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上海大学:基于IPv6的校园设备能源监控平台

  编辑点评:展示了一个应用IPv6技术的校园仪器设备能耗监控平台的研究与开发。文中对能源管理列举了单台设备能耗的统计分析,同时还应该关心汇总后的数据,通过与管理策略结合,如何寻找节能大户,控制能源的合理使用,都值得深入探讨。 

  引言

  智慧校园的目标是建设基于互联网、物联网和大数据技术的现代化校园。在不断推进以高校为主体的教育信息化进程中,智慧校园成为教育信息化的重要组成部分[1-5]。在数据信息化的大背景下,建设智慧校园是必然趋势,其中实验室与设备管理是智慧校园建设的重点之一。然而,大部分高校的实验室与仪器设备的管理效率较低、成本较高,数据处理和存储存在设备孤岛的问题,设备信息不透明。对于有效的数据信息的分析利用效率较低,同时存在资源能源浪费的问题。对于仪器设备基础信息存在描述不规范、更新不及时、统计数据不准确等问题。

  因为,为了实现高效地监控和管理仪器设备的能耗,实现精细化管理,提高资源利用率。本文重点研究仪器设备能耗监控方法,涉及Web服务方案、仪器设备监控方案、仪器设备控制方案和数据分析算法。通过硬件模块对校园内的各种仪器设备进行监控和管理,实现智慧校园建设。在基于物联网的仪器设备监控、数据采集的基础上,采用数据挖掘和数据分析技术,监控仪器设备的运行状态、运行时间等数据。同时,考虑到越来越多的仪器设备将接入互联网,需要提供更多的IP地址支持智能硬件的运行。但 IPv4地址的容量是极其有限的,在当前物联网模式下,面临着地址枯竭的严重问题[6-8]。为了解决IPv4地址短缺问题,采用IPv6地址的方式对物联网监控硬件进行部署。

  本文第1节介绍基于IPv6的校园仪器设备能耗监控平台系统架构设计;第2节讨论本文涉及的关键技术;第3节介绍平台实现与原型;最后是本文的相关工作与总结展望,并指出了今后的研究方向。

  1 基于IPv6的校园仪器设备能耗监控平台系统架构设计

  1.1系统架构设计

  校园仪器设备能耗监控平台综合运用了物联网、IPv6、数据分析术、Web服务等技术,设计了一个分层的软件体系结构[9],使得各模块功能高内聚和低耦合。如图1所示,该平台共分为五个层次,从底层到高层依次为:硬件层、数据通讯层、服务层、控制层、用户交互层。相邻层次之间通过接口相互调用,其中,平台数据通讯层的实现主要采用了IPv6以及IPv4/IPv6地址过渡技术。

  图1 平台功能的层次结构

  1)硬件层主要实现硬件控制以及仪器设备运行数据的采集。包含监控终端、通讯模块和传感器三个部分。其中,仪器设备监控终端采集仪器设备的能耗数据、控制仪器设备开关机,均通过调用相应的接口实现。

  2)数据通讯层主要实现硬件层调用上传能耗数据、接收控制模块向硬件层传递的硬件控制指令。服务层调用数据通讯层的接口获取数据;数据通讯层作为服务层和硬件层的中间件,进行数据和命令的传递;硬件层通过通讯模块和数据通讯层进行交互,将仪器设备的实时能耗数据上传。

  3)服务层以Web服务的形式协调控制层和数据通讯层的工作[10],其中数据通讯层调用Web服务上传数据到控制层,用于数据处理、数据分析和数据展示,硬件控制调用Web服务控制仪器设备的开关机。服务层调用数据通讯层的数据接口获取数据,并且接收控制层的指令。

  4)控制层负责接收服务层的数据,对数据进行分析并传递分析结果到用户交互层,接收硬件控制命令并且向下层传递。控制层主要实现对于已经采集的数据的处理、分析和展示以及对于硬件的控制,包括展示实时功率、仪器设备运行状态、历史数据统计等。

  5)用户交互层是面向用户的。用户的需求从功能上看,分为实时功率、仪器设备运行状态、历史素具分析和硬件控制四个部分。采用接口访问模式实现数据分析展示的需求,包括按年月日统计,按行政单位统计展示,按实验室层级进行统计展示。

来源:CERNET第二十三届学术年会论文集作者:张康 高洪皓 倪剑樾 朱永华 许华虎
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