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。

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）

　　责编：郑艺龙