基于物聯(lián)網(wǎng)的機(jī)房智能控制系統(tǒng)

摘 要：為了統(tǒng)一管理和控制機(jī)房終端設(shè)備，設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)的機(jī)房智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)房管控的自動(dòng)化和智能化，從而節(jié)約了機(jī)房終端成本和管理成本。系統(tǒng)采用天翼物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的物聯(lián)網(wǎng)終端對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)部的門(mén)禁、溫濕度傳感器、水浸設(shè)備等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制，并為智慧機(jī)房的應(yīng)用搭建了PaaS平臺(tái)。長(zhǎng)期的實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)表明，該系統(tǒng)能夠有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)房進(jìn)出人員的管控，機(jī)房?jī)?nèi)部狀態(tài)監(jiān)控也為機(jī)房管理和控制提供了有利的補(bǔ)充條件，降低了人工巡查的依賴度，減少了采購(gòu)成本和人工管理成本。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；機(jī)房；智能監(jiān)控；PaaS應(yīng)用；無(wú)線傳感技術(shù)；控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2024）09-0-03

DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2024.09.037

0 引 言

機(jī)房管理一直是運(yùn)營(yíng)商關(guān)注的重要方向之一。智慧機(jī)房由管理平臺(tái)、服務(wù)器設(shè)備和傳感器設(shè)備組成[1]。由于建設(shè)時(shí)間較長(zhǎng)，運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)有機(jī)房存在著機(jī)房老舊、建設(shè)周期不一致、監(jiān)控設(shè)備雜亂、機(jī)房管理不統(tǒng)一等問(wèn)題[2-4]。因此，對(duì)建設(shè)安全性好、可靠性高的機(jī)房管理平臺(tái)的需求十分迫切[5-7]。現(xiàn)有的技術(shù)方案大多采用工單巡查的方式，管控的顆粒度與時(shí)效性仍不能滿足要求[8]，監(jiān)控、管理和告警的自動(dòng)化程度較低。通過(guò)二維碼進(jìn)行機(jī)房巡查的方式，免去了紙質(zhì)材料記錄的麻煩，但也只是解決了機(jī)房自動(dòng)化管理的部分問(wèn)題，沒(méi)有形成一體化的機(jī)房管理方案[9]。為了解決上述問(wèn)題，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能分析技術(shù)[1， 10]，提高對(duì)機(jī)房人員流向的監(jiān)控能力與機(jī)房環(huán)境異常的告警能力，降低對(duì)人工巡檢的依賴度，解決運(yùn)營(yíng)商統(tǒng)一管理大批量機(jī)房的問(wèn)題。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

智慧機(jī)房系統(tǒng)由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層組成。感知層采用天翼物聯(lián)PaaS平臺(tái)中具有統(tǒng)一協(xié)議的NB、4G、以太網(wǎng)絡(luò)終端。網(wǎng)絡(luò)層是NB、4G、以太網(wǎng)。平臺(tái)層是天翼物聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)接入平臺(tái)。應(yīng)用層是Web機(jī)房應(yīng)用以及APP軟件。在機(jī)房門(mén)禁管理方面，采用物聯(lián)網(wǎng)門(mén)禁對(duì)人員進(jìn)出進(jìn)行統(tǒng)一管理。在機(jī)房監(jiān)控方面，采用溫濕度傳感器和水浸傳感器對(duì)機(jī)房的內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，并且根據(jù)溫濕度的改變聯(lián)動(dòng)機(jī)房的空調(diào)進(jìn)行機(jī)房的溫濕度控制。該控制終端采用物聯(lián)網(wǎng)紅外終端。在機(jī)房節(jié)能方面，采用智能電表實(shí)時(shí)監(jiān)控重要設(shè)備的用電量情況。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 感知層設(shè)備

感知層設(shè)備根據(jù)機(jī)房的實(shí)際情況可選用NB、4G、以太網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備。運(yùn)營(yíng)商機(jī)房分布的位置不一，有些機(jī)房因?yàn)榉课萁Y(jié)構(gòu)原因重新布線存在較大困難，而NB和4G這一類終端具有功耗低、自組網(wǎng)、不用布線等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于門(mén)禁設(shè)備，可以直接接入機(jī)房直流電源；對(duì)于溫濕度傳感器和水浸傳感器，一節(jié)電池可以使用一年以上，安裝方便。對(duì)于智能電表終端，不用考慮供電問(wèn)題就能直接接入。

2.2 天翼物聯(lián)終端接入平臺(tái)

終端接入平臺(tái)面臨接入機(jī)房的設(shè)備種類多、設(shè)備數(shù)量多、接口協(xié)議多樣的問(wèn)題。為解決這些問(wèn)題，終端接入采用天翼物聯(lián)平臺(tái)。天翼物聯(lián)平臺(tái)是中國(guó)電信傾力打造的智能終端匯聚、提供應(yīng)用開(kāi)發(fā)運(yùn)行服務(wù)和輕量級(jí)應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，旨在降低物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的準(zhǔn)入門(mén)檻，降低智能硬件的接入門(mén)檻，提供端到端的解決方案，提供2G/3G/4G/CAT1、NB-IoT、WiFi等不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的接入方案，支持T-Link、MQTT、LwM2M等多種協(xié)議的設(shè)備接入。

3 自動(dòng)化監(jiān)控平臺(tái)

3.1 傳感器子系統(tǒng)

傳感器子系統(tǒng)由各種環(huán)境感知設(shè)備與傳感器組成。作為機(jī)房監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的最前端，傳感器設(shè)備應(yīng)符合技術(shù)成熟、耐久性好、抗干擾性強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等要求。

3.2 數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集單元采用天翼物聯(lián)平臺(tái)，終端對(duì)接按照不同的設(shè)備種類構(gòu)建對(duì)應(yīng)的物模型。終端上傳的數(shù)據(jù)可以通過(guò)隊(duì)列的形式進(jìn)行實(shí)時(shí)獲取。數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)絡(luò)。終端通過(guò)NB、4G、以太網(wǎng)絡(luò)上傳的信息都可以通過(guò)天翼物聯(lián)平臺(tái)匯聚。

3.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理子系統(tǒng)用于存儲(chǔ)終端監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及分析結(jié)果，傳感信息的管理是在服務(wù)器上進(jìn)行的。該子系統(tǒng)采用了MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)包括監(jiān)測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)、監(jiān)測(cè)信息數(shù)據(jù)庫(kù)、結(jié)構(gòu)模型信息數(shù)據(jù)庫(kù)、評(píng)價(jià)分析數(shù)據(jù)庫(kù)和用戶數(shù)據(jù)庫(kù)等，設(shè)計(jì)存入系統(tǒng)軟硬件信息、監(jiān)測(cè)信息、分析結(jié)果信息等。

3.4 預(yù)警子系統(tǒng)

根據(jù)監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行人員安全評(píng)價(jià)和機(jī)房安全評(píng)價(jià)，當(dāng)監(jiān)測(cè)值超過(guò)既定的預(yù)警值時(shí)，預(yù)警子系統(tǒng)將自動(dòng)發(fā)出預(yù)警。預(yù)警信息具體如下：

（1）監(jiān)測(cè)的人員進(jìn)出記錄，陌生人識(shí)別異常信息；

（2）監(jiān)測(cè)的環(huán)境溫度異常，環(huán)境濕度異常，電量異常；

（3）監(jiān)測(cè)的環(huán)境溫度超過(guò)預(yù)定值，則聯(lián)動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)紅外遙控，控制空調(diào)開(kāi)啟、關(guān)閉以及調(diào)節(jié)風(fēng)量大小；

（4）預(yù)警信息包含預(yù)警傳感器編號(hào)及位置、時(shí)間、監(jiān)測(cè)值和預(yù)警值；

（5）預(yù)警信息按實(shí)際生產(chǎn)需求部門(mén)進(jìn)行推送。

3.5 用戶界面子系統(tǒng)

用戶界面子系統(tǒng)是機(jī)房監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的終端窗口，是機(jī)房管理人員和維護(hù)人員了解、查詢機(jī)房各種監(jiān)測(cè)信息的交互式平臺(tái)。完整的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要面向?qū)I(yè)技術(shù)人員和管理人員，綜合考慮用戶的各種需求，使機(jī)房管理人員能很方便地對(duì)機(jī)房各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及預(yù)警結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)查看和處理。此外，用戶界面軟件包括Web用戶界面軟件和手機(jī)APP用戶界面軟件。Web用戶界面軟件包含：機(jī)房信息展示、機(jī)房監(jiān)測(cè)、出入記錄、歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警信息等模塊。手機(jī)APP用戶界面軟件包含：用戶登錄、機(jī)房列表、機(jī)房信息、遠(yuǎn)程開(kāi)門(mén)、預(yù)警工單處理等模塊。

軟件開(kāi)發(fā)采用微服務(wù)架構(gòu)，軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)采用Spring Cloud微服務(wù)方案。注冊(cè)與發(fā)現(xiàn)采用Eureka。通過(guò)Kubernetes對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)資源負(fù)荷有變動(dòng)的情況下可動(dòng)態(tài)擴(kuò)容或者縮容，保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3.5.1 門(mén)禁管理程序設(shè)計(jì)

門(mén)禁系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)運(yùn)營(yíng)商所有省市機(jī)房的統(tǒng)一管理，同時(shí)需要管理與機(jī)房相關(guān)的所有人員的信息。

系統(tǒng)會(huì)從其他系統(tǒng)中同步人員系統(tǒng)和機(jī)房系統(tǒng)的已有數(shù)據(jù)庫(kù)。在門(mén)禁系統(tǒng)中需要將已有機(jī)房與對(duì)應(yīng)有進(jìn)出權(quán)限的人員進(jìn)行綁定。針對(duì)檢修的第三方工作人員，也支持新建臨時(shí)人員信息、賦予臨時(shí)權(quán)限，并與對(duì)應(yīng)機(jī)房進(jìn)行綁定，綁定后該人員的門(mén)禁卡參數(shù)會(huì)同步下發(fā)至對(duì)應(yīng)機(jī)房的所有門(mén)禁中，參數(shù)下發(fā)成功后頁(yè)面會(huì)收到提示。

遇到?jīng)]有攜帶門(mén)禁卡的情況，機(jī)房人員可登錄APP進(jìn)行身份識(shí)別，識(shí)別成功后會(huì)顯示有開(kāi)門(mén)權(quán)限的機(jī)房列表，相關(guān)人員可通過(guò)APP遠(yuǎn)程開(kāi)門(mén)并進(jìn)出機(jī)房，如圖2所示。該進(jìn)出記錄會(huì)持久化存儲(chǔ)。

3.5.2 機(jī)房環(huán)境監(jiān)控程序設(shè)計(jì)

機(jī)房的室內(nèi)環(huán)境溫度對(duì)機(jī)房的功耗與安全有重要影響。NB終端一般在一定時(shí)間間隔上傳溫濕度數(shù)據(jù)，如圖3所示。在每個(gè)機(jī)房可以設(shè)置控制溫度閾值與告警溫度閾值。

控制溫度閾值達(dá)到后，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)當(dāng)前環(huán)境溫度與機(jī)房溫度執(zhí)行對(duì)應(yīng)策略，如果環(huán)境溫度-機(jī)房溫度gt;5 ℃，則觸發(fā)紅外線遙控，調(diào)整空調(diào)制冷風(fēng)量為最大模式；如果2 ℃lt;環(huán)境溫度-機(jī)房溫度≤5 ℃，則觸發(fā)紅外線遙控，調(diào)整空調(diào)制冷風(fēng)量為中等模式；如果環(huán)境溫度-機(jī)房溫度≤2 ℃，則觸發(fā)紅外線遙控，調(diào)整空調(diào)制冷風(fēng)量為最小模式或者暫時(shí)關(guān)閉空調(diào)。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文研發(fā)了運(yùn)營(yíng)商智慧機(jī)房統(tǒng)一管理的總體方案。設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了集傳感器子系統(tǒng)、采集與傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理子系統(tǒng)、預(yù)警子系統(tǒng)、用戶界面子系統(tǒng)于一體的控制系統(tǒng)。在近半年的測(cè)試中系統(tǒng)表現(xiàn)優(yōu)良，其可靠性和穩(wěn)定性都能滿足要求。

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收稿日期：2023-08-09 修回日期：2023-09-08

作者簡(jiǎn)介：徐文韜（1987—），男，重慶人，碩士，主要研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用。

鐘 波（1971—），男，重慶人，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)通信。

王保國(guó)（1990—），男，重慶人，碩士，研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用、計(jì)算機(jī)通信。