基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的高校公共機房監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計研究

◆李揚

基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的高校公共機房監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計研究

◆李揚

（南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇 211188）

依靠ZigBee網(wǎng)絡(luò)的低功耗、快速無線組網(wǎng)、布置靈活、維護簡單和成本低廉等特點應(yīng)用于高校公共機房環(huán)境、安全的監(jiān)控和報警，區(qū)別于傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)低效、單一和范圍狹小等缺點。系統(tǒng)對于多個機房監(jiān)控管理做出了實際意義的探索。

ZigBee網(wǎng)絡(luò)；監(jiān)控；異動數(shù)據(jù)；報警

高校機房運行監(jiān)控系統(tǒng)主要通過采集機房內(nèi)計算機運行情況、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、各個區(qū)域的溫度、濕度、灰塵顆粒數(shù)以及電力設(shè)備工作情況的數(shù)據(jù)監(jiān)控和統(tǒng)計，并對差異數(shù)據(jù)進行必要的調(diào)整或者報警。本文通過應(yīng)用ZigBee網(wǎng)絡(luò)的特點在機房里布置檢測點，結(jié)合高校實際情況對計算機機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)進行設(shè)計和實現(xiàn)進行分析。

1 高校公共機房監(jiān)控系統(tǒng)

互聯(lián)網(wǎng)的快速興起，軟件行業(yè)得到了前所未有的發(fā)展，高校的授課形式也達到了空前的多元化。最新的仿真教學(xué)、虛擬現(xiàn)實、沉浸式場景通過計算機軟硬件在高校計算機實驗室得以實現(xiàn)。同時伴隨電子制造業(yè)的進步，計算機的生產(chǎn)成本也越來越低廉。從而加速了高校計算機機房的普及，每個院系都擁有了自己的專業(yè)計算機機房，因此在數(shù)量上和質(zhì)量上公共機房管理也面臨新的要求和挑戰(zhàn)。

目前機房監(jiān)控系統(tǒng)需要具備以下要求：（1）各類數(shù)據(jù)的采集。數(shù)據(jù)采集是機房監(jiān)控的最基本功能，從計算機自身運行情況、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸、機房內(nèi)環(huán)境溫度、濕度、灰塵顆粒、電力設(shè)備運行情況以及門禁工作情況都是非常重要的數(shù)據(jù)。增加更多的數(shù)據(jù)采集點，獲取更為詳盡和精確的數(shù)據(jù)。（2）異動數(shù)據(jù)報警。做好機房最大負荷工況下的數(shù)據(jù)采集，獲取最高閾值數(shù)據(jù)建立好對比樣本。機房監(jiān)控系統(tǒng)實時采集監(jiān)控數(shù)據(jù)，與樣本數(shù)據(jù)進行對比。出現(xiàn)大范圍異樣數(shù)據(jù)立刻向管理平臺報警，通過短信、微信等多種方式聯(lián)系管理員。

2 機房監(jiān)控方案的選擇

由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的技術(shù)走進了我們的生活和工作。它不再是虛無的理論存在于書本里和課堂里，成為觸手可及且改變著我們的生活。物聯(lián)網(wǎng)最基礎(chǔ)的核心便是物與物、人與物的信息交互，因而無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)就在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用里體現(xiàn)出重要意義。WiFi、藍牙、ZigBee、RFID和NFC等無線技術(shù)出現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)各種應(yīng)用環(huán)境里（表1），其中ZigBee多被翻譯為“紫蜂”，它基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議，類似蜜蜂之間的交流方式。它使用自主動態(tài)的路由協(xié)議，一般傳輸距離為50-300M，速率為250kbps，功耗為5mA，在低功耗模式下待機，使用兩節(jié)AA電池可以連續(xù)工作半年以上，極大減少使用成本。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)最大支持65000個。

在ZigBee網(wǎng)絡(luò)里某一節(jié)點需要建立新的鏈路時首先會廣播一條路由請求報文發(fā)往所有的節(jié)點。其他節(jié)點收到請求后立刻查找目標節(jié)點的路由，發(fā)現(xiàn)目標節(jié)點路由后則由各個節(jié)點向廣播節(jié)點反饋路由信息，廣播節(jié)點在其他節(jié)點的路由表中選擇一條可靠、穩(wěn)定且跳數(shù)最小的路徑，立刻更新自己的路由表致使整個網(wǎng)絡(luò)趨于穩(wěn)定。如果突然發(fā)現(xiàn)某條路由線路失敗，通過前文的方式快速重新更新自己的路由表確保網(wǎng)絡(luò)暢通。當最短路徑因為物理阻斷或者信號干擾導(dǎo)致阻塞，ZigBee網(wǎng)絡(luò)能主動尋找另一條略長但可靠性更好的路由線路。這樣擁有短距離、自適應(yīng)、自修復(fù)、低功耗和高速率的特點在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境里被大量使用。

表1 常用無線傳輸技術(shù)主要性能參數(shù)對比

通過基于CC2530（圖1）芯片為核心的ZigBee模塊組進行環(huán)境監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集和異動報警。CC2530擁有處理器模塊、RF前端、電源管理模塊、溫度傳感器、人體感應(yīng)器、氣體感應(yīng)器、煙霧感應(yīng)器、光線感應(yīng)器等。通過傳感器的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控能夠在搭建的小型局域網(wǎng)里交換數(shù)據(jù)。

圖1 CC2530芯片

3 系統(tǒng)整體設(shè)計結(jié)構(gòu)

基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的公共計算機房的實時遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計機構(gòu)如圖2。本系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)由三大部分組成：基于cc2530協(xié)調(diào)器模塊的數(shù)據(jù)采集模塊、智能網(wǎng)關(guān)模塊、云服務(wù)器。在公共機房的不同區(qū)域布置傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)，實時監(jiān)測計算機自身運行情況、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸、機房內(nèi)環(huán)境溫度、濕度、灰塵顆粒、電力設(shè)備運行情況等數(shù)據(jù)。根據(jù)機房具體面積、設(shè)備數(shù)量以及容納師生數(shù)量，在機房的前方、后方、左側(cè)、右側(cè)布置傳感器，同時在地面、墻面和屋頂布置傳感器。這樣可以保證數(shù)據(jù)的真實性和全面性。即使遇到較為極端的環(huán)境也能正確分析和判斷機房內(nèi)真實情況。協(xié)調(diào)器是整個ZigBee網(wǎng)絡(luò)中最為核心的設(shè)備，他擁有最高權(quán)限在整個ZigBee網(wǎng)絡(luò)里起到組建和維護的角色，需要實現(xiàn)地址分配、網(wǎng)絡(luò)組建和網(wǎng)關(guān)進行數(shù)據(jù)通信。即使出現(xiàn)部分終端節(jié)點故障，協(xié)調(diào)器也能在30秒內(nèi)重新組網(wǎng)連接。各個教室收集到的數(shù)據(jù)匯聚到智能網(wǎng)關(guān)通過因特網(wǎng)發(fā)送到云端服務(wù)器進行數(shù)據(jù)分析。根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容以及設(shè)置的異動警告閾值向PC端或手機端發(fā)送通知數(shù)據(jù)，同時PC和手機端也可以反向查看各機房運行狀態(tài)。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計機構(gòu)

4 結(jié)束語

本文闡述的系統(tǒng)利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)特點將機房監(jiān)控和報警系統(tǒng)結(jié)合在一起，建立了精確采集、實時監(jiān)控、觸發(fā)報警的功能。可以將一整棟建筑物里的公共計算機房數(shù)據(jù)全部匯集一起便于機房管理員更加高效的工作，也保證課堂里的師生擁有更為安全、舒適的學(xué)習(xí)環(huán)境。在互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的浪潮下，自動化、智能化、成長化已經(jīng)成為明天的趨勢。

[1]唐華，謝銳.ZigBee 技術(shù)在家庭網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用研究[J].廣播電視網(wǎng)絡(luò)，2021（02）.

[2]劉媛媛.ZigBee 通信技術(shù)在智能家居建筑中的應(yīng)用[J].江西建材，2021（03）.

[3]孫瀟.高校公共機房網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理系統(tǒng)的設(shè)計研究[J]. 系統(tǒng)工程，2018（08）.

[4]馮偉，彭力.基于ZigBee技術(shù)的公共實驗室遠程監(jiān)控系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2021（44）.