校园机房环控系统的设计与实现

李青

（南京中医药大学网络管理与信息化办公室，江苏 南京 210023）

0 引言

随着教育信息化应用的不断深入，教育信息化系统的稳定运行愈加重要，机房信息数据量日益增加，网络的维护管理负担也日趋繁重。高校机房作为信息化设备及应用系统的核心场所，由于无法实现管理人员24小时在机房值班工作，机房的物理运行环境状况、设备运行状况、动力配电状况、消防状况以及人员活动状况等无法实时监控，对于发生的异常情况不能第一时间发现和处理[1-2]。机房的基础环境及设备的安全稳定运行对机房管理人员的维护造成较大的负担，对学校网络、各业务系统运转以及机房安全运行存在很大的威胁。因此迫切需要建设一套机房环控系统来改变这种现状。

以南京中医药大学机房为例，数据中心机房和网络机房分布在图书馆一楼，两个机房内设有精密空调及不间断电源UPS 等设备，因机房建设较早，目前基础环境相对较为薄弱，机房部分区域没有对环境、安防监控进行覆盖，存在盲区，机房内的设备运行状态无法实时掌握，无法精准管理，两个机房无法形成联网集中管理，在实际管理中机房往往出现网络故障后才被动发现，对学校部分区域的网络及应用系统造成很大的安全隐患。

文章针对两个机房建设一套分布式远程在线联网管控系统，把两个机房内的动力、环境、设备的情况通过机房内的传感器进行采集，将采集到的数据经过监控工作站处理后送到监控中心，实现集中监控管理，再根据机房的1∶1 建模，形成3D 机房可视化运维管理。管理人员可远程通过网络查看机房的运行情况，出现异常情况可通过微信、短信平台、手机App、电话等报警方式第一时间通知管理人员，从而最大程度地帮助机房管理人员快速获得故障信息，第一时间解决问题，避免造成安全事故，大大保障了机房设备安全稳定运行，提升了机房管理人员工作的效率及质量。

1 关键技术路线

物联网技术是信息科技产业的第三次革命，它遵照协议，借助于前端传感器等设备，实现物与物之间的通信、信息的传递和交换，是一种先进、复杂、综合性强的技术[3-4]。机房环控系统采用物联网技术，在数据中心机房和网络机房的机柜内各安装一台嵌入式数据采集器，内置RS232接口、RS485接口、DI开关量输入接口、DO开关量输出接口以及供电接口[5]。在两机房相应位置安装不同类型的传感器，并通过网线接入到嵌入式数据采集器中进行数据的交互通信，所有的数据经过嵌入式数据采集器处理后存入监控主机中，最终将统计分析后的数据进行可视化，当出现问题时可以在软件平台上精确定位到故障点，减少管理人员排查的时间，提升工作效率，减少管理人员工作量。

C/S 架构是客户端和服务器直接相连的一种模式，基于C/S架构的管理系统操作界面形式多样、布局灵活，能够实现复杂的业务流程，具有较高的安全性能。但其适用于局域网，对网络要求比较高，需要专门的客户端安装程序，不易拓展，不够便捷。B/S架构是应Web技术的飞速发展而从传统的C/S架构发展而来，基于B/S架构的管理系统分布性强，业务拓展简单方便，共享性强，打开Web 浏览器登录即可随时随地查看，更加方便。但其不能实现复杂的功能，且存在一定的安全隐患。因此这里的机房环控系统采用C/S和B/S相结合的方式，两者结合既保障安全性、又确保便利性，从而以最佳性能满足不同的细分需求。

2 机房环控系统建设思路

2.1 需求分析

环境监控总体需求：实现对数据中心机房和网络机房物理运行外环境的集中化、自动化、综合化和网络化的实时远程集中监测、调控、预警、报警和状态远程查询[6]。

设备监控总体需求：实现对数据中心机房和网络机房的UPS、列头柜、配电柜等关键动力保障，对两个机房的温湿度、漏水等环境进行保障，以及设备的集中化、自动化、综合化和网络化的实时远程集中状态监测、预警、报警、状态远程查询和必要的设备远程管控[7-8]。另外，规划设计机房在断网、断电的极端情况下的应急处理和报警通知方案。

安全性与方便性的平衡兼顾要求：在保障系统安全可靠的前提下，能够最大程度上提供便捷的操作，能够保障系统结构及应用体系设计尤其是远程应用的安全性和可靠性。

可扩展性要求：系统能够支持学校机房未来新增设备的灵活便捷接入，能够预留接点，便于无缝整合，具备充分的可扩展性。

人机界面要求：系统能够支持多窗口显示，根据机房实际情况进行建模，呈现3D 效果界面，场地布局、设备照片或图片能够直接显示在屏幕上。

2.2 总体架构

系统架构如图1 所示，在机房各处安装不同类型的传感器，并接入到嵌入式数据采集器中进行数据的交互通信，将处理后的各项数据存入到服务器中，最终将统计分析后的数据进行可视化。系统支持PC端，Web 端和手机App 三种方式管理，当出现异常数据时，可通过微信、手机短信、邮件等多种方式进行报警。

图1 系统架构图

2.3 系统功能

系统功能如图2所示，机房环控系统支持C/S、B/S和手机App方式远程浏览查看机房环境运行情况，主要有温湿度监控、漏水监控、精密空调监控、UPS 监控、消防监控、配电监控、烟感监控、蓄电池监控等内容。系统采用3D编辑器对机房房间进行1∶1建模，根据机房的实际布局画出3D图，布局清晰，在相应位置显示各类参数信息，实现数据中心机房和网络机房的集中式、一体化、全方位管理，通过数据可视化、柱状图、饼图等直观展示设备的运行情况。

图2 系统功能图

1）温湿度监控功能

通过在机房内各区域安装温湿度传感器，并接入到数据监控采集工作站中，以3D 仿真图示定位方式对温湿度的实时数值进行展示，管理人员打开系统3D布局界面就可以快速看到机房各处温湿度的当前数值，可快速对空调是否需要调整参数进行合理的判断，从而进一步确保机房各重要设备处于安全稳定的环境。

2）UPS监控功能

根据通信接口和协议进行二次开发整合监控，实现对UPS 主机的状态、电池状态、负载、功率因素、逆变器状态、报警信息等全面的监控，除了实时显示这些运行参数外，还会对其进行保存，管理人员可随时选择时间段进行数据查询。

3）列头柜监控功能

根据列头柜提供的通信协议实时监测列头柜输入/输出的电流、电压、功率、频率及各路空开通断等数据。

4）配电柜监控功能

通过机房列头柜上的电量监测仪自带的通信接口，直接与数据采集工作站主机进行通信，实时监测三相电压、三相电流、功率、频率等数据，实时显示并保存各监测参数的数值。

5）漏水监控功能

漏水监控主要监测的是空调的管道是否发生漏水，采用耐腐蚀的检测绳，高灵敏度的控制器，安装在机房各个空调附近。在系统3D布局界面中会实时显示漏水监测的位置，以及运行的状态，一旦发生异常情况，图标立即变红，并发出报警信息通知管理人员立即进行处理。

6）精密空调监控功能

通过精密空调提供的通信接口及通信协议进行二次解析整合监控，实现空调运行状态及各项参数的实时监控，管理人员在系统中可以查看每台空调的监控页面，根据当前获取的实时数据做出空调运行参数调整的合理判断，预防危急情况的出现，确保机房设备处于安全稳定的运行环境。

7）烟感监控功能

该监测模块使用光电离子型烟雾探测器，依托光学迷宫设计，采用低功耗CMOS 微处理器，在配电区域和机柜上方的吊顶位置进行安装，当检测到有烟雾时，触发报警机制，系统会发出声光报警，同时将报警消息通过微信、短信等方式发送给管理人员，管理人员收到报警消息后及时进行机房排查和问题处理。

8）红外监控功能

在机房门的上方安装红外双鉴探测器，对机房内的人员移动、人员入侵进行实时监测，有人非法进入时进行报警。

9）氢气监控功能

针对机房放置的蓄电池配置氢气探测器，安装在配电间蓄电池区域顶部天花板上，当传感器检测到氢气气体超过阈值时，则及时通知管理人员进行报警。

10）视频监控功能

为了实时掌握机房内的人员出入及设备运行情况，在正对机房门、通道、电池间等重要区域内安装高清摄像机，做到通道设备全覆盖，当视频侦测区域出现特征图像或异常时，系统会自动做出处理，按照预定好的灵敏度、布防，撤防响应时间、侦测区域等规则，触发对应摄像机弹窗报警及联动录像。本地存储录像文件，并可通过机房环控系统进行实时查看。

11）蓄电池监控功能

对蓄电池的单体电压、内阻、电池极柱温度等重要参数进行在线监测，发现某个参数有异常或其变化趋势有异常时立即告警，使管理人员及时发现问题或潜在的隐患，及时进行处理，保证UPS 系统的可靠性与安全性。

12）门禁管理功能

在机房各个进出门的上方安装红外探测器和摄像机，并在监控系统中对接门禁管理联动模块组，当有人进出机房时，系统会拍摄下人员的照片，并记录下通行人员的身份和进出机房的时间。随着门禁管理模块的升级，还可以拓展进出机房人员授权管理的功能，实现智慧化的机房门禁监控管理。

13）机房数据实时显示功能

在机房内通过安装不同的传感器，并接入到嵌入式数据采集器上通过局域网进行传输，实时采集机房各设备的数据，统计处理所采集到的各类数据后，将其传输到软件平台，系统会进一步分析和处理并存储到数据库相应的表内。

14）报警功能

①实时报警

系统具有完善的事件及告警机制，可自定义报警阈值的上下限，当服务器与数据采集器之间的通信发生异常，以及监测到的数值超出设定的阈值时，系统会将报警事件的详情按照设定通过手机短信、邮件、微信等方式发送给管理人员，且产生的事件报警通知也会在系统界面中标红显示出来，大大增加管理的灵活度。

②报警管理

系统可按分组、报警级别将异常报警信息分级分类推送给管理人员。管理人员可以自定义报警事件，详细描述事件的产生原因，问题现象和解决方法等内容，系统会将其存入数据库中，便于出现同类事件报警时快速处理，同时支持将管理人员输入的事件进行统计并导出进行分析。系统支持报警管理统计，可按告警设备分类统计、告警列表、告警级别统计、告警周期统计，以及暂停报警时长设置等。

15）历史数据及报表功能

系统将采集到的数据存储在本地服务器数据库中，数据库内分多个表，包括历史数据报表、报警历史记录表等。操作人员可以选择开始时间和结束时间、选择某台设备的某个参数，查询其历史数据和报警事件，并且可将这些数据导出生成历史曲线图，以图标的方式能够让管理人员更加直观地获取关键信息，为管理人员提供数据支撑，以供分析之用。

16）设备管理功能

管理人员可在系统中记录设备资产的相关信息，如设备名称、型号、厂家、传感器用途、供应商、供应商电话、管理人员、管理人员电话、设备所属部门等信息，并可导出列表供管理人员查看，便于管理人员对各类设备的管理。

17）用户管理功能

支持用户管理权限分配，可按不同用户不同管理界面、数据、报警划分权限，也可按普通、管理、超级管理员等权限分配权限。

3 机房环控系统的实现

3.1 系统登录界面

系统登录界面如图3所示。

图3 登录界面图

3.2 系统监控功能

系统监控功能以数据中心机房监控数据为例进行说明。

1）数据中心机房数据概览如图4 所示，可以看到各项重要数据以图表的形式展示出来，快速直观获取机房运行状态的关键数据。

图4 数据中心机房概览图

2）数据中心机房布局如图5所示，采用3D技术对机房空间1∶1建模，将烟感、温湿度、漏水、氢气、红外双鉴等监测数据在相应的位置显示出来，如果出现异常情况，也会在界面中标红显示。

图5 数据中心机房布局图

3）机房各项监控数据列举UPS 监控数据和空调监控数据展示说明，数据中心机房UPS 监控如图6所示，空调监控如图7所示。

图6 数据中心机房UPS监控图

图7 数据中心机房空调监控图

3.3 报表统计列举

报表统计列举告警等级统计月报表展示说明，如图8所示。告警统计可以生成总表、等级统计表、区域统计表、设备统计表等，可以自定义统计时间段生成报表，方便管理人员快速直观地了解机房这段时间的告警情况。

图8 告警等级统计月表图

3.4 手机移动端远程查看各类监控数据

登录界面和主界面如图9所示，手机移动端可以查看报警信息、实时监测数据、实时控制等数据。点击“实时数据”可以查看各类监控数据，这里列举网络中心机房的温湿度实时数据来展示说明，如图10所示。

图9 移动端登录界面和主界面图

4 结束语

文章给出了一套依托物联网技术，采用C/S和B/S相结合的模式，同时支持手机App 方式，对机房进行全面监控管理的机房环控系统建设方案。机房环控系统的建设，实现了对机房网络物理运行外部环境的集中远程实时数据监测、历史状态查询和异常情况报警等，实现了对机房UPS、配电柜、蓄电池等关键动力的有力保障，实现了对机房温湿度、烟感、漏水等环境状态的有力保障，大大降低了机房环境状态对网络和应用系统的隐患，保障了机房设备的安全稳定运行，提高了机房管理人员的工作效率及质量。