无人值守机房

引言
无人值守机房远程实时监控系统是以面向消息的中间件软件为平台，结合传感器、单片机、工控机和自动化控制技术，实现对其现场状态进行实时监测和控制，并对其数据信息进行科学、统一管理的综合系统。

该系统可确保电信线路畅通、设备运行安全，并可有效提高对紧急突发事件的快速反应能力。

1、设计思想及依据
设计的思想
我们的设计思想是在电信接入网点机房现场，搭建基于消息中间件平台的现场统一监控平台，分批逐次对动力设备、机房环境、安全保卫消防等各系统进行集中监控。

该平台要求可整合各系统的各种设备、串口和协议，利用嵌入式服务器技术，面向消息的中间件技术、监控管理中心就可以直接进入各接入网点机房实施监控。

由于搭建了统一平台，在一次投资之后，只需逐步添加传感器，就可渐进完成动力设备、机房环境、安全保卫消防各系统的基于TCP/IP网络结构的集中监控。

设计的依据
l 《电气装置工程施工及验收规范》GBJ232--82
l 《安全防范系统通用图形符号》GA/T74—94
l 《民用建筑电气设计规范》JCJ/T16-2000
l 《民用建筑电缆工程技术规范》
l 《防盗报警控制器通用技术条件》GB12663-2000
l 《入侵探测器通用技术条件》GB10408.1-2000
2、现有监控系统普遍存在的问题
随着中国电信的宽带网发展，在各个接入网点，获得宽带网资源越来越容易。

利用这些宽带网资源，采用TCP/IP方式，接入网点可以很容易地与监控管理中心及数据库建立起联系，用较低的成本，对接入网点的动力设备、机房环境、安全保卫消防、视频图像等信息实施统一平台下的监控。

从近几年电信机房动力、环境、安防、图像监控系统的实际运行情况看，传统的“数据采集器+ 数据服务器”的实现方法已不能满足接入网点机房监控的需要，其弊端主要体现在：
1) 动力监控系统、环境监控系统、安全保卫消防系统、视频图像监控系统往往相对独立，系统维护成本较高
尽管这些系统的现场数据采集部分本身并不复杂，价格相对便宜，但每套系统都要占用相应的通信信道、拥有各自的管理服务器、各自的传输方式和通信协
议，如果这些系统按原有方式安装建设，不但资金浪费严重，维护成本也会相应增加。

同时，由于传输方式、通讯协议众多，将导致维护人员的工作量和难度都相应增大。

并且，如果想在这些已有系统的基础上进行二次开发，提供增值服务功能，会是难上加难。

2）系统层次过多，可靠性和稳定性逐级降低
现有的监控系统大多采用分级上报的树状C/S结构，一般分为FSU、LSC、CSC等层次，一旦这些层次中某一个层次的节点服务器故障，它管辖的下属节点信息就无法上报。

3）数据采集器通常没有支撑操作系统，可靠性低
传统的数据采集器一般采用8位/16位单片机，系统只能采用大循环的模式进行系统调度，一旦某一个系统模块出问题，将引起整个系统停滞。

尽管采用看门狗技术可以部分解决这个问题，但频繁的看门狗复位会产生众多的误报警、不报警、频繁报警等问题。

4）系统应用功能过分集中在中心服务器，故障风险大
传统的数据采集器一般采用8位/16位单片机，容量小，处理能力差，无法处理和保存大量数据。

因此，中心服务器不得不承担大部分数据存储和处理功能。

随着监控点的增加和时间的累积，中心服务器的数据库越来越庞大，连接越来越多，最终容易导致服务器崩溃，从而导致服务器下属的站点无法监控。

由于传统的“数据采集器+ 数据服务器”的上述弊端在现有的机房监控系统中相当凸出，使越来越多的电信管理人员将思路转到“利用宽带网优势，建立现场统一平台(UFP)”的思路上来。

5）交换和传输设备虽有网元管理系统，但违反了“运行网与运维网分开”的原则
有一些解决方案试图利用交换和传输设备内置的管理系统软件（如网元管理系统）对动力、环境、安防等系统顺带管理，但这种方案将强电信号与贵重的交换传输设备关联起来，危害性极大，违反了“运行网与运维网分开”的原则，容易对交换传输设备的软硬件正常运行形成干扰甚至破坏。

另外，采用这种方案，在硬件方面，需专门为“动力、环境、安防系统”设计新的采集通讯板卡；同时，在软件方面，接入网设备网元软件（MIB）亦需全面升级才能支持新的板卡。

由此人为地把相对独立的“动力、环境、安防等系统”与交换传输设备生产厂家绑定，人为提高了系统成本、系统复杂性和设备管理难度。

3、基于消息中间件平台的监控方案
根据用户的需求，本方案通过消息中间件平台将门禁监控和环境监控整合在一起，在方案设计中硬件采用了台湾泓格公司的WinCon-8000嵌入式控制器，中间件平台采用台湾艾扬科技的嵌入式消息中间件，连接门禁及多种环境监测传感设备。

所有的设备的信息采集与控制均通过WinCon-8000嵌入式控制器进行。

3．1 WinCon-8000的介绍
WinCon-8000嵌入式控制器产品图
WinCon-8000 是一款领先业界的嵌入式平台，使用运行于Windows 操作系统上的Intel Strong ARM CPU。

与标准的Windows 操作系统相比较，Windows 有许多优点，包括它的强实时能力、很小的内核、快速引导、更高级别的中断处理、确定控制以及低成本等。

Windows 给WinCon-8000 提供了运行基于PC 的软件的能力，如Visual 、Visual C#、Embedded Visual C++、SCADA 软件、Soft PLC 等等。

WinCon-8000 现在提供标准PC 语言开发版本和InduSoft 版本（SCADA软件版本）和提供ISaGRAF 版本（Soft PLC 版本）。

WinCon-8000 具备一个标准的VGA 口，与传统控制器相比，用户可以选用通用的LCD或者CRT 的显示器，而不必去选用昂贵的HMI 或工业PC 来实现人机交互。

WinCon-8000的操作系统内置在WinCon-8000 CPU 模块的闪存中，用户程
序存放在外部存储区中，如CF 卡和USB 驱动器，也可在运行时通过LAN 或USB 下载到RAM 中。

WinCon-8000的标准提供一个用来控制I-8000 和I-7000 系列I/O 模块的SDK，便于用户用Visual 、Embedded Visual C++进行应用程序开发。

WinCon-8000基础指标
² Intel Strong ARM 206MHz CPU
² 内置Windows CE . NET
² 支持VGA、Ethernet、USB、键盘、鼠标、闪存
² 内建OPC Server 和SQL Server CE 2.0
² 支持工业Modbus/TCP、RTU 协议
² 即将支持CAN 总线网络
² 对于系统设置、监视和软件升级提供方便的工具软件
² 有多种配套的I/O 模块：DI、DO、AI、AO、计数器/频率计、运动控制…等等
² 丰富的软件开发工具包
WinCon-8000的网络通信指标
WinCon-8000 控制器上层采用以太网(Ethernet)总线，通过标准的TCP/IP 协议，可以连接上Intranet/Internet，而通过标准的Modbus/TCP 协议，则可以与SCADA 软件沟通。

至于下层的网络，除了RS-232/485 外，可以依据用户的需求选用CAN(Control Area Network)总线及WinCon-8000自有的FRNet 总线，通过Modbus/RTU，CANOpen，DeviceNet 等协议，可以与泓格的远程模块I-7000，紧凑式控制器I-8000 以及其它CAN I/O 做连接，至于FRNet 总线则是沿用了PLC 架构的优点，采用Token Ring 的方式，无须软件协议，在固定的时间内可以扫描所有的I/O 点，再透过Dual-Port RAM 的方式与主控制层做沟通。

至于在如何同时解决远距与实时性这个问题上，藉由将艾扬科技远距实时信息平台iPush Server Embedded Edition (简称iPush Embedded) 预先植入WinCon-8000，使WinCon-8000 具备实时信息主动交换的能力，实现新世代工业控制器必备的网络实时信息基础架构。

透过iPush Embedded，WinCon-8000 拥有主动传送(Active Push)数据的能力。

无论是在局域网络(LAN)，还是在远距网络(Internet / VPN / Wireless LAN / GPRS / ADSL)的环境下，只要是TCP/IP 通讯协议，WinCon-8000 就可以源源不绝地把得到的数据──包括监测数据（Data）、报警（Alarm）与设备状态（Status），实时主动发送到远程的监控软件，或是送至监控中心，从而达到分散采集、中央实时监控的目的。

这对于一些远距监控的应用──如远程无人机房
来说，可说是一大突破，亦是工业控制产业的必由之路。

3．2 iPush Embedded的介绍
什么是iPush® Embedded
图一、iPush® Embedded
iPush®Embedded 是一个符合工业自动化需求的ICE iPush®Communication Server (简称iPush® Server) 版本。

iPush® Server是由艾扬科技开发出来的第一个MOM (Message-oriented Middleware，面向消息的中间件) 领导平台，其提供的功能及属性如下：
主动推播(Active Push)
iPush® Embedded提供了一个以信息为面向的机制。

也就是说，当从I/O模块收到一个信息时，iPush® Embedded将会自动地将信息推播(Push) 给订阅者，不需要额外的轮询(Pulling) 工作。

双向实时的通讯
iPush® Embedded可以实时的传送一个信息给订阅者。

当订阅者接受到这个信息时，也可以传送控制命令到I/O模块(以millisecond为单位)。

大量信息的传递能力
iPush® Embedded可以传送由I/O模块所收集到的大量数据(包括量度资料、状态、警示资料等)。

多种存取的方式
iPush® Embedded 可以很容易地提供给远程各种不同的装置存取，例如PC、Pocket PC、行动电话等。

巨量联机数
可以建立中心端的iPush® Server，用以管理为数庞大的群组联机。

下面列出了一些技术特性：
- 大量讯息传递能力(Massive Messaging)
- 频道/主题寻址方式(Channel/Subject Addressing)
- HTTPS信道(HTTPS Tunneling)
- 大讯息的传递(Large Size Message Transmission)
- 远程管理(Remote Administration)
- 使用者身份验证与权限管控(User Authentication and Authorization)
- 使用纪录系统(Logging System)
- 广泛支持的SDK - Windows DLL、ActiveX Control、Java Class、Linux C Library、以及给Windows 用的ActiveX Control。

iPush® Embedded 如何工作
iPush®Embedded和厂家的硬件设备整合后，可以很容易地控制各种I/O 模块。

从I/O模块所收集到的数据，可以主动地推播到订阅者(Subscribers)，或是远程的应用程序，做进一步的数据处理。

不管型态为何，开发人员可以利用iPush®Embedded 所提供的SDK来制作所需的远程应用程序，如Windows DLL、ActiveX Control、Java Class 等，以建立远程双向的监测与控制应用程序。

当许多的iPush® Embedded组成一个工作群组时，将需要中心端的iPush®Server，以便更进一步有效的管理。

这种系统最适用在分布式的资料收集，且集中式的控制应用上。

举例来说，iPush® Embedded可以安装在各式各样的远程无人机房，搜集包括测量、状态、以及警示的资料。

当收取资料时，iPush®Embedded会立即将资料送回远程中心的iPush® Server，做为进阶的实时监测和控制使用。

iPush® Embedded 的使用效益
iPush® Embedded被设计来服务下列对象：
对软件开发人员来说，iPush®Embedded提供了一个简单的方式来开发远程、实时的应用程序，而这些程序可以被部署在诸如PC、Pocket PC、以
及行动电话装置上。

对系统整合商来说，iPush®Embedded经由远程实时的应用程序，利用出版/订阅(Publish/Subscribe) 讯息传送模式，提供了一个更有效率的方式来管理群组。

对企业客户来说，iPush®Embedded可以藉由聚集整合资料的能力，帮助实现远程实时的监测和控制。

iPush® Embedded同时也可以像企业的讯息中心，将I/O资料由控制层(control layer)，经由工厂层(plant layer) ，而后送至企业的信息系统(MIS)。

硬件厂商和iPush® Embedded 的结合，不论距离的远近，都可实现实时的自动化控制，提供了新世代工业自动化最佳的通讯基础架构。

3.3 整合方案详细说明
图二、无人机房远程实时监控系统方案图
如图所示，在艾扬提供的无人机房远程实时监控系统解决方案中，艾扬将系统分为两大中心，一个是地区控制中心，这个中心往往只需要同时监控几个到几十个机房，这样只需使用WinCon8000及嵌入其中的iPush® Embedded就足够了；另外，为了保证系统能够监控更多机房，艾扬在方案中还建立了总监控中心，总监控中心采用艾扬最高端的服务平台iPush® Server，保证系统能够远程实时的监控数量巨大的无人值守机房。

在艾扬的无人机房远程实时监控系统的方案中，机房的空调设备、电力设备、
门禁设备和电信设备都直接联入具有iPush® Embedded的WinCon-8000，那么系统就可以很容易的控制各种I/O模块。

从I/O模块所收集到的数据，也可以主动地推播到订阅者(Subscribers)，或是远程的应用程序，做进一步的数据处理。

这样的系统具备以下优点：
1）超强稳定性
WinCon-8000采用嵌入式CPU芯片，处理能力强；采用嵌入式OS作为软件平台。

在稳定性上，远优于没有操作系统支撑的设备，并优于商用的WINDOWS系统。

在硬件方面，采用嵌入式SOC技术，系统结构紧凑，无需硬盘、显示器等易损部件，不会感染病毒。

在电源、信号线等与外界交互的地方均按照工业2级设备标准进行防浪涌、防雷击、防静电等设计，芯片选型材采用工业级产品，保证在现场恶劣环境下的系统稳定。

2）一次投资搭建统一平台，终身受益
WinCon-8000拥有足够的I/O资源和串口资源,可现场配置的软件接口，可以在线修改和打补丁的软件体系结构，一旦统一的TCP/IP监控平台建立，就可以随着接入网点机房运行维护的完善和升级需要，一步或逐步完成动力设备、机房环境、安全保卫消防等各系统的集中监控。

进一步，由于WinCon-8000通过TCP/IP可以与支撑数据库和支撑软件相连，因而可以在这个平台的基础上，完成许多以前需要很复杂的软件才能完成的功能。

3）系统逐次添加，节省资金
建立了基于TCP/IP的统一监控平台以后，根据资金情况，可以按照机房运行维护的轻重缓急，逐步添加传感器和执行器。

例如：先完成门禁监控系统，再完成动力环境监控，再完成安全保卫消防系统……所有这些，所需做的工作仅仅是把传感器接入WinCon-8000设备及iPush平台，再进行配置即可。

体现了统一平台的强大的、灵活的、低成本的扩充方式。

4）保护已有投资
统一监控平台可以对用户已投资过的传感器、智能设备、开关点等在机房现场进行适配，充分保护已有投资。

5）平滑演进
考虑到少数电信机房无法提供2M接口，从而无法进行宽带以太网接入，为此，WinCon-8000提供了仅仅采用一根维护电话线就可以管理的手段。

当有告警发生时，通过现场维护电话进行告警；同时，WinCon-8000充当PPP服务器，
电话拨入后，提供查询。

一旦宽带以太网通到机房，或采取ADSL、2M转以太的转换方式实现了电信机房联网，无须更改任何硬件，只要改变软件配置，就可以让监控现场宽带维护网。

4、更多的详细信息
有关以iPush®Server为信息中心搭配iPush®Embedded结合的平台架构详细信息，请参阅艾扬科技的网站： 。

关于艾扬科技
艾扬科技为亚太地区第一家以发展大量信息传递MOM (Message-oriented Middleware，面向消息的中间件) 为事业核心的软件公司。

誓在成为The World-class Business Communication Software Provider。

现在艾扬科技积极进行MOM产品之国际化行销。

许多世界级的企业以及组织，都把ICE 的MOM 产品加入或搭配到它们的产品、服务、或是解决方案中。

艾扬中国
艾扬科技(武汉) 有限公司
武汉市汉口建设大道933号16楼1607室邮编：430015
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