尹令鄧?yán)枥韬樘韯賱⒇?cái)興

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院，廣州 510642; 2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院，廣州 510642）

0 引 言

近幾年來隨著移動通信網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展，電信基站建設(shè)數(shù)目不斷增加，覆蓋范圍越來越廣，基站的工作環(huán)境是保障無線移動業(yè)務(wù)正常運(yùn)營的關(guān)鍵之一。但目前基站監(jiān)控水平還基本停留在通過移動交換機(jī)提供的少量干節(jié)點(diǎn)傳送一些監(jiān)控開關(guān)量的方式上，跟不上高速發(fā)展的業(yè)務(wù)需求，因此迫切需要建立一整套穩(wěn)定可靠、功能完善的移動基站動力環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)。

1.絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)功能

嵌入式Linux網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)是為電信基站設(shè)計(jì)的集傳輸、環(huán)境量采集、門禁和防盜于一體的工業(yè)控制設(shè)備，其設(shè)計(jì)目標(biāo)是將以上各個(gè)功能模塊化，根據(jù)需要來選取需要加 載的功能模塊，同時(shí)保證低成本和高可靠性。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)上主要完成兩方面的功能：

(1)采集數(shù)據(jù)：能夠采集基站的環(huán)境狀態(tài)信息。主要包括：溫度、濕度、水浸、火災(zāi)、基站的后備電池狀態(tài)、以及基站通信設(shè)備的狀態(tài)信息。采集到的信息傳到后臺數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行存儲。

(2)控制：根據(jù)火災(zāi)煙感傳感器進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警、紅外防盜傳感器進(jìn)行盜竊告警、遠(yuǎn)程開門控制、電燈開關(guān)控制、抽風(fēng)機(jī)控制等。

2.統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

嵌入式Linux網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)由三個(gè)層次構(gòu)成：網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)是布置在基站中的基站監(jiān)控設(shè)備，完成對基站數(shù)據(jù)采集和控制的功能；傳輸系統(tǒng)負(fù)責(zé)傳輸監(jiān)控中心發(fā)來的命令信息和各個(gè)基站監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的采集數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息等；監(jiān)控中心則根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)對基站狀況做出分析并對監(jiān)控節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制。其中基站監(jiān)控節(jié)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，本文將對基站監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的具體軟硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)主控模塊選用基于 S3C2440的ARM-Linux嵌入式平臺，通過總線來擴(kuò)展各種板塊卡完成數(shù)據(jù)采集和控制任務(wù)，并用網(wǎng)口與外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交互。

數(shù)據(jù)采集部分提供了五種不同類型的數(shù)據(jù)采集卡：RS485讀卡器讀取RFID門禁管理中開鎖標(biāo)簽信息，確認(rèn)為正常安全信息后驅(qū)動繼電器開門；數(shù)字量采集卡為8路開關(guān)量采集，外接紅外、水浸、門磁、振動、盜竊、煙感等開關(guān)量傳感器。同時(shí)有8路繼電器控制輸出，可以控制各類開關(guān)。

圖1.絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

模擬量采集卡：用于16路高精度(這里分辨率多少位)模擬量采集，其特點(diǎn)是精度高、但刷新較慢，專門用于監(jiān)控電池電壓。

串口擴(kuò)展卡：用于擴(kuò)展4路半雙工UART，支持RS232、RS485。

圖2.站監(jiān)控節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)圖

3.統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)基于瀏覽器/服務(wù)器(B/S)網(wǎng)絡(luò)模型，由客戶端通過Web向服務(wù)器提出請求，服務(wù)器對請求做出確認(rèn)響應(yīng)并執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)，建立連接后就可以在客戶端監(jiān)控被控點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?？蛻舳思船F(xiàn)場基站監(jiān)控點(diǎn)的中心管理系統(tǒng)模塊，包括采集模塊、門禁模塊、防盜模塊、網(wǎng)絡(luò)管理模塊、總控模塊等，如圖3所示。

圖3.心管理系統(tǒng)軟件模型

管道是L inux 中最常見的進(jìn)程間通信機(jī)制，各功能模塊與總控模塊的通信采用管道通信方式。Web管理頁面由用戶在頁面的設(shè)置產(chǎn)生一個(gè)配置文件,各個(gè)業(yè)務(wù)模塊啟動時(shí)會讀取該配置文件。當(dāng)業(yè)務(wù)模塊運(yùn)行時(shí)，配置參數(shù)被修改。Web管理頁面會通過發(fā)送管道通知各業(yè)務(wù)模塊，重新讀取配置文件。單個(gè)業(yè)務(wù)模塊讀取到配置文件后可能要修改硬件的參數(shù)，則通過總控模塊的I/O控制調(diào)用，修改底層驅(qū)動參數(shù)；同時(shí)總控模塊會收到管道上傳的采集信息，其中包含各個(gè)業(yè)務(wù)進(jìn)程的狀態(tài)?？偪貙⒏鱾€(gè)業(yè)務(wù)的狀態(tài)組合成系統(tǒng)狀態(tài)，并且定時(shí)采集驅(qū)動的數(shù)據(jù)到緩存。當(dāng)數(shù)據(jù)量產(chǎn)生跳變時(shí)，總控模塊通過管道發(fā)布控制信息通知各個(gè)業(yè)務(wù)模塊，然后業(yè)務(wù)模塊根據(jù)配置處理跳變，進(jìn)入相應(yīng)的業(yè)務(wù)機(jī)制。

3.1.集模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

采集模塊連接多種傳感器模塊如：水浸傳感器。溫度濕度傳感器、煙感傳感器、紅外傳感器、后備電池采集等，通過不同板卡可以同時(shí)采集模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。

采集得到的數(shù)據(jù)一方面送到本地處理器做數(shù)據(jù)分析，如檢測到煙感傳感器告警后，使煙感斷電1s再次上電，如果1分鐘內(nèi)仍然檢測到告警，則能支持繼電器輸出啟動報(bào)警機(jī)制；另一方面通過網(wǎng)絡(luò)上送監(jiān)控中心，如果網(wǎng)絡(luò)通暢則實(shí)時(shí)傳送數(shù)據(jù)，如果傳輸中斷時(shí)能夠本地存儲采集歷史數(shù)據(jù)記錄，存儲容量達(dá)5000條以上，并定時(shí)檢測網(wǎng)絡(luò)狀況，在網(wǎng)絡(luò)通暢時(shí)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和保持紀(jì)錄一起上送監(jiān)控中心，并清除本地記錄。監(jiān)控中心在接收數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，可以發(fā)出命令遙控采集模塊完成指定采集任務(wù)和控制。采集模塊的流程圖如圖4所示。

圖4.集模塊流程圖

3.2.禁模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

門禁模塊通過管道從總控獲取采集信號的變化，包括各種告警信息，防御狀態(tài)以及處理方式的改變；同時(shí)也通過管道向采集單元發(fā)門禁的防御狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)的通斷和業(yè)務(wù)機(jī)制狀態(tài)等信息，并從網(wǎng)管業(yè)務(wù)獲得配置文件的更新指令，進(jìn)入到開門機(jī)制，門禁動作檢查機(jī)制，防御狀態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)制，門禁歷史記錄機(jī)制以及干節(jié)點(diǎn)告警輸出機(jī)制等不同業(yè)務(wù)處理機(jī)制。

門禁模塊主要業(yè)務(wù)流程包括以下幾個(gè)部分：

(1)門禁的初始化。包括門禁系統(tǒng)設(shè)防狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)通斷狀態(tài)、系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫、門禁控制信號配置信息等的初始化。

(2) 創(chuàng)建多個(gè)業(yè)務(wù)線程，包括監(jiān)聽讀卡器的業(yè)務(wù)，該業(yè)務(wù)用于判斷門禁狀態(tài)，記錄讀卡信息，以及當(dāng)前警告信號；網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)處理用于發(fā)布給通道采集信號的改變；門禁動作業(yè)務(wù)處理，包含布防和撤防狀態(tài)下的動作處理；定時(shí)刪除過期卡信息的業(yè)務(wù)線程。

(3) 循環(huán)監(jiān)聽網(wǎng)管模塊到門禁的管道，獲取各種業(yè)務(wù)進(jìn)程結(jié)束和配置文件更新命令。

圖5.禁業(yè)務(wù)流程

圖6.查門禁動作流程

3.3.盜模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

防盜業(yè)務(wù)主要對室內(nèi)主機(jī)，空調(diào)室外機(jī)，天饋線等進(jìn)行防盜保護(hù)。各種防盜布置對象均采用不同的傳感設(shè)備采集信息，通過告警機(jī)制，區(qū)分不同級別的告警信息，從而進(jìn)行不同的警報(bào)處理。

每通道每隔500ms采集一次信息，各布防對象根據(jù)25秒內(nèi)采集到的告警信息次數(shù)，產(chǎn)生不同的告警級別。在布防現(xiàn)場，布防對象產(chǎn)生二級以上告警則輸出警號信息，一級以上告警啟動語音，二級以上告警啟動警笛，并形成告警記錄上送中心，第三級告警產(chǎn)生干結(jié)點(diǎn)告警輸出。詳細(xì)的流程圖和防盜流程圖如圖7 ，8所示。

圖7.警總流程處理圖

3.4.管模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

網(wǎng)管模塊主要采用Web頁面，提供包括中心管理系統(tǒng)狀態(tài)查詢，系統(tǒng)參數(shù)配置，網(wǎng)管業(yè)務(wù)、采集業(yè)務(wù)、防盜業(yè)務(wù)、門禁業(yè)務(wù)、電池業(yè)務(wù)、協(xié)議轉(zhuǎn)換業(yè)務(wù)參數(shù)配置等功能。通過Web頁面修改文本配置文件來為其他各個(gè)業(yè)務(wù)配置相關(guān)參數(shù)，并通過管道通知各個(gè)業(yè)務(wù)相關(guān)的更新信息。還提供生產(chǎn)測試功能，用于生產(chǎn)過程中設(shè)備升級的功能測試，如圖 9。并且具備廣播查詢回應(yīng)功能，提供設(shè)備自檢信息主動上送功能，詳細(xì)的程序流程圖10，11所示。

圖9.eb頁面結(jié)構(gòu)

4.束語

本文在基于S3C2440嵌入式Linux的監(jiān)控節(jié)點(diǎn)控制平臺上，采取多塊功能板卡分立設(shè)計(jì)方便依條件選取和擴(kuò)展，成功實(shí)現(xiàn)了對電信基站數(shù)據(jù)的采集和遠(yuǎn)程控制，減輕了基站維護(hù)人員負(fù)擔(dān)，降低了維護(hù)成本，提高了故障判定的成功率和系統(tǒng)的可靠性，實(shí)現(xiàn)了基站的科學(xué)管理。