深度探討校園網中心機房智能監控系統設計與配置方法

摘 要:本文以校園網網絡建設為研究對象，探討了校園網中心機房只能監控系統的設計與配置思路，給出了監控系統的實現方式，相信對同行能有所裨益。

關鍵詞:網絡中心機房智能監控通信終端

中圖分類號:TP2文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(b)-0025-01

1 研究背景

隨著科學技術的發展，計算機網絡的出現極大地改變了人們的工作方式，提高了工作效率，給世界帶來了前所未有的變革。近年來，計算機網絡設備成本的大幅降低，使得計算機網絡在當前社會中各個領域的應用越來越廣泛。為了滿足日益增長的計算機專業知識的需求，各個高校相繼建立了數目眾多的計算機網絡機房，而且機房的規模越來越大，每個機房內計算機的數量動輒幾百臺，甚至上千臺。由于最初的網絡協議設計是基于安全或者可信任環境的，用戶規模較小，所以當時設計時對安全性及容量要求不高，但計算機網絡規模的擴大，原有的設計缺陷逐漸暴露出來。為了解決網絡中存在的問題，人們加強了網絡管理的力度，而網絡監控作為網絡管理的一個重要手段，其作用變得越來越重要。

計算機網絡監控一方面是保護網絡中的計算機軟硬件安全，另一方面是監管計算機的使用情況。在監管計算機使用方面，網絡規模及用戶數量急劇增長，僅僅依靠簡單的增加人力物力，會導致管理成本大幅攀升，單一依靠人工的管理方式也使得管理效率不能迅速提升，以上所述方式己經不能適應機房發展的要求。

2 環境監控系統組成

考慮到設備間具備利用以太網遠程監控的便利條件，設計系統的工作模式為客戶端/服務器模式，即監控客戶端需要記錄有關數據并采用TCP/IP形式發送服務器端保存記錄，服務器端可以選擇性監控各客戶端。

在設計該監控系統時，充分考慮了高校校園網的特點，進行模塊化設計，包括基于單片機的智能監控終端、基于ARM系統的IPv4/IPv6雙棧網絡監控終端和服務器端管理軟件。其中，基于單片機的智能監控終端，需要完成有關傳感器信號的采集與處理并具有數據通訊輸出功能，既可以單獨也可以與基于ARM系統的網絡監控終端聯合使用構成客戶端;基于ARM系統的網絡監控終端可以接受前者發送的機房監控數據，記錄監控數據并連接以太網，同時完成網絡流量等監控任務;值班人員可以利用專門開發的管理軟件，隨時方便地實時查看各設備情況及歷史記錄。

2.1 基于單片機的智能監控終端

根據監控系統所監控的內容要求，連同傳感器在內的智能監控終端需要在完成傳感器信號的采集、調理、處理并轉換為數字信號后，或者采用RS232通訊發送給基于ARM開發板的網絡監控終端連接以太網(工作方式1)或者經過TCP/IP轉換模塊直接連接以太網(工作方式2)。

基于單片機的智能監控終端是監控系統的關鍵部分之一，其指標參數以及可靠性直接決定了整個系統的性能。為適應監控系統的要求，智能終端要做到體積小、價格低、低功耗、監控參數精度高、可靠性高，能夠完成傳感器的狀態自檢等，所選傳感器要長壽命、低漂移、維護與更換方便。

在核心器件單片機的選擇上，充分考慮可靠性與性價比，選用了美國A TMEL 公司AVR系列的A Tmega8。如圖3所示，該款單片機具有較好的性價比、穩定可靠性與抗干擾性能。所開發的智能監控終端需要對不同工作方式的傳感器所發出的信息進行采集、分析、處理。其中包括溫度、濕度傳感器發出的數字信號、電壓電流傳感器的模擬信號與門窗、水淹等開關量信號，而且充分考慮了擴展性需求，留有一定的I/O供新增設的傳感器使用。在選擇傳感器時，采用美國DALLAS公司生產的數字溫度傳感器DS18B20與瑞士Sensirion公司生產的SHTXX系列數字濕度傳感器。它具有精度高、質量穩定可靠和自動校準等特點，避免了傳感器的現場校準問題，適宜多點檢測，性價比高，互換性好。數字傳輸，可靠性高，布線方便;監控終端可以方便檢測傳感器工作狀態或故障檢查。

2.2 串行通信

由于發送的數據較多且類型不同，該通訊協議的制定就顯得十分重要。并且規定傳輸多字節數據時高字節在前，低字節在后。溫、濕度、電壓、電流均用兩個字節的有符號整型數表示。其中前12位是溫、濕度的整數部分，后4位是溫、濕度的小數部分。例如20.25=0b0000 0001 0100(整數部分)|0100(小數部分)。考慮到傳感器的精度問題，建議顯示數據時只取1位小數。如果向系統發送指令的時間間隔太短，可能會得不到響應或響應滯后，或是造成傳感器自身的溫升，影響測量精度。例如讀溫度或濕度時，發送2次/s以上的指令。

3 基于ARM 板的嵌入式IPv6 /IPv4智能監控終端

嵌入式監控終端采用Samsung 44B0X 嵌入式ARM板，運行uCLinux和自主版權的嵌入式精簡IPv6協議棧，支持IPv4/IPv6 雙棧。

本終端從功能上分為四個模塊:Web 管理模塊，供管理員配置控制參數、察看分析結果;網絡性能監控模塊，負責網絡延遲、帶寬的測量;網絡設備間狀態監控模塊，負責從環境監控系統獲得設備間溫度、濕度、電壓、電流、門禁等信息;分析處理模塊，對測量數據進行曲線擬合，當數據超過報警閥值時進行報警。 系統功能模塊關系如圖5所示。

網絡性能測量模塊和設備間狀態監控模塊進行測量1次/h，向分析處理模塊提交數據。數據在測量端是以文件形式存放的，內容包括測量值、測量時間。對網絡性能的測量，由于單次測量的隨機性比較大，每次測量時發送50個測量包，然后將測量的結果取平均值作為該時刻的測量結果。而設備間的狀態是相對穩定的，不需要多次測量。

4 Server端和測試結果

服務器端從嵌入式監控終端取得數據，將其存入MySQL數據庫中，進行曲線擬合，報警計算。數據表中的數據是以a為單位的，即當數據滿1a后會將表中的數據壓縮存儲，而新的數據存放到以年份為名稱的新表中。這樣設計的好處是避免表中記錄無限增長，降低查找速度，同時也節省了存儲空間。

服務器端分別從延遲、抖動、丟包率、溫度表中取出對應的值作為縱坐標，以時間為橫坐標繪制擬合曲線。

根據管理員對報警閥值的設定，在進行曲線擬合的過程中如有數據超過報警閥值，則向管理員發出警報。發送警報的方式有兩種:曲線顏色的變化;發到管理員信箱。

5 結語

嵌入式IPv4/IPv6校園網機房遠程監控系統通過測量網絡的延遲、丟報率，監測網絡性能;通過串口對傳感器進行控制，獲得設備間狀態，實現了智能監控。該系統的實現給校園中心機房網絡管理帶來較大的方便。網絡監控系統還需要進一步完善，例如測量參數的選定、測量算法的進一步精確。延遲的測量單位是在ms級，因此挖掘更精確的網路性能測量算法是很有必要的。測量參數應該隨著網絡狀態的改變動態調整。