论电信机房综合管理系统的构建及其实现
第 1 章 引言
1.1 课题来源与背景
1.1.1 课题来源
本课题来源于导师主持的江西电信电信机房综合管理系统;项目，课题的主要任务是实现电信机房房租、电费、代维、巡检等信息的综合智能管理，有效提高机房监控、维护、管理的响应速度、处理能力和管理效率。
1.1.2 课题背景
随着电信运营商各项通信业务的推出和飞速发展，我国已经发展成为全球最大的通信市场。随着电信运营商投资规模不断扩大，提供的通信产品越来越丰富，投入使用大量的通信设备，各类通信机房的数量、种类相应也在不断增加，这些机房大多数都是无人值守的通信机房。为了降低通信基站的维护成本和保证通信质量，必须对通信机房的运行、工作人员出入机房情况进行实时监控。现有的通信基站监控管理系统大都是采用有线组网方式，对于数量大，分布广的中小型基站很不经济。目前，很多中小型机房的维护水平仍停留在传统的人工看管、巡检等方式上。由于这些机房数量多、种类多、分布广、或者地理位置偏僻，给其日常维护管理工作带来了巨大的挑战。目前，已有许多成熟稳重的机房管理监控技术，他们主要是针对机房电源、温度和门禁等动力环境进行监控和管理，对于机房的房租、电费以及代维巡检的管控并没有行之有效的管理手段。
电信机房除了自有物业机房外，存在大量租用的机房，这些机房需要与业主签订租房合同，按合同约定的方式定期支付房租；机房的用电供应关系到机房的正常运行，需定期交纳电费保证机房电力供应；无人值守的机房需要有专门的代维公司定时巡检，进行日常维护管理，保证机房各类设备正常运行。江西电信现有机房房租合同、电费、代维公司和巡检等信息目前是以纸质文档和填写电子表格的方式人工管理，代维公司常常采用人工巡检、人工发现、人工通知等手段发现和处理故障。由于人工管理方式的不足，对机房的有效管理带来巨大的困难，主要体现在：
（1）对房租、电费、代维公司相关信息登记和查询效率十分低下，花费大量的人力，且数据信息容易登记错误；
（2）缺乏交房租与电费提醒手段，人为原因经常出现忘记或者迟交房租、电费的情况，产生一些不必要的纠纷；
（3）无法有效对代维公司巡检维护的工作计划、过程、结果进行有效的监管，导致巡检的执行存在较大的随意性，难以保证其可信度，无法做到精细化管理；
（4）缺乏机房告警的远程自动通知能力，以致目前主要依靠人工巡检、人工发现、人工通知等手段发现和处理故障，直接影响机房维护的速度；
（5）代维公司采用人工巡检、人工发现、人工通知等手段发现和处理故障，直接影响机房维护的速度；
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1.2 课题研究现状
从二十世纪 90 年代以来，通信行业得到迅速发展，各类通信机房的数量、种类相应也在不断增加，对通信机房的管理提出了更高的要求。目前，国内外已有许多成熟稳重的机房监控与管理技术，主要体现在机房电源和温度动力环境数据的采集、监控与控制，门禁的监控和机房巡检的管理三个方面。
文献[1]采用仿真方式模拟智能电源工作时的各种运行参数来方便、快速、灵活的调试监控软件的各项功能，利用电源远程监控管理系统进行集中监控和管理，从而提高通信电源的运行效率，方便快速的发现设备的故障。文献[2，3]以降低机房能耗为出发点，研究机房温度的采集和监控，设计实现智能温度监控系统，实时监控机房温度过高或过低的情况，并自动启动通风或空调设备，在确保机房温度符合通信设备正常运行的前提下，科学有效地降低电力资源的浪费、减少机房空调使用时间，达到节能的目的，节能效率可达 35%-60%。文献[4,5]通过单片机、网络或短消息通迅手段、数据库和相关编程技术实现机房门禁的实时监控系统，有效掌握相关人员出入基站的情况，降低了基站的维护成本。文献[6-23]综合研究机房电源、温度和门禁等动力环境数据实时采集、实时监控和实时控制，采用嵌入式、网络通信、GPRS、GSM 短消息通信、检测技术、计算机数据实时处理等技术手段，设计了满足各种需求的动力、环境信息监测，门禁出入信息监控和基站设备异常情况报警于一体的各类专门通信机房监控管理系统。机房巡检工作是对机房设备动态管理和量化管理的手段，通过定期对设备进行巡检能够及时发现和处理设备的故障。文献[22]采用智能手机与二维码相结合的巡检技术，提出一种基于智能手机平台的基站巡检方案，有效解决基站维护巡检中数据传输成本过高问题，通过智能手机终端与 GPRS 相结合，解决巡检任务分发和巡检数据快捷传输的问题。文献[23]针对目前大多采用人工巡检方式中巡检指标完成率没有有效的监控，巡检资料真实性无法得到保证，巡检内容不完善、质量不高的问题，提出一种结合计算机信息技术、GSM/GPRS无线通信网络 GPS 定位系统和 PAD 终端等技术手段的基站巡检管理系统，克服巡检技术管理效率低下和管理信息技术获取滞后的弊端。文献[24]克服传统巡检工作弊端和提高巡检工作的便捷性、有效性，通过收发 SMS 短信的方式传送巡检数据、监测数据和报警信息，实现基于射频识别技术的机房门禁子系统，实现了单片机与时钟芯片、温湿度传感器、存储芯片等器件的数据交换，设计了基站巡检及机房环境监控系统终端;。
通过查阅分析大量的文献可知，目前已有许多成熟稳重的技术和软件可以实现对机房动力环境、门禁监控和代维巡检等方面进行全面的监控和有效管理；这些技术和软件缺乏对电信机房房租和电费管理自动化管理和及时预警手段，对代维公司的巡检力度的难以把握，对维护人员是否到位检查，维护人员填写的维护资料是否真实准确，很难把关。目前，由于历史原因江西电信机房、房租、电费、代维公司资料的管理采用纸张报表与手工录入电子表格的管理方式，管理方式落后，管理效率低下；代维公司采用人工巡检方式，无法有效监控巡检指标完成率，巡检结果真实性难以保证，巡检内容不完善，巡检质量不高。主要表现在（1）对于机房的房租合同、用电合同、代维合同，房租、电费缴纳情况等数据缺乏自动化监管手段，导致管理效率低下，数据可信度较差，存在较多的安全漏洞。（2）对于机房的巡检维护工作计划、过程、结果，都缺乏自动化管理监控能力，导致巡检的执行、巡检的数据存在较大的随意性，难以保证其可信度，无法做到精细化管理。（3）急需为网络维护人员提供对机房现场信息的采集、识别和故障隐患的快速自动处理能力，以有效提高机房维护的工作效率、响应速度和维护质量。（4）缺乏机房告警的远程自动通知能力，以致目前主要依靠人工巡检、人工发现、人工通知等手段发现和处理故障，直接影响机房维护的速度。（5）缺乏机房门禁告警信息的自动识别与处理能力，难以自动识别机房门禁告警是属于正常维护工作还是非法进入，以及门禁告警的实时通知，严重影响机房的安全保障。
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第 2 章 需求分析
2.1 功能需求
随着中国电信各项通信业务的推出和迅速普及，各类机房的数量、种类相应也在不断增加，其网络通信质量和维保能力正在迅速提升。然而，由于历史原因，机房维护的响应速度、管理水平与管理质量仍存在不少差距，主要体现在以下几个方面：
（1）对于机房的租用合同、用电情况等数据缺乏自动化监管手段，导致管理效率低下，数据可信度较差，存在较多的安全漏洞。
（2）缺乏机房告警的远程自动通知能力，以致目前主要依靠人工巡检、人工发现、人工通知等手段发现和处理故障，直接影响机房维护的速度。
（3）缺乏机房用电数据的自动分析能力，对于建设发展节能机房、降低机房运行成本，缺乏有效的支撑手段。
（4）急需为网络维护人员提供对机房现场信息的采集、识别和故障隐患的快速自动处理能力，以有效提高机房维护的工作效率、响应速度和维护质量。
（5）缺乏对机房巡检维护工作的有效监控能力。因此，系统应具备以下功能：
2.1.1 机房数据管理
（1）机房所在城市管理
城市名称的查询、添加、修改和删除功能。
（2）机房所在区域管理
区域名称查询、添加、修改和删除功能。
（3）机房类型管理
机房类型查询、添加、修改和删除功能。
（4）机房所属营业部管理
实现机房所属营业部查询、添加、修改和删除功能，机房分配给营业部管理功能。
（5）机房信息管理
机房信息查询、添加、修改、删除和批量导入和导出功能。
（6）机房关联功能
机房自动关联功能：使用现网机房名称与资源机房名称表精确扫描匹配，生成已关联机房表;，现网未关联到资源机房表;；
人工关联功能：对于现网未关联到资源的机房，列表选择进行人工关联。
关联详情查询功能：资源与现网已关联机房列表，资源未与现网关联的机房列表，现网未与资源关联的机房列表。
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2.2 非功能需求
1、规范性
整个系统的各种软件、硬件均应符合相关国际、国内标准。
2、先进性
尽量采用当前世界先进的基于计算机网络的软件、硬件产品以及模块化的软硬件设计，从而保证系统在技术上领先。
3、实用性
系统应当满足业务需求的近期目标，在保证系统服务质量的前提下，设计系统规模、软件功能和业务功能适用的系统。
4、可靠性
整个系统应采用系统容错手段，各种数据都定时备份，保证系统正常运行。
5、扩展性
软件、硬件平台应具有良好的可扩充、扩展能力，能够方便进行系统升级和更新，以适应各种不同业务的不断发展。
6、安全性
应当充分考虑整个系统运行的安全策略和机制，可以根据不同的要求和应用处理，设置不同的安全措施。
7、经济性
经济性原则要求工程管理系统的设计与实施必须考虑现有资源的使用和闲置情况，同时保证系统的平滑扩容。
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第 3 章 系统架构设计....................................10
3.1 系统运行架构......................................10
3.2 系统体系结构...........................................10
3.3 系统运行平台.......................................11
3.4 系统模块设计...................................11
3.4.1 合同管控...............................11
3.4.2 机房数据查询分析 .....................................12
3.4.3 巡检管控..................................13
3.4.4 系统管理..........................................13
第 4 章 数据库设计.........................................15
4.1 数据库环境......................................15
4.2 数据库逻辑设计........................................15
4.2.1 用户角色权限 E-R 图...................................15
4.2.2 机房合同缴费 E-R 图..................................15
4.3 数据库物理设计..............................16
第 5 章 主要功能设计与实现......................................23
5.1 系统主页.....................................23
5.2 合同管控..................................23
5.2.1 房租管控.........................................23
5.2.2 电费管控................................26
5.2.3 代维管控...............................30
5.2.4 合同预警和缴费预警 ...............................32
5.3 机房数据查询分析...................................33
5.3.1 用电量分析..........................................33
5.3.2 异常用电分析...................................36
5.3.3 机房基本数据.................................37
5.4 巡检管控......................................37
5.4.1 巡检计划管理...........................................37
5.4.2 巡检模板.....................................................40
5.4.3 巡检任务查询............................................44
5.4.4 巡检执行....................................44
5.5 系统管理.............................................45
5.5.1 常规功能...................................45
5.5.2 机房管理....................................47
第 6 章 若干技术问题的分析与解决
6.1 能耗异常机房的分析设计
6.1.1 背景需求
随着通信网规模的加大，机房数量的不断增加，通信机房的节能减排问题也日趋严峻。为了节约能源、降低运行成本并确保通信网络的安全、提高维护质量、适应维护改革的需要，此时对机房能耗监控的需求也与日俱增。机房能耗主要是电量的消耗，对机房能耗监控关键是在众多的机房中找出电量异常的机房，只有找出电量消耗异常机房，才能有针对性的找出其异常的原因，从而找到解决问题的方案。然而，机房电量的消耗与机房使用的用电设备的多少、设备的功率、以及气候季节等因素都有很大的关系，给机房能耗的监控带来巨大的挑战。
6.1.2 解决方案
本文基于机房电费管理模块中机房每月的电量数据，提出多种电量分析方案，从而找出能耗异常房机，给网络维护人员提供能耗异常排查的依据。
（1）电量同比分析
分析比较同一机房在不同年份同一月份的电量，并以柱状图形式直观比较机房同期电量，以表格形式对比分析电量数据及同期增加或减少百分比（增加以红色显示，减少以绿色显示，电量增加超出一定阈值将被认为异常，红色告警标志提示）。
同比分析基于同一机房，机房设备相同，同一月份环境温度相差不大，理论上电量消耗差异相当，如果出现电量增加超出一定阈值，可以认定为能耗异常机房。
（2）电量环比分析
分析比较同一机房同一年份相邻月份的用电量。并以曲线图形式直观比较用电量走势，以表格形式对比分析用电量增加或减少百分比（增加以红色显示，减少以绿色显示，电量增加超出一定阈值将被认为异常，红色告警标志提示）。
环比分析基于同一机房，机房设备相同，月份相邻，环境温度相差不会太大，理论上电量消耗差异不会太大，如果出现电量增加超出一定阈值，可以认定为能耗异常机房。
（3）电量横比分析
分析普通机房和与其关联的节能机房一年中相同月份用电量的横向比较，以了解节能机房的节能效果，并以柱状图形式直观比较普通机房和与其关联的节能机房的用电量，也可以选择条形图形式观察，以表格形式对比分析节能机房的节能效果（增加以红色显示，减少以绿色显示，电量增加超出一定阈值将被认为异常，红色告警标志提示）
横比分析虽然基于不同机房，一类是经过节能措施改造的机房，另一类是未经过节能改造机房，通过分析比对监控节能机房的效果，可以为节能机房改造提供依据。
（4）电量 TOP 排名分析
分析对比一个城市中所有机房的用电量。并以图形（默认条形图，可选择条形图、柱状图及线形图）和表格形式显示营业部所有机房的电量 TOP 排名。
TOP 排名靠前的机房有大概率为异常机房。
（5）基准电量比较分析
分析指机房的实际日耗电量与以机房设备额定功率日耗电量作为基准进行比较，分析机房用电是否异常。并以曲线图形式直观比较机房电量，以表格形式对比分析电量数据及基准电量。
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第 7 章 总结与展望
7.1 总结
本文根据目前电信企业机房管理的不足，设计开发了电信机房综合管控系统，构建统一的网维机房综合监管平台，实现机房数据、房租合同、电费合同、代维合同以及缴费数据等信息的自动化管理；合同到期与缴费的自动预警功能；提供同比、环比、横比与 TOP 排名的能耗分析手段，有效分析能耗异常机房，为机房能耗改造提供依据；制定巡检模板和巡检流程，为代维人员制订明确的巡检任务要求，为考核代维工作提供明确的依据。
该系统目前已经完成研发和投入使用，使用效果良好，可以有效提高机房监管、维护、管理的响应速度、处理能力、管理效率。
本文的主要特色和创新体现在：
（1）构建统一的网维机房综合监管平台，实现机房数据、房租合同、电费合同、代维合同以及缴费数据等信息的自动化管理，大大提高了管理效率；
（2）实现合同到期与缴费的自动预警功能，保障机房正常运行。
（3）提供同比、环比、横比与 TOP 排名的能耗分析手段，有效的分析出能耗异常机房，为机房能耗改造提供依据。
（4）制定巡检模板和巡检流程，为代维人员制订明确的巡检任务要求，为考核代维工作提供明确的依据。
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参考文献（略）