空管动环监控系统的设计与实现

摘要:

   空管设备是空管生产安全运行的基石，也是民航事业安全运行的基石。空管机房作为保障空管业务的重要支撑，亟需对机房的供电、温湿度、环境等因素进行监控。本文针对传统动力环境监控系统建设成本高、扩展性差等问题，提出基于开源架构Zabbix的动环监控系统。通过python脚本解析电总协议、SNMP采集环境数据等方式采集数据，利用zabbix系统的触发器告警、图形化展示、数据分析功能，实现机房环境的全面监控。有效提高了运维效率和故障处理能力，降低了人力成本，为机房的稳定运行提供了有力保障。

关键词：空中交通管制；动环监控；Zabbix；Python

0引言

空管设备是空管生产安全运行的基石，也是民航事业安全运行的基石。随着航线数量以及航班数量的不断增长，以及空中交通管理行业（下简称空管）的数字化与集成化的实现，对空管机房环境提出更高的要求。[1]一套机房动环监控系统有助于保障安全生产运行水平，提高安全生产效率。传统的机房巡检靠人工定时对供电状态、空调状态、温湿度等进行检查并记录，传统人工巡检方式不仅耗费人力，且无法实现全天候监控，一旦出现突发性事故，难以及时发现并解决问题，无法满足空管现代化对运行保障的要求[2-4]

空管部分数据具有一定保密要求，在信创大背景下，现市场上成熟的商用监控软件，往往来自国外且代码不开源，存在信息安全潜在隐患。而且其他系统往往缺乏自动化与智能化的手段，Zabbix作为企业级的分布式开源监控方案，具有架构灵活、监控方式多样、告警智能化、低成本部署、二次开发简单等优点。[5]本文基于zabbix系统分布式开源可定制优势搭建的高度智能化，自动化部署成本较低的监控系统，将有效降低人力成本，推动空管机房智能化。

1系统架构与原理

机房动环监控系统从数据层面上主要分为数据采集层、数据传输层、数据处理层三部分。数据采集层通过各种传感器和供电系统监控接口获取机房关键数据，如直流配电柜电压、电流、电池状态等，温湿度传感器采集的环境温湿度数据。

数据传输层采集到数据通过核心交换机网络传输到监控服务器，串口服务器可以将配电柜监控RS232串行接口数据转换为网络数据包，实现数据的远程传输，确保数据的实时性和准确性。

数据处理层中使用VMware虚拟化技术，在服务器内生成三台虚拟服务器，分别为解析服务器、监控服务器（即zabbix服务器）、展示服务器。传感器收集的数据将直接（通过SNMP协议）进入监控服务器进行监控，而供电系统监控接口数据则在解析服务器通过Python脚本解析，再接入监控服务器。

监控服务器上部署Zabbix监控系统，可以实现对各种设备和传感器数据的采集，并将数据存储在数据库中，以便后续的查询和分析。展示服务器通过Zabbix的Web界面以及Grafana等可视化工具，将采集到的数据以直观的图表、仪表盘等形式展示出来，方便运维人员实时了解机房的运行状况。机房动环监控系统原理如图1所示。

图1： 动环监控系统原理图

2系统设计及应用

机房动环监控系统主要涉及以下模块：环境模块、电源模块、监控模块、展示模块。环境模块监控监控要是包括机房每个机柜的温湿度、噪声；电源模块监控机房内直流配电柜备的电流、电压、功率能耗、交直流转换开关状态等随时间不断变化的模拟数据；监控模块主要由zabbix系统对监控的数据进行存储、分析与告警功能。展示模块将zabbix的数据通过可视化手段进行展示。

2.1 环境模块

在现代化的机房运维中，提出从温湿度范围、机房噪声、烟感等多个方面对机房进行监控，特别是温湿度作为影响电子设备寿命的重要因素，需要频繁进行巡视。所以在环境模块中，我们在机房每个机柜上布置2路以太网型温湿度传感器。通过SNMP方式将传感器数据经交换机传输给后台zabbix服务器。传感器与交换机有线连接，由交换机进行POE供电，传感器内有IP地址并设置每30秒检测一次环境数据（包括烟感、噪声、温湿度等），数据存储在其内部的MIB表中，待zabbix服务器定时通过SNMP协议请求读取。传感器具有温湿度、噪声、烟感等采集功能，结合自定义监控模板与告警策略配置，实现机房环境的全方位监控与告警。

2.2电源模块

空管机房供电环境较为复杂，因为存在使用直流电源的设备，需要实时对直流配电柜状态进行监控。通过采集直流配电系统的监控接口获取电源系统的交直流电压电流信息，经过串口交换机接入服务器，开发定时Python脚本解析配电柜电总协议并定期向直流配电系统获取数据，再通过服务器上zabbix_agent代理发送给zabbix系统，设置告警阀值，当满足条件时提示告警。

动力设备的解析文件一般可以分为两种，电总协议与Modbus协议；由于直流配电柜设备型号问题，只允许通过电总协议解析。基于此，撰写解析电总协议的Python脚本，脚本主要由数据发送、数据接收与解析、格式转换、串口网络通信、日志记录等模块组成。

脚本思路可以简单描述为，通过串口网络通信模块去与配电柜的监控接口发生连接，使用格式转换使各种数据格式一致，再通过电总协议解析模块，通过适配字典方式解析出监控数据。

关于电总协议的解析，已经有成熟的程序解析方案可供参考，根据电总协议撰写字典即可，在此不多论述，本脚本难点在于格式转换与串口网络通信方面，格式转换主要是为了保证串口通信中使用的16进制可以正常转换为电总协议中的ASCII码类型字典和浮点数类型的监控数据，需要分别对写输入与输出的转换；串口网络通信模块则通过类实现了一个基于TCP网络连接的串口模拟器。同时为了方便编写程序过程中的检测，在日志记录模块设置了两个日志处理器，一个输出到日志文件，级别是warning，一个输出到控制台，级别是debug，方便通过控制台去检查数据。

2.3采集模块

采集模块主要由解析服务器和监控服务器组成，通过在解析服务器上安装zabbix_agent代理；可以在agent.conf上去配置对应的自定义监控项（key值），监控服务器通过触发自定义监控项功能，使得解析服务器上的zabbix agent代理远程执行python脚本去采集对应数据。但是此时得到的数据是供电系统所有监控数据，尽管进行了可读化处理，但仍然需要进行一步解析，后续通过zabbix监控项-“相关项目”，配合JSONPath表达式和正则表达式处理，将监控数据进一步分离至监控项中。

而温湿度传感器的数据则直接通过交换机，用SNMP协议传递给监控服务器的监控项中。通过以上两种采集方式，实现了动环监控系统的数据采集、存储、分析。

2.4展示模块

展示模块包含告警与展示功能，Zabbix系统中监控项采集数据后，会将实时数据存储在其历史数据库中，依赖于Zabbix系统的触发器功能，一旦监控项采集到的最新数据满足触发器条件就会产生告警，实现对监控数据的实时监控。触发器条件可以由函数去制定，包括但不限于超过限定阈值就告警，连续三次出现某个问题便告警等等，还可以联动多个条件进行监控。具体的触发器阈值设定图2。

图2供电系统触发器阈值图

而展示功能通过将zabbix采集的实时数据和触发器情况接入制作好的展示服务器，将采集到的数据以直观的图表、仪表盘等形式展示出来，方便运维人员实时了解机房的运行状况。同时，系统还支持告警信息的实时推送，当监测到异常情况时，出现告警列表中并发出声光告警，及时通知运维人员进行处理。

图3：动环监控系统可视化界面

3结束语

本文介绍了空管机房监控系统的系统构成和实现手段，借用zabbix开源平台丰富的采集手段，从软硬件相合的角度出发，实现供电系统和环境系统的采集。此外由于zabbix丰富的可拓展性，后续可以通过分布式架构实现负荷分担，并针对各类业务划分不同监控模板，逐步引接接入网、管综、传输网等业务系统，实现空管全业务的集中监控。  

参考文献：

[1]林国峰,詹伶俐,沈德仁.空管自动化系统智能运维技术研究综述[J].西华大学学报：自然科学版, 2022(002):041.

[2]张明松.动环监控系统在通信机房中的应用分析[J].科学与信息化,2019(18):43.

[3]鲁霞,白铁男,徐晓,等.开源架构下的气象数据机房动环监控系统设计[J].现代信息科技, 2022, 6(24):3.

[4] 白铁男,唐维尧,金石声,鲁霞,谭海波.省级气象机房动环监控系统的设计与实现[J].中低纬山地气象, 2022, 46(5):102-105.

[5]郭晓慧,李润知,张茜,等.基于Zabbix的分布式服务器监控应用研究[J].通信学报, 2013(S2):5.