基于4G网络机房管理智能化研究与应用

　　在基于4G移动网络技术的情况下，利用4G的高带宽优势传输高质量视频图像，对整个辖区所管理的机房进行高度的管理。集合了网络设备状态监控、服务器状态监控、空调状态监控、机房环境监控、消防设施监控、电源及UPS监控、机房视觉监控等等。并且利用3G和4G技术和Agent系统，在移动终端，比如手机、平板电脑上进行推送、报警、参数状态确认、实时图像监控等，并且通过互联设备以及相关技术对机房设备的状态进行更改，进行远程维护。
　　烟草企业拥有多个机房并且维护任务较重，集中化管理可以大大减少信息技术人员管理的强度，帮助提高工作效率、缩短故障响应时间并节约人力成本。并且在4G的高速网络支持下，可以将机房的各种数据高度集中，形成一个全面的，包含视频监控的完整推送与管理，并且可以在多种移动设备上运行。在4G网络支持下流畅清晰的机房现场影像有助于确认现场实际情况，尤其在有突发安全事故的时候，管理人员不能及时到场的情况下，远程操作机房设备与消防设施。
　　目前，机房监控管理的发展趋势： 1） 智能化； 2） 结构化； 3） 绿色化； 4） 网络化。
　　1 机房环境监控系统架构设计
　　机房环境监控系统的功能其中主要是对动力、环境等有关的硬件设施实施集中监控，总体划分为三层：控制中心、实时监控、监控终端，为了加强监控系统的警报功能，实际可根据需要安装电脑报警显示、多媒体报警语音、手机报警短信等功能。
　　系统架构如图1所示。
　　控制中心：实现系统对多个机房的集中监控，对机房内各种动力与环境设备的各种状态信息、报警信息进行接收，同时把管理人员的管理命令发送到各个机房，用户只需登录系统就能完成对多个机房的管理。还可以增加电脑报警显示、多媒体报警语音、手机报警短信等功能。
　　实时监控： 现场监控由数据采集器、温湿度传感器、智能模块、协议转换器、信号处理器、多设备驱动集成卡等各种检测器组成。总体上负责机房环境与设备的数据采集、分析、处理、报警及显示。同时将处理后的数据输到控制中心。
　　监控终端： 通过监控终端（电脑或者手机），管理人员可以查看监控画面，实现对机房设施环境的集中监控。
　　1.1 UPS监控
　　烟草机房目前使用艾默生UPS，监控主机通过RS485和UPS进行连接，监控系统实现实时地监视UPS整流器、逆变器、电池（电池健康检测，含电压电流等数值）、旁路、负载等各部分的运行状态与参数依靠的是标准的Modbus通讯协议。系统可以诊断UPS的运行状况，实时监控UPS的各种参数。如果UPS发生报警，将立即通过多种方式报警，然后通过后台系统实时传输数据到计算机、手机、平板电脑等多种设备。至于那些重要的参数，可作曲线记录，通过系统可以查询一年内相应参数的运行曲线，并且可以显示选定时间或相应时间的参数值，当天该参数的最大值，最小值，方便管理人员全面了解UPS的运行状况，及时地发现并解决UPS运行中出现的各种故障，如图2所示。
　　1.2 精密空调监控
　　合肥烟草公司目前使用的机房精密空调都是艾默生品牌产品，由于空调本身已有RS485通讯接口，就直接通过ModBus通信协议对机房精密空调的运行状态寄参数进行监控，实时传递运行状态和参数进行监控。后台数据库记录空调历史运行状态，一旦发生问题可以进行追溯。区别于目前流行的监控方式，我们设计的目标是：
　　可以监控运行状态的历史变化记录，未来可以实现远程控制空调，在授权许可的情况下，可以通过计算机、手机、平板电脑等通过内部局域网或4G通信网络实现远程控制。
　　由于采用RS485通信方式，一方面标准通信协议，可以将数据直接送到公司内部局域网上，另一方面使得采集数据更加全面。
　　物理接口：串行通信口采用RS485/RS232。 信息传输方式为异步方式，起始位1位，数据位8位，停止位1位，无校验。 数据传输速率为1200、2400、4800、9600和19200bits可以设置。
　　通信方式：在局站内的监控系统为分布式结构。局站监控单元（SU）与设备监控模块（SM）的通信为主从方式，监控单元为上位机，监控模块为下位机。SU呼叫SM并下发命令，SM收到命令后返回响应信息。SU 500ms内接收不到SM响应或接收响应信息错误，则认为本次通信过程失败。
　　通信的编码方式与接线规范与UPS基本相同，就不再做重复介绍。数据采集的结构如下图3所示：
　　额外设备：实现RS485转RJ45（即485转网口）主要一个硬件转换器和一个软件驱动。RS485串口服务器可以将现有的485设备连接到以太网络。适合已有的RS485串口设备的网络化改造。
　　串口服务器的主要是实现RS485接口转为TCP/IP接口，此外配合计算机端的虚拟串口驱动使用就可以再次将TCP/IP协议接口连接虚拟地转化为串口。虚拟的串口通过驱动可以在计算机内的驱动层虚拟出类似COM1、COM2等虚拟的串口号，同时远端的串口服务器和这些虚拟串口可以绑定。这样用户通过串口程序打开虚拟串口的时候就可以通远端的串口服务器通信，也就是和串口设备通信。
　　使用该方案解决RS485转以太网的硬件和软件系统之后，用户的485设备相当于实现网络化的扩展，原有的硬件和软件都不需要进行升级。
　　1.3 门禁系统
　系统组成示意图：
　　2 多平台整合
　　平台整合式本项目中最为复杂和关键部分，首先系统内部设备按照SNMP和ModBus通信协议规范要求传递数据，所有相关数据存储于系统后台数据库服务器中，然后基于B/S架构的用户系统调用数据展示和控制，无论是手机移动终端还是工作站计算机系统都遵循同样的开发规范。
　　项目体系结构：
　　系统中包含子系统数目众多，为了完成夸系统整合，我们采用SNMP和ModBus通讯协议进行数据规范和统一，对部分自身不提供ModBus网络管理的设备，通过转换模块将信号转换成ModBus规范要求的数据，集成到网络系统中来。
　　互连网工程工作组（IETF，Internet Engineering Task Force）为了管理以几何数级增长的因特网，采用了基于OSI的CMIP协议作为因特网的管理协议，并对它作了修改，修改后的协议被叫做CMOT（Common Management Over TCP/IP）。互连网工程工作组决定把已有的SGMP（Simple Gateway Monitoring Protocol）进一步修改后，作为临时的解决方案。这个在SGMP基础上开发的解决方案就是 著名的SNMP（简单网络管理协议，Simple Network Management Protocol）。它最大的特点是简单性，其他比如可伸缩性、扩展性、健壮性（Robust）也得到了广泛的认可。
　　现今的数据通信产品都支持SNMP。以前SNMP刚颁布时，它主要是为基于TCP/IP的internet设计的，现在已经被其它协议兼容，比如IPX/SPX，DECNET、APPLETALK等，成为网络管理方面事实上的标准。
　　随着WEB流行和技术的发展，特别是微软公司 web异步传输技术发展，现在可以考虑将网络管理和WEB结合起来。基于WEB 的网络管理系统的根本点就是允许通过WEB浏览器进行网络管理。
　　基于WEB 的网络管理系统的特点就是允许通过WEB浏览器进行网络管理。随着WEB流行和技术的发展，特别是异步传输技术发展，现在可以考虑将网络管理和WEB结合起来，也就是常用的browser/server结构。
　　还有就是基于WEB的网络管理模式（Web-Based Management，WBM）的实现是代理方式，即在一个内部的工作服务器上运行Web服务（代理）。这个工作服务器轮流与端点设备通信，浏览器用户与代理通信，代理端点设备之间通信。在这种方式下，网络管理软件作为操作系统上的一个应用。它正在浏览器与网络设备之间。在管理过程中，网络管理软件将收集到的信息传送到浏览器（Web服务器代理），并将传统的管理协议 （比如SNMP） 转换成 Web 协议 （比如HTTP）。
　　系统安装部署在内部网络中的一台Web 服务器上，那么系统可基本实现对网络中各个设备进行远程管理控制。管理员不论在内部网络或在外部网络，只要能登录这台Web服务器，就可以查看并管理内部网络中设备的运行状态，参数等。
　　如果要改变设备的参数，只要在Web管理系统中，利用系统向被管理的网络设备发送命令，就可以改变设备的运行参数，就可以有效地监控、处理系统和网络中的故障。
　　基于SNMP构建的browser/server 模式的监控管理系统，并没有改变远程监控的框架，只是利用了以Web服务器与管理协议作为客户端与服务端之间的网络信息交互的平台。
　　3 移动客户端
　　Android是基于Linux内核的操作系统，是Google公司在2007年11月5日公布的手机操作系统。它采用了软件堆层（software stack，又名软件叠层）的架构，主要分为三部分。底层Linux内核只提供基本功能，其他的应用软件则由各公司自行开发，部分程序以Java编写。
　　网络管理员不可能无时无刻都在单位值班，当管理员离开时候，机房监控变显得力不从心，虽然遇到紧急情况会发送报警短信，但更多详细的原因却无法查询，通过手机客户端可实现在外网的时候也可查看机房设备的实时信息，方便掌控更多的即时状况。
　　实现的功能：
　　1） 密码登录方式；
　　2） 系统首页：带有机房3D图片背景，点击后可以跳转到设备列表，设备列 表列出所有的设备类型、设备名称、通道名称、通道值、采集时间；
　　3） 常用关注：列出关注的具体通道名、通道值；
　　4） 实时告警：分为未确认告警和已确认告警；
　　5） 实时曲线：设备列表页面，列出所有的设备类型、设备名称、通道名 称、通道值、采集时间，点击某一行后显示出2个小时内的实时曲线数据统计。
　　手机客户端数据采集界面如图6所示。
　　4 基于4G技术的整合信息推送
　　4G（the 4 Generation mobile communication technology）即第四代移动通信技术，4G技术还支持更高的数据吞吐、节省维护成本、鉴权和安全能力更强，因此4G通信无疑就是一个信息的超级高速通道。
　　基于3G技术的数据传输，下行数据速度在1.4M b/s，对于包含大量设备状态数据的数据传输来说，特别是需要远程实时传输视频和桌面虚拟化的应用环境，3G技术相对比较缓慢，无法满足应用需求。
　　所以采供4G网络来承载这些数据，将大大提高效率。
　　另外机房智能化管理的服务方式大多采用网页浏览、SMS短信服务、桌面虚拟化、视频实时监控，3G时代由于网速的限制，其服务内容相对单一，而4G时代，高速度、高带宽使得用户可以根据自己的需求，选择管理功能，不用再受速度和带宽的限制。
　　综合成本更低。
　　4G网络的使用可以最大化的满足客户的需求，无论客户在办公室，还是在会议、出差中，都可以实时监控系统内所有机房的状态，结合SNMP支持的远程管控技术，再也不要出现故障的情况下立刻赶回机房操作，直接通过智能化系统就可以实现远程对设备的操控，一体化远程解决问题。这样不仅仅是降低了成本，同时故障解决的响应时间也大大缩短。
　　参考文献：
　　[1] 岑贤道.网络管理协议及应用开发[M].北京：清华大学出版社，1998.
　　[2] 周云鹏.《第四代移动通信技术》 -4G 概念[J].通信技术， 2010：7-9.