谢灿 重庆电子工程职业学院

一种机房能耗监测系统的研究

谢灿 重庆电子工程职业学院

为了解决现阶段电信运营商能耗监测管理效率低下和实时性不高的问题，本研究通过嵌入式和云计算平台技术提供一套能源消耗管理云平台，实现管理自动化、监视实时化、能耗精细化，为进一步实现节能降耗提供最可信的数据和方案。结果证明它在性能方面具备较好的可靠型和精准性，因此有着良好的应用前景。

嵌入式系统 ARM XML协议 RS485

“十二五”期间，继续深化绿色发展模式，《“十二五”节能减排规划》的发布为其发展提供了新动力。电信机房作为现代通信技术的重要组成部分，具有终端接入、数据处理和交换路由处理等功能，保障用户日常通信业务的管理工作。它集成了大功率传输、接入设备和交换控制设备，因此属于通信系统中高能耗的单元，再者因其部署规模大，耗能集约效应明显。

机房能耗过高不但增加环境污染和资源的浪费，还对电信业务数据安全产生不利影响。本文采用嵌入式和云计算技术设计一套基站能耗监测系统实现对电信机房电能消耗的实时监测。

1 架构分析

本研究采用了嵌入式系统、数据交互、无线通信和云计算等软硬件技术实现电信机房能耗监测的解决方案，它包括采集节点设备（下简称：采集器）和云计算中心软件系统两个核心部分。采集器采用高性能32位ARM内核的微处理器，它通过扩展RS485总线与多个智能电表集群相连接，实时获取电能各参数。

图1 网络架构

如图1所示，采集器开机后一方面主动发送查询命令检验智能电表是否处于工作状态，并利用自身的flash存储器存储工作状态；另一方面采集器启动自身的身份验证工作，主动向软件系统发起连接请求，软件系统验证无误后，完成对采集器认证从而进入工作运行态。

已经获取软件系统授权的采集器则可以将智能电表的工作状态实时发送给软件系统，完成信息监测和管理。

2 方案设计

2.1 采集器硬件平台

采集器是本系统的重要组成部分，它采用三星公司基于ARM1176内核的16/32位的高性能低功耗的RSIC通用微处理器。

高性能ARM处理器利用全性能的MMU单元支持文件系统从而保证该平台支持操作系统的运行。本采集器主要通过RS485接口与智能电表连接，获取电力能耗数据的采集。RS485接口是一种国际通用的现场总线标准，它是将串行通信的TTL电平转换成差分信号在双绞线上面传输，因此具有较强的抗共模干扰能力，数据传输率可以达到10Mbps以上，是一种智能电表数据传输的理想载体。

2.2 采集器协议设计

采集器智能电表间可通过有线RS485串行总线接口或者无线协议通信。它采集到电表数据通过ModBus协议汇报给软件系统。云计算中心软件系统配置管理软件可通过协议对采集器进行配置操作。

Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。支持电力系统所有的仪器和仪表，通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络和其它设备之间可以通信，它是一种真正意义上的通用工业标准。

重启报文的功能码是0x03，目的是软件系统远程控制采集器进行复位重启操作。此报文不需要应答。设备接收到此报文后会在5秒后重启，5秒保存信息释放资源。配置RS485接口报文，发送方向为软件系统发往采集器，用于配制通信接口的参数。本消息需要重新启动采集器才能生效。通过配置协议，云计算中心软件系统可以远程的控制采集器。

2.3 云计算中心软件系统

软件系统采用浏览器/服务器的架构，即核心任务主要依靠服务器来完成，终端用户的平台不需要额外准备程序，只需要具有浏览器就可以完成管理工作。软件系统的数据结构采用可扩展标记语言XML来定义，本系统主要包括设备基本信息配置、RS485接口配置XML文件、采集内容项配置和采集值上报数据等五大类。其中采集值上报数据是软件系统的重点数据结构。

采集器通过网络将上述的XML文件送给云计算中心软件系统，软件系统按照XML协议定义解封装有用信息（如时间信息等）并进行显示和分发工作，从而完成智能电表网络的监测。

3 方案实现

目前本系统已经完成了研发，并在电子信息工程实验中心完成验证工作，其测试界面如下所示：

图2 市级部门能耗统计

本系统可以分成市级部门和子公司进行监测，市级本门的监测数据包括了子公司的总和，而子公司则只能监测本地的数据。通过两级监测平台可以清晰的展示不同级别的数据，也方便了不同职能部门的监管。

4 结束语

机房能耗监测系统采用嵌入式系统和云计算等软硬件技术实现了完整的机房能耗监测解决方案。结合本行业实际问题将远程安全性作为重点研究目标，既考虑处理信息的实时性、多样性和准确性，又考虑系统的稳定性和健壮性，从而将上述技术科学的应用到本系统中，达到了预期效果，为地域覆盖广的机房能耗监测工作供了可靠的应用保证。

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TP399

A

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重庆电子工程职业学院《以市场为导向，多方共建应用技术协同创新中心—电子信息技术协同创新中心》资金资助。

谢灿（1980-），男，重庆市沙坪坝区，高级工程师（电子信息），硕士，主要研究方向通信数字信号处理、嵌入式系统和数字图像处理与模式识别。

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