基于LoRa技術(shù)的無人值守機房建設(shè)摸索

秦志華

摘? 要：民航空管設(shè)備是保障民航飛行安全和實施空中交通管制工作的重要設(shè)備系統(tǒng)，包括通信、導(dǎo)航、監(jiān)視、動力等各類設(shè)備。隨著民航“大崗位、大值班”工作模式的推廣，大機房、大融合、無人值守等新管理模式是大勢所趨。本文將結(jié)合LoRa技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)探索在無人值守的情況下，確保設(shè)備機房為各類民航空管設(shè)備提供穩(wěn)定正常的運行環(huán)境，消除無人值守機房運行安全隱患。

關(guān)鍵詞：無人值守機房、LoRa技術(shù)

引言

傳統(tǒng)的機房運行環(huán)境保障往往依靠專業(yè)的技術(shù)人員長期駐守和巡視，確保設(shè)備運行環(huán)境，強調(diào)“安全保障”，犧牲“人力資源”，造成人員資源浪費。同時，傳統(tǒng)機房建設(shè)中，機房的動力設(shè)備（市電、配電、UPS等）、環(huán)境設(shè)備（空調(diào)、新風(fēng)機、消防等）、視頻巡查設(shè)備等機房配套設(shè)施通常采取單一建設(shè)模式，大量鋪設(shè)傳輸線路，造成機房管線雜亂，增加維護難度，而且各機房環(huán)境保障系統(tǒng)各自為政，無法聯(lián)動管理，管理效率低下。

隨著遠距離傳輸、低功耗、低成本的LoRa技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)普及和發(fā)展，利用新技術(shù)可實現(xiàn)對無人值守設(shè)備機房進行實時監(jiān)控、集中監(jiān)控、智能感知、數(shù)圖融合、遠程運維，建設(shè)一個涵蓋動力、環(huán)境、視頻、安防、消防、能耗管理于一體，具備實時監(jiān)控、事前預(yù)警、事中報警、事后取證的智能化現(xiàn)代機房，為民航通信、導(dǎo)航、監(jiān)視等重要設(shè)備提供一個良好的運行環(huán)境。

1.LoRa技術(shù)簡介

1.1LoRa技術(shù)

LoRa是Long Range的縮寫，是低功耗廣域網(wǎng)（Low PowerWide Area Network，LPWAN）通信技術(shù)的一種，是Semtech公司于2013年發(fā)布的超長距離低功耗數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。LoRa工作在ISM 頻段，包括433MHz、868MHz、915 MHz等，采用IEEE 802.15.4G通信協(xié)議，LoRa基于線性調(diào)頻擴頻調(diào)制，具有前向糾錯（FEC）能力。LoRa技術(shù)使得在同樣的功耗條件下比其他無線方式傳播的距離更遠，實現(xiàn)了低功耗和遠距離的統(tǒng)一，在同樣的功耗下，采用LoRa技術(shù)比傳統(tǒng)的無線射頻通信距離大3-5倍。

1.2LoRaWan

LoRaWAN基于LoRa遠距離通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的一套通訊協(xié)議和系統(tǒng)架構(gòu)，是OSI七層協(xié)議中的MAC層。在實際運行中，LoRaWan網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如下圖：

圖中各種應(yīng)用傳感器通過LoRaWan網(wǎng)關(guān)進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，把LoRa傳感器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為TCP/IP的格式發(fā)送到局域網(wǎng)或Internet網(wǎng)。LoRaWan網(wǎng)關(guān)具備多信道、多調(diào)制收發(fā)、多信道同時解調(diào)的能力，作為一個透明網(wǎng)橋在LoRa終端設(shè)備和中心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器間中繼消息。

2.無人值守機房建設(shè)

2.1無人值守智慧機房建設(shè)原則

2.1.1模塊化原則

在無人值守機房中采用的技術(shù)往往需要根據(jù)業(yè)務(wù)需求，需要多種技術(shù)有機組合，各種設(shè)施或技術(shù)要相互獨立，可任意組合。因此，要求所采用的技術(shù)或設(shè)備是模塊化的，便于使用時隨機拆分、組合，滿足不同的業(yè)務(wù)需要。

2.1.2兼容性原則

兼容性原則是指各種軟硬件環(huán)境應(yīng)該具有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格，凡是滿足標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格的設(shè)備和軟件都能容納進來，無論基于什么平臺。兼容性包涵兩個方面的內(nèi)容，即硬件的兼容性和軟件的兼容性。

2.1.3透明性原則

透明性原則指各項技術(shù)包含的技術(shù)細節(jié)對用戶來說都是不可見的，用戶不需要了解過多的技術(shù)細節(jié)就能很好的使用這項技術(shù)。不能讓設(shè)備維護人員的過多糾纏于技術(shù)細節(jié)，應(yīng)該讓他們使用這些技術(shù)能信手拈來。

2.1.4便利性原則

便利性原則主要是指各種軟硬件在使用時，操作步驟盡可能少，用戶使用方便，以避免把時間過多的花費在機房設(shè)備、軟件的維護和操作中，提高管理效率

2.2無人值守機房建設(shè)方案

2.2.1動力監(jiān)測

“兵馬未動糧草先行”。供電是民航通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)備運行的基礎(chǔ)，因此，無人值守機房必須能夠?qū)崟r掌握動力設(shè)備（市電、UPS配電等）運行情況，實現(xiàn)對供電實時監(jiān)控、集中監(jiān)控、智能感知、獨立運行、數(shù)圖融合、遠程運維，為各類設(shè)備提供穩(wěn)定正常的動力環(huán)境。

目前民航機房供電均由配電柜輸出，其供電質(zhì)量的好壞將直接影響機房內(nèi)設(shè)備的安全，因此需采用智能電量監(jiān)測儀對機房配電柜供電參數(shù)實行監(jiān)測。通過監(jiān)控配電柜三相電源的相電壓、相電流、頻率、有功功率、無功功率等參數(shù)，實時查看供電電源質(zhì)量是否完好，當(dāng)參數(shù)出現(xiàn)異常時，觸發(fā)聯(lián)動告警，開展預(yù)防性維護，消除供電隱患。對于機房內(nèi)采用的UPS供電設(shè)備，通過LoRa數(shù)據(jù)采集器對接UPS 485/232通訊接口，獲取包括輸入電參數(shù)、輸出電參數(shù)、蓄電池參數(shù)等信息以及運行狀態(tài)，實現(xiàn)對UPS電源的實時監(jiān)控，當(dāng)運行參數(shù)發(fā)生異常時，可聯(lián)動其他報警設(shè)備告警。動力監(jiān)測實現(xiàn)框圖：

2.2.2環(huán)境監(jiān)測

民航空中交通管制指揮工作對設(shè)備可靠性、穩(wěn)定性具有非常高的要求，而通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)備對溫、濕度等運行環(huán)境的要求非常嚴(yán)格。因此，無人值守機房必須加裝溫濕度傳感器，以實時檢測機房和重要設(shè)備區(qū)域內(nèi)的溫、濕度，而且溫濕度傳感器能夠?qū)z測到的溫濕度值實時傳送到機房集中監(jiān)控平臺，在平臺界面直觀地表現(xiàn)出來。一旦溫、濕度值超過閾值，系統(tǒng)將自動調(diào)節(jié)并觸發(fā)報警，給機房設(shè)備提供最佳運行環(huán)境。環(huán)境監(jiān)控功能實現(xiàn)框圖如下：

2.2.3安防監(jiān)測

2.2.3.1煙霧監(jiān)測

利用煙霧傳感器對機房消防狀態(tài)進行監(jiān)測。在機房內(nèi)天花板上安裝煙霧傳感器，然后將傳感器的輸出信號通過采集器傳輸?shù)郊斜O(jiān)控平臺，當(dāng)有火情時，系統(tǒng)會立即報警，通知遠程值班及相關(guān)人員。煙霧監(jiān)測功能實現(xiàn)框圖如下：

2.2.3.2門禁監(jiān)測

對于機房內(nèi)門禁遠程管理，分別記錄每個門禁開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)時段，門禁記錄保存在集中監(jiān)控平臺，可查詢，可監(jiān)測門的實時開關(guān)狀態(tài)。門禁監(jiān)測功能實現(xiàn)框圖如下：

2.2.3.3漏水監(jiān)測

機房內(nèi)空調(diào)的冷凝水管可能出現(xiàn)漏水，或者由于空調(diào)的溫度過低，導(dǎo)致空氣凝聚成水滴，這些都將威脅著機房內(nèi)各設(shè)備。通過在空調(diào)周圍或可能造成漏水附近安裝定位式漏水監(jiān)測設(shè)備，一旦有水泄漏碰到漏水監(jiān)測繩，監(jiān)測繩通過數(shù)據(jù)采集器/采集主機將信號傳輸?shù)郊斜O(jiān)控平臺，準(zhǔn)確的反映漏水的具體位置，及時通知相關(guān)人員排查，消除隱患。漏水監(jiān)測功能實現(xiàn)框圖如下：

2.2.3.4視頻和紅外人體感應(yīng)

在機房內(nèi)部重要部位安裝攝像頭和紅外人體感應(yīng)傳感器，利用視頻直觀監(jiān)控機房運行情況，同時，利用紅外人體感應(yīng)傳感器全方位的對機房的整體情況進行紅外防盜，24小時防范和預(yù)警非法入侵。

2.2.4機房集中監(jiān)控平臺

集中監(jiān)控平臺通過基于LoRa技術(shù)的無線局域網(wǎng)，將機房內(nèi)各種信息傳感設(shè)備實時感知的數(shù)據(jù)信息，傳送至集中監(jiān)控平臺，進行信息交換和通信，集中監(jiān)控平臺通過對數(shù)據(jù)和信息的進行智能分析，采取大屏顯示、Web頁面以及APP推送的形式實現(xiàn)遠程對無人值守機房運行情況的全面監(jiān)控，同時，對于出現(xiàn)機房運行環(huán)境出現(xiàn)異常的告警信息，采用頁面推送、短信推送、電話聯(lián)系以及大屏醒目閃爍等方式提出預(yù)警和警示。機房集中監(jiān)控平臺框圖如下：

3.結(jié)束語

隨著民航改革縱深推進，人力資源進一步優(yōu)化，無人值守機房規(guī)模及數(shù)量將大幅增加，如何利用各種先進的無線通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、計算機智能技術(shù)推進機房管理的智能化、綠色化、高效化仍需進一步摸索和探究。

參考文獻

[1]? 《物聯(lián)網(wǎng)電子世界》“LoRa無線技術(shù)介紹”

[2]? 《詳解LoRaWAN協(xié)議》