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标题 机房动力环境监控系统研究综述
范文 帅明等


摘要：机房动力环境监控系统是保障通信设备正常、稳定运行的重要设施。它是集动力电源、设备安置环境、网络设备、消防综合监测、视频监视、安防、预警、报警于统一平台的分布式、智能化网络机房远程监控、运维管理系统，是保证网络通信设备正常工作的必要手段。
关键词：动力环境监控系统；网络机房；环境设备
中图分类号：TP303
文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2015）003-0004-03
0 引言
机房的环境设备（动力电源、网络设备、消防综合监测设备、视频监视设备、安防设备、预警设备、报警设备等）时刻运行正常才能保证网络环境中用户的正常工作。一旦机房环境设备出现故障，可能会造成数据传送中断、数据丢失、网络长时间瘫痪、服务器闲置等网络问题。因此，确保网络环境设备及系统主机的自动监视和有效管理是保障网络环境中设备工作正常运行的重要措施。
机房动力环境监控系统实现了设备供电、UPS、空调、温湿度、漏水、门禁、消防等方面的监控管理，主要通过视频监控、数据采集、智能控制技术，对机房环境、设备进行实时监测。通过异常告警、短信提示告警、数据查询、远程管理等手段实现信息集中存放、统一管理的目的。现代机房动力环境监控系统能快速发现机房环境和设备出现的异常情况，通过数据分析、视频回放、历史数据查询等功能追踪事故发生的原因和地点，有效改进了传统的人工被动监控和排除故障的方式，为实现机房环境设备的正常运行提供了有力保障。
1 动力环境监控系统概述
1.1 系统概述
现代的机房动力环境监控系统是基于TCP/IP网络、RS232/RS485总线、MICROSOFT SQL SEVER技术等实现的对网络机房内的动力环境设备的有效智能监控。系统采用分布式计算技术，支持多个机房联网集中监控。根据构成网络机房的设备组成，系统可以分为：动力系统（发电机组、组合电源、UPS、电池、开关等）、环境系统（精密空调、泄漏、温度、湿度、新风机等）、消防系统（消防控制器、烟感探测器、温感探测器、其它消防设备）、安防系统（门禁、闭路监控、报警探头、其它保安设备）、网络设备监控系统（路由器、交换机、主机、服务器、其它通讯设备）。根据系统的整体构成，系统可以分为：系统服务端、系统客户端、系统组态设计平台、硬件监控系统。具体如图1所示。
动力机房所有硬件设备运行状况的监控，由机房环境监控系统的各个相应子系统完成，如UPS电源、配电机柜等设备的监控工作由配电监控子系统实现，机房环境的温湿度是否适合机房设备的正常运行，由温湿度监控子系统和漏水监控子系统等完成。因此，动力环境监控系统从软件方面可以分为配电监控、空调监控、漏水监控、消防监控、入侵报警监控和温湿度监控子系统。
1.2 动力环境监控系统发展历程
核心机房技术从20世纪80年代开始建立雏形，在21世纪得到了快速发展。1992年，由邮电部设计院与广州市电信局合作研究并且试验成功的“广州市长途枢纽楼通信集中监控系统”是我国第一个成功的应用实例[1]。1996年1月，邮电部发布的第[1996]105号文件及通信局电源系统总技术要求（暂行规定）明确指出，通信机房环境和内部设备应当实现集中监控，逐步实现少人、无人值守，并且把集中监控列为必不可少的部分[2，3]。
早期的监控系统主要以“集中监控、统一告警”为主要工作目的，强调数据采集的实时性和传输的时效性，要求“能够发现告警、通知告警”即可，侧重于维护层面，对于数据分析和挖掘要求不高；在系统架构上，表现为全网独立组网、单服务器和数据库，未部署其余外部网络接口及其应用；在数据组织的逻辑层次上，也只有数据采集层和数据处理层[4]。在机房环境监控发展的10年间，大致有3个主要发展阶段：
（1）动力环境监控技术发展初期。该阶段主要采用干接点方式，即通过通信设备的网管系统监控数据的处理与传输。由于当时机房规模较小，技术落后，监控参数较少，有些设备厂家只能提供设备运行状态的监控，另一些集成商则根据用户某一方面的需求，实现几个设备监控的简单集成。
（2）动力环境监控技术发展中期。为满足对机房整体监控的需求，该阶段已经可以实现遥感、遥控、遥测等功能。该阶段的监控软件开发和应用逐渐成熟，能够实现通过数据分析掌握监控对象的运行状态。
（3）动力环境监控技术发展成熟阶段。由于网络技术的快速发展，采用轮询方式的数据处理技术已不能满足较大机房和多点机房的集中监控要求。此时，基于IP技术的智能化嵌入式监控系统很好地解决了这一难题。该技术在系统优化设计的基础上，采用告警事件主动上报机制代替被动轮询机制。数据采集利用智能化设备，以减轻数据处理工作量，提高系统稳定性。另外在数据库设计、告警机制、报表处理等方面也有很大改进，为后期进一步走向智能化提供了有力保证。
2 动力环境监控系统对信息化发展的重要性
网络建设的飞速发展，使各个部门之间形成大量数据传输，因此各个行业均开始建设大规模的数据中心机房，对数据的处理和存储进行集中管理，以提高稳定性并有效降低运行及维护成本。中心机房采用高速网络与各个办公点相连通，使整个数据群体形成一个强大的机房群，进一步提高了设备的使用效能，并使建设统一的容灾备份成为可能。
传统的机房维护工作主要靠工作人员值班看护，发现问题后迅速报告处理，这种方式有很大的局限性。首先，能否及时发现机房设备工作过程中的问题与值班人员的知识水平及能力有很大关系；其次，能否在设备出现故障的第一时间发现问题，这又和值班人员与用户的配合有关；第三，机房设备工作时间是365（天）×24（小时），如果采用人工值班的方式监控设备，在人员配置方面势必是一种消耗。为避免以上局限性，保证信息化的正常迅速发展，核心机房中采用动力环境监控系统代替人工方式监控网络设备，实时地对机房环境设备运行参数进行采集输出，同时实现对多个机房设备的统一监控与管理，以减轻机房维护人员的工作负担，全面提高整个机房环境监控系统运行的可靠性、稳定性、兼容性和可扩展性，由此实现机房的科学管理，真正做到无人值守机房[5]。
3 动力环境监控系统功能
3.1 传感器监控
传感器监控即利用动力环境监控系统中的传感器设备，对机房环境中的温湿度、漏水、烟雾、明火、电压等进行监控，以保证机房设备工作环境中的相关参数值保持在设备正常工作范围内。
3.2 智能设备监控
现代的动力环境监控系统中，某些设备本身也采用了智能化的管理监控。如UPS机组的输入输出电压、旁路电流电压等参数监测具体根据UPS本身的通信协议而定[6]。机房动力环境监控系统中的精密空调监控、智能配电机柜监控、发电机组、直流屏、STS切换柜等也是利用这些设备本身的通信协议开发出相应的监控功能对这些设备进行监控。
3.3 软件功能
机房动力环境监控系统根据与硬件环境的关系以及工作原理，可以将系统分为以下软件模块：通讯管理、设备管理、数据管理、控制管理、安全管理、配置管理、报警管理、报表管理、远程管理、运维管理、专家诊断库、双机备份管理。
通讯管理模块由多功能控制器组成，完成网络与监控主机进行通信，它是监控模块与监控主机的通信桥梁。一个多功能数据控制器提供多路RS232或RS485/RS422接口，其中一个RS485接口可以连接多个监控模块[7]；数据管理模块包括实时数据管理、历史数据管理、数据备份、历史数据库维护等；配置管理主要包括系统参数配置、监控对象参数配置、远程管理和系统数据库配置以及备份恢复；报表管理是系统将产生的历史数据、操作记录、事件日志生成各种报表进行管理。根据生成的报表，可以查看报警发生的时间、等级、名称、编号，以及发生报警时的变量值及原因分析和处理方法等信息。
4 动力环境监控系统应用现状与国内外研究动态
4.1 国内外研究动态
随着信息化的发展越来越受到重视，机房环境监控系统已成为近几年国内外研究的热门课题。1997年1月，首届基于Internet的机房环境监控诊断工作会议由斯坦福大学和麻省理工学院联合主办，来自30个公司和研究机构的50多位代表到会。会议主要讨论了有关机房环境监控系统开放式体系、诊断信息规程、传输协议及对用户的合法限制等议题，并对未来的技术发展作出了展望。由斯坦福大学和麻省理工学院合作开发基于Internet的下一代机房环境监控诊断示范系统，这项工作同时得到了Sun、HP、Boeing、Inter、Ford等12家大公司的通力配合，之后这些公司共同推出了一个实验性的系统Testbed。Testbed采用嵌入式Web组网、实时Java和Bayesian Net，初步形成在Internet范围内的信息监控和诊断推理。另外，许多国际组织MIMOSA（Machine Information Management Open System Alliance）、SMFPT（Society for Machinery Failure Prevention Technology）、COMADEM（Condition Monition an Engineering Management）等，也纷纷通过网络进行设备监控、故障诊断咨询及技术推广工作，并制定了一些信息交换格式与标准[8]。
4.2 我国机房动力环境监控系统研究及应用现状
国内对机房环境监控技术也开展了积极研究。如西安交通大学研制的计算机状态监测及故障诊断系统RMMD、华中科技大学开发的机房温湿度监测和诊断系统KBGMD、哈尔滨工业大学的微机化机组状态监视与故障诊断专家系统MMMDES等[5]。同时国内外许多通信行业的厂商相继推出了各种监控系统，如中兴公司的ZXM10动力设备及环境集中监控系统、中达公司的PECS动力环境监控系统，监控接入技术逐步从初期的干接点方式[9]发展到目前的模拟量监控与视频监控，实现了数据采集、协议解析、告警触发处理、监控界面显示等多项功能。
经过近10年的发展，动力环境集中监控系统的建设已具有一定规模，以中国移动为例，中心机房监控率为93.44%，VIP基站监控率为95.84%，普通基站监控率为76.95%[10]。在其它领域和行业，动力环境监控系统的基本应用已全部实施，很多单位的动力环境监控系统处于中级应用水平，高级应用正在逐步探索与完善当中。
4.3 文献调查情况
在过去10年内，不同领域的学者也在积极开展动力环境监控研究。以发表论文为例，近10年，我国有关动力环境监控的论文数量逐年上升，涉及领域也在不断扩大，说明动力环境监控已成为学者研究的一个重要内容，并且在越来越多的行业得到应用。2006年至今，以“动力环境监控”为主题的论文在百万论文中所占比例情况如图2所示。
在文献检索过程中，论文中的关键词、被引用的频率也有所变化，图3是2006年至今，以“动力环境监控”为关键词的论文中的热词统计情况。
由这些热词的内容和被引用次数可以看出，目前我国有关“动力环境监控”的研究已涉及监控系统构成、监控对象、应用领域、通信协议、数据管理等内容，说明我国目前对 “动力环境监控”的研究正趋于完善和成熟。
2010年至今，被万方数据库收录的有关“动力环境监控”的论文有237篇，其中期刊论文170篇，占总数的72%；学位论文54篇，占总数的23%；会议文件13篇，占总数的5%。具体情况如图4所示。
由图4可以看出，近5年有关“动力环境监控”的论文数量基本持平，说明国内对“动力环境监控”的研究仍然是通信领域的热门话题，但是学位论文数量逐渐减少，其原因主要是2010年之后，国内高校的动力环境监控系统逐渐建成并处于应用阶段。随着计算机和通信技术的飞速发展，越来越多的智能化设备会进入机房，这要求我们在现有基础上不断完善和拓展，及早实现动力环境监控系统的高级应用。
5 结语
我国动力环境监控系统已日趋成熟，并在很多行业得到应用，其能很好地实现网络设备的集中管理，对提高所处应用行业的工作效率有显著成效。现阶段我国主要采用分布式监控结构设计，该设计具有可靠性高、灵活性好、扩展性强等特点。
在技术方面，各种远程接入、智能设备接入等问题已得到很好的解决；在其它方面，如遥控遥测、故障告警、数据存储、数据报表等功能也在日常工作中发挥了其独有的作用。但是随着网络技术的不断成熟和发展，如下一代互联网的大规模使用，更多的网络设备会要求动力环境监控系统对其运行状态进行实时监控，这必然会对现有的动力环境监控技术提出更高要求。为满足日趋强烈的互联网需求，动力环境监控技术应向更加智能化、规范化的方向发展，如完善专家系统，实现动力环境监控的大众化应用；建立设备状态数据库，实现对监控设备的质量考核，以更好地进行维护；建立更完善的数据分析系统，实现对设备故障和生命周期的预测功能等。对于这些高智能化功能的探索，对动力环境监控技术的发展具有深远意义。
参考文献：
[1] 董裕艺.基于GPRS的移动通信基站集中监控单元的设计[D].长沙：湖南大学，2007.
[2] 陈胜旗.面向通信局站集中监控系统的Web设计[D].上海：复旦大学，2007.
[4] 李浩.浅论动力环境集中监控系统的发展与演进[C].2011通信电源学术研讨会，2011.
[5] 白爽.机房环境监控系统数据采集与接入方式的研究与实现[D].北京：北京邮电大学，2011.
[6] 黄综联.小谈现代机房动力、环境监控技术[J].科技资讯，2010（33）：62-63.
[7] 唐立新，刘新锋，徐新艳.机房动力环境监控系统应用研究[J].信息技术与信息，2009（3）：81-82.
[8] NICHOLSH M C，BERNARD C B.Remote instrument diagnosis on the internet [J].IEEE Intelligent System，1998（5）：70-76.
[9] 贾继伟，蔡仁治.通信电源的科学管理与集中监控[M].北京：人民邮电出版社，2004：108-114.
[10] IT行业的动力环境集中监控系统的应用和发展[EB/OL].http：//www.itjifang.com/611.html.
（责任编辑：黄 健）
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