一種新的智能動環(huán)監(jiān)控單元

陳進

摘 要：為了實現多達數百萬個移動基站的規(guī)范動環(huán)監(jiān)控，支持5G有效運營，本文提出了分布式智能動環(huán)監(jiān)控平臺。該平臺將動態(tài)共享庫嵌入邊緣網關，以實現平臺的邊緣計算能力，有效地解決了異構FSU和大規(guī)模站點的規(guī)范化監(jiān)控，為基于基站鐵塔的物聯網擴展業(yè)務奠定了堅實的基礎。

關鍵詞：智能；動環(huán)監(jiān)控；單元

0 引言

作為通信系統(tǒng)的重要組成部分，移動基站可以為移動終端提供系統(tǒng)接口和無線功能。近年來，隨著通信技術特別是4G網絡的飛速發(fā)展以及5G網絡的商業(yè)應用，移動基站的數量大大增加。但是，由于我國地理的特殊性，移動基站具有位置分散、環(huán)境惡劣和電力不穩(wěn)定的特點，因而實時監(jiān)測基站的動力和環(huán)境顯得尤為重要。

基于集團公司、省公司和市公司的組織架構，國內運營商通常使用三層架構的動環(huán)系統(tǒng)。超過95%的基站可以通過有線訪問，大多數均使用集中分析方法[1-2]。鐵塔公司建立后，從三家運營商手中接管了所有基站。電源監(jiān)控系統(tǒng)使用集中式體系結構，網絡管理系統(tǒng)部署在總部并采用分布式節(jié)點進行計算。傳輸方式是無線的（主要是3G和4G）。基站的信號數據和遠程控制直接訪問FSU。該架構采用終端分析方法[3-4]，并且不再直接訪問OMC。

由于FSU的設備種類繁多，其功能接口差異很大。5G網絡的建設和物聯網的發(fā)展加快了FSU設備類型和數量的擴展，進而對FSU系統(tǒng)的兼容性提出了極高要求。頻繁升級對于基站的運行和維護是必要的。由于供應商的技術不同，因此升級和組合調整接口的過程非常復雜。 FSU和SC平臺之間的松散相關性導致了問題定位的復雜性，使得該平臺難以控制關鍵功能，如注冊FSU，報告警報，收集性能狀態(tài)，遠程控制等[2]。

鐵塔公司整合了中國電信，中國移動和中國聯通的供電環(huán)境監(jiān)控標準，制定了統(tǒng)一的監(jiān)控標準和跨平臺接口的技術方案[5]。該方案對供電環(huán)境監(jiān)控的B接口進行了改革和升級，形成了自動密集型和自適應監(jiān)控平臺的架構[5-6]，如圖1所示。

在該體系結構中，FSU是整個監(jiān)控網絡的基本元素。通過將嵌入式系統(tǒng)和應用程序安裝到終端自動裝置中，可以管理和處理監(jiān)視數據。FSU的主要業(yè)務功能是控制數據收集，與上級監(jiān)控平臺交互，并根據特定硬件，通過硬件和軟件進行集成設計。由于不同類型的FSU設備的系統(tǒng)軟件存在差異，盡管有統(tǒng)一的標準，監(jiān)控中心仍然難以維護，分析和定位收集數據，尤其是警報數據（由于數據處理過程的差異[7]）。如果需要升級FSU軟件，則每種類型的設備都需要開發(fā)自己的應用程序，這導致靈活性降低和成本升高。

1 FEU邊緣節(jié)點計算的自動化

隨著5G網絡的推廣，基站的擴展和物聯網技術的發(fā)展[3，8]，越來越多的傳感器投入監(jiān)控，平臺容量和運營難度爆炸性加劇。十多種類型和數百萬個FSU設備需要升級。完全依賴于不同區(qū)域的供應商來更新版本非常困難，因為這樣會導致系統(tǒng)更新工作量巨大，并且軟件可能缺失健壯性。因此，有必要對該系統(tǒng)進行改造。通過分析平臺軟件的結構[5]，業(yè)務流程，邊緣節(jié)點計算的功能，FSU的核心芯片以及嵌入式系統(tǒng)的算法[9-10]，結合密集監(jiān)控平臺的功能規(guī)范，本文提出一種自動嵌入式訪問單元FEU，該單元將終端計算功能移至FSU操作系統(tǒng)中，并使每個基站都可以作為分布式單元進行計算。在此基礎上，改造接入終端并啟動FSU自動化項目。改造后的結構如圖2所示。

2 FEU軟件架構設計

FEU包含B接口的所有功能。FSU通過A接口從設備收集數據并將數據傳送到FEU之后，FEU會根據數據種類處理數據，然后更新性能，報告警報，將數據存儲為歷史記錄等。當VPN的連接狀態(tài)（在線/離線）發(fā)生變化時，FSU需要將所有注冊信息（例如VPN地址，IMSI，網絡標準等）通知FEU。一旦FEU判斷為心跳超時，它將通知FSU，并且FSU將按照Triple-Reboot標準對其進行處理。該過程如圖3所示。

FEU將作為動態(tài)共享庫提供給FSU供應商。由于每個供應商的CPU芯片各不相同，因此FEU需要根據每個供應商的交叉鏈接編譯環(huán)境進行編譯。FSU軟件可以通過feu.h和libfeu.so加載動態(tài)庫，然后在運行過程中啟動FEU功能后可以與監(jiān)控平臺進行交互。

FEU API包含4個部分：

● 配置管理，負責設置由配置文件運行的SDK的參數，包括SDK的存儲空間，IPC圖片的空間，FSU和設備的基本信息，收集點的信息等；

● 回調功能，包括修改FTP服務參數和控制順序，報告心跳超時，獲取FSU版本，獲取VPN狀態(tài)，更正時鐘，獲取系統(tǒng)資源等；

● 控制SDK的運行，可以啟動或停止SDK功能，為FSU分配初始內存，加載配置參數，創(chuàng)建即時實例等；

● 業(yè)務交互管理功能，這是FEU從FSU接收業(yè)務監(jiān)控功能的核心模型，包括實時遠程測量數據，實時遠程信號數據，遠程控制和提交功能的實時數據，VPN狀態(tài)的通知，獲取FEU的注冊狀態(tài)等。

平臺發(fā)出遠程控制命令后，FEU通過回叫功能將其分配給FSU，FSU操作控制器并將結果返回給FEU，然后FEU將其反饋給平臺。

2.1 自動FEU的突出優(yōu)勢

使用自動FEU有6個主要優(yōu)點：

● 統(tǒng)一管理B接口，使監(jiān)控數據更加準確和可靠；

● 功能的高度可擴展性，可以在任何環(huán)境中快速升級和部署；

● 監(jiān)控數據的準確性，有助于快速定位問題；

● 與大多數FSU設備兼容，適用于新舊設備；

● 自我發(fā)展，可以降低購買FSU的成本；

● 自動監(jiān)控。

由于上層接口是統(tǒng)一的，軟件版本是相同的，并且報告數據的格式完全統(tǒng)一，因此安裝和升級簡單從而支持基站的新功能，并且操作，維護和管理完全標準化，從而使得系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。該項目實現了基站統(tǒng)一管理，自動部署和簡單擴展的目標。FEU根據需求設計模型，將與硬件和設備接口高度相關的軟件劃分為獨立的部分。通過設計應用程序與監(jiān)控中心交互并將數據作為單獨組件進行管理，FEU可以對傳遞監(jiān)控數據的操作過程進行標準化，從而確保數據的完整性和可靠性。

3 結語

本文提出了一種用于自動監(jiān)控單元的新系統(tǒng)架構。它將與平臺和業(yè)務交易的交互打包為與平臺交互的功能模型FEU。該模型獨立于依賴硬件的應用程序，并且高度兼容，因此使用該模型設計來開發(fā)電源環(huán)境監(jiān)視標準是有益的。隨著NB-IoT和5G網絡的推廣，未來FEU的標準場景將更加細化，針對不同的接入信號，FEU將在邊緣層中增加更多的計算功能，可以使FEU的業(yè)務服務成為可能，使監(jiān)控平臺越來越自動化。

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