校園網絡監控系統的設計

褚文杰　楊楠

摘 要：針對日益突出的校園安全問題，科學合理的校園網絡監控系統成為迫切需求。研究了信息化建設的技術方案，綜合考慮高校校園的復雜環境，提出了基于物聯網技術的校園網絡監控系統。該系統包含RFID校園門禁系統、網絡視頻監控系統、防火報警系統，切實推進了校園安全建設。經過測試，本系統效率高、可靠性好，滿足校園網絡監控的要求。

關鍵詞：網絡視頻監控系統；防火報警系統；門禁系統；物聯網；RFID；ZigBee

中圖分類號：TN911 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）04-00-02

0 引 言

校園是教育與培養人才的基地，寄托著國家、社會和家庭的希望。維護校園環境的安全，是校園建設的重要目標。針對校園安全突發事件日益增多，確保校園安全更加引起多方面關注。隨著數字化校園的產生與發展，為校園安全建設提供了可行的解決方案。

傳統的校園監控系統，技術單一且系統不穩定，存在監控漏洞的問題。系統的可靠性、穩定性是現代監控系統的重要參數指標?；谖锫摼W技術的校園網絡監控系統，以物聯網技術為核心，提供靈活的監控控制，以及隨時了解監控系統的參數，及時發現系統故障。突破了傳統監控系統在地域及時間上的限制，可以做到真正意義上的分散、集中監控，并且系統穩定性好、可靠性高。隨著物聯網技術的發展，將RFID（Radio Frequency Identification）射頻識別技術、無線傳感網絡、ZigBee定位技術與現有的網絡視頻監控技術相結合，構成自動化程度高、功能完善的網絡監控系統。

1 系統結構設計

系統設計遵循以下原則：穩定性、實時性和交互友好性。系統針對多個分散校區設計一個網絡監控系統，整個系統主要由三部分組成：控制管理中心、監控控制專網和傳感器。每個設備通過有線或者無線方式連接到各單元的網關，然后再通過控制專網連接到控制管理中心。圖1所示是校園網絡監控系統網絡拓撲結構設計。

系統主要功能分為RFID門禁系統、網絡視頻監控系統、防火報警系統和電子圍欄系統，如圖2所示。

2 系統技術實現

物聯網（The Internet of things）[1]的概念于1990年提出，現在已經被應用到多個領域。物聯網，從字面上理解就是“把各種物體聯系在一起的互聯網”。它包含了兩層意思：首先，物聯網仍然是以互聯網為核心，但是它進行了技術拓展；其次，它的終端可以是任意的兩個或者多個物體，物體與物體之間可以進行信息的交換和數據的通信[2]。

物聯網技術主要由三層組成：感知層、網絡層和應用層。其中：感知層包括傳感器、二維碼、RFID、多媒體設備等數據采集和自組織網絡系統；網絡層包括各種網關和接入網絡以及異構網融合、云計算等承載網支撐系統；應用層包括信息管理、業務分析管理、服務管理、目錄管理等物聯網業務中間件和物聯網應用子系統。

3 RFID技術

RFID是一種利用射頻通信實現的非接觸式自動識別技術。它根據射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無須人工干預。RFID系統[3，4]由三部分組成：讀寫器、電子標簽和天線，如圖3所示。另外加上進一步處理數據的應用層軟件構成的RFID系統與相關的管理信息系統相連，可準確跟蹤每一個物品。

在本系統中，RFID技術主要用來身份識別，校園每一位師生都有一張自己的校園卡，該卡中內置了RFID電子標簽。利用該卡，學校內部人員可以出入一些帶有RFID門禁系統的場所。對于有些特殊場所，該卡的不同權限使得持有者可以進入不同場所。另外，該卡記錄了持有者的校園內活動路徑。針對學生作息狀況，學?？梢灾贫ㄒ恍┧奚帷⒔虒W樓管理措施。RFID卡不僅用于校園門禁系統，也常常用于校園的考勤管理、圖書借閱與消費支付等。

4 無線傳感器網絡

無線傳感器網絡[5-7]是多學科交叉、高知識度集成的熱點研究領域。它是由通過無線通信方式，并以自組織多跳的網絡方式傳送到用戶終端，在各傳感器節點之間相互傳遞數據信息，最終實現人與人、人與事物間的互聯。

典型的無線傳感網絡系統包括：分布式傳感器節點、Sink節點、互聯網和用戶接口這幾部分。在無線傳感網絡中，分布式傳感器節點被部署在監控區域內，傳感器節點通過自組織網絡的方式形成無線網絡。傳感器節點將采集到的數據進行初步簡單處理后，通過多跳中繼網絡將數據信息經由Sink節點傳送到遠程控制管理中心。遠程控制管理中心同時也可以對各個網絡傳感器節點進行命令控制。無線傳感網絡應用十分廣泛，在工業控制、國防工業、災害監測等方面都有很高的利用價值，被認為是對本世紀產生重大影響的技術之一，得到了學術界和工業界的高度重視。

5 網絡攝像頭

網絡攝像機是一種結合傳統攝像機與網絡技術所產生的新一代攝像機，即由網絡編碼模塊和模擬攝像機組合而成。網絡攝像頭將采集到的數據影像編碼壓縮成基于TCP/IP標準的網絡數據包，再通過網絡總線傳送至遠端。遠端影像的瀏覽，只需要用網絡瀏覽器訪問固定IP地址即可。用戶除了可以遠程監控之外，授權的用戶還可以對網絡攝像頭進行參數配置以及控制云臺對攝像頭進行控制。對網絡視頻監控系統進行設置，系統對于檢測到的一些突發緊急情況，可以通過短信、Email多種形式立即發出警報，并且對于危害公共安全和財產安全的違法行為，可以通過與警方報警中心聯網實現報警功能。

網絡攝像頭的出現及應用，對人們的生活及工作產生了重要影響，工業、醫療、教育等行業都充分利用該技術解決行業中的問題。

6 ZibBee技術

ZigBee是一組基于批準通過802.15.4的無線標準研制開發的ZigBee堆棧。從上往下依次是應用層、應用支持層、網絡/安全層、MAC層和物理層。它工作在2.4 GHz的ISM頻段上，傳輸速率為20～250 Kb/s，傳輸距離為10～75 m。

基于ZigBee技術的校園防火報警與電子圍欄系統，效率高、施工簡單、成本低。如圖4所示，在校園防火報警系統中，傳感器采用溫度傳感器、一氧化碳傳感器或者延誤傳感器，通過單片機控制檢測傳感器檢測到的數據，判斷是否有火災發生或者火災隱患。數據信息通過ZigBee無線通信協議傳送到路由節點、協調器節點或者計算機控制報警系統。通過有線或者無線的方式將校園防火報警中央系統[8]與地方消防報警系統連接實現聯動。電子圍欄主機產生、接收高壓脈沖信號，并在探測到圍欄觸網或者短路狀態下報警，報警信號傳送到監控中心，監控中心可以根據報警信號及時確定報警地點并采取相關措施。

ZigBee技術主要適合于工業控制、遠程控制和傳感領域。該技術實現了多個微小的傳感器之間相互通信。ZigBee技術的較低數據速率以及較小通信范圍的特點決定該技術適合于完成傳輸數據流量小的任務[9，10]。

7 結 語

基于物聯網技術的網絡監控系統，為高校校園的安防系統建設提供了根本的解決方案與技術實現。以某高校為系統設計對象，該校已經完成了RFID系統的建設，實現了門禁管理、圖書館借閱等多項功能。采用網絡攝像頭對學校部分重要區域及偏僻區域進行了7*24小時監控。另外，對已有的安全監控系統和防火報警系統也將進行物聯網技術的改造。多個應用方面引入物聯網技術，逐步建設一個基于物聯網技術的信息化綜合監控平臺，創造一個穩定、安全的校園環境。

參考文獻

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