基于無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的智能機房環(huán)境監控系統的設計與實(shí)現

摘要：針對傳統人工采集費時(shí)費力和有線(xiàn)監控布線(xiàn)復雜、維護困難的局限性，將傳感器與ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)相結合，提出了無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的智能機房環(huán)境監控系統的設計方案，并進(jìn)行了實(shí)現。該系統利用ZigBee技術(shù)實(shí)現對采集數據及信息的無(wú)線(xiàn)收發(fā)，通過(guò)公共網(wǎng)關(guān)接口CGI將數據和控制信息傳送到互聯(lián)網(wǎng)，操作人員從遠距離的PC機上實(shí)時(shí)查看數據、實(shí)施控制，從而實(shí)現了真正意義的遠程監控。
關(guān)鍵詞：ZigBee；無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )；傳感器；環(huán)境控制；CGI

現有的機房監控主要采用人工監控和有線(xiàn)監控兩種方法。傳統的人工檢測和控制方法費時(shí)費力；有線(xiàn)傳輸面臨著(zhù)布線(xiàn)復雜、維護和更新升級困難，而無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的誕生給它帶來(lái)了一場(chǎng)全新的革命。
文中提出了一種基于ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的智能機房環(huán)境監控系統設計方案，通過(guò)對機房的濕度、溫度、光照、火警和水浸等幾個(gè)重要因素進(jìn)行實(shí)時(shí)的智能化監測和控制，同時(shí)還可以通過(guò)手機短信通知管理者。文中重點(diǎn)介紹了基于ZStack的應用程序開(kāi)發(fā)，實(shí)現了對機房?jì)榷喾N信息的遠程監測、處理和控制。

1 ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)
ZigBee是一種新興的短距離、低速率無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。它是一種介于無(wú)線(xiàn)標記和藍牙之間的技術(shù)方案。ZigBee是建立在IEEE 802．15．4標準之上的，IEEE規定了ZigBee的物理層和媒體接入控制層，網(wǎng)絡(luò )層、應用支持子層和高層應用規范由ZigBee聯(lián)盟制定。ZigBee協(xié)議規定了3個(gè)可用頻段868 MHz、915 MHz和2．4GHz，分別提供：1個(gè)、10個(gè)和16個(gè)共計27個(gè)信道。其中2．4GHz為全球通用頻段，傳輸速率達250Kb／S。 ZigBee技術(shù)采用CSMA—CA的信道接入方式，可有效避免通信的沖突。
ZigBee網(wǎng)絡(luò )支持星狀、網(wǎng)狀和樹(shù)狀三種自組織無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )類(lèi)型，其連接地址分為16位短地址和64位長(cháng)地址，最多一個(gè)主節點(diǎn)可管理254個(gè)子節點(diǎn)；同時(shí)主節點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)管理，可組成多達65 000個(gè)節點(diǎn)的大網(wǎng)，一個(gè)區域可以有100個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò )同時(shí)存在。
基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )是集信息采集、信息傳輸、信息處理于一體的綜合智能信息系統，具有低成本、低功耗、低速率、高可靠性等特點(diǎn)。

2 系統總體設計
2．1 系統結構
以自動(dòng)控制原理為理論基礎，應用傳感器與執行器件構成閉環(huán)控制系統。傳感器節點(diǎn)配有傳感器感知機房環(huán)境，控制節點(diǎn)配有執行器件改善機房環(huán)境。傳感器節點(diǎn)與控制節點(diǎn)相互配合，共同為機房?jì)葯C器運行提供適宜的環(huán)境。

本系統由無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )、網(wǎng)關(guān)和主控中心組成。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )是物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)末梢，負責感知環(huán)境的變化，并將數據通過(guò)網(wǎng)關(guān)傳輸到互聯(lián)網(wǎng)。系統結構如圖1所示。
2．2 網(wǎng)關(guān)系統結構
網(wǎng)關(guān)是互聯(lián)網(wǎng)與無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )之間的數據通訊橋梁。本方案提供了3種網(wǎng)關(guān)接入方式：本地訪(fǎng)問(wèn)、手機訪(fǎng)問(wèn)和互聯(lián)網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)。網(wǎng)關(guān)系統結構如圖2所示。

2．3 傳感器網(wǎng)絡(luò )結構
ZigBee網(wǎng)絡(luò )存在3種邏輯設備類(lèi)型，即協(xié)調器、路由器、終端設備，并且在一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò )中有且只有一個(gè)協(xié)調器。當協(xié)調器被激活后，它就會(huì )建立一個(gè)自己的網(wǎng)絡(luò )。本方案采用的是星型網(wǎng)絡(luò )，在星型網(wǎng)絡(luò )結構中只有一個(gè)唯一的PAN主協(xié)調器，通過(guò)選擇一個(gè)PAN標識符確保網(wǎng)絡(luò )的唯一性。路由或終端都可以加入到這個(gè)網(wǎng)絡(luò )中來(lái)。

3 硬件設計
本系統硬件主要包括3部分，其中無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )核心是基于TI公司的CC2430開(kāi)發(fā)的無(wú)線(xiàn)模塊；網(wǎng)關(guān)是基于A(yíng)RM微處理器的嵌入式平臺；主控中心是PC機。
CC2430是挪威Chipcon公司的一款真正符合IEEE802．15．4標準的片上ZigBee產(chǎn)品。這種解決方案能夠提高性能并滿(mǎn)足以ZigBee為基礎的2．4 GHz ISM波段應用，及對低成本、低功耗的要求。CC2430無(wú)線(xiàn)單片機在待機時(shí)的電流消耗僅0．2μA，在32 kHz晶振下運行時(shí)的電流消耗小于1μA。因此，使用小型電池壽命可以長(cháng)達10年。