楊洪軍

(成都大學(xué)電子信息工程學(xué)院，四川成都610106)

基于TCP/IP協(xié)議的通信電源監(jiān)控系統(tǒng)

楊洪軍

(成都大學(xué)電子信息工程學(xué)院，四川成都610106)

在討論通信基站動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、硬件組成、軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，以運(yùn)營(yíng)商的小流量卡為通信載體，設(shè)計(jì)了通信基站內(nèi)電源、空調(diào)等設(shè)備的遙測(cè)、遙信和遙控等三遙功能。該監(jiān)控系統(tǒng)采用三級(jí)分層結(jié)構(gòu)，分別為前置監(jiān)控單元(SM)、局站監(jiān)控中心(SU)和區(qū)域監(jiān)控中心(SC)，SU和SC之間采用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信。為了提高通信的及時(shí)性，對(duì)協(xié)議棧進(jìn)行了改進(jìn)。

接口；協(xié)議；監(jiān)控；通信電源

通信基站的動(dòng)環(huán)監(jiān)控，是保障通信基站正常運(yùn)行的必要手段。動(dòng)環(huán)監(jiān)控主要是指通信電源、空調(diào)及機(jī)房環(huán)境的集中監(jiān)控，其中通信電源的監(jiān)控是重點(diǎn)。

通信電源監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它是一個(gè)采用傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電源供電設(shè)備的運(yùn)行情況及機(jī)房環(huán)境狀況進(jìn)行監(jiān)控的平臺(tái)。目前，大多數(shù)通信基站都具有動(dòng)環(huán)監(jiān)控功能，可以完成對(duì)局站內(nèi)的通信電源、蓄電池、UPS、發(fā)電機(jī)、智能空調(diào)等設(shè)備的電壓、電流、溫濕度、煙霧、水浸、門(mén)禁等環(huán)境的“三遙”功能[1]。為了降低運(yùn)營(yíng)成本，數(shù)據(jù)傳遞采用各運(yùn)營(yíng)商的小流量卡，雖然可能完成監(jiān)控的功能，但是其通信的穩(wěn)定性還需進(jìn)一步提高。

1 監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

真實(shí)可靠和實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)通信是監(jiān)控系統(tǒng)的重點(diǎn)。在通信電源的監(jiān)控中，主要包含兩種信號(hào)量，一種是模擬量，主要有電壓、電流、功率、溫度、壓力、液位等。模擬量的主要功能是提取設(shè)備運(yùn)行的特征值，從而作為設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的判斷依據(jù)；另一種是數(shù)字量，也稱為開(kāi)關(guān)量，主要是指執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，例如繼電器的開(kāi)或合等，用以控制相應(yīng)設(shè)備的起停[2]。整個(gè)系統(tǒng)采用三層結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

在三層結(jié)構(gòu)中，處于最前端的是前置監(jiān)控單元SM，該模塊主要由兩部分組成，一部分為傳感器，用于采集現(xiàn)場(chǎng)電源及環(huán)境的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并通過(guò)串行通信傳至局站監(jiān)控中心SU；一部分為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，大多由繼電器組成，主要功能是接收來(lái)自于SU的控制命令，并產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作，以控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行；處于中間的是局站監(jiān)控中心SU，該模塊可以由單片機(jī)來(lái)?yè)?dān)任，主要起到上傳下達(dá)的作用，一方面接收來(lái)自于SM的上傳數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過(guò)小流量卡及相應(yīng)的移動(dòng)通信網(wǎng)(GPRS、3G、4G)等上傳至區(qū)域監(jiān)控中心SC，同時(shí)SU還接收來(lái)自于SC的控制命令，并通過(guò)串行通信傳達(dá)至SM，完成控制操作；處于系統(tǒng)最上端的是區(qū)域監(jiān)控中心SC，SC是整個(gè)數(shù)據(jù)處理的中心，主要的功能是對(duì)上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并依據(jù)分析結(jié)果生成相應(yīng)的操作命令。SC由數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)處理模塊、專家分析模塊、遠(yuǎn)程控制模塊、報(bào)警模塊等組成，其中數(shù)據(jù)庫(kù)是數(shù)據(jù)處理的核心，存儲(chǔ)了實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)、故障處理信息等。這些數(shù)據(jù)作為分析的主體，傳送至專家分析模塊中，專家分析模塊依據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)和運(yùn)行規(guī)則對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)的判斷，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)的糾正，輸出操作控制命令；專家分析模塊經(jīng)較正后所生成的控制命令輸入至遠(yuǎn)程控制模塊，產(chǎn)生相應(yīng)控制命令和報(bào)警信息。具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 區(qū)域監(jiān)控中心SC模塊

2 通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

通信系統(tǒng)是監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分。通信的主要功能是按照一定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，將不同的監(jiān)控部分通過(guò)一定的接口和通信線路連接在一起。在通信電源的監(jiān)控系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)采用三層結(jié)構(gòu)，其通信的完成要依靠?jī)纱蟛襟E。第一步是SM互聯(lián)和SM與SU之間的連接，第二步是SU和SC之間的連接。

對(duì)于第一步，本設(shè)計(jì)采用的是串行通信，常用的通信方式有RS—232、RS—485以及現(xiàn)場(chǎng)總線接口CAN和LonWorks。這些串行通信既可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，也可以用于一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信，還可組成靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

根據(jù)實(shí)際需要，本設(shè)計(jì)采用多種串行通信相接合的方式，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。底層設(shè)備數(shù)據(jù)的采集利用RS232串行通信，將數(shù)據(jù)傳送至通用采集器，通用采集器與SU模塊卡之間利用CAN總線進(jìn)行通信，一些智能化設(shè)備通過(guò)RS232及相應(yīng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換器接入CAN總線中。

圖3 底層通信結(jié)構(gòu)

SU和SC之間的連接采用小流量卡來(lái)完成。采用小流量卡是目前大多數(shù)基站所采用的方式，該方式的主要優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)營(yíng)成本低，以聯(lián)通的小流量卡為例，月租費(fèi)用是十幾元，可以完成日常的監(jiān)控功能，而缺點(diǎn)是監(jiān)控的穩(wěn)定性和及時(shí)性有待提高。

目前，小流量的移動(dòng)通信卡仍舊采用TCP/IP協(xié)議。所不同的是，在移動(dòng)通信中的IP協(xié)議是IETF(Internet Engineering Task Force)所提出的一組新的移動(dòng)IP路由機(jī)制和協(xié)議，主要目的是為了適應(yīng)通信卡的移動(dòng)性而修改的并新的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。

為了適應(yīng)移動(dòng)性通信，移動(dòng)IP設(shè)置了三種功能實(shí)體：移動(dòng)主機(jī)、家鄉(xiāng)代理、外地代理。每一個(gè)移動(dòng)主機(jī)在注冊(cè)時(shí)都會(huì)獲得一個(gè)歸屬地的IP地址，而這個(gè)IP地址由一個(gè)歸屬地路由器來(lái)管理，而每一個(gè)發(fā)送至該終端的數(shù)據(jù)包都最終由歸屬地路由器發(fā)送至終端設(shè)備，完成數(shù)據(jù)包的傳遞；而當(dāng)終端設(shè)備漫游至外地網(wǎng)絡(luò)時(shí)，終端設(shè)備會(huì)及時(shí)與該地網(wǎng)絡(luò)取得聯(lián)系，在該地網(wǎng)絡(luò)中存在一個(gè)外地代理，該代理會(huì)依據(jù)終端設(shè)備中的相應(yīng)信息查找到家鄉(xiāng)代理的位置，并在家鄉(xiāng)代理和外地代理之間建立一個(gè)數(shù)據(jù)通信的隧道。在通信的過(guò)程中，數(shù)據(jù)包仍然將終端設(shè)備的原地址作為目的地址，首先到達(dá)家鄉(xiāng)代理。家鄉(xiāng)代理根據(jù)終端設(shè)備的記錄，通過(guò)隧道，將這個(gè)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給外地代理。外地代理再轉(zhuǎn)發(fā)給處于外地網(wǎng)絡(luò)中的終端設(shè)備。具體過(guò)程如圖4所示。

圖4 移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

與普通移動(dòng)通信不同的是，通信機(jī)房與基站的流量卡具有地理位置不發(fā)生改變的基本特性，流量卡也一直工作在本地服務(wù)器的范圍之內(nèi)而不會(huì)發(fā)生移動(dòng)，因此就不會(huì)有與外地代理路由的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)可直接由本地代理經(jīng)IP網(wǎng)絡(luò)發(fā)至本地網(wǎng)的監(jiān)控主機(jī)，這樣IP協(xié)議就可以進(jìn)行簡(jiǎn)化操作，去除掉相關(guān)外地代理的冗余信息，以加快信息傳遞的安全性和可靠性。

3 總結(jié)

本文設(shè)計(jì)了基于小流量卡的通信電源的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為三層結(jié)構(gòu)，分別為前置監(jiān)控單元(SM)、局站監(jiān)控中心(SU)和區(qū)域監(jiān)控中心(SC)。SM與SU之間采用串行通信方式采集數(shù)據(jù)，SU和SC之間采用小流量卡進(jìn)行通信。移動(dòng)通信的協(xié)議采用TCP/IP協(xié)議，為了保證數(shù)據(jù)通信的流暢，對(duì)IP協(xié)議棧進(jìn)行簡(jiǎn)化處理。

[1]梁強(qiáng)．基站通信電源及其監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D]．天津：天津大學(xué)，2007：7-9.

[2]崔恒源．移動(dòng)通信基站電源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[D]．長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2009：19-21.

Communication power supply monitoring system based on TCP/IP protocol

Based on discussing overall design,hardware composition,software design of power&environment supervision,"three remote functions"were designed,such as remote sensing,remote communication and remote control of the power supply,air conditioning equipment within communication base station on the basis of small flow rate card as communication carrier.The monitoring and control system adopted three-level hierarchical structure, including front monitoring unit(SM),bureau station monitoring center(SU),regional monitoring center(SC).The communication between SC and SU used TCP/IP protocol.In order to improve the timeliness of communication,the protocol stack was improved.

interface;protocol;monitoring;communication power supply

TM 73

A

1002-087 X(2016)06-1298-02

2016-01-10

楊洪軍(1980—)，男，四川省人，碩士，講師，主要研究方向?yàn)殡娮优c通信技術(shù)。