案例分享丨物联网环境下的智慧高校设备管理

2019年,中国矿业大学启动并完成有线无线一体化网络主体项目建设。项目建设AP数量18000+,公共区域实现WiFi6网络接入,服务5万名师生员工。主干链路核心设备、安全设备实现冗余互备,确保网络高性能、高可靠与高安全。

同时,在一体化网络项目建设过程中开展了室外无线设备NB-IoT智能管理、基于物联网技术的弱电间智能温控管理等创新型应用研究。解决了校园信息化建设过程中普遍存在却不太好解决的问题,为高校一体化网络建设提供了针对性参考与借鉴。

中国矿业大学

室外无线设备NB-IoT智能管理

当前高校室外无线设备基本都是24小时供电,设备不间断运行会产生不必要的设备损耗及供电浪费。室外AP供电受环境限制较大,除正常市电外,我校部分靠近路灯杆的室外AP采用的是锂电池供电方案,为AP供电的锂电池就近从路灯杆取电。由于路灯供电采用的是集中控制模式,锂电池只能利用夜间进行充电。因此,在日常运维过程中,需要对锂电池状态进行远程监控,并且能够对AP供电进行集中控制。

高校一体化网络

通过梳理用户接入行为,我们发现室外无线接入存在一定规律。在休息时间尤其是晚10点钟后,室外无线几乎没有用户接入。如果能够通过技术手段做到室外AP供电的集中控制与管理,将具有一定的现实意义。

本着绿色节能,方便易用的原则,我校针对室外无线AP供电远程控制进行研究与实验,借助于物联网技术有效实现了室外无线设备NB-IoT智能管理。

本项目主要分两个阶段完成,一是供电模块改造,二是借助小程序实现远程集中控制。

1.供电模块改造主要涉及两项关键技术:

基于NB-IoT通讯协议,对48-55V POE和市电220V供电模块进行远程控制。借助微信小程序发送指令到服务器载体,通过网络传输指令数据至NB-IoT模块,使NB-IoT模块触发继电器通断,分别为48-55V直流和市电220V交流供电线路进行远程开关集中控制。

2.小程序远程集中控制主要涉及以下方面:

(1)小程序

小程序是项目控制前端,是整个项目的指令发射窗口。因此,需要设计严谨合理的逻辑架构。

图1 服务器预设一个总管理

图1服务器预设一个总管理,分管理由总管理授权,选择注册页面(图一),点击需要管理的校区,由总管理扫描分管理的二维码(图二),然后分管理选择登入即可。

转移管理员身份,注册页面选择需要管理项,由现管理员扫描新管理员二维码,实现管理员转移。

进入校区管理后可单独控制每个设备节点,也可一键控制管辖区域内所有设备点(图三)。点击单设备可查询设备ID、电池电量信息,以及设备开关状态(图四)。

进入设置界面(图五),可以设定开启与关闭时间,并且每天定时循环运行。

(2)服务器

处理小程序与AP控制器之间的握手、指令处理及数据透传。

(3)AP控制器

在原有设备的基础上卸载供电线路,加入NB-IoT模块控制器供电线路。通过信息通道与服务器连接,每120秒同步一次握手信息,传送设备开关状态、电池电量监测、NB-IoT在线离线等数据信息。

设备加入硬件看门狗,防止NB-IoT离线而导致设备状态改变。当NB-IoT处于离线状态,看门狗会每5分钟发起一次设备连接请求。当NB-IoT重新在线,比对服务器保存的设备信息,进行相应状态处理。

项目硬件选用品牌工业级物料,保障设备能够长时间运行。其中,继电器选用具有100000次开合寿命的工业级继电器。采用全向天线,为NB-IoT信号提供稳定保障。选用高分子固态电容,保障供电线路持久耐用。

我校为室外无线AP设定了统一的开启与关闭时间,做到设备每天定时循环运行。通过小程序可实时查询设备状态,可实现单点或多点集中管控,为设备运行、管理与维护提供了良好的便利条件。

弱电间智能温控管理

高校弱电间普遍存在空间狭窄、设备发热量大、通风不畅等问题。尤其是夏季,弱电间温度过高不但会引起设备宕机,而且存在严重的安全隐患。

本着绿色、节能、安全的运维理念,项目经过实验论证,形成弱电间物联网智能温控管理方案。在一体化网络建设项目中,我校完成对96个发热量较大弱电间的智能温控管理改造。

1.建设方案

采用高性能静音风扇,通过向室外排风带动室内空气循环,实现降温目的。借助物联网接入集线器,实现对环境温度的自动感知与风扇启停控制。

为提高安全性与可靠性,为每个弱电间部署温湿度监控摄像机,对风扇工作状态与室内环境提供监控。采用4G网络通讯技术,实现远程管理与集中控制。

在监控中心的平台管理端,设置统一的温度阈值。当室内温度上升达到阈值,物联网接入集线器自动开启排风扇。当室内温度降至阈值以下,并且持续一定时间,物联网接入集线器自动关停排风扇。

本项目采用物联网控制与4G通讯技术,主要基于三方面考虑:

(1)自动控制风扇启停,可以有效降低设备能耗和运行损耗;

(2)借助4G网络通信,可以充分保证高清视频信号传输;

(3)平台数据与视频监控互为补充,可以显著提高安全性,同时增强运维可操作性。

2.通风改造

根据弱电间建筑结构设计安装布局图,按照弱电间周边房间布局设计排风管路(图2)。

图2 通风改造

一种情况是弱电间靠近外墙,可以墙面打孔,排风管直通室外。另一种情况是弱电间与外墙间隔保洁室,需要在弱电间与保洁室墙面打孔,排风管经过保洁室再通外墙。同时,在每个弱电间部署温控报警主机和监控摄像头。

3.设备清单

如表1所示,主要设备包括温湿度监控摄像机、4G模块、存储卡等。

表1 设备清单

4.成果展示

弱电间通风管路改造与物联网接入集线器部署如图3所示。

图3 弱电间通风管路改造与

物联网接入集线器部署

我校室外无线设备NB-IoT智能管理与弱电间智能温控管理,项目方案设计合理,性能良好,效果显著。在一体化网络运营及弱电间安全管理方面,发挥了重要作用。

作者:边永涛(中国矿业大学)

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