程序具有跨平臺特性。HTML5 APP Cache開發(fā)APP擁有更快的啟動速度和聯(lián)網(wǎng)速度，提高可用性并且改進用戶的友好體驗。

同時在HTML5里結(jié)合WebGL可以快速打造出無插件純Web HTML5 3D機房監(jiān)控系統(tǒng)，WebGL是OpenGL的瀏覽器一個子集，支持大部分主要3D功能接口。

3.2 服務(wù)端功能設(shè)計實現(xiàn)

服務(wù)器端開發(fā)工具采用VS2015開發(fā)，數(shù)據(jù)庫采用Sqlserver2012[12]，開發(fā)框架用ASP. NET MVC5，用ASP. NET MVC框架能夠快速而方便地創(chuàng)建Web服務(wù)，以便為HTTP客戶端提供Web API接口。通過API對接收的數(shù)據(jù)與返回數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的封裝整理生成JSON字符串，方便處理接收與返回數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行驗證，通過C#的特性對token進行驗證，并通過時間戳的方式統(tǒng)一處理接收與返回的時間格式。

部分核心代碼如下:

(1) token進行驗證，設(shè)置驗證每個請求的權(quán)限：

……

// 如果需要驗證

if (nt == null || (!nt.NotNeedToken))

{

// 根據(jù)token獲取用戶信息

var user = GetUser(req.token) ;

if (user == null)

{

// 判斷Token是否失效

throw new APIException(200, "Token失效。");

} req.APIWorkContext = new APIWorkContext(); req.APIWorkContext.UserId = Convert.ToInt32(user.user_id); req.APIWorkContext.UserEmail = user.email;

……

(2) 處理Josn數(shù)據(jù)

……

// 反射創(chuàng)建對象

object APIservices = System.Reflection.Assembly.GetExecutingAssembly().CreateInstance(fullName, true, System.Reflection.BindingFlags.CreateInstance, null, null, null, null);

// 轉(zhuǎn)化成類對象 BaseAPIService baseService = APIservices as BaseAPIService;

try

{

// 執(zhí)行函數(shù)

baseService.Reqeust = req;

res = baseService.Process();

}

catch (APIException ex)

{

throw ex;

}

// 判斷是否是直接返回String

if (res is APIContext)

{

return (res as APIContext).Context;

}

// 設(shè)置時間格式

var jsonSettings = new JsonSerializerSettings { NullValueHandling = NullValueHandling.Ignore };

// 設(shè)置過濾null值為不顯示 jsonSettings.Converters.Add(new UnixDateTimeConverter());

//返回Josn格式

return JsonConvert.SerializeObject(res, jsonSettings);

……

3.3 客戶端功能設(shè)計實現(xiàn)

在客戶端中，頁面顯示所需的數(shù)據(jù)通過請求服務(wù)器端獲取JSON格式數(shù)據(jù)，并將JSON格式數(shù)據(jù)解析處理成HTML5頁面顯示。解析JSON對象直接使用JQuery操作的格式，jQuery是一個快速、簡潔的JavaScript框架，可以非常方便的操作操作的是JSON對象，

部分代碼如下:

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