基于TCP/IP協議的通信電源監控系統

楊洪軍

(成都大學電子信息工程學院，四川成都610106)

基于TCP/IP協議的通信電源監控系統

楊洪軍

(成都大學電子信息工程學院，四川成都610106)

在討論通信基站動環監控系統的總體設計、硬件組成、軟件設計的基礎上，以運營商的小流量卡為通信載體，設計了通信基站內電源、空調等設備的遙測、遙信和遙控等三遙功能。該監控系統采用三級分層結構，分別為前置監控單元(SM)、局站監控中心(SU)和區域監控中心(SC)，SU和SC之間采用TCP/IP協議進行通信。為了提高通信的及時性，對協議棧進行了改進。

接口；協議；監控；通信電源

通信基站的動環監控，是保障通信基站正常運行的必要手段。動環監控主要是指通信電源、空調及機房環境的集中監控，其中通信電源的監控是重點。

通信電源監控系統是一個分布式計算機控制系統，它是一個采用傳感器技術、計算機技術、通信技術和網絡技術，實現對動力電源供電設備的運行情況及機房環境狀況進行監控的平臺。目前，大多數通信基站都具有動環監控功能，可以完成對局站內的通信電源、蓄電池、UPS、發電機、智能空調等設備的電壓、電流、溫濕度、煙霧、水浸、門禁等環境的“三遙”功能[1]。為了降低運營成本，數據傳遞采用各運營商的小流量卡，雖然可能完成監控的功能，但是其通信的穩定性還需進一步提高。

1 監控系統總體設計

真實可靠和實時的數據通信是監控系統的重點。在通信電源的監控中，主要包含兩種信號量，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備運行的特征值，從而作為設備運行狀態的判斷依據；另一種是數字量，也稱為開關量，主要是指執行機構的動作，例如繼電器的開或合等，用以控制相應設備的起停[2]。整個系統采用三層結構，如圖1所示。

圖1 監控系統總體結構框圖

在三層結構中，處于最前端的是前置監控單元SM，該模塊主要由兩部分組成，一部分為傳感器，用于采集現場電源及環境的運行數據，并通過串行通信傳至局站監控中心SU；一部分為執行機構，大多由繼電器組成，主要功能是接收來自于SU的控制命令，并產生相應的動作，以控制現場設備的運行；處于中間的是局站監控中心SU，該模塊可以由單片機來擔任，主要起到上傳下達的作用，一方面接收來自于SM的上傳數據，并將數據通過小流量卡及相應的移動通信網(GPRS、3G、4G)等上傳至區域監控中心SC，同時SU還接收來自于SC的控制命令，并通過串行通信傳達至SM，完成控制操作；處于系統最上端的是區域監控中心SC，SC是整個數據處理的中心，主要的功能是對上傳數據進行分析，并依據分析結果生成相應的操作命令。SC由數據庫、數據處理模塊、專家分析模塊、遠程控制模塊、報警模塊等組成，其中數據庫是數據處理的核心，存儲了實時運行數據、歷史數據、設備標準數據、故障處理信息等。這些數據作為分析的主體，傳送至專家分析模塊中，專家分析模塊依據相應的數據和運行規則對運行狀態進行及時的判斷，并結合經驗的糾正，輸出操作控制命令；專家分析模塊經較正后所生成的控制命令輸入至遠程控制模塊，產生相應控制命令和報警信息。具體結構如圖2所示。

圖2 區域監控中心SC模塊

2 通信系統的設計和實現

通信系統是監控系統的重要組成部分。通信的主要功能是按照一定的網絡協議，將不同的監控部分通過一定的接口和通信線路連接在一起。在通信電源的監控系統中，由于系統采用三層結構，其通信的完成要依靠兩大步驟。第一步是SM互聯和SM與SU之間的連接，第二步是SU和SC之間的連接。

對于第一步，本設計采用的是串行通信，常用的通信方式有RS—232、RS—485以及現場總線接口CAN和LonWorks。這些串行通信既可以實現點對點通信，也可以用于一點對多點的通信，還可組成靈活的網絡拓撲結構。

根據實際需要，本設計采用多種串行通信相接合的方式，具體結構如圖3所示。底層設備數據的采集利用RS232串行通信，將數據傳送至通用采集器，通用采集器與SU模塊卡之間利用CAN總線進行通信，一些智能化設備通過RS232及相應的協議轉換器接入CAN總線中。

圖3 底層通信結構

SU和SC之間的連接采用小流量卡來完成。采用小流量卡是目前大多數基站所采用的方式，該方式的主要優點是運營成本低，以聯通的小流量卡為例，月租費用是十幾元，可以完成日常的監控功能，而缺點是監控的穩定性和及時性有待提高。

目前，小流量的移動通信卡仍舊采用TCP/IP協議。所不同的是，在移動通信中的IP協議是IETF(Internet Engineering Task Force)所提出的一組新的移動IP路由機制和協議，主要目的是為了適應通信卡的移動性而修改的并新的網絡層協議。

為了適應移動性通信，移動IP設置了三種功能實體：移動主機、家鄉代理、外地代理。每一個移動主機在注冊時都會獲得一個歸屬地的IP地址，而這個IP地址由一個歸屬地路由器來管理，而每一個發送至該終端的數據包都最終由歸屬地路由器發送至終端設備，完成數據包的傳遞；而當終端設備漫游至外地網絡時，終端設備會及時與該地網絡取得聯系，在該地網絡中存在一個外地代理，該代理會依據終端設備中的相應信息查找到家鄉代理的位置，并在家鄉代理和外地代理之間建立一個數據通信的隧道。在通信的過程中，數據包仍然將終端設備的原地址作為目的地址，首先到達家鄉代理。家鄉代理根據終端設備的記錄，通過隧道，將這個數據包轉發給外地代理。外地代理再轉發給處于外地網絡中的終端設備。具體過程如圖4所示。

圖4 移動IP網絡結構

與普通移動通信不同的是，通信機房與基站的流量卡具有地理位置不發生改變的基本特性，流量卡也一直工作在本地服務器的范圍之內而不會發生移動，因此就不會有與外地代理路由的數據轉換，數據可直接由本地代理經IP網絡發至本地網的監控主機，這樣IP協議就可以進行簡化操作，去除掉相關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

本文設計了基于小流量卡的通信電源的遠程監控系統。該系統分為三層結構，分別為前置監控單元(SM)、局站監控中心(SU)和區域監控中心(SC)。SM與SU之間采用串行通信方式采集數據，SU和SC之間采用小流量卡進行通信。移動通信的協議采用TCP/IP協議，為了保證數據通信的流暢，對IP協議棧進行簡化處理。

[1]梁強．基站通信電源及其監控系統的設計與研究[D]．天津：天津大學，2007：7-9.

[2]崔恒源．移動通信基站電源監控系統的設計及實現[D]．長沙：湖南大學，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，主要研究方向為電子與通信技術。