隨著無線傳感網絡、信息技術的迅猛發(fā)展,，互聯網的迅速普及和嵌入式系統的廣泛應用,，計算機及網絡技術已經滲透到了各行各業(yè),。整個社會對計算機信息系統的依賴在不斷地加深，信息傳輸更多采用網絡化與智能化,。因而對于機房信息的實時性,、安全性、穩(wěn)定性和維護管理方面提出更高的要求,。

    ZigBee無線傳感網絡已經在很多方面得到了廣泛的應用,，并且可達到運行可靠穩(wěn)定。有些機房當中存在布線困難,、擴展性和移植性差等問題,。面對現有機房監(jiān)控系統的弊端和局限性，為了保證機房的安全運行,，減輕機房維護人員負擔，降低系統成本,，希望能有一套基于無線傳感器網絡,，安裝方便、運行穩(wěn)定可靠,、維護簡單,、移植性好、可遠距離監(jiān)控,，同時具有經濟性的數據實時采集的機房環(huán)境監(jiān)控系統,。實現機房設備集中監(jiān)控，監(jiān)視各種設備的狀態(tài)及參數,，可診斷設備部件運行情況,，在發(fā)生異常狀況或故障時發(fā)出警報，并支持通過瀏覽器遠程監(jiān)視設備運行的情況[1,，2],。
1 系統構架
    整個系統分布部署拓撲圖如圖1所示，大致可以劃分為五部分：ZigBee無線傳感網絡,，數據采集終端IDU(Integrated Data Unit),、嵌入式服務器端、報警端,、監(jiān)控中心與遠程瀏覽站,。

    ZigBee無線傳感網絡主要負責對環(huán)境設備(如空調、漏水,、溫濕度,、UPS、電量儀等)數據參數進行采集,，以無線的方式進行數據傳輸,，通過ZigBee協調處理器節(jié)點把采集到的數據上傳到IDU,。IDU主要負責對數據進行整合，上報到嵌入式服務器,，同時,， IDU也可以直接通過RS232/RS485等有線的方式接入環(huán)境設備采集數據。嵌入式服務器負責對采集到的數據進行處理,、存儲,、分析和執(zhí)行報警動作。報警設備主要有短信報警,、電話報警,、聲光報警和郵件報警。監(jiān)控中心與遠程瀏覽站負責對機房的集中管理,，采集機房傳來的實時信息,，并以表格和狀態(tài)圖的方式顯示在監(jiān)控中心計算機屏幕上。管理員可以通過遠程瀏覽站以WEB形式監(jiān)控設備中的狀態(tài)數據,，也可以通過遠程發(fā)命令來操縱監(jiān)控設備實施開關等動作,。
2 硬件設計
    硬件部分是本監(jiān)控系統的重要組成部分之一，其指標參數及可靠性決定了整個系統的性能,。為了監(jiān)控系統的需要,，硬件要做到體積小、價格低,、監(jiān)控參數精度高,、可靠性高、功耗低等[2],。
2.1 ZigBee無線傳感器
　ZigBee模塊核心選擇CC2430芯片,，它是由Chipcon公司推出的實現嵌入式ZigBee應用的片上系統，是一顆真正的系統芯片(SoC)CMOS解決方案,。這種解決方案能夠提高性能并滿足以ZigBee為基礎的2.4 GHz ISM波段應用,，并能滿足系統低成本、低功耗的要求,。它結合一個高性能2.4 GHz DSSS(直接序列擴頻)射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級小巧高效的8051控制器,。CC2430芯片需要很少的外圍部件配合就能實現信號的收發(fā)功能，且外設資源豐富,。各個ZigBee終端節(jié)點主要是通過RS232/RS485與各設備（空調,、UPS等）進行通信，采集各設備傳感器數據,。
2.2 ARM9嵌入式系統

　  IDU和嵌入式服務器采用的都是軟硬件可裁減的嵌入式系統,。嵌入式設備主控器件采用ARM9處理器。本系統運用的是三星S3C2440,，片上有很多的資源,，集成了各種常用的接口,如串口,、SPI、I2C,、USB,、LCD、COMS,、CAMERA,，A/D、JTAG和系統總線等,。根據本系統的需要,，裁減后硬件系統及接口的主要組成部分如圖2所示，主要包括微控制器,、RTC晶振,、電源電路、復位電路,、看門狗,、大容量Flash/SDRAM、系統狀態(tài)指示,、以太網口、RS485,、RS232,、USB口、JTAG接口和A/D口,。S3C2440是基于ARM920T處理內核,，具有低功耗、高度集成性特性,，主頻400 MHz,，最高533 MHz，這個工作頻率能夠使處理器輕松運行Windows CE,，Linux等操作系統以及進行較為復雜的數據處理,。選用64 MB SDRAM及256 MB Flash足夠滿足監(jiān)控數據存儲及運行Windows CE操作系統的要求。在存儲不足的情況下可采用外界存儲器,，例如SD卡,、U盤等設備。

3 軟件設計
3.1 ZigBee程序設計
　 為了保證系統的可靠運行,，必須選擇合適的網絡拓撲結構,。ZigBee標準支持3種主要的自組織無線網絡類型， 即星型結構,、網狀結構和簇狀結構[4],。本系統采用星型結構,，星型拓撲結構只存在一個FFD(Full Functional Device)節(jié)點，各個 RFD(Reduced Function Device)節(jié)點共享信道,，一定時間內只有一個RFD節(jié)點和FFD節(jié)點通信,。本系統協調器與路由器均由FFD構成，它們均有建立ZigBee網絡的能力,。協調器與路由器傳遞數據是雙向的,，協調器一方面收集終端節(jié)點的數據包并發(fā)給IDU，另一方面也將IDU從串口發(fā)來的控制信息發(fā)送到對應的節(jié)點,，路由器的工作是負責協調器與終端節(jié)點之間數據傳遞,。ZigBee程序流程圖如圖3所示。

3.2 WinCE及Web應用程序設計
    本系統后臺程序是基于WinCE/Win32上的應用程序,，可在PC機和嵌入式計算機上部署,。后臺采集程序、管理程序和服務器程序由Lazarus開發(fā)環(huán)境進行開發(fā),。Lazarus是一個基于Free Pascal的快速應用（RAD）的面向對象的Pascal集成開發(fā)環(huán)境,，不像Java致力于“一次編寫，到處運行”,，Lazarus和Free Pascal則致力于“一次編寫,，到處編譯”。由于對上述所有平臺有完全相同的編譯器,，這意味著使用者不需要重新編碼,，就可以為不同的平臺開發(fā)相同的產品。因此,，編譯后可以部署在不同的核心控制器和操作系統上,，為一次開發(fā)多方面應用提供了方便，為不同的部署方案提供了靈活性,?；赪eb的遠程直觀可視化瀏覽界面采用的是基于C#的Microsoft Silverlight平臺進行開發(fā)。Microsoft Silverlight是一個跨瀏覽器,、跨客戶平臺的技術,，能夠設計、開發(fā)和發(fā)布有多媒體體驗與豐富交互的網絡交互程序,，使整個界面具有很好的直觀性和良好的視覺效果,。整個軟件系統構架如圖4所示。

    整個軟件系統主要由四部分組成,，數據采集終端（傳感服務）,、服務器端（中間件器服務）、報警端（報警服務）和Web界面（Web服務）,。四部分之間通過PHPRPC協議進行數據傳輸和交換,。PHPRPC 是一個輕型的,、安全的、跨網際的,、跨語言的,、跨平臺的、跨環(huán)境的,、跨域的,、支持復雜對象傳輸的、支持引用參數傳遞的,、支持內容輸出重定向的,、支持分級錯誤處理的、支持會話的,、面向服務的高性能遠程過程調用協議,。這使得彼此間的通信變得更加容易、方便,、快速和穩(wěn)定,。PHPRPC是建立在Socket之上的，出于一種類比的愿望,，在一臺機器上運行的主程序,，可以調用遠程另一套機器上的子程序,就像本地調用。它是一種C/S開發(fā)方法,，開發(fā)效率高且可靠,。比起Socket其實現過程簡單，只需要少量的語句便可以實現遠程調用,，從而提高了開發(fā)的效率和系統運行的穩(wěn)定性及準確性。
    傳感器服務,對于傳感器數據的采集是實時的,，對每個設備的工作是獨立的,。其流程圖如圖5(a)所示。中間件服務承擔著服務器的角色,，是數據傳輸的中轉站,，并且還負責對數據的檢查（數據和狀態(tài)是否達到報警值）、存儲和備份,。其流程圖如圖5(b)所示,。報警服務，它只是負責對服務器傳來的報警信息進行報警,。 其流程圖如圖5(c)所示,。Web服務運用Microsoft Silverlight平臺進行開發(fā)，它是微軟所發(fā)展的 Web前端應用程序開發(fā)解決方案,，是微軟豐富型互聯網應用程序策略的主要應用程序開發(fā)平臺之一,。能夠開發(fā)出具有專業(yè)圖形,、音頻和視頻的Web應用程序，可達到界面直觀,、豐富等效果,。為了增強界面參數顯示的實時性，數據采集終端采集上報到服務器中,，服務將把實時的數據保存在內存當中,。Web通過PHPRPC協議從服務器中調回實時數據時，不是通過服務器查詢數據庫得到,，而是通過服務器內存直接取回,。這樣，通過內存訪問的形式不僅減輕了服務器的壓力,，同時也提高數據更新的實時性,，提高了整個系統的性能。

4 系統的調試與運行
     本系統在某機房的支持下,，投入調試運行,，運行的性能達到了預期的要求。先開啟無線網絡協調處理器,，然后開啟網絡路由節(jié)點和各個終端節(jié)點建立無線傳感網絡,，運行嵌入式服務器和IDU采集終端。通過PC機運行遠程Web界面,，運行測試達到很好的實時性,、快速性、穩(wěn)定性,。
    通過投入機房運行實踐證明,，無線傳器網絡技術可以很好地應用到機房監(jiān)控系統當中，而且具有很好的準確性,、實時性,、快速性和穩(wěn)定性。由Silverlight開發(fā)的Web界面具有很好地直觀性,、富交互性和動畫性,。為了提高ZigBee無線傳感網絡數據傳輸的準確率和機房的抗干擾能力，加大傳輸距離,，可以采取天線放高,、增大發(fā)射功率、提高接收靈敏度等措施,。使用中繼模塊縮短傳輸距離可以很好地提高整體性能,。不用2.4 GHz，而使用低頻率傳輸，可使穿透能力增大很多,。
    ZigBee無線傳感網絡嵌入式技術應用領域愈來愈廣泛,，硬件性能上也在不斷提升，不斷地在擴大應用領域,。本系統的架構可以很好地移植到其他監(jiān)控和數據采集系統等不同應用場合當中,。
參考文獻
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