基于以太网的气象网络机房监控系统

鲍磊磊，黄 亮，吴信明，吴嘉伟，缪明榕

(南通市气象局技术装备保障中心，江苏南通，226018)

0 引言

南通市气象局中心机房网络主要承担了常规气象观测资料、自动气象站资料、雷达资料、预报服务产品等数据传输；保障全省视频会商系统和CMACAST 卫星气象广播系统的运行；保障气象信息共享平台、综合办公系统等平台的运行.目前已建成“省—市 8M 宽带专线网络” 、“市—县 4M 宽带专线网络”和“市局—南通大气探测中心、吕泗国家气候基准站4M 专线网络”.网络机房设备的运行环境是保证各业务工作正常运行的先决条件，因此，必须建立一个对中心网络机房进行监控和管理的综合系统，以便保障气象数据的正常传输和气象业务系统的稳定运行.

1 系统相关技术介绍

以太网通信中的TCP/IP 网络通信，与RS-232 串口通信、RS-485总线通信相比较，具有通信距离远，通信质量稳定，其网络是基于复杂环境设计的，具有自动纠错功能.串口转以太网功能可以使用串口转以太网模块来实现，但是该技术并不是简单传输媒介的变化，而是串口到TCP/IP 的协议转化。其关键技术包括：TCP/IP 的工作模式问题、串口分帧技术、9位技术.这里详细分析这些串口转网口的技术.

1.1 串口转网口关键技术一：TCP/IP 的工作模式问题

串口转以太网，并非单纯的物理层与数据链路层的转化.因为串口协议本身不具有网络层与传输层，这种转化其实是将串口的数据作为TCP/IP 的应用层数据，用TCP/IP 封装传输的方式进行传输.

1.2 串口转网口关键技术二：串口分帧技术

串口数据是可以连续不断发送的，而以太网数据则是以数据包为单位发送的，因此在转换过程中必须解决数据传输匹配的问题，用户可以将数据包长度做为分帧的依据：以太网数据包最长1500 多字节，可以在串口转网口转发器收到1500 字节以内将其打包发送.另一种串口分帧的方法是通过数据包间隔：用户设定数据包间隔T，当转发器发现的串口数据流中出现了T 毫秒的空闲时间时，则将之前收到的串口数据作为一个以太网数据包发送.

1.3 串口转网口关键技术三：9位技术

以太网数据是以字节（8位）为单位传输，但串口数据中有可能出现第9位，常用于区分是地址帧还是数据帧.那么在当串口转化为以太网之后，如何将第9位也传送出去就成了一个关键技术.目前已经有技术方案具有快速地适应9位的功能，其实现方法中采用了称之为RealCom 的协议，由于增加了第9位，所以串口数据不能够直接透明地转化为TCP/IP 应用层数据，Realcom 协议将串口数据打包之后整个作为TCP/IP 的应用数据传输.这样可以在Realcom 协议的协议头部加入该数据包的9位是1 还是0 的信息，从而实现了9位传输技术[4].

本系统采用2个SNS-2 协议转换器（RS232 转TCP/IP），其连接方式和配置方法简单，直接将COM 口定向至IP 地址，具体配置方法如下：将其通过串口连接至PC，从开始菜单中点击运行，键入CMD 并点击确定.在DOS 窗口下键入命令：arp s ＜IP 地址＞ ＜MAC 地址＞，其中IP 为需要为协议转换器分配的IP 地址，MAC 地址为协议转换器本身的MAC，配置完后telnet IP，按回车进入参数设置模式如图1 所示.

键入对应的编号进行各项参数的设置，比如键入0 进行服务器设置，需要设置的参数有IP地址、网关地址、子网掩码等，最后键入9，保存退出.

2 系统总体结构

网络机房监控系统需实现机房内温湿度、漏水、烟雾、电压、电流以及UPS 的监控，并采用短信方式进行故障告警.数据全部通过内部网络资源进行传输.监控中心管理平台基于分布式WEB 的B/S 架构.从而便于管理人员随时随地了解机房的实际工作状况，实现管控一体化.机房管理人员可以通过浏览器，直观地监控机房内各种状况.系统的总体结构框图2 所示.

2.1 硬件部分：系统硬件采用网络数据采集机，辅以温湿度变送器、漏水探测器、PX6 电表、智能协议转换器、GSM 短信报警机、数据服务器等相关配套设备.数据传输部分采用RVV（4*0.3）信号线、超五类网线等，保证数据传输的可靠和稳定.主要功能如下：

1）数据采集机：系统中3个网络数据采集机配套3个传感器适配器，传感器适配器为所有传感器提供DC12V 的电压供电，同时将各传感器的输出信号（包括开关量信号的通断或模拟信号）转接到可与数据采集器的I/O 接口相匹配.

2）温湿度传感器：采用12个温湿度传感器，其中9个用于监测机房不同位置的温湿度情况，另外3个用于监测UPS、UPS 配电柜、市电配电柜的温湿度.

3）水浸烟雾传感器：水浸适配器(含20 米感应线)用于检测机房精密空调是否漏水，烟雾传感器用于检测机房是否着火；两者均采用DC12V 供电，本系统选择常开型传感器，输出形式为干结点，警戒时输出开路，报警时输出短路.

4）智能电量仪：采用2个PX61，安装在机房UPS 配电柜电量仪和市电配电柜电量仪内部，用于测量三相电压、电流输出、频率、功率因数、有功功率、无功功率、视在功率和电能等参数，通过通讯接口RS485 转以太网口与上位机通讯.

5）协议转换器：采用2个SNS-2 协议转换器（RS232 转TCP/IP），用于对UPS、精密空调和配电柜等符合RS232 标准的串口设备进行协议转换，将232/485 信号转换成TCP/IP 形式传输，实现设备的远程控制.

6）GSM 短信报警机：用于将协议转换器接收到UPS 和精密空调报警信息发送到指定的GSM 卡上，其内置GSM 模块，用户只需将需要接收预警短信的手机号码配置进以太网，便可以收到内部GSM 卡发送的预警信息.

2.2 网络规划：现场网络环境为气象局内网，系统设备均通过以太网网口连接至中心数据服务器，各硬件设备的IP 地址规划如下：

2.3 系统软件

中心管理软件的设计采用标准WEB 软件构架体系，使用Framework.NET 2.0 平台，XML 数据协议格式，接收并处理各设备的报警信息，值班人员管理采集数据并通过后台SERVICE 服务的模式受理、分析、处理、校验.从而保证报警信息得到及时准确的分析，为维护部门提供日常维护报表、性能状况统计报表等分析数据.软件安装简捷，使用简便，维护简单，系统运行稳定，保证了数据的可靠.软件的结构框图如图3 所示.

图3 系统软件的功能框图

网络机房监控管理软件平台运行于windwosXP/2003 操作系统上，支持RS232、RS485、RS422、TCP/IP、SNMP、OPC 等多种接口和协议，各模块的具体功能如下：

1）用户管理：系统根据不同的操作者划分了多级操作权限，具有控制权限的操作者可以进行对监控对象发送控制指令，权限等级可由管理员任意划分.

2）数据管理：数据的管理包括实时数据和历史数据，系统赢能够监测到相关设备的实时状态及参数，实时数据保存在数据库中，可供查询，统计，打印，生成动态趋势图，历史数据不能被修改.

3）系统安全：当出现某些故障或系统操作不正当、不正常而导致系统停机、崩溃时，该系统会在监控主机操作系统重新启动后自动启动监控系统，以确保系统正常运行，使之具有更高稳定性、安全性.

4）报警管理：通过对相关采集数据与数据库内设定数值进行对比，当实时采集数据超过设定数值时，系统产生报警，并对报警数据进行归类分组，从而实现报警管理功能.并通过GSM 预警机发送到用户手机上.

5）远程管理：系统采用B/S 架构，可通过局域网，以WEB 方式实现远程监控，所监控的对象可以和监控中心具有等同的效果.用户通过WEB 浏览器实时地查看现场站信息，可按权根进行浏览、查询、控制等操作.

6）报表管理：系统将所保存的历史数据、操作记录、事件日志生成各种报表进行管理，具有打印功能.各种报警记录均可以导出成word 或excel 文档.

7）在线维护：系统运行时，支持实时的修改和维护，系统在进行修改维护期间，其本身正常的设备采样、数据存储、报警等功能应不受影响.

8）可扩充性：监控系统应采用模块化设计，信息端口和系统模块接口需标准化，可按用户需求实现定制功能的开发.

3 系统运行测试

系统设计完成，已实施竣工，用户通过系统管理软件远程查看系统的运行状态，设备与数据服务器的连接状态，所有设备采集的实时数据.软件自带数据分析功能，可查看某一时间段的最大值和最小值,当最大值或最小值超过了用户设定的范围，软件可以发出报警，并将报警信息通过GSM 模块发送到用户手机上，以下图片是在一次市电切换工程中，UPS 发出的报警信息，通过GSM 卡，手机接收到报警信息如图4 所示.

4 结论

基于以太网的气象网络机房环境监控系统的建设，使得网络管理人员只需在办公室通过固定的内网IP 就能实时查看机房温湿度、UPS、精密空调、配电设备等仪器的运行状态情况，使得网管人员免受中心机房的高磁场、高电平辐射，此系统可广泛应用于其他对网络机房监控要求比较高的企业或政府部门.系统经过3个月的运行情况测试，系统运行情况良好。

[1]黄愿.基于网络DNC 的车间级信息集成设计与研究[D].安徽：合肥工业大学，2010

[2]程秀兰.电子政务网络安全体系的设计探讨[J].电子世界,2012(5):33-34

[3]张小磊,戈磊，马亚洲.基于PC104 实时数据通信的实现[J].电子世界,2012（5）:32-33

[4]宋冬冬，马玉泉，王庆祝.基于 Ethernet 的低压电力线载波阻抗自动化测试系统[J].电子技术应用，2012,38(12):67-69