（1.91917部隊 北京 102401）（2.海裝駐上海地區(qū)軍事代表局 200083）（3.海軍工程大學電子工程學院 武漢 430033）

1 引言

在通信保障過程中，通信臺站以及環(huán)境信息十分關鍵。通信臺站遠程監(jiān)控系統不受地域限制，使通信臺站的場地、設備、人員等各種要素均在監(jiān)控范圍內，從而保障各種業(yè)務的順利有效執(zhí)行。而且，該系統為各級指揮員提供通信臺站工作狀態(tài)的詳細信息，提高了通信臺站的日常管理水平和戰(zhàn)時反應能力。

針對信息化建設實際需求，論文采用新技術設計開發(fā)科學規(guī)范、方便實用的通信臺站遠程監(jiān)控系統，構建集數據采集與處理、實時監(jiān)督和管理控制于一體的遠程管理平臺，以期提高通信指揮的自動化、網絡化和現代化管理水平。

2 系統分析

通信臺站是指由多個通信系統、多種通信設備組成，并承擔樞紐通信任務的一種中心基地。臺站內的通信系統包括采用各種通信手段的多個分系統，各分系統又包含若干子系統和通信設備。這些分系統、子系統和設備構成了通信臺站多手段、多模式的通信能力。對通信臺站遠程監(jiān)控需要對這些分系統、子系統和設備的運行狀態(tài)、工作環(huán)境等各種要素進行全面實時監(jiān)視，能實現自動異常識別及報警；同時還要能實現對臺站及相關工作人員的全面管理與控制。此外，還必須具備高度的可靠性和安全性。

臺站遠程監(jiān)控是臺站安全與信息化的一個重要環(huán)節(jié)，是一項多部門協調工作的管理系統工程。在臺站內，可以通過視頻采集終端采集視頻、音頻、報警等信息，可以通過局域網傳輸到本地監(jiān)控中心；也可以通過網絡訪問遠程系統，進行臺站的監(jiān)控，執(zhí)行本地或遠程命令來控制視頻采集終端。為減輕臺站監(jiān)控中心的數據處理負擔，對于前端監(jiān)控數據通過前端監(jiān)控單元進行數據處理，并完成與監(jiān)控中心之間的數據轉發(fā)。此外，在設計監(jiān)控系統時應根據管理組織結構，對于各級各部門人員根據級別與職位的不同進行權限控制，不同權限級別的用戶只能訪問到此級別相對應的監(jiān)控數據以及獲取相應的編輯性操作。

根據對系統的分析，系統的功能結構如圖1所示。

系統是一個基于Web的應用系統，目前較流行采用B／S（瀏覽器／服務器）結構，B／S結構具有開放性、靈活性和易用性特點。用戶可以通過瀏覽器按權限登錄監(jiān)控系統，并維護、查詢和瀏覽各種監(jiān)控信息和數據。

圖1 系統功能結構圖

3 技術方案

3.1 界面表現技術

在信息的界面表現方面，采用B／S結構，對于用戶來說，面對的是界面統一，易于操作并且與平臺無關的瀏覽器，不需要接受過多的操作培訓，也不需要經歷繁瑣的配置過程，在任何聯網的地方都可以進行業(yè)務處理，對開發(fā)者來說，無需開發(fā)專用的客戶軟件，客戶端功能模塊通過Web服務器就可以發(fā)布，系統的升級和維護都變得簡單化。

為了Web頁面能夠實時反映系統的業(yè)務運行變化情況，頁面必須自動刷新，展示最新的數據信息。通常網頁傳輸數據采用HTTP協議，但HTTP協議有個很明顯的缺點是在網頁傳輸完后連接即中斷，這對實時性要求很高的遠程監(jiān)控系統來說是達不到要求的。

Ajax技術［1］是一種創(chuàng)建交互式網頁應用的網頁開發(fā)技術，使用Ajax技術以后臺異步方式同服務器進行數據交換，不用每次都向服務器提交數據，不需要每次都刷新頁面，只直接對頁面局部進行刷新，可以節(jié)省網絡帶寬，提高頁面加載速度，創(chuàng)建接近本地桌面應用的、直接的、豐富的、動態(tài)的Web用戶接口界面。

3.2 視頻處理技術

視頻監(jiān)控是對臺站遠程監(jiān)控最直接、最重要的方式，所反映的狀況就是臺站及設備工作過程的實時圖像。由于視頻信號所占的帶寬較大，必須對其進行有效的壓縮，才能在網上進行傳輸，而視頻流的捕捉、解壓和回放也是系統必須實現的關鍵功能之一。

視頻編碼新標準H.264［2～3］，可以極大地降低發(fā)送視頻圖像所需要的帶寬，并對諸如數字衛(wèi)星廣播、數字視頻存儲以及互聯網傳播等一系列技術進行改進，以提高視頻質量。H.264是采用“回歸基本”的思想去開發(fā)高性能的視頻編碼標準，即采用現有的基本算法和結構，通過精心優(yōu)化計算流程和方法來取得更好視頻編碼性能。H.264對圖像幀的處理是，僅將相鄰幀圖像間的變化進行編碼傳送，以提高傳輸效率。

DirectShow 是微軟公司推出的新一代基于組件對象模型的多媒體開發(fā)包，主要負責在Internet上音頻視頻流的捕捉和回放。用DirectShow 技術開發(fā)應用程序，可以很方便地把得到的圖像數據進行相應的處理后存儲到視頻文件中并且進行視頻的回放。DirectShow 支持多種音頻視頻編碼解碼器和多媒體類型，可以提供高品質的媒體流解碼和回放，為播放視頻監(jiān)控中涉及到的各種類型的音頻、視頻數據提供了有效的途徑。

3.3 訪問控制技術

系統用戶來自分布在不同地點的臺站工作人員和更為廣泛的通信指揮員。用戶的角色類型較多，且任務各不相同，必須采用可靠的訪問控制技術防止因用戶的非法操作而造成的系統安全問題。

傳統訪問控制技術［4～6］有基于角色的訪問控制（RBAC），和基于任務的訪問控制（TBAC）。RBAC通過角色分化用戶和權限，簡化權限分配。TBAC 通過在訪問主體和客體之間加入任務層，將權限分配給任務。系統應用中，既存在與角色綁定的靜態(tài)權限，也存在因任務而產生的動態(tài)權限?？紤]到RBAC和TBAC 各自的長處和不足，系統采用基于任務-角色的訪問控制技術T＿RBAC 模型，以結合RBAC集體授權的靈活性和TBAC 任務授權的動態(tài)性，如圖2所示。依據系統用戶的層次結構和職權抽象角色，并關聯用戶與角色。從角色出發(fā)統一調度，分析系統活動中的工作流。對于與工作流無關的靜態(tài)權限，授予角色；針對動態(tài)權限，則采用工作流引擎將任務推送給角色。

圖2 T-RBAC模型

4 系統設計與實現

4.1 系統總體架構

根據系統分析，系統總體結構如圖3所示。各級管理機構作為遠程監(jiān)控節(jié)點通過廣域網對各臺站進行遠程監(jiān)控，不同臺站的內部局域網連接到廣域網上，提供監(jiān)控源。臺站內部所有要素通過內部局域網連接，其中監(jiān)控中心服務器負責提供臺站內外所有必需的服務，包含Web服務、應用服務、數據庫服務、視頻服務、安全服務等功能；監(jiān)控前端服務器一般設置在監(jiān)控點附近，負責對監(jiān)控點所采集的數據進行預處理，并將處理后的數據轉發(fā)到監(jiān)控中心服務器；監(jiān)控設備與裝置直接設置在監(jiān)控點，包括攝像機及各種傳感器，負責采集監(jiān)控點所有實時信息。

圖3 系統總體架構

由于遠程監(jiān)控終端和被監(jiān)控臺站服務器之間通過廣域網進行數據傳輸，在安全性和保密性等方面不能進行有效的保護。針對遠程監(jiān)控系統的安全性要求，采用基于IPSec協議［7］的VPN 策略，以確保數據在網絡中安全的傳輸。具體方案是在遠程監(jiān)控端運行VPN 軟件，在臺站監(jiān)控中心服務器端安裝PIX515E 防火墻，并在上面配置IPSec VPN。PIX515E實現了在廣域網上的安全保密通信，能提供一種安全、可擴展的平臺來更好、更經濟高效地使用公共數據服務來實現遠程訪問、遠程監(jiān)控。

4.2 系統功能結構

系統功能結構如圖4所示。系統集成了視頻監(jiān)控、狀態(tài)監(jiān)控分系統，具備電子地圖定位功能，通過系統管理分系統實現系統安全、配置和日志管理等功能，通過集成管理分系統協調各種業(yè)務、功能和數據傳輸。集成過程中，采用了多種綜合集成技術：數據同步技術實現各子系統用戶管理的集成；Web Services技術和HTTP Post技術實現與分系統實時監(jiān)控和報警信息聯動互傳的集成；規(guī)范網絡參數使系統具備各子系統設備瀏覽和日志瀏覽的功能。

圖4 系統功能結構

系統基于電子地圖［11～13］系統，融合環(huán)境、動力、視頻監(jiān)控分系統，對臺站各監(jiān)控單元進行統一的監(jiān)控、管理和指揮，記錄和統計各監(jiān)控單元歷史監(jiān)控信息和告警情況，并進行統一的用戶管理和日志管理，完成電子地圖和各監(jiān)控系統之間的聯動。

4.3 主要功能設計與實現

4.3.1 視頻監(jiān)控模塊

視頻監(jiān)控分系統完成對各監(jiān)控點的實時圖像進行監(jiān)控、錄像和告警檢測。視頻監(jiān)控分系統采用標準的TCP、IP協議，架構在局域網之上，采用逐級匯接結構。攝像機將視頻信號通過視頻電纜傳送給網絡視頻編碼服務器（DVR），網絡視頻編碼服務器將模擬視頻信號壓縮編碼為數值信號并封裝成IP包，通過局域網傳送到前端監(jiān)控服務器進行存儲轉發(fā)，各遠程監(jiān)控端和局域網內部監(jiān)控點通過臺站監(jiān)控單元服務器發(fā)出請求，通過認證后可以訪問相應的監(jiān)控信號。

任何一個合法授權用戶可以通過IE 瀏覽器訪問來自各臺站現場的圖像（授權范圍內）和歷史記錄圖像，對于授權用戶可以查閱的圖像數量在理論上是沒有限制的。用戶可以在遠程計算機上進行實時監(jiān)控，PC瀏覽客戶端可以實現對多個監(jiān)控點的現實，可以選擇1、4、6、9、10、16等多畫面分割，能提供多種分辨率適應各種需求。也可以將一組圖像設置在一個播放控件窗口，設置輪巡監(jiān)控時間，實現多個畫面的輪流現實。系統還提供方便的錄像檢索、查詢手段，根據時間、地點和報警等信息檢索并回放圖像，可以實現多路圖像同步回放功能。

4.3.2 狀態(tài)監(jiān)控模塊

狀態(tài)監(jiān)控分系統能夠實現對臺站內各種配電設備、電池設備及環(huán)境進行實時監(jiān)控、智能維護和綜合管理，從而保障指揮通信系統運行的可靠性，降低維護成本。狀態(tài)監(jiān)控分系統支持大容量監(jiān)控組網方案，具有多種數據采集方案，能夠根據具體情況和用戶需求靈活組合，系統全部基于以太網傳輸。

各種傳感器和智能設備完成現場狀態(tài)數據采集，包含溫度、濕度、煙霧、水浸、電池、UPS等信息，前端監(jiān)控服務器將這些數據信息進行預處理后，通過局域網上報給監(jiān)控中心，各遠程監(jiān)控端和局域網內部監(jiān)控點通過臺站監(jiān)控單元服務器發(fā)出請求，通過認證后可以訪問相應的監(jiān)控信息，對告警進行及時處理。

狀態(tài)監(jiān)控對臺站的環(huán)境要素和動力設備進行24小時不間斷監(jiān)測，以圖、表等多種方式實時顯示監(jiān)控數據?？梢造`活設置告警界限、告警方式等信息，根據告警設置，系統監(jiān)控到異常后，自動上報，實時發(fā)出告警。

5 系統測試

系統研制完成后，通過搭建網絡環(huán)境，安裝系統軟件，進行并通過了系統安裝穩(wěn)定性測試；通過搭建臺站模擬工作狀態(tài)與環(huán)境，進行系統各項功能的軟件調試，并最終通過測試；進行并通過了各種極端情況測試及安全性測試。

根據實際運行環(huán)境及地域，對系統提供仿真試驗環(huán)境與背景，進行系統試運行試驗。試驗結果表明，系統可方便的實現遠程通信臺站的監(jiān)控與管理，系統界面簡潔清晰，人機交互良好，具有較好的可靠性和安全性。

6 結語

通信臺站遠程監(jiān)控系統可收集、分析各級通信臺站、通信要素的實時監(jiān)控信息，為通信指揮提供實時、客觀的依據。系統的研制將有助于提高臺站管理的科學化、規(guī)范化、自動化水平，提高工作效率和保障能力。

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