校園機房環控系統的設計與實現

李青

（南京中醫藥大學網絡管理與信息化辦公室，江蘇 南京 210023）

0 引言

隨著教育信息化應用的不斷深入，教育信息化系統的穩定運行愈加重要，機房信息數據量日益增加，網絡的維護管理負擔也日趨繁重。高校機房作為信息化設備及應用系統的核心場所，由于無法實現管理人員24小時在機房值班工作，機房的物理運行環境狀況、設備運行狀況、動力配電狀況、消防狀況以及人員活動狀況等無法實時監控，對于發生的異常情況不能第一時間發現和處理[1-2]。機房的基礎環境及設備的安全穩定運行對機房管理人員的維護造成較大的負擔，對學校網絡、各業務系統運轉以及機房安全運行存在很大的威脅。因此迫切需要建設一套機房環控系統來改變這種現狀。

以南京中醫藥大學機房為例，數據中心機房和網絡機房分布在圖書館一樓，兩個機房內設有精密空調及不間斷電源UPS 等設備，因機房建設較早，目前基礎環境相對較為薄弱，機房部分區域沒有對環境、安防監控進行覆蓋，存在盲區，機房內的設備運行狀態無法實時掌握，無法精準管理，兩個機房無法形成聯網集中管理，在實際管理中機房往往出現網絡故障后才被動發現，對學校部分區域的網絡及應用系統造成很大的安全隱患。

文章針對兩個機房建設一套分布式遠程在線聯網管控系統，把兩個機房內的動力、環境、設備的情況通過機房內的傳感器進行采集，將采集到的數據經過監控工作站處理后送到監控中心，實現集中監控管理，再根據機房的1∶1 建模，形成3D 機房可視化運維管理。管理人員可遠程通過網絡查看機房的運行情況，出現異常情況可通過微信、短信平臺、手機App、電話等報警方式第一時間通知管理人員，從而最大程度地幫助機房管理人員快速獲得故障信息，第一時間解決問題，避免造成安全事故，大大保障了機房設備安全穩定運行，提升了機房管理人員工作的效率及質量。

1 關鍵技術路線

物聯網技術是信息科技產業的第三次革命，它遵照協議，借助于前端傳感器等設備，實現物與物之間的通信、信息的傳遞和交換，是一種先進、復雜、綜合性強的技術[3-4]。機房環控系統采用物聯網技術，在數據中心機房和網絡機房的機柜內各安裝一臺嵌入式數據采集器，內置RS232接口、RS485接口、DI開關量輸入接口、DO開關量輸出接口以及供電接口[5]。在兩機房相應位置安裝不同類型的傳感器，并通過網線接入到嵌入式數據采集器中進行數據的交互通信，所有的數據經過嵌入式數據采集器處理后存入監控主機中，最終將統計分析后的數據進行可視化，當出現問題時可以在軟件平臺上精確定位到故障點，減少管理人員排查的時間，提升工作效率，減少管理人員工作量。

C/S 架構是客戶端和服務器直接相連的一種模式，基于C/S架構的管理系統操作界面形式多樣、布局靈活，能夠實現復雜的業務流程，具有較高的安全性能。但其適用于局域網，對網絡要求比較高，需要專門的客戶端安裝程序，不易拓展，不夠便捷。B/S架構是應Web技術的飛速發展而從傳統的C/S架構發展而來，基于B/S架構的管理系統分布性強，業務拓展簡單方便，共享性強，打開Web 瀏覽器登錄即可隨時隨地查看，更加方便。但其不能實現復雜的功能，且存在一定的安全隱患。因此這里的機房環控系統采用C/S和B/S相結合的方式，兩者結合既保障安全性、又確保便利性，從而以最佳性能滿足不同的細分需求。

2 機房環控系統建設思路

2.1 需求分析

環境監控總體需求：實現對數據中心機房和網絡機房物理運行外環境的集中化、自動化、綜合化和網絡化的實時遠程集中監測、調控、預警、報警和狀態遠程查詢[6]。

設備監控總體需求：實現對數據中心機房和網絡機房的UPS、列頭柜、配電柜等關鍵動力保障，對兩個機房的溫濕度、漏水等環境進行保障，以及設備的集中化、自動化、綜合化和網絡化的實時遠程集中狀態監測、預警、報警、狀態遠程查詢和必要的設備遠程管控[7-8]。另外，規劃設計機房在斷網、斷電的極端情況下的應急處理和報警通知方案。

安全性與方便性的平衡兼顧要求：在保障系統安全可靠的前提下，能夠最大程度上提供便捷的操作，能夠保障系統結構及應用體系設計尤其是遠程應用的安全性和可靠性。

可擴展性要求：系統能夠支持學校機房未來新增設備的靈活便捷接入，能夠預留接點，便于無縫整合，具備充分的可擴展性。

人機界面要求：系統能夠支持多窗口顯示，根據機房實際情況進行建模，呈現3D 效果界面，場地布局、設備照片或圖片能夠直接顯示在屏幕上。

2.2 總體架構

系統架構如圖1 所示，在機房各處安裝不同類型的傳感器，并接入到嵌入式數據采集器中進行數據的交互通信，將處理后的各項數據存入到服務器中，最終將統計分析后的數據進行可視化。系統支持PC端，Web 端和手機App 三種方式管理，當出現異常數據時，可通過微信、手機短信、郵件等多種方式進行報警。

圖1 系統架構圖

2.3 系統功能

系統功能如圖2所示，機房環控系統支持C/S、B/S和手機App方式遠程瀏覽查看機房環境運行情況，主要有溫濕度監控、漏水監控、精密空調監控、UPS 監控、消防監控、配電監控、煙感監控、蓄電池監控等內容。系統采用3D編輯器對機房房間進行1∶1建模，根據機房的實際布局畫出3D圖，布局清晰，在相應位置顯示各類參數信息，實現數據中心機房和網絡機房的集中式、一體化、全方位管理，通過數據可視化、柱狀圖、餅圖等直觀展示設備的運行情況。

圖2 系統功能圖

1）溫濕度監控功能

通過在機房內各區域安裝溫濕度傳感器，并接入到數據監控采集工作站中，以3D 仿真圖示定位方式對溫濕度的實時數值進行展示，管理人員打開系統3D布局界面就可以快速看到機房各處溫濕度的當前數值，可快速對空調是否需要調整參數進行合理的判斷，從而進一步確保機房各重要設備處于安全穩定的環境。

2）UPS監控功能

根據通信接口和協議進行二次開發整合監控，實現對UPS 主機的狀態、電池狀態、負載、功率因素、逆變器狀態、報警信息等全面的監控，除了實時顯示這些運行參數外，還會對其進行保存，管理人員可隨時選擇時間段進行數據查詢。

3）列頭柜監控功能

根據列頭柜提供的通信協議實時監測列頭柜輸入/輸出的電流、電壓、功率、頻率及各路空開通斷等數據。

4）配電柜監控功能

通過機房列頭柜上的電量監測儀自帶的通信接口，直接與數據采集工作站主機進行通信，實時監測三相電壓、三相電流、功率、頻率等數據，實時顯示并保存各監測參數的數值。

5）漏水監控功能

漏水監控主要監測的是空調的管道是否發生漏水，采用耐腐蝕的檢測繩，高靈敏度的控制器，安裝在機房各個空調附近。在系統3D布局界面中會實時顯示漏水監測的位置，以及運行的狀態，一旦發生異常情況，圖標立即變紅，并發出報警信息通知管理人員立即進行處理。

6）精密空調監控功能

通過精密空調提供的通信接口及通信協議進行二次解析整合監控，實現空調運行狀態及各項參數的實時監控，管理人員在系統中可以查看每臺空調的監控頁面，根據當前獲取的實時數據做出空調運行參數調整的合理判斷，預防危急情況的出現，確保機房設備處于安全穩定的運行環境。

7）煙感監控功能

該監測模塊使用光電離子型煙霧探測器，依托光學迷宮設計，采用低功耗CMOS 微處理器，在配電區域和機柜上方的吊頂位置進行安裝，當檢測到有煙霧時，觸發報警機制，系統會發出聲光報警，同時將報警消息通過微信、短信等方式發送給管理人員，管理人員收到報警消息后及時進行機房排查和問題處理。

8）紅外監控功能

在機房門的上方安裝紅外雙鑒探測器，對機房內的人員移動、人員入侵進行實時監測，有人非法進入時進行報警。

9）氫氣監控功能

針對機房放置的蓄電池配置氫氣探測器，安裝在配電間蓄電池區域頂部天花板上，當傳感器檢測到氫氣氣體超過閾值時，則及時通知管理人員進行報警。

10）視頻監控功能

為了實時掌握機房內的人員出入及設備運行情況，在正對機房門、通道、電池間等重要區域內安裝高清攝像機，做到通道設備全覆蓋，當視頻偵測區域出現特征圖像或異常時，系統會自動做出處理，按照預定好的靈敏度、布防，撤防響應時間、偵測區域等規則，觸發對應攝像機彈窗報警及聯動錄像。本地存儲錄像文件，并可通過機房環控系統進行實時查看。

11）蓄電池監控功能

對蓄電池的單體電壓、內阻、電池極柱溫度等重要參數進行在線監測，發現某個參數有異常或其變化趨勢有異常時立即告警，使管理人員及時發現問題或潛在的隱患，及時進行處理，保證UPS 系統的可靠性與安全性。

12）門禁管理功能

在機房各個進出門的上方安裝紅外探測器和攝像機，并在監控系統中對接門禁管理聯動模塊組，當有人進出機房時，系統會拍攝下人員的照片，并記錄下通行人員的身份和進出機房的時間。隨著門禁管理模塊的升級，還可以拓展進出機房人員授權管理的功能，實現智慧化的機房門禁監控管理。

13）機房數據實時顯示功能

在機房內通過安裝不同的傳感器，并接入到嵌入式數據采集器上通過局域網進行傳輸，實時采集機房各設備的數據，統計處理所采集到的各類數據后，將其傳輸到軟件平臺，系統會進一步分析和處理并存儲到數據庫相應的表內。

14）報警功能

①實時報警

系統具有完善的事件及告警機制，可自定義報警閾值的上下限，當服務器與數據采集器之間的通信發生異常，以及監測到的數值超出設定的閾值時，系統會將報警事件的詳情按照設定通過手機短信、郵件、微信等方式發送給管理人員，且產生的事件報警通知也會在系統界面中標紅顯示出來，大大增加管理的靈活度。

②報警管理

系統可按分組、報警級別將異常報警信息分級分類推送給管理人員。管理人員可以自定義報警事件，詳細描述事件的產生原因，問題現象和解決方法等內容，系統會將其存入數據庫中，便于出現同類事件報警時快速處理，同時支持將管理人員輸入的事件進行統計并導出進行分析。系統支持報警管理統計，可按告警設備分類統計、告警列表、告警級別統計、告警周期統計，以及暫停報警時長設置等。

15）歷史數據及報表功能

系統將采集到的數據存儲在本地服務器數據庫中，數據庫內分多個表，包括歷史數據報表、報警歷史記錄表等。操作人員可以選擇開始時間和結束時間、選擇某臺設備的某個參數，查詢其歷史數據和報警事件，并且可將這些數據導出生成歷史曲線圖，以圖標的方式能夠讓管理人員更加直觀地獲取關鍵信息，為管理人員提供數據支撐，以供分析之用。

16）設備管理功能

管理人員可在系統中記錄設備資產的相關信息，如設備名稱、型號、廠家、傳感器用途、供應商、供應商電話、管理人員、管理人員電話、設備所屬部門等信息，并可導出列表供管理人員查看，便于管理人員對各類設備的管理。

17）用戶管理功能

支持用戶管理權限分配，可按不同用戶不同管理界面、數據、報警劃分權限，也可按普通、管理、超級管理員等權限分配權限。

3 機房環控系統的實現

3.1 系統登錄界面

系統登錄界面如圖3所示。

圖3 登錄界面圖

3.2 系統監控功能

系統監控功能以數據中心機房監控數據為例進行說明。

1）數據中心機房數據概覽如圖4 所示，可以看到各項重要數據以圖表的形式展示出來，快速直觀獲取機房運行狀態的關鍵數據。

圖4 數據中心機房概覽圖

2）數據中心機房布局如圖5所示，采用3D技術對機房空間1∶1建模，將煙感、溫濕度、漏水、氫氣、紅外雙鑒等監測數據在相應的位置顯示出來，如果出現異常情況，也會在界面中標紅顯示。

圖5 數據中心機房布局圖

3）機房各項監控數據列舉UPS 監控數據和空調監控數據展示說明，數據中心機房UPS 監控如圖6所示，空調監控如圖7所示。

圖6 數據中心機房UPS監控圖

圖7 數據中心機房空調監控圖

3.3 報表統計列舉

報表統計列舉告警等級統計月報表展示說明，如圖8所示。告警統計可以生成總表、等級統計表、區域統計表、設備統計表等，可以自定義統計時間段生成報表，方便管理人員快速直觀地了解機房這段時間的告警情況。

圖8 告警等級統計月表圖

3.4 手機移動端遠程查看各類監控數據

登錄界面和主界面如圖9所示，手機移動端可以查看報警信息、實時監測數據、實時控制等數據。點擊“實時數據”可以查看各類監控數據，這里列舉網絡中心機房的溫濕度實時數據來展示說明，如圖10所示。

圖9 移動端登錄界面和主界面圖

4 結束語

文章給出了一套依托物聯網技術，采用C/S和B/S相結合的模式，同時支持手機App 方式，對機房進行全面監控管理的機房環控系統建設方案。機房環控系統的建設，實現了對機房網絡物理運行外部環境的集中遠程實時數據監測、歷史狀態查詢和異常情況報警等，實現了對機房UPS、配電柜、蓄電池等關鍵動力的有力保障，實現了對機房溫濕度、煙感、漏水等環境狀態的有力保障，大大降低了機房環境狀態對網絡和應用系統的隱患，保障了機房設備的安全穩定運行，提高了機房管理人員的工作效率及質量。