【毕业学位论文】（Word原稿）采用最新的物联网架构，对构建IDC机房监控数据实时采集子系统的关键技术进行研究-软件工程

摘 要 近年来， 随着互联网的高速发展以及信息化技术的普及，社会对服务器托管业务的需求日趋旺盛。 联网数据中心作为 向 企业、媒体和各类网站提供大规模、高质量、安全可靠的专业化服务器托管业务的服务提供商，面临着来自各方面的挑战。 日益激烈的市场竞争环境迫切要求电信运营商加快对 人值守机房监控系统的建设 。 目前， 房 监控管理不得不采用 24 小时专人值班来定时巡查机房场地设备的方法，这样不仅加重了管理人员的负担，而且往往不能及时排除故障。 因此亟待建立一套 完善的 房运维监控系统，以提高机房值守人员的工作效率，达到简本增效的管理目标。 本文 采用最新的物联网架构， 对构建 房监控数据实时采集子系统的关键技术进行了研究。首先 在感知层， 采用电流巡检仪、温湿度传感器，获取当前机房内机架电流值、环境温湿度值等参数；然后 在传输层， 采用 无线传输技术实现了数据实时网传，并基于 验算法对等待传送的数据进行校正 和 信息加密； 在应用层，构建系统 数据库并 采用 数据库连接池技术， 来避免异常情况和突发事件的发生，提高系统维护质量 ；最后， 通过 统服 务器端发送短信告警消息到责任人，督促责任人尽快对相应告警进行处理。 系统测试结果表明，本系统达到了预测的设计目的。目前本系统已应用于北京联通四区分公司 房中，系统运行稳定，并在智能化的基础上具有良好的可扩展性和可移植性，便于与其它子系统兼容。 关键词： 数据采集 ；数据库连接池；中文短信发送 n of of on is is a of a SP of of to of DC to to 4to of so An to a DC to of to to DC of in of to of in in to of to be At to to of of by to DC of to to DC on of of I 目 录 摘 要 . I . 录 . I 第 1 章 绪论 . - 1 - 究背景及意义 . - 1 - 究背景 . - 1 - 究意义 . - 2 - 究内容与方案 . - 3 - 究内容 . - 3 - 究方案的制定 . - 4 - 文的结构安排 . - 5 - 第 2 章 房监控数据自动采集技术的研究 . - 7 - 据采集 . - 7 - 据采集流程 . - 12 - 据验证与校验 . - 14 - 作原理 . - 14 - 验流程 . - 15 - 法漏检率分析 . - 15 - 法 在项目中的 应用 . - 16 - 章小结 . - 17 - 第 3 章 房监控数据实时网传技术 . - 18 - 信 . - 18 - 议通信 原理 . - 18 - 议通信的分析 . - 19 - 于 议通信的实时网传技术 . - 20 - 频无线通讯技术 . - 23 - 频无线通讯技术简介 . - 23 - 频无线通讯技术原理 . - 23 - 于射频无线通讯技术传送数据 . - 24 - 置式远距离无线 传输 . - 25 - 述 . - 25 - 线模块 在项目中的应用 . - 26 - 房监控子系统数据库设计 . - 27 - 据库概述 . - 27 - 本结构 和主要特点 . - 27 - 台数据库设计 . - 28 - 据库连接池技术 在系统中的使用 . - 30 - 据库连接池技术 应用 . - 31 - 章小结 . - 34 - 第 4 章 告警短信发送模块设计 . - 35 - 模块 设计要求 . - 35 - 自动告警子 模块 程序设计 . - 35 - 短信息告警流程 . - 35 - 介 . - 36 - 串口初始化 . - 37 - 令 . - 39 - 始化 . - 39 - 送短 信 息 . - 39 - 短信息编码技术 . - 40 - 模式的选择 . - 40 - 短信编码举例 . - 41 - 算法 在项目中的 实现 . - 41 - 告警机制 . - 42 - 本章小结 . - 42 - 第 5 章 房智能监控系统设计与实现 . - 43 - 流统计 . - 43 - 度统计 . - 47 - 度统计 . - 51 - 自动发送告警短信 . - 53 - 手动发送告警短信 . - 55 - 手动群发告警短信 . - 56 - 查看告警历史 . - 56 - 第 6 章 总结与展望 . - 58 - 结 . - 58 - 望 . - 59 - 参考文献 . - 60 - 南开大学硕士学位论文 - 1 - 第 1 章 绪论 究背景及意义 究背景 随着互联网的高速发展以及信息化技术的普及，社会对服务器托管业务的需求日趋旺盛。 即互联网数据中心，是电信部门以电信专业级的高标准机房和网络资源为依托，为 、企业、媒体和各类网站提供大规模、高质量、安全可靠的专业化服务器托管、空间租用、网络批发带宽以及 、 等业务 145。 由于各行业数据集中管理需求的增加以及业务模式的不断变革，这样的情况使得传统的数据中心面临了很多的挑战，而因此 房的安全保障重视也越来越一起人们关注 23。 一旦数据中心机房设备出现了故障，计算机系统运行将受到影响，也因此可能造成严重后果。目前对 房的监控管理采用了 24 小时专人值班来定时巡查机房场地设备的方法，这样的方法不仅加重了管理人员的负担，而且往往不能及时排除故障。因此提高 待建立一套完善的 房运 维监控与测试信息管理软件。运营商通过加强对数据中心的管理，提倡节能减排，提高机房值班人员的工作效率以及机房用电效率， 实现机房管理无纸化、智能化以及简本增效。 房现状如 图 1- 1 房现状图 示。 a） 房现状 b) 房现状 图 1- 1 房现状图 随着公司 务的快速增长与发展，如何利用现有的人力物力完成好集团公司对维护智能化以及节能工作的整体要求与目标，这些都给 房的日常维护管理工作带来了新的挑战与更高要求。如何建立科学 房设备工作状态以及环境温湿度等监控管南开大学硕士学位论文 - 2 - 理方法，形成与之相适应的运维模式，已经成为摆在电信运营商面前亟待解决的一项艰巨任务。 究意义 随着 务的高速发展， 房的日常维护用户量、设备量成倍增加。同时， 现有人力物力的条件 下，既要保障 房网络安全、设备安全，又要兼顾节能降耗的维护要求，对现有的维护方式、方法提出了新的挑战 67。 传统的 房运行维护管理方式，缺乏环境温度管理的数据依据，管理方式也比较简单，尤其对设备的监控及管理更多的依靠人的经验值，缺乏合理有效的信息化管理手段。针对 房设备比较、维护量大、管理与监控手段相比较又单一的整体现状，为了进一步落实节能降耗的工作，来确保数据中心机房实现了集中管理、进一步统一监控和快速反应，从而降低机房监控维护成本，提高运行维护质量等为目标，必须在日常维护中针对 诸如设备电流的使用管理、环境温度湿度控制等关键技术开展工作，研究 房监控解决方案 8。 目前应用日趋广泛的物联网技术集感知层、传输层和应用层为一体，实现了对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。传感器的应用可以很好的改进 房传统人工周期巡视工作中的漏洞和盲点，将工作量最大的机架电流巡视记录工作，机房环境温湿度记录工作，通过构建感知层实现数据实时、集中采集；通过现有的网络资源，将监测数据进行打包，传输到监控中心；根据业务需求，进行集中监控、集中分析，智能告警，从而为机房的安全运维以及节能降耗 工作提供有力的技术保障 9。 房运维及节能管控测试软件平台的构建使每个 房节点具有和监控中心等同的功能，亦可针对不同 房特点制定不同的监控机制。采用远程集中监控技术，进行实验环境与测试软件的开发，以最少的投资获得良好的扩展功能，符合 房运维的节能和高效的特点。基于此，设立了此课题项目，通过系统化的手段，针对 房传统的维护方式、维护内容、维护重点进行改进和优化，用于实现新形势下打造安全节能的 本课题依托于北京联通分公司委托开发项目 四区分公司 房运维与节能监 控技术 ，开展对于 数据中心的管理，提倡节能减排，提高机房值班人员的工作效率以及机房用电效率，实现机房管理无纸化、智能化以及简本增效 的方法的研究。本文主要承担建立房监控数据实时采集子系统的研究，将主要针对进行对 房各机架的电流值，温湿度值进行自动采集，存储以及对数据进行分析处理，以便对 房运维进行改进和优化。 南开大学硕士学位论文 - 3 - 究内容与方案 究内容 本课题通过对 房日常维护工作进行深入的分析，以物联网理论为基础，结合实际情况，研究如何在现有人力物力资源的基础上，对 房内 各项参数 （ 机架电流、电压、电度、环境温湿度 ） 进行集中采集、集中传输、集中监控、集中分析、达到数据可视化管理，提高 房内部的节能和管控效果，最终实现节能降耗的目标。主要包括如下研究内容： (1) 房监测数据自动采集技术 此模块 实现了自动化的 机房巡视及记录方式。 传统人工的日常维护方式存在时间和空间上的巡视盲点的缺点，本系统采用了最新的电流巡检仪、温湿度传感器，获取当前机房内的电流、电压、电度、温度、湿度等参数，采用 485 总线定时轮询的方式，通过无线网自动将数据反馈至指定的监控中心，监控中心对这些 数据整合并实时显示，实现 房内各设备和参数的实时监控，同时通过自主开发的参数分析和信息统计软件，实时的对采集到的大量的当前和历史信息分析对比，提供声、光、短信等多种预警方式，可以从根本上解决传统巡视方式上的漏洞和不足。 (2) 房监控数据实时网传技术 介于 房的特殊构造以及布线特点，主要采用 线、无线网络、 行数据 传输。 数据传输模块主要由 线及转发器构成 ，负责 完成 采集数据 信号的汇总及协议转换。采集器上传的数据包被总线接收汇总并发送给转发器，由转发器 解析加密后，依照既定的传输协议重新打包，经 由转发，上传到监控中心。 数据传输模块将接收经 无线网络传输过来的原始信号，将其加密并打包为网络包，以 P 协议传输，降低了布线复杂度以及布线成本。并且监控中心采用查询的方式读取数据，大大压缩了数据量，减少冗余信息从而缓解了总线的数据传输压力，并且回避了多个采集器并发带来的风险。 (3) 房监控子系统数据库设计 此模块实现了 房监控数据 子系统数据库的设计 。 通过搭建数据库，建立数据库表，并分析了 数据库表间的 关联 关系 。本模块针对实际 操作中的突发事件或者异常情况，研究 并 采用 了 数据库连接池技术，从而提高系统的响应速度，并避免了因断电或其他不可抗因素，造成的数据资源泄漏或丢失。 (4) 房监控数据分析与挖掘 为了更好的监控 房 各个机架的实时电流情况，对机房温度，机架温度进行合理南开大学硕士学位论文 - 4 - 设置和管理，此数据分析与挖掘模块一方面采用非线性回归分析法对 境温度等数据进行预测分析，找到它们的非线性发展趋势 ； 另一方面采用 法对采集到的大量的真实数据进行统计分析和评估，进一步挖掘出 机房采集的电流值，温湿度值之间 存在的隐含关系。 运维人员可根据此预测分析结果发掘出存在潜在危险的参数，及时的对机房设备进行调整，从而达到机房节能降耗的目的 。 究方案的制定 本文构建的 房监控数据实时采集子系统的软硬件配置如下：服务器 ，512存。对于外部采集和传输硬件分别为电流巡检仪、温湿度传感器， 络传输模块，无线收发器等硬件设备。以下为系统架构设计（如 图 1- 2所示）和系统示意图 （如 图 1- 2 所示）。 机架1机架2 机架3 无线设备接收端接收数据数据存储和分析处理非线性回归分析及33 23 U 23 3 3 3 3 机架3 3 - 2 系统架构设计图 图 1- 3 系统示意图 南开大学硕士学位论文 - 5 - 研分析及技术方法研究阶段 首先查阅以往的科研文献，参考文献中关于数据自动采集存储的方法和数据分析的形式及算法；然后查阅了国内外机房的运维方式，机房的机架数量，各类设备用电情况，机房维护的关键流程、管理办法与考核指标；最终确定课题采取的关键技术和 方法。 境搭建及软件配置阶段 根据拟订好的技术方案，构建硬件平台，为数据采集、网络传输、分析处理单元搭建开发环境。硬件环境的搭建包括各类底层传感器的铺设和网络线缆的架设，以及数据中心服务器端的硬件配置。软件配置主要是针对软件环境， 境，数据库服务器等进行的配置。 据采集及分析挖掘阶段 对现阶段 房的设备用电量和环境温湿度等关键参数进行现场采集和分析评估，将采集到的约一个月的大量的真实数据进行统计分析，采用 数据挖掘方法对当前和历史同期数据分析，挖 掘出 法测试及验证阶段 在搭建好实验环境后，对数据采集，数据传输的方法以及数据分析挖掘所用的算法进行测试，并验证系统的稳定性和可扩展性，以及预期效果。 文的结构安排 第 1 章 首先分析了社会对服务器托管业务的需求日趋旺盛的现状；分析了对于 房实现运维高效管理和节能降耗的重要性；提出了本文主要研究内容及其设计方案。 第 2 章 主要研究了 房监控数据自动采集技术，实现了机架电流和温湿度值的自动采集。介绍了 验的原理和方 法并研究出利用 验校正数据的算法。提出了利用最新的电流巡检仪和温湿度传感器来采集数据的方式，并设计了数据采集部分的程序和采集流程。 第 3 章 研究了 房监控数据实时网传技术。 分别 研究了 通信协议 和 射频无线通讯技术，并提出了利用 线轮询的方式，将所采集的数据通过其串口及其 议送入到无线传输设备的发送端 ， 实现了 对于 房监控数据的实时网传。 第 4 章研究了数据库的设计方案，采用了数据库连接池技术， 从而提高系统的响应速南开大学硕士学位论文 - 6 - 度，并避免了因断电或其他不可抗因素，造成的数据 资源泄漏或丢失 。 第 5 章分析了非线性回归算法原理，介绍了非线性回归预测模型并提出了基于非线性回归算法和 法对 房监控数据的预测和挖掘方法。 第 6 章给出了 房监控数据实时采集子系统的演示结果，并对系统功能进行了分析。 最后进行 全文总结，并提出了后续系统完善的研究方向。 南开大学硕士学位论文 - 7 - 第 2章 房监控数据自动采集技术的研究 据采集 据采集设备设计 流巡检仪 图 2- 1 电流巡检仪 由深圳 柏特瑞电子有限公司推出的一款多路智能电量巡检仪。 多路智能电量巡检仪主要应用于各种工业控制与测量系统，可方便地测量交流电力线路的电流、电压、有功功率、无功功率、谐波功率、有功电度、无功电度等数据。一台多路智能电量巡检仪能同时测量 8 路电流数据和一路电压数据，特别适合于电力线路比较集中的场合。多路电流循环检测可降低系统成本，方便现场布线，尤其是全隔离的处理技术大大改善了变送器性能，有助于提高系统的可靠性。其 线输出技术与采用的 于编程，利于系统扩展，可实现轻松构建测控系统的 目的。 功能特点： 循环测量 8 路电力线路的有效电流值和一路有效电压值 循环测量 8 路电力线路的有功功率、无功功率、谐波功率 循环记录 8 路电力线路的有功电度值、无功电度值（此电度值只做参考） 简易的双绞线 485 通信，通信距离可达到 1000 米 采用 讯协议 方便的 轨安装方式 易于操作的液晶屏显示界面 技术参数 ： 电源： 12V/20% 工作温度： 80 输入电压： 南开大学硕士学位论文 - 8 - 量程： 0C 最大测量误差： 分辨率： 输入电流： 量程： 0C（可在出厂配备的互感线圈中穿入额定输出电流为 5A 的 流互感器，测量最大电流为 300A， 流比的设置范围是 5300:5） 最大测量误差： 分辨率： 通信方式 主从式。测量主机为主站，传感器为从站。 通信接口： 湿度传感器 图 2- 2 温湿度传感器 由深圳柏特瑞电子有限公司推出的一款网络型温湿度传感器。用途广泛，配备相应封装的温湿度探头可测量各种管道及特殊场合的温 湿度 1013。 功能特点： 属精密网络型温湿度传感器，可以设定通讯地址 0波特率 1200 经可溯源标准检验，精度高并具备程序校准精度功能，低功耗、高稳定性 提供 出，供主机采集 通讯协议采用标准 议 可经受 线 4击不坏 阻燃绝缘纤维外壳，采用快速端子，安全可靠 技术参数： 供电电源： 12 电流：小于 10 测湿范围： 0 100 精度： 3%25 时） 测温范围： 2060 。 精度： （全量程内） 串行输出： 工作环境： 20 60 C ， 0 100% 冷凝 南开大学硕士学位论文 - 9 - 最大尺寸： 86 86 30 重量： 100g 水检测感应仪 图 2- 3 定位漏水感应线 司专利产品泄漏监测线（ 于监测水或其它导电流体，该线缆的耐磨聚合物材质增