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数据中心基于UWB的人员定位&追踪方案实践

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发表于 2021-9-1 17:09:10 | 显示全部楼层 |阅读模式
前言

嗨,大家好,我是鹅厂的物联网工程师小Q,又和大家见面啦。相信大家还记得《实验室的光模块都去哪里了?》那篇文章里,我利用云化RFID资产管理系统,解决了实验室光模块盘点的难题。在那之后,我对物联网定位技术又有了进一步探索和实践,这还要从一次参观说起。

前两个月,小Q受邀参观了腾讯数据中心,看着一排排的机架和数以百万计的服务器,我在被震撼之余也陷入了思考。要知道,数据中心(IDC)中百万量级的服务器支撑着公司的各项业务,其运营管理可容不得一点马虎。可IDC场地和设备的运营涉及企业员工、合作厂商、物业、保洁等各类人员的参与,因此如何管控IDC内的人员,了解他们的活动,实现智能、安全、高效的运营和工作调配,可是个不小的挑战。

小Q当时就想:“可不可以用物联网高精度定位技术,实现数据中心人员的定位和追踪呢?”于是我和团队闭关一个月,研发了基于云化UWB高精度定位的数据中心智能管控解决方案,可以对IDC内不同类型的工作人员进行身份鉴别、高精定位、活动追踪、异常告警。目前该方案已在腾讯IDC正式上线,实现了IDC的智能管控,效果杠杠的。

如果你不懂UWB高精度定位技术是什么,也不要着急,下面就跟着小Q一起看看方案设计和实践效果吧!


一、数据中心 ——“新基建”

首先,小Q想先介绍一下数据中心对于“新基建”的重要性。作为“新基建”的算力基础设施,数据中心承担着海量数据存储和计算的重任,强力支撑着企业、组织和个人的各项业务。而近年来,我国数据中心以20%以上的年增长率扩大着数量和规模,显然已进入建设的爆发期。因此,如何通过智能化管理的方式提升数据中心的运营能效,以保持其稳定性、可用性,对于企业和组织至关重要。


图1 数据中心是“新基建”的七大领域之一

二、数据中心管控需求 —— 智能、降本、高效

来到腾讯数据中心参观,看着机房中承载的百万量级的服务器,小Q备受震撼。不过小Q知道发展与挑战并存,如何智能、降本、高效地管控IDC,是其安全和稳定运营的关键。

数据中心里除了有企业内部员工,还有合作厂商、维修、运输、物业、保洁等外部人员,每个人对于不同区域的访问权限也不同,所以数据中心需要对各类人员进行身份鉴别和活动数据追踪(如实时定位、停留时间、活动轨迹等),从而实现关键区域非法入侵、异常轨迹、超时滞留等安全隐患的事前告警,并记录完整运动轨迹以便回溯,加快排查安全隐患。

此外,规模庞大的数据中心还需要借助高精度定位开展作业,通过可视化的位置平台实时获知作业人员的位置分布,能有效提高工作调配、权限分配、人员协同、例行巡检等事务的效率,降低时间和人力成本。


图2 IDC承载着百万量级的服务器

小Q当时眉头一紧:“看来想要智能、降本、提效地管控IDC,不是件容易的事。基于门禁、Wi-Fi、蓝牙等技术的本地系统定位精度低,稳定性和可靠性也不高,解决不了获取IDC人员实时位置和活动轨迹的痛点,这可怎么办呢?”

突然,小Q想到了UWB(超宽带)定位技术,“对呀!UWB定位技术的精度可达一米内,不如利用UWB技术实现高精度定位,搭配历史轨迹、电子围栏、热力图、安全告警、滞留统计等增值功能,实现追踪和告警,并把系统部署上云,打造完整的数据中心智能管控解决方案!”


三、基于云化UWB高精度定位的数据中心智能管控解决方案

此方案融合了IoT UWB定位网络的精准定位能力、IoT 位置服务平台的增值能力、IDC应用平台的丰富业务能力,并利用腾讯云强大的云计算服务,为用户提供了具有快速上云、部署简便、使用简单、定位准确、轨迹完整、安全预警等特点的一站式系统。下面将从系统架构和应用特点两个方面详细介绍。


1、系统架构
云化UWB高精度定位的智能管控系统可分为3个模块,即 IoT UWB定位网络、IoT位置服务平台、IDC应用平台,如下图所示:

图3 云化UWB高精度定位系统架构

1)IoT UWB定位网络:部署在数据中心作业现场,主要包含UWB终端(如工卡)和UWB网关两个部分。UWB网关中安装着腾讯云IoT SDK,定位测量数据通过SDK传输给腾讯云上的IoT位置服务平台,实现统一接口、快速上云。
2)IoT位置服务平台:部署在腾讯云上,利用腾讯云丰富的组件和能力,保障了平台高效和稳定运行。其接收UWB网关定位测量数据,并据此计算UWB终端的高精度位置坐标,同时提供高精度实时定位、历史轨迹、电子围栏、热力图、安全告警、滞留统计等一系列功能。
3)IDC应用平台:部署在腾讯云上,以IoT位置服务平台提供的位置相关基础功能为辅助,实现数据中心内人员监管、物资监管、轨迹分析、实时告警等数字化升级,提升数据中心的运营安全和运营效率。

2、方案特点
数据中心云化UWB高精度定位解决方案,具有如下特点:
1)快速上云:UWB网关中安装着腾讯云IoT SDK,对定位测量数据传输格式以及UWB网关配置管理等进行了统一,实现了数据的免配置快速上云及云上管理。
2)部署简便:UWB定位网络安装流程简单,从POE交换机拉出一根网线到安装点位即可,维护起来也相对简便。同时,无线定位方式对现场环境(如照明、遮挡等)要求较低。
3)使用简单:工作人员进入机房工作,仅需佩戴UWB工卡即可,UWB工卡的内置传感器会感知运动状态,并自动触发UWB定位信号的发射,无需人工干预。
4)定位准确:UWB发出的纳秒级定位信号,具有极高的时间分辨率和厘米级高精度定位的物理基础,能够精准感知数据中心内部工作人员的实时位置和轨迹等信息。
5)轨迹完整:UWB定位基于无线电磁波信号,覆盖全面,几乎没有盲区,能够完整地记录工作人员的全部运动轨迹和停留情况,便于回溯。
6)安全预警:通过设置电子围栏,并和人员权限绑定,UWB定位系统能够对违规进出围栏、超时停留、非法入侵等安全隐患及时发出告警通知。

四、腾讯数据中心 UWB高精度定位探索应用

为探索和提升IDC运营安全和效率,小Q和团队在腾讯数据中心试点部署了一套云化UWB高精度定位系统,该系统能够为IDC业务系统“腾讯觅踪”提供实时高精度定位、历史轨迹、电子围栏、滞留统计、安全预警等功能,助力数据中心数字化升级。

其实,小Q和团队在腾讯数据中心试点探索的过程中,也遇到过一些困难,其中最大的挑战是金属强干扰。机房现场周围分布的成片金属,对电磁波有强反射作用,导致了电磁环境复杂多变。多变的电磁环境使UWB定位系统出现了精度下降、时延增加等问题。为解决金属强干扰难点,我们深入分析现场环境特点、UWB技术特点,通过优化接收机算法、调整定位算法模型以及滤波器参数等,最终缓解了金属强干扰问题,提高了系统性能和用户体验。此外,我们还增加了运营监控指标,提高了排查和解决系统问题的效率。

说了这么多方案设计和实现,下面小Q已经迫不及待地跟大家展示应用效果了,不如以工程师Jeff为例,看看他在IDC机房里的活动是怎么被定位和追踪的。

如下图所示,IDC运营人员会在业务系统上为Jeff注册身份信息、配置区域访问权限,并关联一张UWB工卡。Jeff携带工卡进入机房区域后,UWB定位系统会对其进行身份识别和权限鉴定,并开始厘米级精度的实时定位。同时,他的活动轨迹也会被100%完整追踪,IDC运营人员可在系统上实时观测。当Jeff进入到未被授权的敏感区域时,系统还会触发安全告警,并精准统计Jeff在敏感区域内的停留时间。


图4 腾讯数据中心UWB高精度定位系统效果展示

通过部署云化UWB高精度定位系统,在运营质量上,能够实时定位和及时预警,预计可使发现和处置异常事件的时间缩短60%以上,回溯效率提升60%以上;在运营效率上,减少了传统人盯人模式的人员投入,预计可降低人力成本30%以上,工作效率提升40%以上。

下一步,小Q和团队将围绕数据中心场景进一步增强和丰富UWB高精度定位能力,使其作为“腾讯觅踪”的核心能力,更加深入地参与到数据中心的安全、监管和运营等环节中,助力数据中心数字化和智能化升级,实现更大程度的降本增效。


五、UWB高精度定位解决方案助力更多应用场景

图5 云化UWB高精度定位解决方案的典型应用场景

IoT位置作为数字化升级的基础信息要素,能够深度参与到生产、运输、监管、安全、运营等核心环节中,助力企业客户安全生产和高效运营,实现降本增效。随着产业互联网的深入推进,以云化 UWB高精度定位为代表的位置物联网解决方案将在工业、园区、能源、医疗、养老等各行各业发挥越来越大的商业价值和社会价值。

相信在小Q的讲解下,大家已经了解了UWB高精度定位解决方案的功能、特点和效果。小Q之前在《实验室的光模块都去哪里了?》那篇推文里介绍过可用于盘点物资的“云化RFID资产管理系统”,现在又有了用于追踪人员的“云化UWB高精度定位系统”,可谓物资和人员双管齐下。如果你也有企业物资和人员智能管控的需求,那就快来联系小Q试用产品吧!


联系方式:发送邮件至hengjinliu@tencent.com,或发消息给“鹅厂网事”公众号,小Q会尽快跟您取得联系哦。

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