網(wǎng)絡(luò)巡檢系統(tǒng)的研究

范俊

摘 要 針對傳統(tǒng)跨區(qū)域通信網(wǎng)絡(luò)故障巡檢的不足，基于嵌入式和計(jì)算機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)并且實(shí)現(xiàn)了一種網(wǎng)絡(luò)巡檢系統(tǒng)。從硬件平臺和軟件平臺兩方面進(jìn)行了研究，所有巡檢硬件設(shè)備納入統(tǒng)一的軟件管理平臺進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)狀態(tài)檢測和故障定位等功能。

【關(guān)鍵詞】嵌入式 STM32 巡檢設(shè)備

1 引言

在很多跨區(qū)域聯(lián)合工作的應(yīng)用場合中，如鐵路SCADA系統(tǒng)、電力SCADA系統(tǒng)、運(yùn)營商基站管理等領(lǐng)域，需要通過專用通信線路將各區(qū)域的設(shè)備進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，統(tǒng)一管理。為了保證通信的可靠性，當(dāng)通信線路中某一段出現(xiàn)故障時(shí)，需要進(jìn)行快速巡檢，查找故障點(diǎn)，定位故障線路所在區(qū)域。此處以鐵路SCADA系統(tǒng)為例進(jìn)行說明，如：用戶的智能管理調(diào)度中心出現(xiàn)故障報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)和管理人員都無法定位故障源，無法區(qū)分是通訊通道故障還是終端設(shè)備故障，嚴(yán)重影響系統(tǒng)可靠運(yùn)行。因此，設(shè)計(jì)一種網(wǎng)絡(luò)巡檢系統(tǒng)，該系統(tǒng)從根本上解決了以上問題，能快速可靠診斷出物理通信鏈路故障還是終端設(shè)備故障。

2 系統(tǒng)概述

該系統(tǒng)由系統(tǒng)管理中心（EMS）、網(wǎng)絡(luò)巡檢設(shè)備（EMU）和系統(tǒng)軟件三部分組成，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。EMS由無線通信單元和專用操作計(jì)算機(jī)組成，是系統(tǒng)的控制處理中心，對EMU設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和通信。EMU是分布在以太網(wǎng)物理鏈路中的功能節(jié)點(diǎn)，根據(jù)EMS的遠(yuǎn)程命令執(zhí)行以太網(wǎng)鏈路檢測功能。

在網(wǎng)絡(luò)中， 數(shù)千個(gè)網(wǎng)絡(luò)巡檢設(shè)備相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信。系統(tǒng)管理中心（EMS）以點(diǎn)對點(diǎn)的方式通過網(wǎng)絡(luò)查詢網(wǎng)絡(luò)巡檢設(shè)備（EMU）的數(shù)據(jù)，并且系統(tǒng)管理中心（EMS）可以采集多路巡檢設(shè)備的數(shù)據(jù)， 實(shí)現(xiàn)本地或遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)性監(jiān)控。具體實(shí)現(xiàn)有兩種方式：

（1）系統(tǒng)管理中心（EMS）通過以太網(wǎng)向網(wǎng)內(nèi)任一網(wǎng)絡(luò)巡檢設(shè)備（EMU）發(fā)送網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測命令，網(wǎng)絡(luò)巡檢設(shè)備（EMU）接收到該遠(yuǎn)程遙控指令后，對以太網(wǎng)鏈路進(jìn)行有效性檢測，并通過以太網(wǎng)返回檢測結(jié)果。

（2）當(dāng)有線以太網(wǎng)出現(xiàn)故障無法正常通信時(shí)，系統(tǒng)管理中心（EMS）通過無線方式向網(wǎng)內(nèi)任一網(wǎng)絡(luò)巡檢設(shè)備（EMU）發(fā)送網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測命令，網(wǎng)絡(luò)巡檢設(shè)備（EMU）接收到該遠(yuǎn)程遙控指令后，對以太網(wǎng)鏈路進(jìn)行有效性檢測，并通過無線方式返回檢測結(jié)果。

3 硬件設(shè)計(jì)

EMU設(shè)備硬件組成如圖1所示，采用STM32F103VCT6作為主處理器，并且具備以太網(wǎng)通信、232/485串行通信、GSM無線通信模塊三種通信接口。

3.1 微控制器 STM32F107VCT6

微控制器是系統(tǒng)的核心， 主要功能是處理數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)及控制流程等。本設(shè)備采用的STM32F107VCT6芯片使用高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC內(nèi)核，工作頻率為72MHz，內(nèi)置128K字節(jié)的閃存和20K字節(jié)的SRAM，包含2個(gè)12位的ADC、3個(gè)通用16位定時(shí)器和一個(gè)PWM定時(shí)器， 2個(gè)I2C和SPI、3個(gè)USART、一個(gè)USB和一個(gè)CAN。

STM32最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括時(shí)鐘電路和復(fù)位電路的設(shè)計(jì)，電源電壓的濾波電路以及程序下載電路。

3.2 以太網(wǎng)通信

STM32F107芯片自帶以太網(wǎng)控制器，配合PHY芯片DM9161AEP和網(wǎng)絡(luò)變壓器HR91105A實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)接口電路。DM9161AEP通過可變電壓的 MII 或 RMII 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口連接到 MAC 層。

3.3 GSM無線通信

考慮到某些系統(tǒng)的安全性要求，此處利用加密短信方式進(jìn)行通信。GSM模塊選用華為公司GTM900系列，該系列無線通信模塊，支持800 M H z/900 MHz/1800 M Hz 三頻自動(dòng)選擇，支持標(biāo)準(zhǔn)的 AT命令及增強(qiáng) AT命令。模塊 內(nèi)嵌 TCP/IP協(xié)議，具有語音通信 ，短消息服務(wù)，無線數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋ＤK還提供了功能完備的系統(tǒng)接口，包括天線接口、模擬音頻接口.異步串行接口、SIM卡接口其中最大串口速率可達(dá)115200 bits。

GTM 900和單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信主要是通過端口 UA RT_TDX0 與TDX之間，UA RT_R DX0 與RDX之間的數(shù)據(jù)傳輸來完成.其中 GTM 900 上的UA RT_TD X0 口是用于接收從單片機(jī)傳來的數(shù)據(jù)，最終數(shù)據(jù)通過GTM 900上的天線發(fā)送出去。GTM 900 上的 UA RT-RD X0 口是用于向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。該模塊的其他 U ART 接 口與單片機(jī) 10 口相連，可由單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)功能。模塊支持外部SIM卡，可直接與 3.0 V SIM 卡或 5 V SIM 卡連 接 ，并自動(dòng)檢測和適應(yīng)SIM卡類型。

4 結(jié)束語

網(wǎng)絡(luò)巡檢系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)檢測和故障快速定位的功能，大大縮短了網(wǎng)絡(luò)故障檢修時(shí)間，提高網(wǎng)絡(luò)維護(hù)效率，為跨區(qū)域設(shè)備的通信管理帶來了便捷。目前該系統(tǒng)已在某企業(yè)通信系統(tǒng)中使用，效果良好。

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作者單位

民航重慶空管分局技術(shù)保障部 重慶市 401120