基于ZigBee的遠程機房環境監測系統設計

李妤薇

【摘要】 本文以現代通信建設中遠程機房環境監測為對象，設計了一套基于ZigBee無線傳感器網絡的遠程機房環境監測系統。該項研究內容可以彌補目前一些遠程機房進行有線監控的不足，具有一定的參考價值和現實意義

【關鍵詞】 ZigBee 無線傳感器網絡 環境監測系統

一、引言

隨著我國現代通信業的快速發展，通信機房的設計與建設逐漸趨于科學化，并對無人值守遠程機房的環境與設備監測提出了智能化要求。針對遠程機房環境監測系統的特點，本文采用ZigBee技術研究構建一個無線傳感器網絡，實現遠程機房內溫濕度、空調運行狀況、消防煙感、紅外入侵、門禁電磁鎖控制和電源系統等綜合環境監測。

二、系統設計要求

該系統主要實現遠程機房的物理環境和設備運行情況監測，要求獨立于機房內其他通信設施。由于機房內通信設備均采用有線通信方式，因此可以采用無線傳感器網絡作為系統解決方案，不存在通信干擾。數據采集終端要求使用獨立供電系統，作為低功耗的ZigBee傳感器網絡節點設備可以滿足自帶電源模塊的要求。傳感器網絡收集的信息，通過上位機采用有線方式傳送給監控中心主機，可以使用通信機房內自有傳輸資源以降低成本。

三、系統組成及結構

該系統由遠程機房和中心機房系統兩部分組成，遠程機房內系統包括ZigBee無線傳感器網絡及上位機，中心機房內系統包括監控主機和聲光報警裝置，兩個系統通過自有E1傳輸線路（2M）連接。

1）系統構成

在基于ZigBee的無線傳感器網絡中，離散分布的眾多傳感器之間根據ZigBee協議標準相互協同工作以完成通信，網絡中的傳感器僅需要很少的能量便可以以接力的方式通過無線電波將數據從一個節點傳到另一個節點。這些節點有的是信息采集節點，有的是每個工作組的信息匯聚節點，同時還包括一個ZigBee網絡協調器節點（即集中采集器，IEEE 802.15.4標準中稱為PAN協調器）。

整個遠程機房環境監測系統采用層次型結構組網，最上層是中心機房監控主機，往下依次是遠程機房上位機和ZigBee無線傳感網，屬于樹形拓撲結構。具體設備有：第一層的監控中心監測主機、第二層的上位機（連接中心機房監控主機和ZigBee網絡的主節點）、第三層的ZigBee主節點（即協調器設備，它充當集中采集器的角色）、第四層（底部）的路由器節點（PAN協調器）和各傳感器終端節點。

2）網絡結構

該系統網絡拓撲結構如下圖1所示。

在網絡中，協調器（Coordinator）負責建立網絡、發送控制命令，路由器（Router）和終端節點（EndDevice）加入網絡，周期性地采集溫濕度、各類電壓/電流值發送給協調器。協調器通過RS-232串口與上位機相連，把ZigBee網絡采集到的遠程機房環境數據、設備運行狀態信息發送給上位機。在ZigBee無線網絡中，各網絡節點間在IEEE 802.15.4/ ZigBee網絡協議框架下進行無線通信，要求天線的輻射方向為全向。系統工作原理如下圖2所示。

四、硬件組成

該系統由ZigBee無線網絡和外圍設備組成。ZigBee無線網絡節點根據功能劃分為三部分：數據處理模塊、數據傳輸模塊、傳感器模塊和電源模塊，如圖3所示。其中，數據處理模塊和數據傳輸模塊使用完全兼容8051內核和ZigBee2006協議棧的CC2430芯片；傳感器模塊包括溫濕度傳感器、熱釋電紅外傳感器、電壓傳感器；電源模塊則采用低功耗、低電壓工作的芯片來降低硬件電路的耗電量。外圍設備主要起到接入ZigBee網絡、遠程傳輸和集中監控的作用。

五、結語

本文對ZigBee技術應用于無線傳感器網絡實現遠程機房環境監測進行的研究與設計，契合了物聯網技術發展與應用的要求，具有一定現實意義和實用價值。ZigBee技術屬于新興近距離無線通信技術，隨著其硬件和協議棧的不斷推陳出新，未來將會有更豐富的相關應用。

參 考 文 獻

[1]王小強，歐陽駿，黃寧淋.ZigBee無線傳感器網絡設計與實現[M].北京：化學工業出版社，2012.5

[2]姚亞洲，吳棟，韓冰.基于ZigBee技術的電能檢測系統設計[J].南京師大學報（自然科學版），2013（2）

[3]ZigBee Specification[EB/OL].http：//www.ZigBee.org/Specifications.aspx