CN101707540B

CN101707540B - 基于紫蜂无线传感器网络的机柜微环境监测系统及方法

Info

Publication number: CN101707540B
Application number: CN2009102359126A
Authority: CN
Inventors: 林海青; 杨建峰
Original assignee: BEIJING TOP ELECTRONIC Co Ltd
Current assignee: BEIJING TOP ELECTRONIC Co Ltd
Priority date: 2009-10-29
Filing date: 2009-10-29
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2029-10-29
Also published as: CN101707540A

Abstract

本发明公开了基于紫蜂无线传感器网络的机柜微环境监测系统及方法。所述系统，包括：数据节点机柜电源插座，用于在为机柜分配电的同时通过数据节点机柜电源插座内设的无线传感器采集机柜微环境的供电电压、电流、温度和湿度信息，并将采集的数据通过无线信号传输给汇聚节点；汇聚节点，与多个数据节点机柜电源插座建立无线连接，用于负责组织、建立、维护和控制由数据节点机柜电源插座构成的无线传感器网络，并接收采集的数据；通过以太网与无线传感器网络管理平台连接，将接收到的采集的数据通过以太网转发到无线传感器网络管理平台；无线传感器网络管理平台，用于接收汇聚节点转发来的采集的数据，对采集的数据进行分析并管理无线传感器网络。

Description

基于紫蜂无线传感器网络的机柜微环境监测系统及方法

技术领域

本发明涉及无线传输技术领域，特别是涉及基于紫蜂(Zigbee)无线传感器网络的机柜微环境监测系统及方法。

背景技术

目前，无线传输技术正飞速地进入许多应用领域，与有线设备相比其具有成本低、携带方便、无需布线等优点。而在标准林立的短距离无线通信领域，紫蜂(zigbee)技术的快速发展可以说是令人始料未及的。Zigbee是基于IEEE802.15.4无线标准的有关组网、安全和应用软件方面的无线技术标准。Zigbee技术拥有耗能低、成本低、复杂度低、网络容量大、安全性高、工作频段灵活、延时短等优点。Zigbee技术在Zigbee联盟和IEEE802.15.4的推动下，结合其他无线技术，可以实现无所不在的网络。不仅在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领域有巨大的应用价值，未来在应用中还可以涉及人类日常生活和社会生产活动的几乎所有领域。

伴随着企业对信息化需求的增长，计算机、网络技术已渗透到企业的日常工作，它们在为企业带来了巨大的经济效益。计算机监控系统在不影响网络运行效率和改变现有网络配置的条件下，可以对计算机的使用情况进行宏观的管理和控制，能严格监控和记录局域网内的计算机的所有活动行为，它可以实时记录局域网内计算机所有收发的邮件、浏览的网页以及FTP上传下载的文件，监视和管理网内用户的聊天行为，对这些活动情况进行归类和记录，以达到对计算机进行全方位高质量的集中监管。计算机监控系统是非常有效的网络监管工具，可以让您随时了解您公司计算机用户的资源利用情况，有效地配置计算机系统。

然而，现在大部分计算机监控系统存在以下问题：

1.大中型计算机系统中，IT设备机架化，业务种类多，业务量大，IT设备高密度化，散热量大，但机柜内微环境并不未纳入集中监控；

2.计算机监控系统，主要针对计算机系统宏观环境，不能有效兼顾机柜微环境；

3.计算机监控系统与计算机系统建设同期进行，需要施工布线，网络复杂，成本高；

4.计算机监控系统均是基于“有线”技术，一旦建设成功，扩展不灵活；

发明内容

本发明的目的在于提供基于紫蜂无线传感器网络的机柜微环境监测系统及方法，其能够实现对机柜内微环境进行集中监控。

为实现本发明的目的而提供一种基于紫蜂无线传感器网络的机柜微环境监测系统，所述机柜微环境监测系统，包括数据节点机柜电源插座、汇聚节点和网络管理平台，其中：

所述数据节点机柜电源插座，设置在机柜内部，用于在为机柜分配电的同时通过数据节点机柜电源插座内设的无线传感器采集机柜微环境的供电电压、电流、温度和湿度信息，并将采集的数据通过无线信号传输给所述汇聚节点；

所述汇聚节点，设置在机柜外部，与多个所述数据节点机柜电源插座建立无线连接，用于负责组织、建立、维护和控制由所述数据节点机柜电源插座构成的无线传感器网络，并接收采集的数据；通过以太网与无线传感器网络管理平台连接，将接收到的采集的数据通过以太网转发到所述无线传感器网络管理平台；

所述无线传感器网络管理平台，安装于用户端，用于接收所述汇聚节点转发来的采集的数据，对采集的数据进行分析并管理无线传感器网络。

所述数据节点机柜电源插座，与其周围的一个或多个数据节点机柜电源插座建立无线连接，具有路由功能。

所述汇聚节点，还能够将紫蜂协议格式转换为TCP/IP协议格式。

所述汇聚节点，设置在不同的房间、楼层或建筑物内。

所述无线传感器网络管理平台上运行管理软件，该管理软件能够对机柜微环境监测系统进行配置、管理、维护、通信，能在XP\Vista操作系统中良好运行，且与其他应用程序兼容。

所述数据节点机柜电源插座和所述汇聚节点硬件能够满足相应的电磁兼容标准。

为实现本发明的目的，还提供一种基于紫蜂无线传感器网络的机柜微环境监测方法，所述方法，包括下列步骤：

步骤100.数据节点机柜电源插座在机柜内部为机柜分配电源，同时通过数据节点机柜电源插座内设的无线传感器采集机柜供电的电压、电流以及机柜内微环境的温度、湿度，并将采集的数据通过无线信号发送到汇聚节点；

步骤200.汇聚节点接收、汇聚数据节点机柜电源插座发送来的数据，并转发给无线传感器网络管理平台；

步骤300.无线传感器网络管理平台接收所述汇聚节点转发来的数据，对监测数据进行分析并管理无线传感器网络。

所述步骤200，包括步骤：

步骤210.汇聚节点提供上行/下行双向数据接口，从数据节点机柜电源插座处接收到基于紫蜂协议的监测信息，将该协议转换为TCP/IP协议格式的文件，通过以太网传输到无线传感器网络管理平台。

所述步骤300，包括步骤：

步骤310.无线传感器网络管理平台上运行管理软件，该管理软件对机柜微环境监测系统进行配置、管理、维护、通信，能在XP\Vista操作系统中良好运行，且与其他应用程序兼容。

本发明的有益效果是：

1.利用本发明的基于Zigbee无线传感器网络的机柜微环境监测系统及方法，能够实现多点可靠组网，以及数据的可靠传输；

2.利用本发明的基于Zigbee无线传感器网络的机柜微环境监测系统及方法，能够实现多节点的电磁兼容；

3.利用本发明的基于Zigbee无线传感器网络的机柜微环境监测系统及方法，能够有效兼顾机柜微环境的监控，实现对机柜内微环境进行集中监控；

4.本发明的基于Zigbee无线传感器网络的机柜微环境监测系统及方法，适用于数字中心、网络机房和信息中心等环境，在机柜微环境监测系统的应用上具有示范效应，并且拓展了Zigbee技术的应用范围。

附图说明

图1是本发明基于Zigbee无线传感器网络的机柜微环境监测系统的拓扑结构图；

图2是本发明在IDC机房中的实施例的示意图；

图3是本发明中数据节点PDU在IDC机房中的实施例的示意图；

图4是本发明中汇聚节点在IDC机房中的实施例的示意图；

图5是本发明基于Zigbee无线传感器网络的机柜微环境监测方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明的基于紫蜂无线传感器网络的机柜微环境监测系统及方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的基于紫蜂无线传感器网络的机柜微环境监测系统及方法，通过在机柜内设置配置有传感器的数据节点，监测机柜内的电压和电流、温度和湿度，并将监测数据传输给汇聚节点，再由汇聚接点对监测数据进行处理，并将处理后的监测数据通过以太网传输到客户端，由客户端对所有机柜的微环境进行管理。本发明适用于数字中心、网络机房和信息中心等环境，在机柜微环境监测系统的应用上具有示范效应，并且拓展了Zigbee技术的应用范围。

所述机柜微环境，是指以机柜作为一个整体，作为构成数据中心的一个单元，相对机房的宏观环境而言，机柜内部为微观环境。机柜内部涉及到IT设备供电、IT设备所处环境的温度和湿度等参量，这些因素对于IT设备的可靠运行，机房的可用性有重要影响。

本发明与现有技术的不同之处在于，如表1所示：

表1本发明与现有技术的对比分析表

	本发明监测系统	目前监控系统
			监控对象	机柜微环境	机房宏观环境
产品型式	与电源附件结合	独立产品
			技术方案	Zigbee无线通信技术和无线传感器网络技术	以太网IP技术现场总线技术
扩展升级	扩展灵活、升级方便	需要布线

拥有成本

比较低

比较高

下面结合上述目标详细介绍本发明的基于紫蜂无线传感器网络的机柜微环境监测系统。图1是本发明基于紫蜂无线传感器网络的机柜微环境监测系统的拓扑结构图，如图1所示，所述机柜微环境监测系统，包括：

数据节点机柜电源插座(Power Distribution Unit，PDU)1，设置在机柜内部，用于在为机柜分配电的同时通过其内设的无线传感器采集机柜微环境的供电电压、电流、温度和湿度，并将采集的数据通过无线信号传输给所述汇聚节点2；

较佳地，由于实际情况中无线信号穿越金属机柜存在衰减，本发明将无线发射信号设为其上限值。

较佳地，本发明中数据节点PDU和汇聚节点硬件能够满足相应的电磁兼容标准，能够应用在机柜环境中。

所述数据节点PDU，与其周围的一个或多个数据节点PDU建立无线连接，具有路由功能。

本发明中数据节点PDU的无线信号并不是一跳直接到汇聚节点，而是中间经过一跳到数据节点PDU，再到汇聚节点，这样做的目的是当与一数据节点PDU连接的数据节点PDU出现故障时，该数据节点PDU会自动搜寻其周围的其他可用数据节点PDU进行信号传输，以增加信号传输的可达性和可靠性。

汇聚节点2，设置在机柜外部，与多个所述数据节点PDU1建立无线连接，用于负责组织、建立、维护和控制所述数据节点PDU1构成的无线传感器网络，并接收采集的信息；并通过以太网与无线传感器网络管理平台连接，将接收到的采集的数据通过以太网转发到无线传感器网络管理平台。

所述汇聚节点，还具有将Zigbee转换为TCP/IP的协议转换功能。汇聚节点从数据节点PDU处接收到基于Zigbee协议的监测数据，将该协议转换为TCP/IP协议格式的文件后，通过以太网传输到无线传感器网络管理平台。

所述汇聚节点，可以设置在不同的房间、楼层或建筑物内。

所述汇聚节点，可以连接200个数据节点PDU。

无线传感器网络管理平台3，安装于用户端，用于接收所述汇聚节点2转发来的监测数据，对监测数据进行分析并管理无线传感器网络。

作为一种可实施方式，下面以IDC机房为例详细说明本发明基于Zigbee无线传感器网络的机柜微环境监测系统。图2是本发明在IDC机房中的实施例的示意图，图3是本发明中数据节点PDU在IDC机房中的实施例的示意图，图4是本发明中汇聚节点在IDC机房中的实施例的示意图，如图2、图3和图4所示。

IDC即Internet data center(互联网数据中心)，是指一种拥有完善的设备(包括高速互联网接入带宽、高性能局域网络、安全可靠的机房环境等)、专业化的管理、完善的应用级服务的服务平台。在这个平台基础上，电信企业(或其它IDC服务商)为企业和ISP、ICP、ASP等客户提供互联网基础平台服务以及各种增值服务等IDC业务。

所述系统包括：

一、数据节点PDU

安装位置：数据节点PDU安装在机柜内部；

主要功能：

1.电源分配器，将一路交流输入分成若干路输出，提供给IT设备；

2.内置数据节点电路模块，具备数据采信和无线通信功能，采集机柜供电的电压、电流以及机柜微环境的温度、湿度，并将数据发送到汇聚节点(网关)；

3.路由功能：数据节点PDU具备路由功能。

参数描述：如表2、表3和表4所示：

表2数据节点PDU物理描述

表3数据节点模块技术指标

项目	具体要求	备注
			额定电压	220V	±20％
额定频率	50Hz

无线通信频率	2.4GHz
			无线发射功率	18dbm
接收灵敏度	-95dBm	PER＝1％(误码率)
			最大传输速率	250kbps
数据加密	128bit AES

表4指标范围和要求

指标	量程范围	具体要求
			温度	0～100℃	1路，分辨率0.1度，最大误差±0.4度
湿度	0～95％RH	1路，分辨1％，最大误差±3％RH
			电压	176～264V	1路，分辨率1V，最大误差±1％
电流	0～40A	1路，分辨率0.1A，最大误差±1％

二、汇聚节点(网关)

安装位置：在机房里面适当位置；

主要功能：

1.网络控制器：负责组织、建立、维护和控制数据节点PDU构成的无线传感器网络；

2.数据汇聚：接收、汇聚数据节点发送来的数据，并转发给以太网客户端；

3.Zigbee-Ethernet网关：Zigbee-TCP/IP协议转换，提供上行/下行双向数据接口。

物理描述：如表5和表6所示：

表5汇聚节点(网关)物理描述

表6汇聚节点模块技术指标

项目	具体要求	备注
			额定电压	220V	±20％
额定频率	50Hz
			无线通信频率	2.4GHz
无线发射功率	18dBm

接收灵敏度	-95dBm	PER＝1％(误码率)
			最大数据速率	250kbps

三、无线传感器网络管理软件：

安装位置：安装在监控终端；

基本功能：

1.在XP\Vista操作系统中运行，且与其他应用程序兼容；

2.支持多网关管理和操作，每一个网关下面可带200个数据节点；

3.无线传感器网络管理软件是监测系统的后台管理软件，能够对机柜微环境监测网络进行配置、管理、维护、通信等，要求有效、可靠。

相应于本发明的基于紫蜂无线传感器网络的机柜微环境监测系统，还提供基于紫蜂无线传感器网络的机柜微环境监测方法。图5是本发明基于紫蜂无线传感器网络的机柜微环境监测方法的流程图，如图5所示，所述方法，包括下列步骤：

步骤100.数据节点PDU在机柜内部为机柜分配电源，同时通过数据节点PDU内设的无线传感器采集机柜供电的电压、电流以及机柜内微环境的温度、湿度，并将采集的数据通过无线信号发送到汇聚节点；

步骤200.汇聚节点接收、汇聚数据节点PDU发送来的数据，并转发给无线传感器网络管理平台；

所述步骤200，还包括下列步骤：

汇聚节点提供上行/下行双向数据接口，从数据节点PDU处接收到基于Zigbee协议的监测信息，将该协议转换为TCP/IP协议格式的文件，通过以太网传输到无线传感器网络管理平台。

步骤300.无线传感器网络管理平台接收所述汇聚节点转发来的数据，利用管理软件对监测数据进行分析并管理无线传感器网络。

所述步骤300，还包括下列步骤：

无线传感器网络管理平台上运行管理软件，该管理软件对机柜微环境监测系统进行配置、管理、维护、通信，能在XP\Vista操作系统中良好运行，且与其他应用程序兼容。

本发明的有益效果在于：

通过结合附图对本发明具体实施例的描述，本发明的其它方面及特征对本领域的技术人员而言是显而易见的。

以上对本发明的具体实施例进行了描述和说明，这些实施例应被认为其只是示例性的，并不用于对本发明进行限制，本发明应根据所附的权利要求进行解释。

Claims

1.基于紫蜂无线传感器网络的机柜微环境监测系统，其特征在于，所述机柜微环境监测系统，包括数据节点机柜电源插座、汇聚节点和无线传感器网络管理平台，其中：

所述数据节点机柜电源插座，设置在机柜内部，用于在为机柜分配电的同时通过数据节点机柜电源插座内设的无线传感器采集机柜供电的电压、电流以及机柜内微环境的温度和湿度信息，并将采集的数据通过无线信号传输给所述汇聚节点；

2.根据权利要求1所述的基于紫蜂无线传感器网络的机柜微环境监测系统，其特征在于，所述数据节点机柜电源插座，与其周围的一个或多个数据节点机柜电源插座建立无线连接，具有路由功能。

3.根据权利要求1所述的基于紫蜂无线传感器网络的机柜微环境监测系统，其特征在于，所述汇聚节点，还能够将紫蜂协议格式转换为TCP/IP协议格式。

4.根据权利要求1所述的基于紫蜂无线传感器网络的机柜微环境监测系统，其特征在于，所述汇聚节点，设置在不同的房间、楼层或建筑物内。

5.根据权利要求1所述的基于紫蜂无线传感器网络的机柜微环境监测系统，其特征在于，所述无线传感器网络管理平台上运行管理软件，该管理软件能够对机柜微环境监测系统进行管理，能在XP\Vista操作系统中良好运行，且与其他应用程序兼容。

6.根据权利要求1所述的基于紫蜂无线传感器网络的机柜微环境监测系统，其特征在于，所述数据节点机柜电源插座和所述汇聚节点硬件能够满足相应的电磁兼容标准。

7.基于紫蜂无线传感器网络的机柜微环境监测方法，其特征在于，所述方法，包括下列步骤：

8.根据权利要求7所述的基于紫蜂无线传感器网络的机柜微环境监测方法，其特征在于，所述步骤200，包括步骤：

步骤210.汇聚节点提供上行/下行双向数据接口，从数据节点机柜电源插座处接收到基于紫蜂协议的监测信息，将该基于紫蜂协议的监测信息转换为TCP/IP协议格式的文件，通过以太网传输到无线传感器网络管理平台。

9.根据权利要求7所述的基于紫蜂无线传感器网络的机柜微环境监测方法，其特征在于，所述步骤300，包括步骤：

步骤310.无线传感器网络管理平台上运行管理软件，该管理软件对机柜微环境监测系统进行管理，能在XP\Vista操作系统中良好运行，且与其他应用程序兼容。

10.根据权利要求7所述的基于紫蜂无线传感器网络的机柜微环境监测方法，其特征在于，所述数据节点机柜电源插座和所述汇聚节点硬件能够满足相应的电磁兼容标准。