武風波，張會可，周云如

（西安科技大學 通信與信息工程學院，陜西 西安 710054）

基于ARM和3G技術的通信基站監(jiān)控系統(tǒng)設計

武風波，張會可，周云如

（西安科技大學 通信與信息工程學院，陜西 西安 710054）

結合嵌入式設計技術和移動通信技術，文章重點研究了基站監(jiān)控系統(tǒng)終端硬件、軟件設計以及監(jiān)控中心軟件設計。監(jiān)控終端硬件設計采用ARM11核心處理器，遠程傳輸采用3G技術，文中詳細講述了監(jiān)控終端的硬件設計和軟件設計方法和工作流程。本系統(tǒng)可以實現(xiàn)基站機房環(huán)境維護、設備的遠程監(jiān)控，電源自動切換，基站安全報警，基站維修人員管理等功能。

嵌入式ARM；3G技術；基站監(jiān)控

由于基站機器故障或者被盜造成基站工作異常，甚至癱瘓，給用戶和運營商帶來巨大損失，也影響移動運營商的公司形象。因此有必要建立一套監(jiān)控設備運行和基站防盜的系統(tǒng)，提高基站的巡檢和故障檢修效率，增強設備安全性。很多公司都提出各自的基站監(jiān)控系統(tǒng)方案，有的是基于PLC硬件平臺［1］，有的是采用STM32硬件平臺［2］，有的是采用ARM硬件平臺［3］，在傳輸上，主要集中在用短信方式或者GPRS方式，監(jiān)控管理的內容也相對單一，在綜合考慮實際需求的基礎上，本文提出一種基于ARM技術的集基站環(huán)境參數(shù)、監(jiān)控設備監(jiān)控以及維修人員管理為一體，具有多種網(wǎng)絡傳輸模式的基站監(jiān)控管理系統(tǒng)設計方案。

1　系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)的基本工作原理

通信基站監(jiān)控管理系統(tǒng)主要由3部分組成，即位于基站方的監(jiān)控終端、基站監(jiān)控數(shù)據(jù)中心和介于這兩者之間的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)組成［4］，基站監(jiān)控系統(tǒng)的總體結構框圖如圖1所示。

圖1 通信基站監(jiān)控系統(tǒng)的總體結構

基站監(jiān)控終端對設備的運行進行數(shù)據(jù)采集、分析和控制；系統(tǒng)外部拓展了環(huán)境信息采集傳感器，監(jiān)控環(huán)境狀態(tài)，控制空調運行；煙霧傳感器專門用作基站內部煙霧情況的監(jiān)控［5］；系統(tǒng)外部拓展門禁裝置，對基站機房門進行控制［6］；攝像頭模塊用于采集基站機房內和外部的圖像信息，必要時提供現(xiàn)場視頻，外部攝像頭用于監(jiān)控基站機房外部設備，防止被盜。采集的環(huán)境以及設備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，一方面存儲到存儲器設備中進行顯示，另一方面，通過移動通信網(wǎng)絡傳送給基站監(jiān)控中心。如果基站設備出現(xiàn)故障、環(huán)境發(fā)生變化、有非法人員進入基站，這時，終端可以進行現(xiàn)場報警，并且把將攝像頭數(shù)據(jù)緊急傳送給基站監(jiān)控中心。

基站監(jiān)控中心作為基站監(jiān)控的總站，用于匯總各基站監(jiān)控終端發(fā)送來的基站設備運行狀態(tài)、現(xiàn)場環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)，存儲在監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫；當基站的維護修理或者巡檢人員進入機房時，對門禁進行管理控制；當接收到監(jiān)控終端發(fā)來的報警信息時，對報警進行自動處理；如果基站維護人員無法確定基站問題，通過攝像頭來回傳現(xiàn)場維護視頻，方便遠程視頻指導［7］。

1.2 系統(tǒng)的主要功能

系統(tǒng)功能齊全，具體的功能介紹如下：

（1）基站機房環(huán)境監(jiān)控。包括基站機房內部的溫度、濕度、煙霧數(shù)據(jù)的采集，根據(jù)數(shù)據(jù)，控制機房空調工作，為機房內部設備運行提供環(huán)境保障。

（2）基站機房設備狀態(tài)監(jiān)控。控制器通過監(jiān)測設備的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，判斷設備的運行狀態(tài)，對設備異常和異常設備的運行日志自動上報。基站監(jiān)控中心收到異常報告后，相關技術人員分析設備異常的日志信息，有針對性地派出維護修理人員，這樣就有效提高維護修理的工作效率。

（3）基站電源監(jiān)控。監(jiān)控基站電源的供電狀態(tài)，控制器可以根據(jù)需求自動切換電源，從而有效防范基站設備由于斷電而引起的運行癱瘓故障，減小因基站斷電帶來的企業(yè)損失。

（4）基站現(xiàn)場圖像信息監(jiān)控。監(jiān)控分為基站機房內部監(jiān)控和外部監(jiān)控。通過圖像監(jiān)控，有效震懾基站設備的盜竊行為，可以為案件破獲提供視頻證據(jù)，同時系統(tǒng)及時上報事件，有助于設備及時補充，從而及時恢復基站正常運行，減小損失。

（5）基站維護人員管理。系統(tǒng)通過外部的射頻識別模塊獲取進入基站機房的維護修理人員數(shù)據(jù)，控制電磁鎖，這樣提高基站維護修理人員管理的工作效率，同時也增強基站安全。

（6）遠程技術指導。維護修理人員無法準確理解和解決出現(xiàn)的故障時，可以通過攝像頭實時傳送現(xiàn)場維護視頻，基站監(jiān)控中心的技術人員實施遠程指導，促進問題的解決，提高維護修理的工作效率，保證設備及時恢復運行。

1.3 系統(tǒng)硬件構成

基站監(jiān)控終端硬件主要可以按照功能劃分為5部分，即核心處理器及外部電源LCD顯示設備組成的核心控制單元、環(huán)境監(jiān)測采集單元、設備信息采集控制單元、門禁子系統(tǒng)、遠程通信單元?；颈O(jiān)控終端的硬件設計如圖2所示。

圖2 基站監(jiān)控終端硬件框圖

核心控制單元主要由核心處理器選用嵌入式ARM11核心處理器，外圍增加供電電源、數(shù)據(jù)存儲器、顯示器等部分組成，構成一個最小的控制器系統(tǒng)。

環(huán)境監(jiān)測單元主要包括基站機房的溫度、濕度、煙霧等傳感器以及空調控制器。

設備信息采集單元主要由備用電源、供電采集控制模塊、設備運行狀態(tài)信息采集控制模塊等部分組成，實現(xiàn)基站運行設備的安全監(jiān)測控制。

門禁子系統(tǒng)主要由射頻卡讀取模塊、電磁控制鎖、攝像頭構成，共同實現(xiàn)門禁以及設備安全防護功能。

2　系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)

軟件設計主要有兩部分，即基站監(jiān)控終端軟件和基站監(jiān)控中心軟件?；镜谋O(jiān)控終端，后臺采用Linux C編程語言實現(xiàn)對各傳感器和模塊的控制［8］，界面的編寫采用QT開發(fā)實現(xiàn)［9］；基站監(jiān)控中心軟件采用windows下的C++實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的管理和界面顯示。

2.1 基站監(jiān)控終端軟件設計

在基站監(jiān)控終端軟件設計中，可以將軟件按照任務分為5部分：基站運行設備的控制和信息獲取、基站的環(huán)境監(jiān)測和空調控制、基站門禁系統(tǒng)控制、監(jiān)控端的信息遠程發(fā)送與接收、信息顯示等功能模塊。軟件流程圖如圖3所示。

基站運行設備信息讀取控制線程中，定時讀取基站運行設備的狀態(tài)數(shù)據(jù)，如果出現(xiàn)異常，根據(jù)異常的等級進行自動處理，自動更改設備設置，如果異常的等級達到嚴重報警的級別，該線程就調用遠程通信函數(shù)接口將報警信息以及異常設備的運行日志信息發(fā)送給基站監(jiān)控中心。

圖3 基站監(jiān)控終端軟件流程圖

環(huán)境監(jiān)測線程中，定時讀取基站機房內部溫度、濕度、煙霧傳感器的數(shù)據(jù)，判定是否有環(huán)境參數(shù)超標，如果有，程序控制空調進行調溫、除濕、換氣工作，保持機房內的溫度、濕度及最佳的設備運行狀態(tài)；對于煙霧狀態(tài)進行分級，如果軟件檢測到煙霧狀態(tài)超過某個限度，則觸發(fā)報警裝置，同時讀取現(xiàn)場的溫度、濕度、煙霧、圖像數(shù)據(jù)，通過遠程傳送接口，將數(shù)據(jù)傳送給基站監(jiān)控中心。

門禁管理線程定時檢測射頻模塊讀取的射頻卡信息，當有數(shù)據(jù)讀入時，程序調用遠程傳輸接口，將數(shù)據(jù)傳送給基站監(jiān)控中心，等待基站監(jiān)控中心驗證信息，根據(jù)監(jiān)控中心返回的應答指令，控制電磁鎖打開與關閉；當檢測到機房門處于打開狀態(tài)時，啟動定時子程序，當定時結束時，控制器控制電磁鎖自動關閉機房門；程序監(jiān)測基站電磁鎖狀態(tài)，如果監(jiān)測到電磁鎖遭遇破壞時，調用報警子程序報警，同時調用圖像獲取函數(shù)，通過遠程傳送接口，將報警信息以及圖像信息傳送給基站監(jiān)控中心。

遠程傳送線程主要有兩個功能接口，即通信發(fā)送和通信接收。如果有信號觸發(fā)發(fā)送數(shù)據(jù)接口，程序控制遠程通信模塊與監(jiān)控中心建立通信連接，發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送接口中對數(shù)據(jù)進行一定的分類：一是普通情況下，只有基站的自動巡檢數(shù)據(jù)，程序采用“不占線”的短信方式構建與基站監(jiān)控中心的通信連接［10］；二是當處于報警情況下，尤其是基站被未授權人員非法入侵、嚴重故障時，需要傳送圖像以及有遠程協(xié)助請求時，遠程傳送接口啟動通信模塊的3G傳輸，實時傳輸現(xiàn)場的視頻圖像數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)接收接口監(jiān)聽通信端口狀態(tài)，解析接收到的數(shù)據(jù)，調用相應的處理程序。

2.2 基站監(jiān)控中心軟件設計

基站監(jiān)控中心軟件主要由3部分組成：數(shù)據(jù)庫管理模塊、人機交互模塊、遠程傳送控制模塊。

遠程數(shù)據(jù)傳輸模塊與監(jiān)控終端的軟件設計相同，主要是信息的發(fā)送以及接收接口的實現(xiàn)。

數(shù)據(jù)庫管理模塊中，建立基站維護管理人員信息庫、基站維護修理工作信息庫、基站信息庫，對于每一個基站建立獨立的基站運行狀態(tài)、報警信息表，建立針對這些數(shù)據(jù)表的讀取、刪除、添加接口函數(shù)［11］。

對于遠程控制信號處理，先調用基站信息數(shù)據(jù)庫相關接口，獲取基站的ID信息，調用遠程傳送接口，根據(jù)ID號將控制信號發(fā)送給目標基站；對于查詢信號，程序調用基站信息數(shù)據(jù)庫，獲取基站的ID，根據(jù)基站ID，調用基站運行狀態(tài)數(shù)據(jù)庫查詢接口，獲取基站的運行狀態(tài)信息，調用顯示函數(shù)，進行顯示。因此，在基站監(jiān)控中心的軟件設計中，至少有兩個線程：日常基站巡檢數(shù)據(jù)處理線程、監(jiān)控中心外部控制處理線程，其軟件的流程如圖4所示。

圖4 監(jiān)控中心軟件流程圖

3　性能分析

該系統(tǒng)的設計和其他一些通信基站監(jiān)控系統(tǒng)相比，具有如下特點。

（1）監(jiān)控管理的內容更加齊全，系統(tǒng)簡單，ARM11為核心的監(jiān)控終端處理器可以實現(xiàn)視頻、環(huán)境監(jiān)控以及門禁管理、設備準備切換的系統(tǒng)設計需求。

（2）系統(tǒng)采用了已經(jīng)相對成熟的3G通信技術，不僅可以實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的發(fā)送，而且可以實現(xiàn)實時圖像數(shù)據(jù)的傳輸。

（3）系統(tǒng)的各硬件模塊之間的連接接口設計靈活，實際的應用中，可以根據(jù)設計的需求，選擇合適的接口來實現(xiàn)系統(tǒng)的搭建組裝。

（4）系統(tǒng)通過建立完善的基站設備運行故障數(shù)據(jù)庫，從而實現(xiàn)基站故障的自動分析處理；

（5）系統(tǒng)具有很好的拓展性，可以通過網(wǎng)絡共享基站監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)省管理中心以及區(qū)域管理中心的監(jiān)控管理。

4　結語

在ARM和3G傳輸技術的支撐下，本文提出一種基站監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據(jù)不同的監(jiān)控需求，設計具有GSM短信工作模式、3G通信的視頻圖像傳輸兩種工作模式，包括基站環(huán)境監(jiān)測、設備控制監(jiān)測、門禁管理、基站故障遠程指導操作等多種功能。系統(tǒng)能夠滿足當前基站的監(jiān)控管理需求，提高基站監(jiān)控管理工作的效率。

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Design of communication base station monitoring system based on ARM and 3G technology

Wu Fengbo， Zhang Huike， Zhou Yunru
（Communication and Information Engineering College of Xi'an University of Science and Technology， Xi'an 710054， China）

Combining with the embedded design technology and mobile communication technology， this paper focuses on the research orfterminal hardware base station monitoring system， the software design and software design of monitoring center. The monitoring terminal hardware adopts ARM11 core processor， the 3G technology for remote transmission， hardware design and software design methods and working process of monitoring terminal hardware are described in detail in the paper. The system can be able to implement the maintenance of base station computer room environment， remote monitoring of equipment， the automatic switching power supply， the base station security alarm， base station maintenance personnel management and other function.

embedded ARM； 3G technology； base station monitoring

武風波（1965— ），男，陜西澄城，高級工程師；研究方向：通信與信息系統(tǒng)實驗教學。