技術報告-基于ipv6校園的儀器設備能耗監(jiān)控平臺研究

1、基于IPv6校園的儀器設備能耗監(jiān)控平臺研究,01,02,03,背景,算法,系統(tǒng)架構與功能,04,相關工作,05,總結與展望,,,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進程中，實驗室和設備管理成為智慧校園重要組成部分。然而，大多數高校的實驗室與儀器設備的管理效率較低、成本較高，使得儀器設備利用率無法滿足日益增加的實驗需求。同時，儀器設備基礎信息存在描述不規(guī)范、更新處理不及時、統(tǒng)計數據不準確等問題，

2、導致數據存儲查詢存在設備信息孤島的問題。,考慮到越來越多的儀器設備將接入校園網，需要提供更多的IP地址支持智能硬件的運行。但 IPv4地址的容量是極其有限的，尤其是在物聯網模式下，將面臨地址枯竭的嚴重問題。,,IPv6和監(jiān)控平臺,,問題,1、監(jiān)測儀器設備用電能耗；2、控制儀器設備的用電。,解決方案,1、通過物聯網和IPv6技術，部署智能硬件對儀器設備能耗數據進行計算和采集；2、以層次化結構為指導設計了松耦合的平臺體系結構，采用Web

3、服務作為數據上傳和硬件控制的中間件，提出了相關的能耗分析算法對數據進行處理和分析；3、實現了基于IPv6的校園儀器設備能耗監(jiān)控平臺，通過圖形化界面展示數據分析和統(tǒng)計結果，實時地顯示儀器設備的能耗和運行狀態(tài)。,,Part 02 算法,,,1、待機狀態(tài)分析算法，根據已知的儀器設備、儀器設備類型和一段時間的儀器設備運行功率等數據分析儀器設備的運行狀態(tài)；2、采用機器學習方法，計算最低工作功率；3、對采集的能耗數據進行實時分析，判斷該儀器

4、設備在某個時間是否處于待機狀態(tài)。,,當機器學習算法獲得某儀器設備的最低工作功率Pm后，對該儀器設備每天的待機能耗、時間進行統(tǒng)計分析。,,1、對于某一臺儀器設備的某一天的能耗數據進行統(tǒng)計，可得出某儀器設備某天的能耗數據；2、將該數據作為單獨的數據項，得到所有儀器設備數據所形成的集合，稱為儀器設備單日能耗數據。3、對于所有的單日能耗數據的集合A，其包含所有設備的已經統(tǒng)計的每日能耗數據，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個條件（學院/p、地理位置/q、時間區(qū)間/r）的數據集合N可以表示為：N=ηp(A)∩ηq(A)∩ηr(A),,Part 03 系統(tǒng)架構與功能,,,,1、該平臺共分為5個層次，從底層到高層依次為：硬件層、數據通訊層、服務層、控制層、用戶交互層。2、相鄰層次之間通過接口相互調用，其中，平臺數據通訊層的實現主要基于IPv6技術。,,,,用戶通過平臺對儀器設備進行相關控制，同時可以多維度的查看儀

6、器設備能耗統(tǒng)計情況。,,,1、對于儀器設備的控制通過控制硬件的供電實現；2、儀器設備的供電均須通過儀器設備監(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備；3、該設計模式可以獲取設備當前用電的電流、電壓、功率等儀器相關數據，同時實現儀器設備的上電和斷電。,,對儀器設備的控制流程包括：向硬件控制服務器發(fā)送控制指令，由硬件控制服務器向相關硬件轉發(fā)指令。,,,1、采用B/S模式，基于SSH框架對數據進行存儲、管理、分析和展示。2

7、、在數據分析方面，采用C#語言編程，使用三層框架(數據模型-業(yè)務邏輯-用戶視圖)實現對數據的統(tǒng)計和分析。3、在Web服務方面，采用.Net編寫實現Web服務對外發(fā)布訪問接口。,,,Part 04 相關工作,,,在物聯網的環(huán)境中，IPv4的地址正在逐漸耗盡。胡光武等針對IPv6技術在物聯網中的應用，提出了基于IPv6的源地址驗證整體架構，基于該架構，設計了基于IPv6的物聯網末梢網絡分布式源地址驗證方案。葛敬國等提出了對于IPv6

8、過渡機制的過渡機制的評價的統(tǒng)一指標，對評價指標進行了對比和比較，提出了ISP(Internet Service Provider)網絡的核心網和接入網IPv6過渡部署的策略?？梢灶A見，未來IPv6將是物聯網的重要技術保障和發(fā)展方向。對于儀器設備能耗數據進行分析和挖掘，可以以支持決策、節(jié)能減排。,對物聯網數據的分析和處理將有助于挖掘儀器設備耗能大戶并制定相關能源利用策略。王磊等人, 提出利用Hadoop分布式架構，結合建筑基本信息對公

9、共建筑能耗數據進行數據挖掘的方法，對空調系統(tǒng)的電量消耗進行了能耗數據的挖掘和分析，對建筑節(jié)能提出了建議、提供了數據支持。宋杰等人提出了一種能耗的度量模型和數學表達，設計了系統(tǒng)能耗的測量方法，分析了若干云數據管理系統(tǒng)在執(zhí)行數據裝載、讀取、查詢、聚集和連接等操作時的能耗特征，提出了通過降低“等待能耗”而進行云數據管理系統(tǒng)的能耗優(yōu)化。王杰鋒等提出運用數據挖掘技術對建筑能耗數據分析，設計物聯網能耗數據智能分析系統(tǒng)驗證數據挖掘理論研究的可行性

10、。牛星等設計了一款傳感器網絡節(jié)點能耗測量設備，它利用電流采樣、高速模擬數字轉換芯片和可編程邏輯陣列構成的功耗測量電路實現對節(jié)點功能的準確和連續(xù)的測量，并對測量結果進行進一步分析。,,,Part 05 總結與展望,,,總結,本文將物聯網技術、IPv6技術和數據分析技術等綜合運用到智慧校園的平臺設計中，實現了基于IPv6的校園儀器設備能耗監(jiān)控平臺?？紤]到物聯網設備在IPv4網絡環(huán)境下地址匱乏，采用IPv6解決儀器設備監(jiān)控硬件的地址管理