包拯民等

摘 要：該文闡釋了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)柜小環(huán)境在線監(jiān)測(cè)以及提供預(yù)警平臺(tái)的技術(shù)研究與應(yīng)用。通過研究供電企業(yè)在機(jī)房日常運(yùn)維方面存在問題及隱患，并吸取缺乏小環(huán)境狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)預(yù)警帶來的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，以現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)小環(huán)境監(jiān)測(cè)安全的視角，運(yùn)用先進(jìn)的機(jī)柜小環(huán)境狀態(tài)安全理論和技術(shù)，提出供電公司機(jī)柜小環(huán)境狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)建設(shè)的目標(biāo)。為供電企業(yè)機(jī)柜小環(huán)境狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)和預(yù)警機(jī)制，提出全面的溫、濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決方案。打造一個(gè)包含溫度、濕度、能耗等相關(guān)信息的，能全面反應(yīng)機(jī)柜小環(huán)境中各類環(huán)境指標(biāo)的在線監(jiān)測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)平臺(tái)。以保障供電企業(yè)機(jī)房小環(huán)境的安全，從而保證供電企業(yè)機(jī)房設(shè)施整體安全。使得物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能為機(jī)房提供先進(jìn)、安全、高效的對(duì)應(yīng)服務(wù)，體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)科技在機(jī)房小環(huán)境在線監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)方面的作用。

關(guān)鍵詞：機(jī)柜小環(huán)境 供電企業(yè) 機(jī)房安全 體系架構(gòu)

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）11（C）-0168-02

機(jī)柜小環(huán)境在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警及監(jiān)控，是對(duì)計(jì)算機(jī)性能的穩(wěn)定發(fā)揮，延長計(jì)算機(jī)使用壽命、確保數(shù)據(jù)安全性以及準(zhǔn)確性的非常重要的保障機(jī)制。因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)設(shè)備硬件中，使用了大批量的半導(dǎo)體器件、電容器等，在實(shí)際生產(chǎn)工作過程中，環(huán)境溫度的升高都會(huì)對(duì)它們的正常工作造成一定的影響，甚至可能會(huì)造成其中某些元器件的非正常工作，將進(jìn)一步導(dǎo)致計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備的故障發(fā)生。因此，必須嚴(yán)格按照各種設(shè)備的要求，把溫度控制在設(shè)定的范圍之內(nèi)，同時(shí)為了確保計(jì)算機(jī)安全可靠的運(yùn)行，除嚴(yán)格控制溫度之外，還需要把濕度控制在規(guī)定范圍之內(nèi)，為此，為機(jī)柜小環(huán)境配備一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警的平臺(tái)有較大價(jià)值的現(xiàn)實(shí)意義。

近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和成熟，公司在大樓內(nèi)部以及外部都擁有計(jì)算機(jī)機(jī)房。機(jī)房平時(shí)無人看守，只做定期巡視，因此無法實(shí)時(shí)監(jiān)控到機(jī)房的狀態(tài)變化，帶來一些不必要的損失，對(duì)供電公司的工作安全以及工作效率都有極大的影響，因此對(duì)計(jì)算機(jī)機(jī)柜小環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警有極大的現(xiàn)實(shí)意義?；诖祟愌芯空{(diào)查，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的機(jī)柜小環(huán)境在線監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生。系統(tǒng)平臺(tái)采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的ZigBee技術(shù)傳輸相應(yīng)的溫度、濕度、功耗等數(shù)據(jù)參數(shù)。這些參數(shù)由處理器采集通過ZigBee上傳服務(wù)器，用戶在通過訪問服務(wù)器來查看或控制相應(yīng)的設(shè)備。在該系統(tǒng)中主要講解參數(shù)的采集和怎樣傳輸?shù)椒?wù)器。

1 基于ZigBee技術(shù)下的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)構(gòu)架

機(jī)房設(shè)備復(fù)雜多樣，采用傳統(tǒng)的有線信號(hào)的傳輸方式，存在布線困難、維護(hù)工作量大、不可移動(dòng)等缺點(diǎn)。而無線信號(hào)的傳輸則擺脫了線纜的束縛，具有安裝周期短、易于維護(hù)、擴(kuò)容能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，并且組網(wǎng)靈活，無需考慮為新添加的設(shè)備鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)，易于擴(kuò)展設(shè)備后，即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。綜合上述基于實(shí)際情況將設(shè)計(jì)采用無線信號(hào)傳輸?shù)臋z測(cè)方案。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對(duì)象的信息，并發(fā)送給觀察者。

ZigBee可工作在2.4 GHz、868 MHz和915 MHz3個(gè)頻段上，它的傳輸距離在10～75 m的范圍內(nèi)。作為一種無線通信技術(shù)，ZigBee設(shè)備非常省電，估算，ZigBee設(shè)備僅靠?jī)晒?jié)5號(hào)電池就可以維持長達(dá)6個(gè)月到2年左右的使用時(shí)間；而模塊的成本在1.5～2.5美元左右，并且使用是免專利費(fèi)的；在通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短，搜索設(shè)備時(shí)延30 ms，休眠激活的時(shí)延是15 ms，活動(dòng)設(shè)備信道接入的時(shí)延為15 ms。因此此技術(shù)適用于對(duì)時(shí)延要求苛刻的無線控制應(yīng)用；一個(gè)星型結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)最多可以容納254個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備，一個(gè)區(qū)域內(nèi)可以同時(shí)存在最多100個(gè)此種網(wǎng)絡(luò)， 而且組網(wǎng)靈活，可靠性高，協(xié)議采取碰撞避免策略，同時(shí)為固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙，避開了發(fā)送數(shù)據(jù)的沖突。它是一種基于IEEE 802.15.4規(guī)范的的短距離、低復(fù)雜度低功耗低數(shù)據(jù)速率、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

機(jī)房機(jī)柜小環(huán)境在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)平臺(tái)由一個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器和若干個(gè)外接傳感器的終端節(jié)點(diǎn)組成。連接溫濕度傳感器的終端節(jié)點(diǎn)置于機(jī)房各種設(shè)備附近，依據(jù)程序設(shè)定時(shí)間定時(shí)采集，數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，將數(shù)據(jù)以約定格式打包并通過無線收發(fā)模塊發(fā)送數(shù)到協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器將接收到的數(shù)據(jù)通過串口傳輸?shù)娇蛻艄芾鞵C機(jī)通過PC機(jī)上的基于CVI圖形界面顯示各類設(shè)備附近環(huán)境的的溫濕度。

2 系統(tǒng)軟件

軟件實(shí)施關(guān)鍵技術(shù)：

（1）串口通信：從傳感器中采集數(shù)據(jù)，主要是傳感器與基站的相互通信。

（2）MongoDb數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：將串口通信中獲取的數(shù)據(jù)，經(jīng)過一定的處理，存儲(chǔ)在MongoDb中，主要采用的是”事件觸發(fā)模式”。

（3）Monitor（監(jiān)聽）：主要功能是實(shí)時(shí)觀察串口數(shù)據(jù)，并且還有作為驗(yàn)證自身程序是否崩潰的”心跳函數(shù)”功能。

（4）網(wǎng)頁數(shù)據(jù)傳輸（WebSocket）：主要功能是pc機(jī)器和服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)通信方式，這里由于WebSocket相對(duì)比較安全，可以不加數(shù)據(jù)的安全校驗(yàn)。

（5）定義統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式：網(wǎng)頁jason數(shù)據(jù)格式。

主要實(shí)現(xiàn)原理：首先部署硬件，這個(gè)不需要多說，然后針對(duì)每個(gè)傳感器的類型，預(yù)先為值分配固定數(shù)量的條目；其次基站安裝溫濕度監(jiān)測(cè)軟件；當(dāng)傳感器的數(shù)值發(fā)生改變時(shí)，觸發(fā)主動(dòng)上報(bào)功能；再次將傳感器采集的數(shù)據(jù)，推送給基站；最后基站通過串口通信的方式傳遞到服務(wù)器中，然后服務(wù)器將獲取到的值存入MongoDB中。

這里為什么要選用MongoDb作為存儲(chǔ)，主要原因有以下方面。

（1）高效的fire-and-forget模式就是只管向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器提交數(shù)據(jù)不等數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的回應(yīng)。

（2）日志功能是幫助在系統(tǒng)Down機(jī)的時(shí)候恢復(fù)數(shù)據(jù)完整性做的，默認(rèn)情況下Mongodb是開啟日志功能的。每一個(gè)數(shù)據(jù)庫操作都會(huì)先記錄日志，所以當(dāng)down機(jī)重啟動(dòng)服務(wù)器的時(shí)候數(shù)據(jù)庫服務(wù)器能夠通過日志文件恢復(fù)之前未完成的操作。

（3）Mongodb采用了最新的低成本的橫向擴(kuò)展模式，相對(duì)于傳統(tǒng)的單結(jié)點(diǎn)縱向擴(kuò)展，可以節(jié)約成功，而且有更好的可靠性，更好的數(shù)據(jù)處理性能。

（4）同時(shí)pc網(wǎng)頁端和服務(wù)器的通信則通過WebSocket來實(shí)現(xiàn)（網(wǎng)頁端發(fā)送獲取數(shù)據(jù)的request，基站服務(wù)器端則通過數(shù)據(jù)庫操作來獲取所需的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行一定的格式轉(zhuǎn)化，我們這里將其轉(zhuǎn)化成了jason格式，然后網(wǎng)頁端獲取response消息，進(jìn)行網(wǎng)頁的刷新。）這種方式的話可以做到數(shù)據(jù)正常通信，不過從客戶端來說這種方式效率比較低，因?yàn)槟悴恢朗裁磿r(shí)候數(shù)據(jù)更新，所以需要定時(shí)去向服務(wù)器端發(fā)送請(qǐng)求，這樣會(huì)降低獲取數(shù)據(jù)的效率，所以我們這里采用html5的新特性，在基站通過串口向服務(wù)器發(fā)送信息時(shí)，服務(wù)器主動(dòng)向客戶端推送數(shù)據(jù)請(qǐng)求信息，這樣就大大提高了客戶端的刷新速率。

這里存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫和推送網(wǎng)頁信息可以同步進(jìn)行，這樣將大大提高整個(gè)工程的運(yùn)行效率。

3 結(jié)語

針對(duì)機(jī)房機(jī)柜小環(huán)境在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)以及當(dāng)前機(jī)房小環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的不足，提出了一種全新的基于計(jì)算機(jī)監(jiān)控的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)?？v觀現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，其實(shí)有線通信和無線通信都有各自的優(yōu)勢(shì)和局限性，不同的無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使用場(chǎng)合、環(huán)境各異，如何應(yīng)地制宜選擇合適的系統(tǒng)來解決實(shí)際需要的問題是一個(gè)重點(diǎn)問題。ZigBee 這種嶄新的無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的出現(xiàn)，為機(jī)房環(huán)境無線監(jiān)測(cè)搭建了一個(gè)全新的技術(shù)平臺(tái)。相信它能夠在未來供電公司乃至其他行業(yè)發(fā)揮其獨(dú)有的科技魅力，為社會(huì)、國家做出更好的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 李志剛.網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)[J].南京廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào)，2009（4）：91-92.

[2] 樊春，楊天穎，楊旭，等.高校機(jī)房動(dòng)力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009：48.

[3] 姜堃，曹長修，紀(jì)強(qiáng)軍.基于ZigBee技術(shù)的溫度控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].自動(dòng)化博覽，2006（6）：36-37.

[4] 金海紅.基于Zigbee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)及其通信的研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2007.

[5] 鄭明智，孫麗萍.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的機(jī)房溫度監(jiān)控系統(tǒng)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2009，28（2）：46-48.