基于遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的分布式通信電源控制系統(tǒng)設(shè)計

林莉蕓

（信陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 數(shù)學(xué)與計算機(jī)科學(xué)學(xué)院，河南 信陽 464000）

0 引 言

分布式通信電源作為通信網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵設(shè)施，是保證通信網(wǎng)絡(luò)能夠安全高效運行的重要依據(jù)[1]。分布式通信電源一旦出現(xiàn)故障，就會引發(fā)整個通信網(wǎng)絡(luò)癱瘓[2]。因此，控制分布式通信電源是確保分布式通信電源能夠正常運行的主要手段[3]。在以往分布式通信電源控制系統(tǒng)的設(shè)計中，分布式通信電源的控制只能在特定范圍中進(jìn)行，存在控制效率低的問題。而遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)⑦h(yuǎn)程控制終端電路與系統(tǒng)服務(wù)器相連，通過傳輸以太網(wǎng)信號遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。

1 分布式通信電源控制系統(tǒng)硬件部分

1.1 以太網(wǎng)

本文基于遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)設(shè)計以太網(wǎng)，為分布式通信電源控制的數(shù)據(jù)傳輸提供硬件環(huán)境，使分布式通信電源控制數(shù)據(jù)的超遠(yuǎn)距離傳輸成為可能。采用雙絞線連接遠(yuǎn)程電源終端與交換機(jī)，通過級聯(lián)的方式擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，采用點到點的光纖鏈路方式連接所有硬件電纜，形成星型結(jié)構(gòu)，設(shè)計RTW24899E以太網(wǎng)串口轉(zhuǎn)換模塊將數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)化為分布式通信電源控制開關(guān)信號，構(gòu)造完整的系統(tǒng)硬件載體環(huán)境。

1.2 遠(yuǎn)程電源終端

以遠(yuǎn)程電源終端為分布式通信電源控制系統(tǒng)的核心硬件，內(nèi)置核心控制板。遠(yuǎn)程電源終端主要包括核心控制板、CPU、傳感器、網(wǎng)線以及顯卡等。在選擇核心控制板的型號時，應(yīng)考慮功能需要、接口處資源、輸入網(wǎng)口和輸出網(wǎng)口的尺寸大小以及功率消耗等相關(guān)因素。針對上述要求，本文將型號為TRW2342100Q的核心控制板引入到遠(yuǎn)程電源終端設(shè)計中。

TRW2342100Q核心控制板可以使遠(yuǎn)程電源終端的各項性能達(dá)到最佳，并且在一定程度上節(jié)省系統(tǒng)匯總硬件的運行時間，提高系統(tǒng)運行效率。TRW2342100Q核心控制板可以控制多個電路的通斷并調(diào)節(jié)分布式通信電源開關(guān)的速度，因此具有更高的控制效率[4]。遠(yuǎn)程電源終端主要用于為分布式通信電源控制提供驅(qū)動，其主要電路是由金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET）和高速光耦共同構(gòu)成，驅(qū)動形式為脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動，從而使分布式通信電源控制系統(tǒng)獲得自由的分布式通信電源開關(guān)調(diào)速。高速光耦作用是將TRW2342100Q核心控制板中發(fā)出的控制信號轉(zhuǎn)換為控制當(dāng)量，控制分布式通信電源。

1.3 顯示器

顯示器作為分布式通信電源控制系統(tǒng)運行結(jié)果的展示界面，可以顯示遠(yuǎn)程電源終端采集到的分布式通信電源控制數(shù)據(jù)。本文選用顯示器的型號為CFR2548，通過串口通信能夠直接獲得分布式通信電源控制數(shù)據(jù)，另外顯示器的硬件環(huán)境配置包括2 Mb/s PC端各類型瀏覽器和移動端各類型瀏覽器。

2 分布式通信電源控制系統(tǒng)軟件部分

2.1 采集分布式通信電源控制數(shù)據(jù)

遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)中利用IEEE802.1B生成樹協(xié)議，采集每一個端口中的分布式通信電源控制數(shù)據(jù)信息，自動化采集控制數(shù)據(jù)。考慮到遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)具備不穩(wěn)定的特性，會采集到一些無效的數(shù)據(jù)樣本。因此，為了避免系統(tǒng)出現(xiàn)無效控制，本文通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)中的RS232或USB接口采集控制數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)采集速率控制在1.0～110.5 kb/s。此外，采用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)中的虛擬專網(wǎng)技術(shù)對分布式通信電源控制命令進(jìn)行數(shù)字簽名。通過過濾數(shù)據(jù)中的無效控制數(shù)據(jù)，將有效數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)控制數(shù)據(jù)的自動采集。

2.2 基于遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)建立控制數(shù)據(jù)高級通信協(xié)議

通過將遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在控制數(shù)據(jù)傳輸過程中，實現(xiàn)控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹悄芑{(diào)頻。利用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)將實時采集的分布式通信電源控制數(shù)據(jù)發(fā)送至前端顯示區(qū)域，既能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，又能夠通過高級通信協(xié)議中的調(diào)頻通信模塊有效控制分布式通信電源。測試分布式通信電源運行中的電流和電壓，根據(jù)具體變化情況，判斷分布式通信電源實時數(shù)據(jù)采集信號是否出現(xiàn)波動。當(dāng)采集數(shù)據(jù)信號幅度出現(xiàn)波動時，調(diào)整變頻參數(shù)，在線控制分布式通信電源。波動較大時，必須在遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)中引進(jìn)虛擬局域網(wǎng)VLAN，根據(jù)系統(tǒng)的通信路徑控制分布式通信電源數(shù)據(jù)采集信號。

2.3 計算分布式通信電源控制頻率

根據(jù)傳輸?shù)玫降姆植际酵ㄐ烹娫纯刂茢?shù)據(jù)計算分布式通信電源控制當(dāng)量。計算時，首先給遠(yuǎn)程電源終端一個已知的數(shù)值，其次利用該數(shù)值，自動給出分布式通信電源一個原始恒定的運行速度，最后待分布式通信電源運行一段時間后，通過改變這一定值，計算相關(guān)當(dāng)量控制分布式通信電源開關(guān)的頻率。設(shè)分布式通信電源控制頻率為W，可得以下公式：

式中，K是遠(yuǎn)程電源終端在實際運行過程中的比例系數(shù)；x是系統(tǒng)自動采樣次數(shù)，為實數(shù)；f(x)是系統(tǒng)第x次自動采樣時與實際定量之間的偏差；j是控制誤差比例系數(shù)。利用式（1）可以計算出分布式通信電源控制頻率，為控制分布式通信電源提供數(shù)據(jù)支持。

2.4 控制分布式通信電源

得到分布式通信電源控制頻率后，利用計算機(jī)接口控制分布式通信電源。通過映射出兩個4位8進(jìn)制數(shù)，獲得在每個控制點位上的控制數(shù)據(jù)，再利用特定的變量數(shù)據(jù)映射分布式通信電源控制數(shù)據(jù)，形成區(qū)域性的映射。通過C++面向?qū)ο蟮木幊趟枷雽⒎植际酵ㄐ烹娫纯刂茢?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為具體的參數(shù)控制，用戶只需事先將規(guī)定的分布式通信電源控制限制輸入到系統(tǒng)中，系統(tǒng)即可自動檢測是否改變控制參數(shù)。最后利用計算機(jī)的端口狀態(tài)存儲控制數(shù)據(jù)及控制信息，并將其輸入到相應(yīng)的映射區(qū)域中。通過分析區(qū)域映射中對應(yīng)的控制語義和詞義得出正確的控制結(jié)果，實現(xiàn)基于遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的分布式通信電源控制。

3 實例分析

3.1 實驗準(zhǔn)備

本次實驗選擇100個型號相同的分布式通信電源作為實驗對象，電壓輸入范圍為100～286 V AC，輸出電壓為110 V，輸出功率為150 W，短時功率最高可達(dá)100 W。本次實驗將控制波特率作為實驗測試指標(biāo)，控制波特率越高證明該控制系統(tǒng)的控制效率越高。本文控制分布式通信電源系統(tǒng)通過MODBUS軟件采集一組控制波特率，設(shè)置為實驗組，傳統(tǒng)控制分布式通信電源系統(tǒng)通過MODBUS軟件采集一組控制波特率，設(shè)置為對照組。此外，在此次實驗中，將實驗時間設(shè)置為10 h。

3.2 實驗結(jié)論

根據(jù)上述設(shè)計的實驗步驟采集實驗數(shù)據(jù)，將兩組系統(tǒng)得出的控制波特率整理為對比表格，如表1所示。

表1 控制波特率對比表

通過表2可知，在相同的測試時間中，本文設(shè)計的控制系統(tǒng)的控制波特率明顯高于對照組，對分布式通信電源的控制效率更高，可以證明所設(shè)計的控制系統(tǒng)在實際應(yīng)用中具備更高的控制效率，有理由投入現(xiàn)實使用。

4 結(jié) 論

通過實例分析證明，遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)在分布式通信電源控制系統(tǒng)應(yīng)用中具有明顯優(yōu)勢。控制波特率的高低是保證分布式通信電源控制系統(tǒng)控制效率的主要衡量標(biāo)準(zhǔn)，而針對分布式通信電源控制系統(tǒng)進(jìn)行基于遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計可以大幅度提高控制波特率。因此，在日后的研究中，堅持以遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)為核心，提高分布式通信電源控制系統(tǒng)的綜合性能，促進(jìn)分布式通信電源控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計能夠有更好的發(fā)展。