基于ZigBee技術(shù)的機房監(jiān)控系統(tǒng)

近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和成熟，國內(nèi)院校越來越重視數(shù)字化校園的建設(shè)并取得了可喜的成果，校園出現(xiàn)了許多配置有大量計算機或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的機房，如網(wǎng)管中心的機房就配備有數(shù)目可觀的路由、交換設(shè)備；某些向?qū)W生提供學(xué)習(xí)計算機課程、上網(wǎng)服務(wù)的計算中心機房內(nèi)配備有可能多達(dá)幾百上千臺的PC機及網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備。這些設(shè)備在校園內(nèi)分布廣，有的需全天運行，有的功耗較大(如大型的路由器)，有的設(shè)備使用年限較長(如計算中心的微機)，需進(jìn)行密切的監(jiān)控，以防發(fā)生安全事故。以前的管理方式一般通過人工或視頻監(jiān)控的方式進(jìn)行，不僅要耗費大量的人力，更加嚴(yán)重的是有時還不能及時發(fā)現(xiàn)隱患，造成更大的安全事故，因此迫切需要建設(shè)功能完善的機房監(jiān)控系統(tǒng)，并在機房系統(tǒng)建設(shè)完成的條件下，動態(tài)配置各種傳感器。
基于短距無線通信的監(jiān)控系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)能更好地滿足動態(tài)、智能、實時監(jiān)控系統(tǒng)的需求。在標(biāo)準(zhǔn)林立的短距離無線通信領(lǐng)域，ZigBee技術(shù)以其低功耗、低成本、網(wǎng)絡(luò)擴展性好、安全性能高等優(yōu)點，獲得各大元器件制造商和眾多開發(fā)者的青睞，并廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，截至200 8年，ZigBee的節(jié)點數(shù)量已增至1億個?；诖?，這里提出一種基于ZigBee技術(shù)的機房監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案
機房監(jiān)控系統(tǒng)的首要任務(wù)是收集機房內(nèi)的各傳感器探測得到的環(huán)境參數(shù)，機房中安裝上溫度、煙感、火警探頭并將這些探頭探測出的數(shù)據(jù)通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街行目刂茩C房中，或通過設(shè)備接入已經(jīng)建設(shè)好的有線校園網(wǎng)絡(luò)甚至互聯(lián)網(wǎng)，將這些信息傳送至遠(yuǎn)程監(jiān)控點供管理者查看。這不僅避免了維護(hù)人員的奔波之苦，更提高了機房管理的效率，杜絕安全事故的發(fā)生。
另一方面，利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)的雙向通信特性，將上述的傳感數(shù)據(jù)經(jīng)中心控制機房PC機的信息融合處理后，生成控制指令通過無線網(wǎng)絡(luò)反饋給遠(yuǎn)端受控節(jié)點，從而形成一個閉環(huán)的自動控制系統(tǒng)。如在監(jiān)測并控制機房內(nèi)某個大型路由器設(shè)備的溫度時，當(dāng)前常用的措施是在機房內(nèi)安裝帶有自動恒溫功能空調(diào)，但這有2個缺陷：1)其控制溫度用到的傳感器測量的只是空調(diào)所在位置的溫度，不能精確反應(yīng)所要監(jiān)控設(shè)備的溫度(一些設(shè)備的局部位置溫度會較高，通常達(dá)到40℃)，不能實時控制溫度，同時浪費能源；2)空調(diào)自身溫控自成一體，缺乏靈活的數(shù)據(jù)接口，不能將機房內(nèi)的溫度情況傳送給監(jiān)控設(shè)備供管理人員查看。在這種情況下，可將帶有溫度傳感器的ZigBee節(jié)點直接放在離路由器很近的機柜內(nèi)或設(shè)備的敏感區(qū)域附近，此節(jié)點每隔一段時間向中心控制機房的主控計算機報告路由器的實時溫度，當(dāng)此溫度超過軟件設(shè)置的溫度上限時，主控計算機向機房內(nèi)的空調(diào)控制ZigBee節(jié)點發(fā)送空調(diào)開啟命令，從而實施機房內(nèi)的降溫過程；當(dāng)機房或設(shè)備的溫度下降到設(shè)定值后，則下達(dá)空調(diào)停止工作的指令，及時關(guān)閉空調(diào)，以節(jié)約能源。圖1為ZigBee技術(shù)在計算中心機房監(jiān)控中的應(yīng)用示意圖。

圖1中所示的局域網(wǎng)為計算中心機房內(nèi)各臺PC之間互聯(lián)所用的以太網(wǎng)，學(xué)生在上機之前需使用學(xué)校配發(fā)的ID卡在刷卡服務(wù)器上進(jìn)行刷卡動作，登錄到機房管理系統(tǒng)，之后方能使用機房內(nèi)的PC機。電子公告牌上也是一個ZigBee節(jié)點，可顯示各個機房內(nèi)的實時溫度、濕度、PC機使用情況等。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
隨著ZigBee規(guī)范的建立和不斷升級完善，各大元器件制造商不斷推出各具特色的ZigBee產(chǎn)品，但從芯片的集成度、成本、開發(fā)環(huán)境完善程度和可持續(xù)升級等方面綜合考慮，該系統(tǒng)設(shè)計選用Texas Instrument的CC2430實現(xiàn)ZigBee的通信功能，該器件的特性如下：高性能、低功耗的8051微控制器內(nèi)核；兼容IEEE 802．15．4的2．4 GHz射頻收發(fā)器；AES安全協(xié)處理器；內(nèi)置溫度傳感器。圖2為CC2430的通信模塊原理圖。由圖2看出，CC2430可稱作一個小規(guī)模的SoC，配上很少的外圍元件和天線(可選鞭狀天線或板載天線)即可組成一個完整的ZigBee通信節(jié)點。