基于云計算的大型校園互聯(lián)監(jiān)測系統(tǒng)設計

摘 要： 為了提高大型校園互聯(lián)監(jiān)測系統(tǒng)的安全性，避免存在傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)的因數(shù)據(jù)傳輸量過大導致的帶寬資源不充分、數(shù)據(jù)存儲量有限、系統(tǒng)計算能力低等弊端，設計了一種基于云計算的大型校園互聯(lián)監(jiān)測系統(tǒng)，配合最新的S3C6410嵌入式處理器完成云計算數(shù)據(jù)的處理。利用新型無線四頻SIM900B芯片進行通信，實現(xiàn)信息間的傳輸。通過數(shù)據(jù)采集模塊對系統(tǒng)運行時產(chǎn)生的實時參數(shù)進行采集，完成對系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)測。利用報警模塊對校園內(nèi)的各種信息進行實施監(jiān)測，得到和分析服務類型，發(fā)現(xiàn)并停止大型校園中的異常行為，向用戶發(fā)送示警告信息。系統(tǒng)的主體部分通過硬件實現(xiàn)，軟件部分主要用于硬件初始化及大型校園互聯(lián)監(jiān)測結果的顯示與識別，給出部分代碼。仿真實驗結果表明，所設計系統(tǒng)具有很高的實用性和可靠性。

關鍵詞： 云計算； 大型校園； 互聯(lián)監(jiān)測； 數(shù)據(jù)處理

中圖分類號： TN915?34； TP183 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）24?00090?04

Design of large?scale campus interconnection monitoring system

based on cloud computing

LIU Xingguang

（Information Center， Nanjing Forestry University， Nanjing 210037， China）

Abstract： In order to improve the safety of interconnection monitoring system in large?scale campus and avoid the shortcomings of the traditional monitoring system， such as insufficient bandwidth resource， limited data storage capacity and low system calculation ability caused by overcapacity data transmission， a large?scale campus interconnection monitoring system based on cloud computing was designed， in which the latest S3C6410 embedded processor is cooperated to finish data processing of cloud computing， the new?type wireless four?frequency SIM900B chip is used for communication to realize the information transmission， and the data acquisition module is adopted to collect the real?time parameters to monitor the running state of system. The alarm module is employed to carry out real?time monitoring of the various kinds of information in the campus， analyze service type， send warning messages to users while finding the abnormal behavior in large?scale campus and stop the behavior. The main part of the system is implemented through hardware. The software part is mainly used for hardware initialization， display and recognition of large?scale campus interconnection monitoring results， and provision of the partial codes. The simulation experimental results show that the system has advantages of high practicability and reliability.

Keywords： cloud computing； large?scale campus； interconnection monitoring； data processing

0 引 言

隨著計算機和互聯(lián)網(wǎng)的逐漸發(fā)展，大型校園對互聯(lián)安全性的要求越來越高。面對日益嚴峻的安全問題，必須設計校園互聯(lián)監(jiān)測系統(tǒng)，最大程度的降低安全事件的發(fā)生，減少損失[1?3]。一般的監(jiān)測系統(tǒng)因局限于存儲量，只能處理少量的信息，而基于云計算的大型校園互聯(lián)監(jiān)測系統(tǒng)可將海量信息存儲至云端，處理能力較強[4?6]。因此，設計一種基于云計算的大型校園互聯(lián)監(jiān)測系統(tǒng)具有重要意義，已經(jīng)成為相關學者研究的重點課題，受到了越來越廣泛的關注[7?10]。

本文設計了一種基于云計算的大型校園互聯(lián)監(jiān)測系統(tǒng)，給出系統(tǒng)總體結構，通過硬件結構實現(xiàn)系統(tǒng)的主體部分，通過軟件實現(xiàn)硬件初始化及大型校園互聯(lián)監(jiān)測結果的顯示與識別，給出部分代碼。仿真實驗結果表明，所設計系統(tǒng)具有很高的實用性和可靠性。

1 新一代校園監(jiān)控系統(tǒng)的總體設計

本文設計的基于云計算的大型校園互聯(lián)監(jiān)測系統(tǒng)主要由S3C6410處理器、通信模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、報警模塊和基于云計算的大型校園互聯(lián)監(jiān)測模塊等構成，詳細結構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結構

2 監(jiān)控系統(tǒng)硬件設計的實現(xiàn)

2.1 數(shù)據(jù)處理部分的設計與實現(xiàn)

以云計算為基礎的大型校園互聯(lián)監(jiān)控系統(tǒng)需要處理海量的云計算數(shù)據(jù)，因此將S3C6410處理器作為核心，主要用于對整個系統(tǒng)進行控制，完成相關數(shù)據(jù)的處理。S3C6410處理器主要由硬件加速器、外部存儲器、A/D轉換器、報警燈和控制電路等構成，詳細結構如圖2所示。

圖2 S3C6410處理器硬件結構

S3C6410是韓國三星公司生產(chǎn)的一款低功耗、高性價比的RSIC處理器，其以ARM11內(nèi)核為基礎，優(yōu)化了各個方面的性能。S3C6410內(nèi)置性能很高的硬件加速器，集成了一個MFC（Multi?format Codec）支持MPEG4/H.263/H.264編解碼和VC1的解碼。不僅如此，S3C6410處理器還支持OpenGL ES和D3DMAPI，可更加高效的實現(xiàn)硬件加速。并且，S3C6410含有改進后的外部存儲器接口，其可達到本文基于云計算的大型校園互聯(lián)監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)帶寬的要求。

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)中通信模塊的設計

新一代校園監(jiān)控系統(tǒng)的通信模塊選擇SIMCom公司生產(chǎn)的新型無線四頻SIM900B芯片，其可有效實現(xiàn)信息間的傳輸，主要由SIM900B控制芯片、射頻模塊、電源模塊、存儲器和應用接口等構成，詳細結構如圖3所示。

圖3 GPRS/SMS通信模塊

系統(tǒng)通信模塊內(nèi)置符合云計算要求的TCP/IP協(xié)議棧，支持Java編程，而且功耗很低，支持三種語音編碼傳送速率，便于操作，能夠大大降低系統(tǒng)軟件開發(fā)時間，使系統(tǒng)開發(fā)成本減少。

2.3 監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集模塊設計

云計算校園監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊將ADSP2183芯片作為核心，主要用于對系統(tǒng)運行時產(chǎn)生的實時參數(shù)進行采集，完成對系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)測。數(shù)據(jù)采集模塊主要由數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊和信號轉換模塊通信接口等構成，詳細結構如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)采集模塊硬件結構圖

數(shù)據(jù)采集模塊通過ADSP2183處理芯片對大型校園互聯(lián)信息進行過濾、A/D轉換等操作，其數(shù)據(jù)轉換時間可達10 ns，轉換精度為16位，完全符合系統(tǒng)對運行數(shù)據(jù)實時性和高精度的要求。存儲器選擇艾特梅爾的SAM 系列芯片，其具有256 MB內(nèi)部存儲空間，不僅占用資源少，而且滿足系統(tǒng)存儲的條件。

2.4 異常情況報警模塊

云計算資源非常豐富，功能多樣，為了有效監(jiān)測大型校園互聯(lián)，本文設計了報警模塊，其主要負責實施監(jiān)測，得到和分析服務類型，發(fā)現(xiàn)并停止大型校園中的異常行為，同時向用戶發(fā)送示警告信息。報警模塊主要由AVR單片機、LCD顯示和報警電路等構成，詳細結構用圖5進行描述。

AVR單片機是Atmel 公司 1997 年推出的 RISC 單片機。RISC（精簡指令系統(tǒng)計算機）是相對于CISC（復雜指令系統(tǒng)計算機）而言的。RISC 并非只是簡單地去減少指令，而是通過使計算機的結構更加簡單合理而提高運算速度的。RISC 優(yōu)先選取使用頻率最高的簡單指令，避免復雜指令，并固定指令寬度，減少指令格式和尋址方式的種類，縮短指令周期，提高運行速度。由于 AVR 采用了 RISC 的這種結構，使AVR系列單片機都具備了1 MIPS/MHz的高速處理能力，非常適用于本文設計系統(tǒng)。

圖5 報警模塊硬件結構圖

3 監(jiān)控系統(tǒng)的核心軟件設計

3.1 系統(tǒng)總體流程圖

本文基于云計算的大型校園互聯(lián)監(jiān)測系統(tǒng)的軟件通過Java語言開發(fā)，對不同功能編寫程序。系統(tǒng)軟件初次初始化時會對系統(tǒng)硬件進行掃描，同時將相關參數(shù)發(fā)送至監(jiān)控主機。本文設計系統(tǒng)的主體部分通過硬件實現(xiàn)，軟件部分主要負責硬件初始化及大型校園互聯(lián)監(jiān)測結果的顯示與識別。系統(tǒng)主程序流程圖如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)主流程圖

3.2 代碼設計

本文設計的基于云計算的大型校園互聯(lián)監(jiān)測系統(tǒng)軟件實現(xiàn)的部分代碼如下所示：

#define FLEFTBAR

#define FLEFTTITLE

#define FRIGHTTITLE

#define FMIDTITLE

#define FRIGHTBAR

#define FBOTTOMBAR

#define FMINBUTTON

#define FMAXBUTTON

#define FCLOSEBUTTON

#define FALL

#define MAXNUM

CRect Clientrect； //設置監(jiān)控區(qū)域

GetClientRect（Clientrect）； //監(jiān)控矩形區(qū)域設置

CRect WinRC，F(xiàn)actRC； //臉部等關鍵區(qū)域設置

GetWindowRect（WinRC）； //取得興趣區(qū)域句柄

FactRC.CopyRect（CRect（0，0，WinRC.Width（），WinRC.Height（）））； //取得興趣區(qū)域的長度和寬度高度等信息

CWindowDC WindowDC（this）；

CBitmap LeftLine，*OldObj；

BITMAPINFO bitinfo；

CDC memDC；

memDC.CreateCompatibleDC（WindowDC）；

//創(chuàng)建疑似區(qū)域句柄

int leftwidth= 0；

int rightwidth= 0；

int leftlinewidth = 0；

int rLineWidth；

int bLineHeight；

DeleteObject（LeftLine）；

LeftLine.LoadBitmap（IDB_RIGHTTITLE）；

//加載疑似可以區(qū)域的圖片

LeftLine.GetObject（sizeof（bitinfo），bitinfo）；

//取得合理控制區(qū)域

rightwidth = bitinfo.bmiHeader.biWidth；

LeftLine.Detach（）；

int x，y；

if（Flags FLEFTBAR）

{DeleteObject（LeftLine）；

LeftLine.LoadBitmap（IDB_LEFTBAR）；

LeftLine.GetObject（sizeof（bitinfo），bitinfo）；

LeftLine.GetObject（sizeof（bitinfo），bitinfo）

x = bitinfo.bmiHeader.biWidth；

y = bitinfo.bmiHeader.biHeight；

OldObj = memDC.SelectObject（LeftLine）；

leftlinewidth=（x>m_FrameWidth+m_BorderWidth）

x：m_FrameWidth+m_BorderWidth；

WindowDC.StretchBlt（0，m_CaptionHeight，leftlinewidth，

FactRC.Height（）?m_CaptionHeight，memDC，0，0，x，y，SRCCOPY）；

memDC.SelectObject（OldObj）；

LeftLine.Detach（）；

}

DrawDialog（FALL）；

m_IsDrawForm = TRUE；

CCaptureDlg：：CCaptureDlg（CWnd* pParent /*=NULL*/）

CDialog（CCaptureDlg：：IDD， pParent）

{

//{{AFX_DATA_INIT（CCaptureDlg）

//}}AFX_DATA_INIT

// Note that LoadIcon does not require a subsequent DestroyIcon in Win32

m_CapitonColor = RGB（0，0，255）；

m_Caption = \"\"；

m_IsMax= TRUE；

4 仿真實驗分析

為了驗證本文設計的基于云計算的大型校園互聯(lián)監(jiān)測系統(tǒng)的有效性，需要進行相關的實驗分析。實驗將基于幀差法的大型校園互聯(lián)監(jiān)測系統(tǒng)作為對比進行分析。

4.1 實驗環(huán)境

本文云計算實驗環(huán)境主要包括5臺Dell服務器組成，將1臺服務器看作是管理節(jié)點，其余服務器看作是KVM宿主機，詳細示意圖如圖7所示。

圖7 云計算監(jiān)控平臺示意圖

4.2 實驗結果

分別采用本文系統(tǒng)和基于幀差法的大型校園互聯(lián)監(jiān)測系統(tǒng)對大型校園互聯(lián)進行監(jiān)測，對兩種系統(tǒng)的CPU使用率進行比較，得到的結果如圖8所示。

圖8 兩種系統(tǒng)CPU使用率

分析圖8可以看出，本文設計系統(tǒng)的CPU使用率明顯低于基于幀差法的大型校園互聯(lián)監(jiān)測系統(tǒng)，這是因為本文將大部分互聯(lián)信息分拆至多部服務器進行處理，因此，整個系統(tǒng)的CPU使用率平穩(wěn)處于較低的水平，不會因大量信息的涌入導致CPU超負載運行。

為了進一步驗證本文系統(tǒng)的有效性，對兩種系統(tǒng)的CPU使用率、內(nèi)存使用率、網(wǎng)絡流量、磁盤空間使用率、進程數(shù)、服務器響應時間等因素進行比較分析，得到的結果如表1所示。

表1 兩種系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)比較結果

分析表1可以看出，在監(jiān)測前端數(shù)量相同的情況下，和基于幀差法的大型校園互聯(lián)監(jiān)測系統(tǒng)相比，采用本文系統(tǒng)所需的CPU使用率更低，服務器響應時間更短，磁盤使用率和服務器響應時間更少。因為整個系統(tǒng)的大部分虛擬資源均由互聯(lián)網(wǎng)提供，因此，本文系統(tǒng)的網(wǎng)絡流量略大于基于幀差法的大型校園互聯(lián)監(jiān)測系統(tǒng)。

5 結 論

本文設計了一種基于云計算的大型校園互聯(lián)監(jiān)測系統(tǒng)，并給出系統(tǒng)總體結構，通過S3C6410處理器對整個系統(tǒng)進行控制，完成相關數(shù)據(jù)的處理。利用新型無線四頻SIM900B芯片進行通信，實現(xiàn)了信息間的傳輸。通過數(shù)據(jù)采集模塊對系統(tǒng)運行時產(chǎn)生的實時參數(shù)進行采集，完成對系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)測。利用報警模塊對云計算服務進行實施監(jiān)測，得到和分析服務類型，發(fā)現(xiàn)并停止大型校園互聯(lián)中的異常行為，向用戶發(fā)送示警告信息。系統(tǒng)的主體部分通過硬件實現(xiàn)，軟件部分主要用于硬件初始化及大型校園互聯(lián)監(jiān)測結果的顯示與識別，給出部分代碼。仿真實驗結果表明，所設計系統(tǒng)具有很高的實用性和可靠性。

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