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

◆李揚(yáng)

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

◆李揚(yáng)

（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(wú)線組網(wǎng)、布置靈活、維護(hù)簡(jiǎn)單和成本低廉等特點(diǎn)應(yīng)用于高校公共機(jī)房環(huán)境、安全的監(jiān)控和報(bào)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(diǎn)。系統(tǒng)對(duì)于多個(gè)機(jī)房監(jiān)控管理做出了實(shí)際意義的探索。

ZigBee網(wǎng)絡(luò)；監(jiān)控；異動(dòng)數(shù)據(jù)；報(bào)警

高校機(jī)房運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)主要通過(guò)采集機(jī)房?jī)?nèi)計(jì)算機(jī)運(yùn)行情況、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、各個(gè)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(jì)，并對(duì)差異數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的調(diào)整或者報(bào)警。本文通過(guò)應(yīng)用ZigBee網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)在機(jī)房里布置檢測(cè)點(diǎn)，結(jié)合高校實(shí)際情況對(duì)計(jì)算機(jī)機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析。

1 高校公共機(jī)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(dá)到了空前的多元化。最新的仿真教學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)、沉浸式場(chǎng)景通過(guò)計(jì)算機(jī)軟硬件在高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室得以實(shí)現(xiàn)。同時(shí)伴隨電子制造業(yè)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)的生產(chǎn)成本也越來(lái)越低廉。從而加速了高校計(jì)算機(jī)機(jī)房的普及，每個(gè)院系都擁有了自己的專業(yè)計(jì)算機(jī)機(jī)房，因此在數(shù)量上和質(zhì)量上公共機(jī)房管理也面臨新的要求和挑戰(zhàn)。

目前機(jī)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(jī)房監(jiān)控的最基本功能，從計(jì)算機(jī)自身運(yùn)行情況、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸、機(jī)房?jī)?nèi)環(huán)境溫度、濕度、灰塵顆粒、電力設(shè)備運(yùn)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(diǎn)，獲取更為詳盡和精確的數(shù)據(jù)。（2）異動(dòng)數(shù)據(jù)報(bào)警。做好機(jī)房最大負(fù)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(duì)比樣本。機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，與樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。出現(xiàn)大范圍異樣數(shù)據(jù)立刻向管理平臺(tái)報(bào)警，通過(guò)短信、微信等多種方式聯(lián)系管理員。

2 機(jī)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(lái)越多的技術(shù)走進(jìn)了我們的生活和工作。它不再是虛無(wú)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(wú)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(lán)牙、ZigBee、RFID和NFC等無(wú)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(biāo)準(zhǔn)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(dòng)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(jī)，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(diǎn)數(shù)最大支持65000個(gè)。

在ZigBee網(wǎng)絡(luò)里某一節(jié)點(diǎn)需要建立新的鏈路時(shí)首先會(huì)廣播一條路由請(qǐng)求報(bào)文發(fā)往所有的節(jié)點(diǎn)。其他節(jié)點(diǎn)收到請(qǐng)求后立刻查找目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的路由，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)路由后則由各個(gè)節(jié)點(diǎn)向廣播節(jié)點(diǎn)反饋路由信息，廣播節(jié)點(diǎn)在其他節(jié)點(diǎn)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(gè)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(guò)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(dāng)最短路徑因?yàn)槲锢碜钄嗷蛘咝盘?hào)干擾導(dǎo)致阻塞，ZigBee網(wǎng)絡(luò)能主動(dòng)尋找另一條略長(zhǎng)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(diǎn)在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境里被大量使用。

表1 常用無(wú)線傳輸技術(shù)主要性能參數(shù)對(duì)比

通過(guò)基于CC2530（圖1）芯片為核心的ZigBee模塊組進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集和異動(dòng)報(bào)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(guò)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(jì)結(jié)構(gòu)

基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的公共計(jì)算機(jī)房的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)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(jī)房的不同區(qū)域布置傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)自身運(yùn)行情況、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸、機(jī)房?jī)?nèi)環(huán)境溫度、濕度、灰塵顆粒、電力設(shè)備運(yùn)行情況等數(shù)據(jù)。根據(jù)機(jī)房具體面積、設(shè)備數(shù)量以及容納師生數(shù)量，在機(jī)房的前方、后方、左側(cè)、右側(cè)布置傳感器，同時(shí)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(shí)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(jī)房?jī)?nèi)真實(shí)情況。協(xié)調(diào)器是整個(gè)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(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)里起到組建和維護(hù)的角色，需要實(shí)現(xiàn)地址分配、網(wǎng)絡(luò)組建和網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。即使出現(xiàn)部分終端節(jié)點(diǎn)故障，協(xié)調(diào)器也能在30秒內(nèi)重新組網(wǎng)連接。各個(gè)教室收集到的數(shù)據(jù)匯聚到智能網(wǎng)關(guān)通過(guò)因特網(wǎng)發(fā)送到云端服務(wù)器進(jìn)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(dòng)警告閾值向PC端或手機(jī)端發(fā)送通知數(shù)據(jù)，同時(shí)PC和手機(jī)端也可以反向查看各機(jī)房運(yùn)行狀態(tài)。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)

4 結(jié)束語(yǔ)

本文闡述的系統(tǒng)利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)將機(jī)房監(jiān)控和報(bào)警系統(tǒng)結(jié)合在一起，建立了精確采集、實(shí)時(shí)監(jiān)控、觸發(fā)報(bào)警的功能?？梢詫⒁徽麠澖ㄖ锢锏墓灿?jì)算機(jī)房數(shù)據(jù)全部匯集一起便于機(jī)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(dòng)化、智能化、成長(zhǎng)化已經(jīng)成為明天的趨勢(shì)。

[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(jī)房網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2021（44）.