展览计算机集群管理系统的设计与实现：以北京天文馆为例_张枫乐.pdf

科技与创新Science and Technology&Innovation1322023 年 第 13 期文章编号：2095-6835（2023）13-0132-03展览计算机集群管理系统的设计与实现：以北京天文馆为例张枫乐（北京天文馆，北京 100044）摘要：展览计算机集群管理系统是博物馆、科技馆实现信息化建设关键的一环，不但对推进场馆信息化建设起着至关重要的作用，还对未来展览运用新技术、形成新业态起到关键的作用。以北京天文馆为例，分析了博物馆、科技馆在展览计算机管理方面存在的主要问题，介绍了北京天文馆展览计算机集群管理系统的设计理念与实现方式，探讨了未来科技馆展览中计算机运用的设计策略。关键词：北京天文馆；展览设计；计算机应用；信息化中图分类号：TP311；P1-28文献标志码：ADOI：10.15913/ki.kjycx.2023.13.039北京天文馆展览计算机管理一直停留在展览设计时期，展览设计中在成本与展览外观双重因素的制约下，展览计算机无法集中放置在一个机房当中进行管理，而是分布在展厅各个位置，且部分展览没有足够的空间进行维护。为了场馆的正常开放要求，需对计算机主板进行上电自动启动设置，对游戏软件设置开机自动启动并全屏最大化使用。当计算机出现问题时，维护人员无法第一时间修复问题，必须走到展览旁边，于检修口使用外接鼠标键盘进行问题修复，维护管理效率低。如今处于信息化高速发展的时代，传统展览计算机“用而不管”的模式已经与当今社会格格不入。与此同时，“十四五”时期，随着大数据、人工智能、区块链等基于计算机的新技术不断成熟，并不断应用于展览当中，计算机就更加需要一个集中的、智能的系统来统筹管理。基于此，设计现代化展览计算机集群管理系统对推动展览计算机的管理具有至关重要的作用，进而实现计算机自动化与智能化。结合笔者多年的经验，从天文馆在展览计算机管理方面存在的主要问题、系统的设计与实现、系统的作用这几个方面入手，详细阐述天文馆展览计算机集群管理系统的具体实现。1主要问题1.1维护效率低天文馆分为 A 馆、B 馆 2 个场馆，包含太阳家族、星座显形、月球陨石厅等十二大主题展区，还有每年进行换新的临时展览。展览不同于一般图书馆、网吧、酒店，拥有相对固定的位置与足够的空间。展览需满足设计主题、尺寸要求，需具有独特的外观，还要能够满足各种人群自由、安全地参观，并且展览还会定期更换。这些就限制了计算机在展览空间中的运用。如果将不同位置的展览计算机全部放在一个或几个机房，这样不但成本过高，更换展览后还会造成资源浪费。天文馆展览是将计算机放置在展览中，需使用钥匙或螺丝刀打开检修口才可看见计算机。这样虽然能够满足尺寸与开放要求，但也造成了维护空间狭小、计算机发热严重、开关机困难、调试困难等问题。1.2使用频率高由于场馆开放，1 周有 7 天时间均需要开放，而展览开放又需满足开关电的便捷性与安全性。天文馆对此在闭馆时使用了电闸一键断电方式，这种“强行断电”的方式虽然方便，但是使用次数多了对于计算系统的危害极大，不仅会在关机时导致软件报错、文件丢失、硬盘受损等，还会在开机时影响主板使用，出现启动修复等随机事件，维护成本高。并且，由于夜场开放、节假日开放等开放时间调整原因，需能灵活调整全部计算机的开关机时间，这样更需要一种可以远程集群管理的系统进行设置。1.3管理效率低经统计，因计算机出现问题导致展览无法正常运行的比例达到了 61.3%，问题包括：因散热差造成的计算机卡顿、死机现象，因断电造成的系统启动修复、重新激活现象，因系统服务老旧导致的游戏软件崩溃，硬件达到使用寿命上限。当计算机出现问题时，无法第一时间发现，只有在展览旁边使用才可发现，这样的效率极低，不利于问题的解决，影响观众的观展体验。因此，对计算机进行远程集群监控十分必要。基于以上北京天文馆展览计算机管理存在的这些问题，若想提升维护效率、提升管理效率、提升开放效率，让场馆开放人员、维护管理人员、观众实现三赢，这就需要建立一个可以对计算机远程集群管理的Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 13 期133系统，下面就该系统进行简要介绍。2新系统概述本系统是基于 Windows 环境、C/S 架构、VisualStudio 平台以及 TCP/IP 的网络通信。主要通过综合布线与软件设计实现，软件又分为控制端和被控制端两类。2.1 综合布线对于展览计算机的运行管理，要以拓扑学视角出发1。将各个展览计算机、服务器、一体机设置为点，将网线介质设为线，通过点与线为主要单位构成几何图形，几何图形的选择影响了整个系统的稳定性与可靠性。本系统选择了星形图形结构，这种结构构建方便，与此同时还兼顾了稳定性与拓展性，是一种常见的拓扑结构，如图 1 所示。图 1系统网路拓扑图展览计算机在场馆开放过程中，面临着人流量大、使用频率高的风险，因此需要选择运行速度较快、容量较大，并且稳定的有线介质进行连接。本系统选择了具有双屏蔽性质的六类纯铜双绞线进行连接，其抗干扰性良好，操作更加稳定。2.2控制端功能控制端主要功能为控制符合远程开机条件展览的远程开机、所有联网展览的远程关机、监控所有联网展览主机的桌面、远程一键控制联网展览主机等，如图 2 所示。图 2控制端模块设计图2.2.1远程监控模块本系统支持网络搜索工具，输入起始和结束 IP 地址，然后单击“开始搜索”。该软件将尝试查找主机，并在可能的情况下确定它们的 MAC 地址。完成对网络的搜索后，选中相应主机前的复选框，然后单击“确定”将它们添加到管理数据库中。本系统支持显示主机运行状态，包括在线、离线、未知 3 种。在线表示该主机为开机且网络在线状态，离线表示该主机为关机且网线连通状态，未知表示该主机出现故障。通过该功能模块可以实现对展览计算机的实时监控，如图 3所示。图 3远程监控模块工作流程图2.2.2集群管理模块本系统的设计与实现是基于 Windows 操作系统2，通过简单直观的图形用户接口，提供给管理人员一个友好的用户界面，可以进行登录、信息认证等操作，保证了系统的安全性。如果展览计算机发生功能或数量的变化，管理人员可以从控制端用户界面方便地进行修改操作，使系统能够保证展览状态的动态更新。管理人员还可以通过该模块对展览进行分区操作，使得展览得到更加高效的管理，如图 4 所示。图 4集群管理模块设计图2.2.3唤醒与睡眠模块本系统中软件会自动检测主机状态，反馈是在线还是离线。当唤醒计算机时，需要留出足够的时间让A 馆西展厅展项交换机 6（机房 8）信息中心服务器（A 馆环廊）交换机 5（机房 7）信息中心服务器 1（B 馆七层）B 馆东展厅展项交换机 1（机房 2）B 馆 1 层西侧展项B 馆地下 1 层东侧展项交换机4（机房5）交换机3（机房4）交换机2（机房3）B 馆 1 层东侧展项中控计算机（机房1）B 馆地下 1 层西侧展项扫描设备扫描网络设备发送检测数据包被控制端判断返回数据设备异常数据添加显示列表不添加设备停止添加选择设备并写入数据表选择添加设备否是否是科技与创新Science and Technology&Innovation1342023 年 第 13 期它启动，由于被控端主机性能和距离影响，这个时间在数秒至 5 min 之间。然后能看到主机在线并在 WOL（Wake-on-LAN，网络唤醒）中准备就绪。一次唤醒多个主机时，软件会按照顺序一台一台进行唤醒。要关闭主机，可使用右键单击得到实现。此时一个选项窗口会弹出。在关闭选项中，可以指定将显示给登录用户的消息，可以指定关闭前的时间延迟，可以根据系统时间关闭主机。如果有任何应用程序打开，可以强制它们关闭。管理人员还可以同时选择多台主机关闭。2.2.4报表生成模块该模块可对展览计算机管理系统运行情况给予监视反馈，其不仅包括展览状态统计，还包括用户登录信息。展览状态统计可根据展厅位置展开筛选查询，对查询结果进行汇总生成维护报表；用户登录信息管理可查询历史用户登录人姓名及登录时间，提高系统使用安全性3。2.3被控制端功能被控制端需安装到展览主机，以提供辅助远程控制功能。实现远程开机需满足以下要求：所有展览计算机都处在同一局域网下并保证状态为连通状态且主机是通过有线网络进行网络连接，需要注意的是有线网络更加稳定且功能更加完善，而无线方式连接受场馆因素影响波动较大，且不支持远程开机功能4。被控制端主机主要需要主板、网卡、电源 3 个设备支持。首先需要查看主板和网卡使用说明书，查看主板和网卡是否支持 WOL 技术，如果支持就说明能够实现远程开机。另外，电脑必须安装有符合 ATX 2.03标准的ATX电源，+5 V Standby电流至少应在720 mA。实现远程关机、远程监视和远程控制等功能，仅需保证所有计算机设备保持网络连接状态即可。由于开放场馆特殊要求，本系统只可在局域网内使用，不得连接外部网络。3新系统作用3.1降低维护成本成本是展览设计中计算机集群管理的最大制约因素，如果可以使用独立的机房空间，将展览的计算机集中放置在一起，对于管理、维护固然很方便，但这就必然要求各个展览必须位置集中，否则展览的质量和效果都会大打折扣，成本还会十分高昂。展览计算机集群管理系统的实现大大降低了展览设计中的成本问题，使用布线与软件部署的方式，大大地提高了展览设计中计算机的应用空间5。与此同时，使用本系统可以降低计算机的故障次数，间接地降低维护成本，尤其是那些由于一键断电而造成的计算机启动修复问题。系统自 2021 年 4 月完成部署调试后，通过记录 2021 年 5 月至 12 月展览计算机数据，分析了故障出现的频率与原因，同时对比了 2020 年 5 月至 12 月相同时间段的展项数据，可以清晰地发现无论是参观淡季或者旺季，计算机出现问题的次数均明显降低，同时在 2021 年 9 月，展览计算机还出现了未发生故障的情况，如图 5 所示。图 5展览计算机故障次数对比3.2提升维护效率与此同时，将计算机集群在一起，通过一种半自动化的方式进行管理，大大提高了管理效率与维护效率，降低了因为直接断电而造成的计算机问题。当展览计算机因为热量过高或操作频繁而造成卡顿时，管理人员还能及时采用远程重启的方式，将计算机恢复正常。3.3提升观展体验最后，及时地监控与反馈能够让管理人员及时了解哪一位置的哪一展览出现了问题，并根据展览状态及时采取高效的解决方案，使得展览恢复正常，对于观众的观展体验有着极大的提升作用。（下转第 137 页）Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 13 期137的可能，进而可能导致距离保护不正确动作，因此建议新能源侧距离保护可有选择性退出。能源并网线路建议沿用光纤差动保护为主保护，但当新能源接入达到一定规模时，需要考虑差动保护灵敏度下降的风险。随着中国新型电力系统的建设，新能源占比会越来越高，电力系统双高特性凸显，基于传统工频量保护将会受到全面挑战，需要提前开展适应新型电力系统的继电保护技术方案研究。参考文献：1宋国兵，陶然，李斌，等.含大规模电力电子设备的电力系统故障分析与保护综述J.电力系统自动化，2017，41（12）：2-12.2陈国平，王德林，裘愉涛，等.继电保护面临的挑战与展望J.电力系统自动化，2017，41（16）：1-11，26.3李兴磊，文成.大规模风电接入对继电保护的影响与对策J.光源与照明，2021（5）：139-140.4赵炜.新能源并网对电网的影响及对策J.河北电力技术，2018，37（5）：25-27.5郦菊英.大规模风电接入对继电保护的影响与对策J.科技与创新，2016（21）：96.6黄振伟.福州地区风电场继电保护异常动作实例分析及防范措施J.科技与创新，2017（21）：130-131.7贾科，杨哲，魏超，等.基于斯皮尔曼等级相关系数的新能源送出线路纵联保护J.电力系统自动化，2020，44（15）：103-111.8申洪明，肖智宏，刘颖，等.电力电子化背景下交流电网保护配置方案J.电力建设，2020，41（7）：75-81.9刘素梅，毕天姝，王晓阳，等.具有不对称故障穿越能力逆变型新能源电源故障电流特性J.电力系统自动化，2016，40（3）：66-73.10李菁.风电场短路电流计算模型及其谐波特性对继电保护的影响研究D.北京：华北电力大学，2019.11贾科，杨彬，刘浅，等.基于逆变型电源暂态电流回代的系统级故障暂态解析J.电力系统自动化，2022，46（3）：113-120.12郑黎明，贾科，毕天姝，等.基于结构相似度与平方误差的新能源场站送出线路纵联保护综合判据J.电网技术，2020，44（5）：1788-1797.13贾科，杨哲，朱正轩，等.基于电流幅值比的逆变型新能源场站送出线路 T 接纵联保护J.电力自动化设备，2019，39（12）：82-88.作者简介：张阔（1986），男，硕士研究生，高级工程师，研究方向为电力系统保护与控制。李健飞（1996），男，本科，工程师，研究方向为电力系统保护与控制。薛涛（1997），男，本科，工程师，研究方向为电力系统保护与控制。（编辑：丁琳）（上接第 134 页）4结束语北京天文馆展览计算机集群管理系统的设计与实现在一定程度上改善了目前展览计算机的管理状态，提高了维护效率，提升了开放效率，降低了维护成本，对天文馆的信息化建设进程起到了推动作用。在未来的发展中，新技术还会不断与展览相结合，计算机的管理必将十分重要，本系统也为未来的展览设计工作提出了新思路。参考文献：1郭芳.设计与实现高校计算机机房管理系统J.才智，2017（26）：216-217.2郑志凌，郭李平，范明昊.Web 集群管理系统的设计与实现J.电子技术与软件工程，2016（5）：58-59.3赵蓓.图书馆计算机管理系统的总控设计与实现研究J.电子设计工程，2018，26（13）：71-74.4肖雯静.计算机远程控制系统的研究J.数字技术与应用，2018，36（11）：5-6.5李爽.刍议科技馆展品展项中计算机的管理和维护J.科技创新导报，2017，14（17）：193-194.作者简介：张枫乐（1995），男，北京人，本科，助理工程师，研究方向为展览运维设计。（编辑：张超）