技術(shù)報(bào)告-基于ipv6校園的儀器設(shè)備能耗監(jiān)控平臺(tái)研究

1、基于IPv6校園的儀器設(shè)備能耗監(jiān)控平臺(tái)研究,01,02,03,背景,算法,系統(tǒng)架構(gòu)與功能,04,相關(guān)工作,05,總結(jié)與展望,,,Part 01 背景,,,智慧校園和能耗監(jiān)控,在以高校為主體的教育信息化建設(shè)進(jìn)程中，實(shí)驗(yàn)室和設(shè)備管理成為智慧校園重要組成部分。然而，大多數(shù)高校的實(shí)驗(yàn)室與儀器設(shè)備的管理效率較低、成本較高，使得儀器設(shè)備利用率無法滿足日益增加的實(shí)驗(yàn)需求。同時(shí)，儀器設(shè)備基礎(chǔ)信息存在描述不規(guī)范、更新處理不及時(shí)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確等問題，

2、導(dǎo)致數(shù)據(jù)存儲(chǔ)查詢存在設(shè)備信息孤島的問題。,考慮到越來越多的儀器設(shè)備將接入校園網(wǎng)，需要提供更多的IP地址支持智能硬件的運(yùn)行。但 IPv4地址的容量是極其有限的，尤其是在物聯(lián)網(wǎng)模式下，將面臨地址枯竭的嚴(yán)重問題。,,IPv6和監(jiān)控平臺(tái),,問題,1、監(jiān)測儀器設(shè)備用電能耗；2、控制儀器設(shè)備的用電。,解決方案,1、通過物聯(lián)網(wǎng)和IPv6技術(shù)，部署智能硬件對儀器設(shè)備能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和采集；2、以層次化結(jié)構(gòu)為指導(dǎo)設(shè)計(jì)了松耦合的平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)，采用Web

3、服務(wù)作為數(shù)據(jù)上傳和硬件控制的中間件，提出了相關(guān)的能耗分析算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析；3、實(shí)現(xiàn)了基于IPv6的校園儀器設(shè)備能耗監(jiān)控平臺(tái)，通過圖形化界面展示數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計(jì)結(jié)果，實(shí)時(shí)地顯示儀器設(shè)備的能耗和運(yùn)行狀態(tài)。,,Part 02 算法,,,1、待機(jī)狀態(tài)分析算法，根據(jù)已知的儀器設(shè)備、儀器設(shè)備類型和一段時(shí)間的儀器設(shè)備運(yùn)行功率等數(shù)據(jù)分析儀器設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；2、采用機(jī)器學(xué)習(xí)方法，計(jì)算最低工作功率；3、對采集的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，判斷該儀器

4、設(shè)備在某個(gè)時(shí)間是否處于待機(jī)狀態(tài)。,,當(dāng)機(jī)器學(xué)習(xí)算法獲得某儀器設(shè)備的最低工作功率Pm后，對該儀器設(shè)備每天的待機(jī)能耗、時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。,,1、對于某一臺(tái)儀器設(shè)備的某一天的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可得出某儀器設(shè)備某天的能耗數(shù)據(jù)；2、將該數(shù)據(jù)作為單獨(dú)的數(shù)據(jù)項(xiàng)，得到所有儀器設(shè)備數(shù)據(jù)所形成的集合，稱為儀器設(shè)備單日能耗數(shù)據(jù)。3、對于所有的單日能耗數(shù)據(jù)的集合A，其包含所有設(shè)備的已經(jīng)統(tǒng)計(jì)的每日能耗數(shù)據(jù)，ηp(A)表示A中滿足p條件的所有元素的集合，那么，

5、對于多維度組合查詢算法而言，篩選出滿足3個(gè)條件（學(xué)院/p、地理位置/q、時(shí)間區(qū)間/r）的數(shù)據(jù)集合N可以表示為：N=ηp(A)∩ηq(A)∩ηr(A),,Part 03 系統(tǒng)架構(gòu)與功能,,,,1、該平臺(tái)共分為5個(gè)層次，從底層到高層依次為：硬件層、數(shù)據(jù)通訊層、服務(wù)層、控制層、用戶交互層。2、相鄰層次之間通過接口相互調(diào)用，其中，平臺(tái)數(shù)據(jù)通訊層的實(shí)現(xiàn)主要基于IPv6技術(shù)。,,,,用戶通過平臺(tái)對儀器設(shè)備進(jìn)行相關(guān)控制，同時(shí)可以多維度的查看儀

6、器設(shè)備能耗統(tǒng)計(jì)情況。,,,1、對于儀器設(shè)備的控制通過控制硬件的供電實(shí)現(xiàn)；2、儀器設(shè)備的供電均須通過儀器設(shè)備監(jiān)控終端，其中供電端是校園供電電路，用電端是校園儀器設(shè)備；3、該設(shè)計(jì)模式可以獲取設(shè)備當(dāng)前用電的電流、電壓、功率等儀器相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)儀器設(shè)備的上電和斷電。,,對儀器設(shè)備的控制流程包括：向硬件控制服務(wù)器發(fā)送控制指令，由硬件控制服務(wù)器向相關(guān)硬件轉(zhuǎn)發(fā)指令。,,,1、采用B/S模式，基于SSH框架對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理、分析和展示。2

7、、在數(shù)據(jù)分析方面，采用C#語言編程，使用三層框架(數(shù)據(jù)模型-業(yè)務(wù)邏輯-用戶視圖)實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析。3、在Web服務(wù)方面，采用.Net編寫實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)對外發(fā)布訪問接口。,,,Part 04 相關(guān)工作,,,在物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境中，IPv4的地址正在逐漸耗盡。胡光武等針對IPv6技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用，提出了基于IPv6的源地址驗(yàn)證整體架構(gòu)，基于該架構(gòu)，設(shè)計(jì)了基于IPv6的物聯(lián)網(wǎng)末梢網(wǎng)絡(luò)分布式源地址驗(yàn)證方案。葛敬國等提出了對于IPv6

8、過渡機(jī)制的過渡機(jī)制的評價(jià)的統(tǒng)一指標(biāo)，對評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了對比和比較，提出了ISP(Internet Service Provider)網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)和接入網(wǎng)IPv6過渡部署的策略?？梢灶A(yù)見，未來IPv6將是物聯(lián)網(wǎng)的重要技術(shù)保障和發(fā)展方向。對于儀器設(shè)備能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘，可以以支持決策、節(jié)能減排。,對物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的分析和處理將有助于挖掘儀器設(shè)備耗能大戶并制定相關(guān)能源利用策略。王磊等人, 提出利用Hadoop分布式架構(gòu)，結(jié)合建筑基本信息對公

9、共建筑能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘的方法，對空調(diào)系統(tǒng)的電量消耗進(jìn)行了能耗數(shù)據(jù)的挖掘和分析，對建筑節(jié)能提出了建議、提供了數(shù)據(jù)支持。宋杰等人提出了一種能耗的度量模型和數(shù)學(xué)表達(dá)，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)能耗的測量方法，分析了若干云數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)在執(zhí)行數(shù)據(jù)裝載、讀取、查詢、聚集和連接等操作時(shí)的能耗特征，提出了通過降低“等待能耗”而進(jìn)行云數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的能耗優(yōu)化。王杰鋒等提出運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對建筑能耗數(shù)據(jù)分析，設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)能耗數(shù)據(jù)智能分析系統(tǒng)驗(yàn)證數(shù)據(jù)挖掘理論研究的可行性

10、。牛星等設(shè)計(jì)了一款傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能耗測量設(shè)備，它利用電流采樣、高速模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片和可編程邏輯陣列構(gòu)成的功耗測量電路實(shí)現(xiàn)對節(jié)點(diǎn)功能的準(zhǔn)確和連續(xù)的測量，并對測量結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步分析。,,,Part 05 總結(jié)與展望,,,總結(jié),本文將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、IPv6技術(shù)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)等綜合運(yùn)用到智慧校園的平臺(tái)設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)了基于IPv6的校園儀器設(shè)備能耗監(jiān)控平臺(tái)?？紤]到物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在IPv4網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下地址匱乏，采用IPv6解決儀器設(shè)備監(jiān)控硬件的地址管理