摘要：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是伴隨著微電子、無(wú)線通信和嵌入式系統(tǒng)等技術(shù)的快速進(jìn)步而發(fā)展的一種新型網(wǎng)絡(luò)。它能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)、感知、采集和處理各種監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，是新興前沿科技研究熱點(diǎn)之一。本文針時(shí)地質(zhì)災(zāi)害環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警需求，通過(guò)利用無(wú)線傳感器及傳感網(wǎng)技術(shù)對(duì)山體滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害環(huán)境進(jìn)行不同斷的高精度數(shù)據(jù)搜集，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于Nagios和Cacti平臺(tái)的無(wú)線傳感網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)。通過(guò)本文開(kāi)發(fā)的監(jiān)測(cè)預(yù)警網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)，可以有效地獲得監(jiān)測(cè)信息，并通過(guò)監(jiān)測(cè)預(yù)警機(jī)制來(lái)減少地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)地區(qū)的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。
關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感器；地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警；Nagios and Cacti；網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，WSN)是一種全新的網(wǎng)絡(luò)化信息獲取與處理技術(shù)，具有動(dòng)態(tài)自組網(wǎng)、無(wú)線多跳路由和多路徑數(shù)據(jù)傳輸功能。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由分布在不同位置的具有數(shù)據(jù)采集及處理單元、通信模塊的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)Χ鄠€(gè)對(duì)象實(shí)施時(shí)間監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集和控制。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以感知、收集、分析、處理各種信息，包括溫度、濕度、地表信息等，同時(shí)結(jié)合數(shù)據(jù)融合技術(shù)處理信息，已經(jīng)在軍事領(lǐng)域、農(nóng)業(yè)、安全監(jiān)控、環(huán)保監(jiān)測(cè)、建筑領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域、工業(yè)監(jiān)控、智能交通等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
突發(fā)性山體滑坡、崩塌、泥石流是我國(guó)最嚴(yán)重的幾種地質(zhì)災(zāi)害類型，因其發(fā)生時(shí)間短、隱蔽性強(qiáng)、破壞性大，造成重大人員傷亡和巨大經(jīng)濟(jì)損失。目前為止，國(guó)內(nèi)已經(jīng)建立的用于監(jiān)測(cè)突發(fā)性滑坡、崩塌、泥石流的自然災(zāi)害的網(wǎng)絡(luò)，由于受到復(fù)雜的地理?xiàng)l件、技術(shù)因素等影響，大多采用人工收集方式，導(dǎo)致出現(xiàn)數(shù)據(jù)收集不及時(shí)，信息覆蓋不足的缺點(diǎn)，難以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)滑坡泥石流地質(zhì)災(zāi)害并提供預(yù)警機(jī)制。本文通過(guò)建立基于Nagios和Cacti平臺(tái)的新的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步提升無(wú)線傳感網(wǎng)對(duì)自然災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)警能力，提高地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)覆蓋范圍和可靠性，從而減少人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。

1 智能無(wú)線傳感網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理體系結(jié)構(gòu)
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)后臺(tái)管理軟件一般由3大部分組成，如圖1所示。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集環(huán)境數(shù)據(jù)，并通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_(tái)管理平臺(tái)(遠(yuǎn)程應(yīng)用)，后臺(tái)管理平臺(tái)(遠(yuǎn)程應(yīng)用)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、存儲(chǔ)，以得到無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)信息，對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行和環(huán)境狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。此外，后臺(tái)管理平臺(tái)也可以發(fā)起任務(wù)并通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)告知無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，從而完成特定任務(wù)。

整個(gè)地質(zhì)災(zāi)害無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為3層的MESH網(wǎng)絡(luò)，由無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)層、網(wǎng)關(guān)層、以及TD—SCDMA和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心層(如圖2所示)。為了能夠得到有效及時(shí)的監(jiān)測(cè)信息，在監(jiān)測(cè)區(qū)域布置了采用ZigBee協(xié)議的傳感器節(jié)點(diǎn)，如雨量計(jì)、深部位移計(jì)、地表位移裂縫計(jì)、孔隙水壓計(jì)等，這些傳感器節(jié)點(diǎn)與中繼節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織的方式形成最底層的傳感器監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)關(guān)層為匯聚網(wǎng)關(guān)層，使用WiFi進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，該層包括ZigBee-WiFi網(wǎng)關(guān)、WiFi中繼節(jié)點(diǎn)、TD—SCDMA網(wǎng)關(guān)與大數(shù)據(jù)量的音視頻傳感器節(jié)點(diǎn)、GPS傳感器節(jié)點(diǎn)和地聲傳感器節(jié)點(diǎn)。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心采用TD—SCDMA網(wǎng)絡(luò)與地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中心站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。TD—SCDMA網(wǎng)絡(luò)具有覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)傳輸率高的特點(diǎn)。使用TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)可以基本滿足當(dāng)前的監(jiān)測(cè)傳感器與多媒體數(shù)據(jù)的傳輸需求，并可以大大降低研發(fā)和部署成本。

2 地災(zāi)監(jiān)測(cè)無(wú)線傳感網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)技術(shù)方案
用于監(jiān)測(cè)突發(fā)性山體滑坡、崩塌、泥石流的無(wú)線傳感網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)選擇基于Nagios和Cacti平臺(tái)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。Nagios網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)是基于Linux平臺(tái)開(kāi)發(fā)的，采用分布一集中的管理方式，它可以通過(guò)代理或無(wú)代理的方式監(jiān)控Windows／Linux服務(wù)器、路由器和交換機(jī)、網(wǎng)關(guān)、傳感器等設(shè)備。Nagios服務(wù)器本身是沒(méi)有監(jiān)測(cè)機(jī)制的，它是通過(guò)插件來(lái)連接被監(jiān)控的主機(jī)，被監(jiān)控的主機(jī)通過(guò)Nagios客戶端把自己運(yùn)行的狀況反饋給監(jiān)控端服務(wù)器，系統(tǒng)管理人員可以通過(guò)web界面查看設(shè)備的連接狀態(tài)，及時(shí)了解被監(jiān)控對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)被監(jiān)控對(duì)象的監(jiān)控信息達(dá)到了一定的報(bào)警閾值時(shí)，Nagios也可以通過(guò)設(shè)定的通信方式(例如手機(jī)、短信、郵件等)給管理人員發(fā)送報(bào)警信息，及時(shí)通知管理人員處理報(bào)警信息。
Cacti是一套基于開(kāi)放式互聯(lián)網(wǎng)SNMP協(xié)議，運(yùn)用php、mysql、snmp和rrdtool開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)控工具，可生成對(duì)物理設(shè)備CPU、內(nèi)存、端口流量的監(jiān)控圖，還可以通過(guò)自定義生成豐富的圖表，如防火墻的連接數(shù)、VPN連接數(shù)、設(shè)備環(huán)境溫度、UPS電壓變化等等。Cacti有豐富的插件庫(kù)，可以支持路由器、交換機(jī)、防火墻、服務(wù)器、存儲(chǔ)等等。針對(duì)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的需求，在ubuntu11．04平臺(tái)下對(duì)Nagi os和Cacti進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，將新研發(fā)的插件集成Nagios到Cacti框架，形成新的網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)，用于監(jiān)測(cè)預(yù)警地質(zhì)災(zāi)害的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)。

3 Nagios系統(tǒng)平臺(tái)配置過(guò)程
基于Nagios和Cacti的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是在ubuntu11．04平臺(tái)下安裝開(kāi)發(fā)的，充分利用Nagios框架的通信插件，并集成到Cacti框架中，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)整個(gè)地質(zhì)災(zāi)害無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的各類傳感器、網(wǎng)關(guān)等設(shè)備。
3．1 Nagios及插件的安裝
Nagios在ubunm11．04系統(tǒng)上安裝。系統(tǒng)在安裝Nagios之前需要安裝net-snmp、net-snmp-devel、net-snmp-utils、apache2、libapache 2-mod-php5、build-essential、libgd2-xpm-dev等軟件。


3．2 Cacti的安裝
Cacti安裝之前需要安裝pbp5、mysql、rrdtool等，由于nagios集成于Cacti為一體，通過(guò)二次開(kāi)發(fā)，形成了一個(gè)新的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警無(wú)線傳感網(wǎng)系統(tǒng)，在安裝Cacti之前，需要把Nagios的share文件信息整合到這個(gè)新的系統(tǒng)中。


4 地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警無(wú)線傳感網(wǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果
基于Nagios和Cacti的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要通過(guò)Nagios插件來(lái)監(jiān)測(cè)所要被監(jiān)控的對(duì)象，由于地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警無(wú)線傳感網(wǎng)這整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的傳感器及網(wǎng)關(guān)被移植了SNMP協(xié)議，并定義了新的MIB信息，Nagios監(jiān)測(cè)傳感器及網(wǎng)關(guān)的信息可以通過(guò)check_snmp插件進(jìn)行監(jiān)控。例如，在編號(hào)為201的傳感器中擴(kuò)充的OID信息1．3．6．1．4．1．8000．201．11．1．1．3．0，即傳感器工作的狀態(tài)信息，如圖4所示。

通過(guò)創(chuàng)建新的配置文件sensor201．cfg，在文件中定義主機(jī)和服務(wù)信息。

地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過(guò)配置通過(guò)snmpget采集數(shù)據(jù)，使用rrdtool繪制圖形，可以任意在其指定的時(shí)間段內(nèi)畫圖，并提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)和用戶管理功能，通過(guò)對(duì)Cacti的配置，創(chuàng)建新的監(jiān)測(cè)對(duì)象，通過(guò)輸入對(duì)應(yīng)的OID信息，通過(guò)snmpget獲取數(shù)據(jù)，產(chǎn)生新的監(jiān)測(cè)圖形。圖5所示是本機(jī)的監(jiān)測(cè)信息的展示圖形。

5 結(jié)束語(yǔ)
地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警是我國(guó)目前需要大力發(fā)展的一個(gè)課題，利用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過(guò)Nagios和Cacti的集成網(wǎng)絡(luò)管理，可以有效地監(jiān)控及時(shí)發(fā)現(xiàn)無(wú)線傳感網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運(yùn)行故障，同時(shí)監(jiān)測(cè)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，有效地減少了系統(tǒng)管理人員實(shí)地考察的設(shè)備和服務(wù)運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)間、人員和財(cái)力等方面。Nagios和Cacti的系統(tǒng)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用中還存在一些不足，如：監(jiān)測(cè)狀態(tài)的顯示，重要信息的選擇等，這需要在以后的工作中系統(tǒng)管理人員進(jìn)行改進(jìn)。