基于物联网的机房环境智能监测系统设计.pdf

Telecom Power Technology 34 Oct.10,2023,Vol.40 No.19 2023 年 10 月 10 日第 40 卷第 19 期设计应用技术DOI：10.19399/ki.tpt.2023.19.012基于物联网的机房环境智能监测系统设计李 庆（中博信息技术研究院有限公司，江苏 南京 210012）摘要：监测机房环境时，实际环境状态数据规模会影响具体的监测效果，因此文章提出基于物联网的机房环境智能监测系统设计。从最大限度满足机房环境智能监测系统在不同应用环境下的需求角度出发，选择基于 Arm Cortex-M0+的低成本 32 位微控制单元（Micro Controller Unit，MCU）的 LPC860 控制器作为系统的硬件装置。系统数据传输机制设计阶段，借助物联网技术确定满足实际环境状态数据规模的传输路径。异常状态报警机制设计阶段，根据 LPC860 控制器中心接收到的数据与机房环境状态参数允许区间范围之间的关系进行报警反馈。在测试结果中，系统可以实现对环境湿度状态的有效监测。关键词：物联网；机房环境；智能监测；控制器；数据传输机制；异常状态报警机制Design of Intelligent Monitoring System Based on Internet of Things LI Qing(Zhongbo Information Technology Research Institute Co.,Ltd.,Nanjing 210012,China)Abstract:When monitoring the computer room environment,the actual environmental state data scale will affect the specific monitoring effect,so the article proposes the design of intelligent monitoring system for the computer room environment based on the Internet of Things.From the perspective of maximally satisfying the needs of the computer room environment intelligent monitoring system in different application environments,the LPC860 controller based on Arm Cortex-M0+low-cost 32 bit Micro Controller Unit(MCU)is selected as the hardware device of the system.In the design stage of the system data transmission mechanism,the transmission path that meets the actual environmental status data scale is determined with the help of Internet of Things technology.In the design phase of the abnormal state alarm mechanism,the alarm feedback is carried out according to the relationship between the data received at the center of the LPC860 controller and the range of the permissible intervals of the environmental state parameters of the machine room.In the test results,the system can realize the effective monitoring of the environmental humidity state.Keywords:Internet of Things;machine room environment;intelligent monitoring;controller;data transmission mechanism;abnormal state alarm mechanism0 引 言在近些年来环境监测技术不断发展的背景下，以数据中心机房环境监测系统为基础的相关研究也开始受到了越来越多的关注1-2。从总体角度对数据中心机房环境监测系统的发展情况进行分析。传统环境监测技术是通过人工监测的方式监测机房环境，设置专人值班的模式，定期检测机房的环境信息。受数据中心规模越来越庞大化的发展趋势影响，在机房内部的需要进行监测的电子设备也逐渐增多3。此时，单纯依靠人力巡检已经无法满足机房环境的管理需求，由此开启了以单片机和传感器为基础的数据中心机房环境监测系统研究。该阶段，系统可以自动进行机房整体环境的温度、湿度等参数的检测，并且当检测到的温湿度存在异常时，可以作出相应的报警反馈，克服了人工巡检在实时性方面存在的不足4-5。在此基础上，嵌入式实时操作系统在数据中心机房环境监测中开始受到广泛应用，不仅进一步提高监测系统实时性，也进一步提升数据中心机房环境异常的预警能力6。但是，在实际的应用阶段，监测系统的反馈延时仍然是有待进一步优化的问题。文章提出基于物联网的机房环境智能监测系统设计研究，并通过对比测试的方式，直观分析验证了设计方法的应用效果。1 硬件设计对于机房环境而言，需要监测的状态数据具有种类多，更新快的特点，为了保障设计监测系统的性能能够满足实际的应用需求，文章从控制器的角度开展了设计。其中，具体的芯片为一款基于Arm Cortex-M0+的低成本 32 位微控制单元（Micro Controller Unit，MCU），专为工业和物联网应用设计LPC860 控制器。在实际运行阶段，LPC860 控制器工作频率高达 60 MHz，同时提供了 64 kB Flash 存储器和 8 kB SRAM。此外，LPC860 配备功耗优化的内核，采用流行的小规格封装，单独的电源轨可支持电平移动。在结构设置上，LPC860 的配套外设如表 1 所示。在配置方面，LPC860 得到了 MCUXpresso 生态收稿日期：2023-09-01作者简介：李 庆（1983），男，陕西西乡人，本科，工程师，主要从事信息化方面的研究。2023 年 10 月 10 日第 40 卷第 19 期 35 Telecom Power TechnologyOct.10,2023,Vol.40 No.19 李 庆：基于物联网的机房环境 智能监测系统设计系统的支持，其中包括软件开发工具包（Software Development Kit，SDK）、集成开发环境（Integrated Development Environment，IDE）选项以及安全配置和配置工具，有助于加快开发速度。基于此，统计LPC860 功能及对应配置情况，具体如表 2 所示。表 1 LPC860 结构配置变化配置数量/个1CRC 引擎12I2C 总线接口13I3C 总线接口14USART15SPI 接口26多速率定时器17自唤醒定时器18FlexTimer（具有硬件死区时间插入和正交解码）2912 位 ADC110模拟比较器111I/O 端口（开关矩阵可配置）112通用 I/O 引脚2013输入模式匹配引擎1表 2 LPC860 功能及对应配置情况统计功能配置在将 FRO 用作时钟源的低电流模式下具备卓越的功率效率自由运行振荡器（FRO）4 种电源模式面向简单运行时功耗优化的电源配置 APIFAIM 用于在启动时配置部件引脚配置包括方向和上拉或下拉面向低功耗启动的时钟和 PMU从基础到高级的全范围定时功能FlexTimer；多速率定时器；自唤醒定时器；窗口化看门狗定时器Accurate 1.9-Msps ADC:12 ch,12 bit非常适合过采样，用于改进转换精度；灵活的触发器，用于优化功耗使用更多串行连接1 个 I3C（支持 10 MHz），与 I2C 兼容1 个 I2C；2 SPI，3 UART；54 GPIO，带有开关矩阵，支持输入模式匹配引擎借助表 2 所示的功能及配置，最大限度满足机房环境智能监测系统在不同应用环境下的需求，实现对待监测指标参数状态的综合分析。2 软件设计2.1 基于物联网的数据传输机制设计在监测机房环境状态时，时效性是影响监测效果和监测系统性能的关键因素。因此，文章设计系统的数据传输机制的过程中，引入了物联网技术。首先，对采集的机房环境数据信息，将其与数据包的形式发送至 LPC860 控制器总线接口对应的传输信道。在该阶段，信道的实际传输任务执行情况对具体的传输效率产生直接影响。当信道实际执行的传输任务处于较高的负载状态，甚至是存在等待队列时，数据传输的时间开销势必会增加，导致监测结果存在不同程度的延时。针对该问题，文章利用物联网技术选择具体的传输路径，具体的选择方式可以表示为 ()()()()minmaxminmax*,s xf xlp xk=t（1）式中：f(x)表示x机房环境状态数据信息的传输路径；k表示对机房环境状态数据信息的压缩系数；s(x)表示原始机房环境状态数据信息的大小；()()()()minmaxminmax*,s xf xlp xtks xkxxxxxxx=不报警,报警报警表示机房环境状态数据信息实际传输的大小；l 表示传输信道的总距离长度，其主要是指端口到 LPC860 控制器中心的距离；p(x)表示传输机房环境状态数据信息阶段对于信道的占用率；t 表示信道的单位传输时间。按照式（1）方式，结合具体机房环境状态数据信息大小以及不同传输信道的实际状态，选择具体传输路径，最大限度降低传输阶段的时间开销，保障监测的时效性。2.2 机房环境异常状态报警机制设计反馈机房环境状态时，文章主要实现依据是LPC860 控制器中心接收到的数据与环境允许状态数据波动范围之间的关系。具体可以表示为 minmaxminmax,xxxxxxx不报警,报警报警（2）式中：xmin表示机房环境状态参数的允许范围下限；xmax表示机房环境状态参数的允许范围上限。按照式（2）所示的方式，如果 LPC860 控制器中心接收到的数据在机房环境状态参数允许区间范围内时，则默认环境处于正常状态，不进行报警处理；如果 LPC860 控制器中心接收到的数据大于机房环境状态参数允许范围上限，或小于机房环境状态参数允许范围下限时，则表示环境处于异常状态，进行报警处理。其中，具体的机房环境状态参数允许区间范围以实际的管理标准要求为基础进行设置。3 测试与分析3.1 测试环境在分析测试文章设计基于物联网的机房环境智能监测系统运行性能时，选择对比测试方法。其中，文章设计系统为实验组，对照组分别为文献 5 和文献 6 提出的环境监测系统。文章以某学校的机房为具体的测试环境。其中，允许温度范围为 12.0 26.0，允许相对湿度范围为 35.0%48.0%。在具体的测试过程中，分别采用 2023 年 10 月 10 日第 40 卷第 19 期Oct.10,2023,Vol.40 No.19Telecom Power Technology 36 3 个系统对测试环境开展为期 3 d 的监测，通过分析不同方法监测结果与实际环境状态数据之间的关系，对文章设计系统的性能作出客观评价。在对测试结果进行统计的过程中，将监测系统反馈结果中超出允许参数范围的报警数据与实际情况进行比较，确定其可靠性；将监测系统反馈结果中允许参数范围的数据与实际异常情况进行比较，确定其全面性。3.2 测试结果与分析文章分别统计3个监测系统对于测试机房环境温度异常情况和湿度异常情况的监测效果。其中，不同监测系统对于测试环境温度的监测结果如图 1 所示。024681012文献5系统文献6系统文章设计系统异常值误检次数异常值漏检次数测试系统文献5系统文献6系统文章设计系统异常值误检次数异常值漏检次数次数/次测试系统0123456789次数/次图 1 不同系统温度监测结果由图1所示的测试结果可知，在3种不同系统下，对于温度异常状态的漏检次数和误检次数表现出了较为明显的差异。其中，文献 5 系统的漏检次数和误检次数最高，分别达到了 4 次和 6 次，文献 6 设计系统的测试结果与文献 5 系统相比有一定提升，但是漏检次数和误检次数也分别达到了 3 次和 4 次。相比之下，在文章设计方法的测试结果中，对于测试机房环境温度异常值的漏检次数和误检次数均仅为 1 次，具有较高的可靠性。不同测试系统对于测试环境湿度的监测结果如图 2 所示。由图 2 可知，在文献 5 系统中，对于湿度异常值的漏检次数相对较多，达到了5次，但是对于异常值的误检测次数处于较低水平，仅为 2 次。在文献 6 系统的测试结果中，漏检次数和误检次数均为 4 次，处于较高水平。相比之下，在文章设计系统的测试结果中，并未出现异常湿度值漏检的情况，对应的误检次数也仅为1次。由此可知，文章设计的基于物联网的机房环境智能监测系统可以实现对环境湿度状态的有效检测。文献5系统文献6系统文章设计系统异常值误检次数异常值漏检次数次数/次0123456789图 2 不同系统湿度监测结果对比4 结 论文章提出基于物联网的机房环境智能监测系统设计研究，在硬件方面重点对控制器进行设计，在软件设计方面主要对监测机制和反馈机制进行设计，切实实现对机房环境异常状态的有效监测，大大降低了环境状态参数异常值的漏检和误检次数。以期文章的设计与研究，能够为实际的机房环境管理和安全保障提供有价值的参考。参考文献：1 李胜浓.不同类型辐射剂量仪应用于 DR 机房环境辐射监测的适用性分析 J.中国新技术新产品，2022（14）：13-17.2 李 苗，史怀利，吴建辉.基于物联网技术的机房动力环境监测系统的研究与应用 J.技术与市场，2022，29（4）：119-120.3 吕双辉.基于物联网云平台的中波发射台机房环境监测系统 J.数字通信世界，2022（1）：104-107.4 李 黎，靳 帅.电力监控机房安全监测系统在枕头坝水电站的建设与应用 J.现代工业经济和信息化，2021，11（11）：269-270.5 李清峰，向辉云，袁海容，等.某 TOMO 机房的防护设计与监测评价 J.大众科技，2021，23（7）：14-17.6 陈大华，韦泽贤，黎 恒，等.高速公路隧道机房环境智能监测系统设计 J.公路，2021，66（7）：287-291.