謝燦 重慶電子工程職業(yè)學院

一種機房能耗監(jiān)測系統(tǒng)的研究

謝燦 重慶電子工程職業(yè)學院

為了解決現階段電信運營商能耗監(jiān)測管理效率低下和實時性不高的問題，本研究通過嵌入式和云計算平臺技術提供一套能源消耗管理云平臺，實現管理自動化、監(jiān)視實時化、能耗精細化，為進一步實現節(jié)能降耗提供最可信的數據和方案。結果證明它在性能方面具備較好的可靠型和精準性，因此有著良好的應用前景。

嵌入式系統(tǒng) ARM XML協(xié)議 RS485

“十二五”期間，繼續(xù)深化綠色發(fā)展模式，《“十二五”節(jié)能減排規(guī)劃》的發(fā)布為其發(fā)展提供了新動力。電信機房作為現代通信技術的重要組成部分，具有終端接入、數據處理和交換路由處理等功能，保障用戶日常通信業(yè)務的管理工作。它集成了大功率傳輸、接入設備和交換控制設備，因此屬于通信系統(tǒng)中高能耗的單元，再者因其部署規(guī)模大，耗能集約效應明顯。

機房能耗過高不但增加環(huán)境污染和資源的浪費，還對電信業(yè)務數據安全產生不利影響。本文采用嵌入式和云計算技術設計一套基站能耗監(jiān)測系統(tǒng)實現對電信機房電能消耗的實時監(jiān)測。

1 架構分析

本研究采用了嵌入式系統(tǒng)、數據交互、無線通信和云計算等軟硬件技術實現電信機房能耗監(jiān)測的解決方案，它包括采集節(jié)點設備（下簡稱：采集器）和云計算中心軟件系統(tǒng)兩個核心部分。采集器采用高性能32位ARM內核的微處理器，它通過擴展RS485總線與多個智能電表集群相連接，實時獲取電能各參數。

圖1 網絡架構

如圖1所示，采集器開機后一方面主動發(fā)送查詢命令檢驗智能電表是否處于工作狀態(tài)，并利用自身的flash存儲器存儲工作狀態(tài)；另一方面采集器啟動自身的身份驗證工作，主動向軟件系統(tǒng)發(fā)起連接請求，軟件系統(tǒng)驗證無誤后，完成對采集器認證從而進入工作運行態(tài)。

已經獲取軟件系統(tǒng)授權的采集器則可以將智能電表的工作狀態(tài)實時發(fā)送給軟件系統(tǒng)，完成信息監(jiān)測和管理。

2 方案設計

2.1 采集器硬件平臺

采集器是本系統(tǒng)的重要組成部分，它采用三星公司基于ARM1176內核的16/32位的高性能低功耗的RSIC通用微處理器。

高性能ARM處理器利用全性能的MMU單元支持文件系統(tǒng)從而保證該平臺支持操作系統(tǒng)的運行。本采集器主要通過RS485接口與智能電表連接，獲取電力能耗數據的采集。RS485接口是一種國際通用的現場總線標準，它是將串行通信的TTL電平轉換成差分信號在雙絞線上面?zhèn)鬏?，因此具有較強的抗共模干擾能力，數據傳輸率可以達到10Mbps以上，是一種智能電表數據傳輸的理想載體。

2.2 采集器協(xié)議設計

采集器智能電表間可通過有線RS485串行總線接口或者無線協(xié)議通信。它采集到電表數據通過ModBus協(xié)議匯報給軟件系統(tǒng)。云計算中心軟件系統(tǒng)配置管理軟件可通過協(xié)議對采集器進行配置操作。

Modbus協(xié)議是應用于電子控制器上的一種通用語言。支持電力系統(tǒng)所有的儀器和儀表，通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經由網絡和其它設備之間可以通信，它是一種真正意義上的通用工業(yè)標準。

重啟報文的功能碼是0x03，目的是軟件系統(tǒng)遠程控制采集器進行復位重啟操作。此報文不需要應答。設備接收到此報文后會在5秒后重啟，5秒保存信息釋放資源。配置RS485接口報文，發(fā)送方向為軟件系統(tǒng)發(fā)往采集器，用于配制通信接口的參數。本消息需要重新啟動采集器才能生效。通過配置協(xié)議，云計算中心軟件系統(tǒng)可以遠程的控制采集器。

2.3 云計算中心軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)采用瀏覽器/服務器的架構，即核心任務主要依靠服務器來完成，終端用戶的平臺不需要額外準備程序，只需要具有瀏覽器就可以完成管理工作。軟件系統(tǒng)的數據結構采用可擴展標記語言XML來定義，本系統(tǒng)主要包括設備基本信息配置、RS485接口配置XML文件、采集內容項配置和采集值上報數據等五大類。其中采集值上報數據是軟件系統(tǒng)的重點數據結構。

采集器通過網絡將上述的XML文件送給云計算中心軟件系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)按照XML協(xié)議定義解封裝有用信息（如時間信息等）并進行顯示和分發(fā)工作，從而完成智能電表網絡的監(jiān)測。

3 方案實現

目前本系統(tǒng)已經完成了研發(fā)，并在電子信息工程實驗中心完成驗證工作，其測試界面如下所示：

圖2 市級部門能耗統(tǒng)計

本系統(tǒng)可以分成市級部門和子公司進行監(jiān)測，市級本門的監(jiān)測數據包括了子公司的總和，而子公司則只能監(jiān)測本地的數據。通過兩級監(jiān)測平臺可以清晰的展示不同級別的數據，也方便了不同職能部門的監(jiān)管。

4 結束語

機房能耗監(jiān)測系統(tǒng)采用嵌入式系統(tǒng)和云計算等軟硬件技術實現了完整的機房能耗監(jiān)測解決方案。結合本行業(yè)實際問題將遠程安全性作為重點研究目標，既考慮處理信息的實時性、多樣性和準確性，又考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性和健壯性，從而將上述技術科學的應用到本系統(tǒng)中，達到了預期效果，為地域覆蓋廣的機房能耗監(jiān)測工作供了可靠的應用保證。

[1]王彩紅,崔勇,張慶輝等.基于嵌入式LINUX的智能用電采集系統(tǒng)設計與實現[J].電測與儀表,2016,53(11):72-75.DOI:10.3969/ j.issn.1001-1390.2016.11.013

[2]沈昌國,朱金大,李貴民等.新型電能量集中采集器[J].電力系統(tǒng)自動化,2003,27(5):76-78.DOI:10.3321/j.issn:1000-1026.2003.05.018

TP399

A

10.7666/d.y2060648

10.3969/j.issn.1000-436X.2011.07.002

重慶電子工程職業(yè)學院《以市場為導向，多方共建應用技術協(xié)同創(chuàng)新中心—電子信息技術協(xié)同創(chuàng)新中心》資金資助。

謝燦（1980-），男，重慶市沙坪壩區(qū)，高級工程師（電子信息），碩士，主要研究方向通信數字信號處理、嵌入式系統(tǒng)和數字圖像處理與模式識別。

[4]羅軍舟,金嘉暉,宋愛波等.云計算:體系架構與關鍵技術[J].通信學報,2011,32(7):3-21.