趙 光，李建華，饒風華，郭衛(wèi)斌，范貴生

(1.華東理工大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200237；2.萬馬電子醫(yī)療有限公司，杭州 311306)

0 引言

光纜交接箱（Fiber Distribution Terminal，F(xiàn)DT）是為主干光纜與配線光纜提供光纖交接的一種戶外接口設(shè)備，光纖分配網(wǎng)（Optical Distribution Network，ODN）是實現(xiàn)光纖線路以及FDT等設(shè)備管理的光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在傳統(tǒng)ODN中，施工必須依賴施工規(guī)劃圖紙來進行，施工人員領(lǐng)取圖紙后，到指定施工FDT所在地區(qū)，通過圖紙進行光纖的端口跳接或拆除，施工完成后進行施工信息的手工統(tǒng)計，然后交由記錄人員將結(jié)果錄入設(shè)備信息數(shù)據(jù)庫中。在這個施工過程中由于采用手動施工且設(shè)備端口比較多，端口定位困難，操作容易出錯并且會因為在現(xiàn)場難以發(fā)現(xiàn)錯誤而引起返工；施工完成后，光纖路由信息手工記錄容易漏記或是錯記。此外，記錄人員在將此次施工結(jié)果手工錄入數(shù)據(jù)庫中進行管理時，錄入易出錯，手工施工致使傳統(tǒng)ODN中施工錯誤率高、效率低下、光纖資源浪費嚴重[1]。隨著光纖入戶（Fiber To The Home，F(xiàn)TTH）[2,3]和ODN的建設(shè)規(guī)模不斷擴大，這些缺點更加明顯，傳統(tǒng)ODN中所使用的運營手段已經(jīng)難以滿足現(xiàn)在ODN網(wǎng)絡(luò)中光纖設(shè)備的管理需求。沒有正確的光纖連接信息是ODN管理困難的關(guān)鍵問題，因此，設(shè)計一套電子化、智能化[3,4]的ODN遠程施工系統(tǒng)具有極其重要的意義。

本文通過對傳統(tǒng)ODN中施工人員進行施工的具體流程的分析以及對Android平臺下遠程工程施工研究[5]，設(shè)計并開發(fā)了一種光纖分配網(wǎng)遠程施工系統(tǒng)，該系統(tǒng)實現(xiàn)了工單的電子化管理、施工數(shù)據(jù)的遠程傳輸、施工告警信息的通知以及施工結(jié)果的自動回傳、存儲、發(fā)布等功能，能夠確保施工正確率，提高運營商對ODN的管理效率[6]，實現(xiàn)光纖資源的合理配置。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計及工作原理

ODN遠程施工系統(tǒng)基于C/S架構(gòu)，可分為三層來進行分析設(shè)計，如圖1所示。第一層為服務(wù)器端，包括了安裝有工單子系統(tǒng)的服務(wù)器，實現(xiàn)了為遠程施工終端提供工單獲取功能。第二層為遠程施工終端，包括了基于Android平臺的智能移動終端，移動終端上安裝了針對遠程施工而開發(fā)的客戶端軟件。第三層為具體FDT施工設(shè)備，包含了與智能移動終端進行藍牙通信模塊、安裝有光交控制器的FDT設(shè)備，藍牙通信模塊可以通過與光交控制器的通信實現(xiàn)對FDT設(shè)備的控制，F(xiàn)DT設(shè)備則根據(jù)光交控制器的施工控制指令做出相應(yīng)施工指示來指導(dǎo)施工人員施工。

系統(tǒng)的施工流程按操作人員的不同可以分為兩個階段。第一階段，管理員在施工管理中心創(chuàng)建與指派工單。管理員通過瀏覽器訪問工單子系統(tǒng)服務(wù)器，根據(jù)具體需求創(chuàng)建對應(yīng)的工單，然后將工單指派給相應(yīng)施工人員。創(chuàng)建的工單一般包含了要施工的設(shè)備信息、工單類型、具體施工人員等，不同類型的工單封裝的數(shù)據(jù)有所差異。第二階段，施工人員在戶外設(shè)備的施工現(xiàn)場執(zhí)行具體施工任務(wù)。施工人員在現(xiàn)場首先手持智能移動終端通過GPRS、WiFi或是3G等無線網(wǎng)絡(luò)[7]接入到網(wǎng)絡(luò)，為遠程訪問工單子系統(tǒng)做好準備。具體施工時，啟動終端上已經(jīng)安裝好的遠程施工客戶端，登錄客戶端，獲取指派給當前施工人員的工單，搜索周圍藍牙模塊并進行選擇、配對，成功后即可發(fā)送指令給藍牙模塊，藍牙模塊將指令轉(zhuǎn)發(fā)給對應(yīng)FDT設(shè)備上的光交控制器，控制器解析接收到的命令并控制設(shè)備給出相應(yīng)的施工指示，施工人員根據(jù)指示進行具體施工操作來完成施工。施工完畢后將控制器會施工結(jié)果回傳給移動終端，由終端解析校驗并將結(jié)果信息遠程寫入工單子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，完成工單、設(shè)備等信息的同步。

圖1 ODN遠程施工系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

基于上文所述的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)以及施工流程，本文設(shè)計的ODN遠程施工系統(tǒng)，其硬件包括了作為工單子系統(tǒng)運行環(huán)境的服務(wù)器、基于Android平臺的智能移動終端、藍牙通信模塊、光交控制器以及FDT設(shè)備；軟件包括了運行于服務(wù)器上的工單子系統(tǒng)Web應(yīng)用程序、運行于智能移動終端上的施工客戶端。下面介紹該系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案以及軟件的開發(fā)實現(xiàn)。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

在本文設(shè)計實現(xiàn)的光纖分配網(wǎng)遠程施工系統(tǒng)中，采用基于Android平臺的移動終端向藍牙模塊發(fā)送施工控制命令并由位于FDT上的光交單片機控制器將命令轉(zhuǎn)發(fā)給FDT設(shè)備，進而控制FDT上各個機框、板卡、端口的施工指示燈，來指導(dǎo)施工人員進行施工。施工完畢后光交單片機控制器會將施工結(jié)果信息發(fā)送給藍牙模塊，由藍牙模塊將信息傳輸?shù)揭苿咏K端并由終端來上傳到工單子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。下面分別介紹藍牙模塊、單片機控制器的選擇以及電路設(shè)計方案。

2.1 單片機控制器與藍牙模塊的選擇

FDT設(shè)備是通過光交單片機控制器與外部設(shè)備進行設(shè)備信息的交互。在本系統(tǒng)中，控制器中的單片機采用的是ATMEL公司的ATmega128，該單片機是ATMEL公司8位系列單片機中配置最高的一款，高性能、低功耗、穩(wěn)定性極高，能夠滿足本系統(tǒng)對FDT設(shè)備戶外施工的需求。

系統(tǒng)施工客戶端需要以藍牙模塊為中介與光交單片機控制器進行通信。在藍牙模塊的選擇上，我們選用了廣州匯承信息科技有限公司的HC-06型號藍牙模塊[8]。HC-06根據(jù)模塊工作模式可以分為主機模式和從機模式，分別用于主動去連接與被動接受連接。在本系統(tǒng)施工過程中，考慮到是由智能移動終端主動配對連接并發(fā)送施工命令，因而選用的是從機模式，以便接受配對連接并與施工命令并以此來控制光交控制器完成施工指示。HC-06藍牙模塊基于藍牙2.0標準，功耗低、抗干擾性強、使用方便，同時，該模塊傳輸時誤碼率基本上為0，只有在通信鏈路發(fā)生信號衰減時才會產(chǎn)生誤碼，非常符合本系統(tǒng)施工要求。

2.2 單片機控制器與藍牙模塊的連接使用

本系統(tǒng)中HC-06藍牙通信模塊與光交控制器芯片的接線原理圖如圖2所示[9～11]。HC-06的發(fā)送引腳TXD與ATmega128芯片的接受引腳RXD0相連接，HC-06的接受引腳RXD與ATmega128芯片的發(fā)送引腳TXD0相連接，同時HC-06的VCC引腳接電源，GND引腳接地，LED引腳用于顯示藍牙模塊工作狀態(tài)。施工時，施工終端搜索藍牙模塊，進行配對，LED燈常亮表示配對連接成功，此時便可以與藍牙模塊進行命令發(fā)送和接受，藍牙模塊則通過與單片機控制器的命令實現(xiàn)對設(shè)備的控制。

圖2 藍牙模塊與光交控制器芯片接線原理圖

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計與實現(xiàn)

根據(jù)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計，ODN遠程施工系統(tǒng)軟件部分可分為兩個子系統(tǒng)來進行具體開發(fā)。工單子系統(tǒng)主要用來作為遠程施工終端的工單支撐系統(tǒng)，為施工終端提供了遠程訪問的接口，用以獲取工單等數(shù)據(jù)。遠程施工終端作為施工系統(tǒng)的中心，包括了與工單子系統(tǒng)進行遠程數(shù)據(jù)通信來獲取施工任務(wù)以及與ODN設(shè)備進行數(shù)據(jù)通信來進行具體施工功能。

3.1 工單子系統(tǒng)的實現(xiàn)

工單子系統(tǒng)采用Tomcat作為服務(wù)器軟件，SQL Server 2005作為后臺數(shù)據(jù)庫，Hibernate作為后臺數(shù)據(jù)持久化框架來進行設(shè)計實現(xiàn)，用戶可以通過瀏覽器訪問該子系統(tǒng)用以完成工單的創(chuàng)建等管理功能。子系統(tǒng)主要包含了以下功能模塊。

1）工單管理模塊

電子工單作為ODN遠程施工系統(tǒng)進行遠程施工信息的載體，是對傳統(tǒng)ODN中紙質(zhì)工單的電子化抽象。在本模塊中共包括了5種施工工單的管理：設(shè)備配置工單、機框工單、板卡工單、路由工單、巡檢工單。設(shè)備配置工單用于完成設(shè)備安裝完成后的初始配置，機框工單以及板卡工單用于完成設(shè)備機框板卡信息的變更，路由工單用于完成設(shè)備端口之間的跳接拆除功能，巡檢工單則是對設(shè)備信息進行檢查并進行設(shè)備信息不一致時的同步。用戶通過工單管理模塊來完成以上各種工單向不同施工人員指派，并通過該模塊查看各施工工單的施工狀態(tài)，包括施工未指派、待施工、施工中、施工完成等狀態(tài)，方便用戶及時了解設(shè)備現(xiàn)場的施工進度，路由工單管理界面如圖3所示。

圖3 路由工單管理界面

2）設(shè)備管理模塊

FDT設(shè)備是ODN遠程施工系統(tǒng)進行具體施工的資源，電子工單必須依賴設(shè)備的存在而創(chuàng)建。在本系統(tǒng)中存儲了FDT設(shè)備的編碼、機框、板卡、端口信息，用于用戶創(chuàng)建工單時進行選擇。系統(tǒng)此外還提供了這些信息的維護等功能。為了給與用戶更直觀的設(shè)備顯示，該模塊還包含了可視化的設(shè)備界面，如圖4所示。

圖4 設(shè)備可視化界面

3）用戶管理模塊

ODN遠程施工系統(tǒng)的用戶包含了管理員、施工班組以及施工人員的管理，施工人員屬于某一個施工班組。管理員用于創(chuàng)建施工工單并指派工單；施工人員則負責具體施工任務(wù)。用戶管理主要是為方便區(qū)域施工管理而存在的，通過對不同施工人員的施工指派來達到管理不同區(qū)域設(shè)備的施工的目的。

4）告警管理模塊

該模塊用于記錄施工人員在施工過程中由于誤操作產(chǎn)生的告警信息。產(chǎn)生告警信息后，該告警會在設(shè)備可視化界面上顯示，管理員可以通過圖4直觀的查看到設(shè)備告警信息。

為了能夠?qū)崟r在可視化界面上顯示設(shè)備最新數(shù)據(jù)，通過設(shè)置定時器來實現(xiàn)定時獲取設(shè)備最新數(shù)據(jù)并更新設(shè)備可視化界面。

3.2 遠程施工終端的實現(xiàn)

遠程施工終端采用的是搭載有Android智能操作系統(tǒng)的手機作為硬件支持，施工客戶端軟件是基于Android平臺進行開發(fā)實現(xiàn)[12]。施工終端包含了以下功能模塊。

1）工單管理模塊

該模塊主要包括了獲取的遠程工單的按狀態(tài)分類顯示以及自動或是手動獲取遠程工單功能，便于施工人員及時獲取工單并了解工單執(zhí)行狀態(tài)，此外還有臨時工單的創(chuàng)建，主要是為了方便施工人員能夠及時應(yīng)對現(xiàn)場施工狀況，如圖5所示。

圖5 遠程施工終端工單管理

圖6 施工操作界面

2）通訊管理模塊

該模塊包含了對工單子系統(tǒng)遠程通信參數(shù)的設(shè)置以及對于藍牙模塊的連接的實現(xiàn)。對于與工單子系統(tǒng)的連接主要是子系統(tǒng)服務(wù)器IP、端口的設(shè)置以及各種工單遠程接口的調(diào)用實現(xiàn)，對于藍牙模塊的通訊則包括了對于藍牙模塊的的搜索、選擇、配對連接的實現(xiàn)。

3）施工管理模塊

該模塊是施工人員進行具體設(shè)備施工操作時的模塊，包括了向設(shè)備發(fā)送施工命令，施工完成后施工結(jié)果自動校驗，自動回傳設(shè)備施工結(jié)果信息到工單子系統(tǒng)，如圖6所示。

4）通知管理模塊

該模塊包含了施工過程產(chǎn)生的各種通知的顯示，用來給施工人員以包括施工告警信息在內(nèi)的操作提示，使施工人員可以明確自己每一步施工操作的結(jié)果，如果出現(xiàn)誤操作可以現(xiàn)場及時糾正，避免出現(xiàn)返工。

3.3 遠程施工終端與工單子系統(tǒng)的通信

基于Android平臺的智能移動終端在進行具體施工的時候，需要通過GPRS等移動網(wǎng)絡(luò)接入互聯(lián)網(wǎng)，工單子系統(tǒng)服務(wù)器也要接入互聯(lián)網(wǎng)，通過互聯(lián)網(wǎng)來實現(xiàn)兩者數(shù)據(jù)的通信。它們之間采用基于簡單對象訪問協(xié)議（Simple Object Access Protocol，SOAP）的Web Service遠程調(diào)用技術(shù)。Web Service作為將本地的應(yīng)用程序轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的一種接口技術(shù)，可以使其他應(yīng)用程序在無需借助其他軟件或是硬件的情況下即可進行遠程服務(wù)的調(diào)用，只需要遵從SOAP協(xié)議，設(shè)計好相關(guān)調(diào)用接口即可，不用考慮平臺的兼容性問題，具有非常好的擴展性，升級部署也非常方便。

在施工的時候中，施工人員登錄遠程施工客戶端，即可以Web Service遠程服務(wù)調(diào)用的方式從工單子系統(tǒng)獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，來進行施工任務(wù)，施工終端與工單子系統(tǒng)之間的通信內(nèi)容如圖7所示。

圖7 遠程施工終端與工單子系統(tǒng)通信內(nèi)容

在Web Service的具體實現(xiàn)上，采用的是開源Java Web服務(wù)引擎XFire。XFire配置簡單，在工單子系統(tǒng)的web.xml文件中加入如下配置即可完成對XFire的部署。

遠程服務(wù)接口的暴露配置也很簡單，只需要在定義并實現(xiàn)好接口后在services.xml文件中如下配置即可。以遠程登錄接口為例的配置如下。

施工終端通過服務(wù)端暴露的WSDL地址以及要遠程調(diào)用的方法名稱設(shè)置好參數(shù)來完成遠程調(diào)用，關(guān)鍵代碼示例如下。

3.4 遠程施工終端與ODN設(shè)備的通信

在ODN遠程施工系統(tǒng)中，施工人員手持施工終端與FDT設(shè)備進行交互來完成具體施工，此時FDT設(shè)備可以看作是施工通信的服務(wù)器端，來接受終端發(fā)送的施工命令，然后根據(jù)命令做出相應(yīng)的施工指示。FDT設(shè)備信息傳輸是通過其上的單片機控制器進行的，在硬件設(shè)計方面，系統(tǒng)將藍牙模塊芯片與單片機控制器芯片進行連接，通過藍牙模塊與控制器的通信，實現(xiàn)移動終端對FDT設(shè)備的施工控制。藍牙傳輸有較強的穿透性，抗干擾性強，移動終端上基本均已經(jīng)集成了藍牙通訊模塊，可以在保證數(shù)據(jù)傳輸正確性的前提下有效降低系統(tǒng)開發(fā)成本。

搜索到藍牙設(shè)備后，就可以獲取到設(shè)備的物理地址并進行連接獲取通信套接字，啟動工作線程進行通信。在遠程施工客戶端中，進行藍牙設(shè)備連接通信的部分代碼如下所示。

為了使施工命令的正確接受以及施工結(jié)果正確返回并解析，我們制定了一套協(xié)議標準，作為移動終端以及光交控制器對工單數(shù)據(jù)和施工結(jié)果進行編解碼的規(guī)范。該協(xié)議數(shù)據(jù)包包含了數(shù)據(jù)包頭部、數(shù)據(jù)包狀態(tài)、數(shù)據(jù)區(qū)長度、數(shù)據(jù)區(qū)、數(shù)據(jù)包的CRC校驗碼以及數(shù)據(jù)包尾部信息，協(xié)議會根據(jù)工單類型的不同對數(shù)據(jù)區(qū)做不同的編碼，信息采用16進制編碼傳輸，包頭為0x02，包尾為0x03，該協(xié)議編碼規(guī)范如圖8所示。

圖8 施工數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議編碼規(guī)范

4 系統(tǒng)功能測試

在運營商戶外的FDT設(shè)備的現(xiàn)場，搭建了一個測試環(huán)境用于對系統(tǒng)主要功能進行了測試。搭建的測試環(huán)境主要包括了一臺安裝有工單子系統(tǒng)的服務(wù)器，一部安裝有遠程施工客戶端的搭載有Android智能操作系統(tǒng)的手機，一臺戶外FDT設(shè)備以及用于手機訪問工單子系統(tǒng)服務(wù)器的無線網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)主要功能的測試如表1所示。

表1 系統(tǒng)主要功能測試表

根據(jù)運營商提供的測試用例文檔，測試用例的施工結(jié)果與其預(yù)期效果一致，能夠準確方便完成傳統(tǒng)ODN中依賴紙質(zhì)工單施工的各項施工任務(wù)。

5 結(jié)束語

本文設(shè)計并實現(xiàn)了一種光纖分配網(wǎng)遠程施工系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案以及軟件的設(shè)計實現(xiàn)。系統(tǒng)采用基于Android平臺的移動終端作為施工客戶端，接入網(wǎng)絡(luò)以Web Service方式與工單子系統(tǒng)進行工單等數(shù)據(jù)的交互，通過藍牙通信模塊與FDT上單片機控制器通信來實現(xiàn)對FDT設(shè)備的控制，實現(xiàn)了光纖分配網(wǎng)的施工電子化，能夠確保施工正確率，提高了光纖設(shè)備資源利用率，也方便了網(wǎng)絡(luò)運營商對于光纖分配網(wǎng)的管理維護。同時，系統(tǒng)還具有較強的擴展性，能夠在光纖分配網(wǎng)設(shè)備擴展的情況下確保其施工管理的高效率，這對于光纖分配網(wǎng)絡(luò)的合理規(guī)劃以及資源的合理配置具有重要意義。

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