基于物联网模式的机房环境远程监控预警系统的研制.doc

基于物联网模式的机房环境远程监控预警系统的研制关键词：物联网，M2M，环境监控，高速公路，无人值守1 引言随着国家将物联网作为战略性新兴产业予以重点关注和推进,国内各级政府部门和产业链各环节已开始抓紧布局,相继推出了加快物联网发展的规划和行动方案,并启动物联网示范工程的建设。目前已经有不少物联网范畴的应用,譬如已经投入运营的高速公路不停车收费系统(ETC),基于RFID的手机钱包付费应用等。物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中,具体地说,就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中,然后将“物联网”与现有的互联网整合起来,实现人类社会与物理系统的整合,在这个整合的网络当中,存在能力超级强大的中心计算机群,能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制12。在此基础上,人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活,达到“智慧”状态,提高资源利用率和生产力水平,改善人与自然间的关系。2 背景与意义目前,全国现行的高速公路机电系统的通讯传输模式普遍采用节点式架构,也就是通过层层汇聚来形成了点-面-网的传输模式。在设备端或信号的采集端都会建设若干的无人值守机房,机房内安装信号汇聚以及传输设备,而设备的运行工作状态直接影响数据传输效率,进而对整个路网的运营都会造成直接影响。因此,要严格保障机房设备的安全、可靠的运营,尤其是减少周围环境变化对机房内设备运行的影响。在高速公路建设中,几乎所有无人值守机房都坐落于野外,自然环境恶劣,并且一般机房的温控设备(主要指空调器)均使用农用电网直接供电,农业电网有着十分明显的伴随农业活动的变化而变化的供电特性,农忙季节频繁停电或者造成电压过低过高的情况时有发生,在供电出现异常后机房UPS会启动,收费站区发电机组稍后也会启动,这些都保证了高速公路大部分机电系统的持续运行,但由于机房空调器使用的农电直接供电,停电后将停止了运行,由于设备自身原因,即使恢复供电(包括发电机供电)也不能自动启动,必须人为干预才能开机工作,造成设备正常工作时间减少。同时,机房内的环境异常变化情况也没有有效的传输手段,将异常情况通知相关人员,往往在发现时,已经造成不可挽回的损失。3 需求分析综上所述,造成了无人值守机房内的工作环境无法及时有效的保障,对设备正常运行形成安全隐患。如果停电发生在夏季,空调器停止运行超过一小时,机房温度就将超过设备正常工作的上限温度,高温足以使大部分机电设备停止运行甚至造成不可逆转的损毁。解决因环境温度过高(过低)而造成设备损坏或异常的问题是无人值守机房现有环境下最迫切和最具价值的举措。这个举措,将会有效避免巨大的维修费用支出、有效避免运营成本升高、避免产生社会负面效应。在保障无人值守机房环境的工作中,急需解决如下问题:3.1 温控设备无法正常工作一般坐落在野外的无人值守机房内的空调器均采用农用电网直接供电,在出现供电异常后空调器停止工作,当供电正常后,也无法自动启动,必须人为干预才能开机工作。这就需要机房设置可以自行启动空调器的装置,最大限度的延长空调器的工作时间,提高温控效果。3.2 环境异常情况无法及时传递无人值守机房基本没有环境报警系统,即使存在,也是单独工作的独立设备,无法保障环境异常情况及时有效的传递,从而会致使设备或系统发生问题。因此将机房环境异常情况有效可靠的传递,也是必须解决的问题。3.3 无集中有效的监控预警系统对于机房环境监控,目前还没有真正切实有效的系统,来保障机房正常的工作环境。有些机房设置了机房环境监控系统,但系统结构相对单一,数据传输完全依赖于现有的高速公路通信系统,如机房设备出现故障,导致通信系统出现问题,则环境监控就陷入瘫痪,无法正常发挥作用。根据以上对整个机房环境的分析,解决无人值守机房环境保障问题,需要从下面三点进行突破:1、 机房短暂停电又再次恢复供电,机房空调器需要及时干预并使其发挥作用;2、 由于机房未能及时来电或者空调器本身发生故障时,机房环境温度迅速升高(降低),超过设备工作温度阈值时,应及时能够给予相关人员预警或告知。3、建立独立有效的监控预警系统,在高速公路机电系统出现问题时,能够保证有效的进行异常信息发送。4 系统架构4.1 物联网模型目前物联网体系架构大致被公认为有三个层次,底层是用来感知数据的感知层,第二层是数据传输的网络层,最上面则是内容应用层34,具体描述如下。感知层包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS等,主要作用是识别物体,采集信息。网络层包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心和信息处理中心等。网络层将感知层获取的信息进行传递和处理。应用层是物联网与行业专业技术的深度融合,与行业需求结合,实现行业智能化。在各层之间,信息不是单向传递的,也有交互、控制等,所传递的信息多种多样56。4.2 系统架构环境监测是物联网的一个重要应用领域7,物联网自动、智能的特点非常适合环境信息的监测预警。本文所研究的机房环境远程监控预警系统结构主要包含三个部分:感知层:数据采集单元作为微系统传感节点,可以对机房温度信息、湿度信息等进行收集,数据信息的收集采取周期性汇报模式,通过2G网络技术进行远程传输。网络层:采用通信运营商的2G通信网络(主要是短信方式)实现互联,进行数据传输,将来自感知层的信息进行上传。应用层:集中监控预警管理平台部分,该平台主要包含用户认证系统、设备管理系统、智能数据计算系统等组成,分别完成数据收集、传输、报警等功能构建起面向机房环境监测的实际应用,如机房环境的实时监测、趋势预测、预警及应急联动等。4.3 系统功能系统功能主要分为三大类:信息采集、远程控制和集中监控预警。(1) 信息采集传统的方式是采用人工现场检测并记录,既费时又费力。本系统可以通过内部数据采集单元,采集并记录机房环境的信息,然后数字化并通过2G网络传送至集中管理平台系统。只要记住各机房相关的ID号,就可以实时了解机房现场情况。同时,若机房增加其他检测传感器,如红外报警、烟雾报警等,也可以接入本系统的数据采集单元中,实现机房全方位的信息采集。当机房有外人入侵、火灾隐患等情况时,系统会以手机短信的方式第一时间向管理中心及相关人员报警。(2) 远程控制当发现机房环境异常时,可以利用本系统控制相应的设备进行及时处置,如温度变化,则控制空调器或通风设施进行温度调整。另外,可以在机房增加其他控制设备,如消防设施或者监控设施、灯光等,都可以利用本系统实现远程自动控制。(3) 集中监控预警在管理中心设置一套集中监控预警管理平台,可以实时收集各机房的状态信息,并分析相关信息内容,根据现场信息反映的情况,采取相应的控制和预警方案,集中统一管理各机房的工作环境。5 系统组成系统具体实现以及部署如3图所示,主要包括采集单元、控制单元、网络传输单元、集中处理单元等几个部分:5.1 采集单元系统采集单元,主要功能是负责采集机房内的温、温度,经过相应的电路处理,完成温湿度信号的采集、A/D转换和显示等功能,同时根据设定的温湿度预置,完成超限报警信号的输出功能。具体电路如图所示:5.2 控制单元在机房内市电供电停止后,空调器断电停止,一般经过几分钟发电机组启动并替代市电对所有用电器供电,此时,空调器获知来电信号,空调自启动单元自动开始工作,十秒钟后,空调器自动打开,并开始以智能模式工作,温度自动恒温在25摄氏度。空调自启动电路如下:5.3 网络传输单元本单元是利用手机SMS模块加工而成,并配置锂电子电池以保证无电环境下的续航工作。SMS模块经电路改造后与前面三个电路单元衔接配合,触发信号作用于SMS模块后即可将自定义信息内容发到系统集中控制单元,同时相关人员的个人通讯工具(手机)上也获得,相关人员接到告警信息即可通过信息判断告警位置,并迅速做出反应,从而起到有效保护无人值守机房内设备的作用。5.4 集中管理平台利用专业开发的短信平台软件,实现短信集中管理的功能,主要提供平台管理人员配置短信业务和查询历史的收发情况,接收客户端请求,通过合理的调度,实现与收发渠道的实时交互,从而真正将短信发送出去或接收下来。6 效益分析1. 降低能源消耗。在机房内安装照明、温度监控系统,通过监控室内的照明度、温度等来自动调节电灯和空调的温度,从而达到节能的目的。2 提高办事效率。实现远程监控后,可以实现实时检测,减少了每次出行时间,提高了办公效率。并且可以将数据进行数字化存储,实现了无纸化办公模式,最大程度的减少纸质消耗,节约成本。3. 减少交通能源消耗。可以不必乘坐交通工具进行现场监测,节约交通能源,降低污染的排放,保护了自然环境。7 结束语物联网是由各种技术融合而成的新型技术体系。物联网在多种应用中具有潜在、显著的技术价值和应用需求,物联网的发展必将推动物物相联、人物互动的