基于物联网的IDC机房综合监控系统的设计与实现

摘要

随着互联网产业高速发展，为其提供基础服务的IDC机房数量迅猛增加，机房监管问题、能耗问题及安全问题愈加突显。提升IDC机房综合监控水平将保障电信运营商相关服务的稳定拓展，为电信运营商及企业节约相关投入，是协调低碳经济与互联网热潮两者关系的有效手段。另一方面，高速发展的物联网概念及相关技术为IDC机房监控的智能化、系统化提供了新的思路与支持。
　　本课题分析了国内外IDC机房监控系统的现状与不足。目前国内机房监控领域以独立监控设备为主，设备间难以协同工作;国外相关公司提出的IDC机房一体化解决方案需在机房建设初期同步设计部署，且成本高昂。
　　在上述背景下，本课题依据IDC机房综合监控相关需求，结合国内外相关领域现状，应用物联网思想及相关技术，对IDC机房内待监测对象安装各类感知节点，通过传输层将监测信息上传到综合数据分析平台，从而有效监测IDC机房内环境、设备、电源等运行状态，并通过分析状态信息由反馈控制系统作出实时响应，调节机房环境、预警安全隐患或者及时告知机房管理人员相关信息，全面提高机房能效、安防及管理水平。
　　本文所述系统由IT设备监控系统、全寿命周期物管系统、环境监测系统、电源监测系统、安防预警系统，传输层数据汇聚系统、层间管理主机，应用层综合数据分析平台及服务层反馈控制系统组成。本文工作涉及除IT设备监控系统外的其余部分，包括系统总体框架及拓扑结构设计、系统通信协议设计、系统硬件设备结构设计以及各子系统软件设计与实现。软硬件设计实现过程中重点解决核心难点问题，包括设备低功耗问题、无线通信稳定性问题、通信协议设计合理性问题、设备数据量及实时性问题、多种传输方式实现问题以及平台能效分析优化策略问题等。
　　系统实现预期设计要求，一期实验性测试平台已部署于沈阳浪潮创新科技有限公司。系统实现了IDC机房设备信息、温湿度、局部“热点”温度、各路供电电源数据的实时上传，同时监测敏感区域漏水、烟感及人员活动状况，通过传输层网络将数据上传到综合数据分析平台，平台完成数据的解析、显示、分析及反馈调节工作。系统具备高性价比、易部署、系统化程度高等优点，尤其适合国内已投入使用的中小型IDC机房。系统将从各方面提高IDC机房管理效率及能效水平，为电信运营商及企业节约相关成本。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 课题背景

1．2 研究内容及意义

1．3 国内外研究现状

1．4 本文主要工作

1．5 本文组织结构

第2章 相关技术

2．1 短距离无线通信技术

2．2 RFID技术

2．3 智能传感器技术

2．4 低功耗设备

2．5 实时系统

2．6 嵌入式TCP／IP协议栈

2．7 GPRS技术

2．8 本章小结

第3章 系统总体分析设计

3．1 系统实现目标

3．2 功能性需求分析

3．2．1 感知层

3．2．2 传输层

3．2．3 应用层

3．2．4 服务层

3．3 非功能性需求分析

3．4 系统概述

3．5 功能描述及设计依据

3．5．1 全寿命周期物管系统

3．5．2 环境监测系统

3．5．3 电源监测系统

3．5．4 安防预警系统

3．5．5 数据汇聚系统

3．5．6 层间管理主机

3．5．7 综合数据分析平台

3．5．8 反馈控制系统

3．6 系统整体拓扑结构

3．7 本章小结

第4章 系统硬件设计

4．1 硬件结构设计

4．1．1 全寿命周期物管系统

4．1．2 环境监测系统

4．1．3 电源监测系统

4．1．4 安防预警系统

4．1．5 数据汇聚系统

4．1．6 层间管理主机

4．1．7 反馈控制系统

4．2 主要芯片选型

4．2．1 微控制器MCU选型

4．2．2 模块芯片选型

4．3 本章小结

第5章 系统通信协议设计

5．1 通信协议设计原则

5．2 图像数据包(I-package)

5．3 感知层其他数据包(P-package)

5．4 传输层数据汇聚系统数据包(C-package)

5．5 传输层上传数据包(U-package)

5．6 指令数据包(CMD-package)

5．7 本章小结

第6章 系统软件设计与实现

6．1 全寿命周期物管系统软件设计与实现

6．1．1 系统结构

6．1．2 运行机制

6．1．3 程序设计与实现

6．1．4 CC1101低功耗控制

6．2 环境监测系统软件设计与实现

6．2．1 系统结构

6．2．2 运行机制

6．2．3 程序设计与实现

6．2．4 传感器工作方式

6．3 电源监测系统设计与实现

6．3．1 系统结构

6．3．2 运行机制

6．3．3 程序设计与实现

6．3．4 支持第三方设备扩展的软硬件一体方案

6．4 安防预警系统设计与实现

6．4．1 系统结构

6．4．2 运行机制

6．4．3 程序设计与实现

6．5 数据汇聚系统设计与实现

6．5．1 系统结构

6．5．2 运行机制

6．5．3 程序设计与实现

6．6 层间管理主机设计与实现

6．6．1 GPRS通信设计与实现

6．6．2 以太网通信设计与实现

6．6．3 程序设计与实现

6．7 综合数据分析平台设计与实现

6．7．1 IDC机房能效测量方法

6．7．2 IDC机房能效分析

6．8 反馈控制系统设计

6．9 本章小结

第7章 系统测试与运行

7．1 安调环境

7．2 系统测试方案

7．3 测试结果

7．4 性能分析

第8章 结论与展望

8．1 结论

8．2 展望

参考文献

致谢

科研项目和论文工作情况