◆李扬

基于ZigBee网络的高校公共机房监控系统设计研究

◆李扬

（南京交通职业技术学院 江苏 211188）

依靠ZigBee网络的低功耗、快速无线组网、布置灵活、维护简单和成本低廉等特点应用于高校公共机房环境、安全的监控和报警，区别于传统监控系统低效、单一和范围狭小等缺点。系统对于多个机房监控管理做出了实际意义的探索。

ZigBee网络；监控；异动数据；报警

高校机房运行监控系统主要通过采集机房内计算机运行情况、网络数据、各个区域的温度、湿度、灰尘颗粒数以及电力设备工作情况的数据监控和统计，并对差异数据进行必要的调整或者报警。本文通过应用ZigBee网络的特点在机房里布置检测点，结合高校实际情况对计算机机房环境监控系统进行设计和实现进行分析。

1 高校公共机房监控系统

互联网的快速兴起，软件行业得到了前所未有的发展，高校的授课形式也达到了空前的多元化。最新的仿真教学、虚拟现实、沉浸式场景通过计算机软硬件在高校计算机实验室得以实现。同时伴随电子制造业的进步，计算机的生产成本也越来越低廉。从而加速了高校计算机机房的普及，每个院系都拥有了自己的专业计算机机房，因此在数量上和质量上公共机房管理也面临新的要求和挑战。

目前机房监控系统需要具备以下要求：（1）各类数据的采集。数据采集是机房监控的最基本功能，从计算机自身运行情况、网络数据的传输、机房内环境温度、湿度、灰尘颗粒、电力设备运行情况以及门禁工作情况都是非常重要的数据。增加更多的数据采集点，获取更为详尽和精确的数据。（2）异动数据报警。做好机房最大负荷工况下的数据采集，获取最高阈值数据建立好对比样本。机房监控系统实时采集监控数据，与样本数据进行对比。出现大范围异样数据立刻向管理平台报警，通过短信、微信等多种方式联系管理员。

2 机房监控方案的选择

由于物联网技术的快速发展，越来越多的技术走进了我们的生活和工作。它不再是虚无的理论存在于书本里和课堂里，成为触手可及且改变着我们的生活。物联网最基础的核心便是物与物、人与物的信息交互，因而无线网络技术就在物联网应用里体现出重要意义。WiFi、蓝牙、ZigBee、RFID和NFC等无线技术出现在物联网各种应用环境里（表1），其中ZigBee多被翻译为“紫蜂”，它基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，类似蜜蜂之间的交流方式。它使用自主动态的路由协议，一般传输距离为50-300M，速率为250kbps，功耗为5mA，在低功耗模式下待机，使用两节AA电池可以连续工作半年以上，极大减少使用成本。网络节点数最大支持65000个。

在ZigBee网络里某一节点需要建立新的链路时首先会广播一条路由请求报文发往所有的节点。其他节点收到请求后立刻查找目标节点的路由，发现目标节点路由后则由各个节点向广播节点反馈路由信息，广播节点在其他节点的路由表中选择一条可靠、稳定且跳数最小的路径，立刻更新自己的路由表致使整个网络趋于稳定。如果突然发现某条路由线路失败，通过前文的方式快速重新更新自己的路由表确保网络畅通。当最短路径因为物理阻断或者信号干扰导致阻塞，ZigBee网络能主动寻找另一条略长但可靠性更好的路由线路。这样拥有短距离、自适应、自修复、低功耗和高速率的特点在物联网环境里被大量使用。

表1 常用无线传输技术主要性能参数对比

通过基于CC2530（图1）芯片为核心的ZigBee模块组进行环境监测、数据采集和异动报警。CC2530拥有处理器模块、RF前端、电源管理模块、温度传感器、人体感应器、气体感应器、烟雾感应器、光线感应器等。通过传感器的数据采集和监控能够在搭建的小型局域网里交换数据。

图1 CC2530芯片

3 系统整体设计结构

基于ZigBee网络的公共计算机房的实时远程监控系统设计机构如图2。本系统整体结构由三大部分组成：基于cc2530协调器模块的数据采集模块、智能网关模块、云服务器。在公共机房的不同区域布置传感器监测数据，实时监测计算机自身运行情况、网络数据的传输、机房内环境温度、湿度、灰尘颗粒、电力设备运行情况等数据。根据机房具体面积、设备数量以及容纳师生数量，在机房的前方、后方、左侧、右侧布置传感器，同时在地面、墙面和屋顶布置传感器。这样可以保证数据的真实性和全面性。即使遇到较为极端的环境也能正确分析和判断机房内真实情况。协调器是整个ZigBee网络中最为核心的设备，他拥有最高权限在整个ZigBee网络里起到组建和维护的角色，需要实现地址分配、网络组建和网关进行数据通信。即使出现部分终端节点故障，协调器也能在30秒内重新组网连接。各个教室收集到的数据汇聚到智能网关通过因特网发送到云端服务器进行数据分析。根据数据内容以及设置的异动警告阈值向PC端或手机端发送通知数据，同时PC和手机端也可以反向查看各机房运行状态。

图2 监控系统设计机构

4 结束语

本文阐述的系统利用ZigBee网络特点将机房监控和报警系统结合在一起，建立了精确采集、实时监控、触发报警的功能。可以将一整栋建筑物里的公共计算机房数据全部汇集一起便于机房管理员更加高效的工作，也保证课堂里的师生拥有更为安全、舒适的学习环境。在互联网快速发展的浪潮下，自动化、智能化、成长化已经成为明天的趋势。

[1]唐华，谢锐.ZigBee 技术在家庭网络中的应用研究[J].广播电视网络，2021（02）.

[2]刘媛媛.ZigBee 通信技术在智能家居建筑中的应用[J].江西建材，2021（03）.

[3]孙潇.高校公共机房网络监控管理系统的设计研究[J]. 系统工程，2018（08）.

[4]冯伟，彭力.基于ZigBee技术的公共实验室远程监控系统[J].现代电子技术，2021（44）.