基于VPN的通信電源遠程監控系統設計

張 昊，董明福

（山東省郵電規劃設計院有限公司，山東 濟南 250000）

0 引 言

目前，通信電源通常包含多種類型的電源設備，能夠為各類通信設備提供持續性的電力條件，常見的幾種電源設備類型包括交流不間斷電源和直流不間斷電源等[1]。大部分通信電源的供電方式大致可劃分為3類，分別為集中型供電、分散型供電以及混合型供電，可根據實際通信設備的用電需求進行調整[2]。近幾年來，為了提高對電源運行的管理水平，縮短維修時間，相關領域研究人員開展了大量的研究，并從理論和實踐上提出了多種監控方法，但在實際應用中，現有監控方法或監控系統很難實現對通信電源的遠程監控功能，并且無法實現對通信電源運行參數的實時獲取[3]。針對這一問題，本文引入了VPN技術，利用該技術在公用網絡當中構建的專用網絡，實現對各類參數的遠程加密傳輸，并開展對基于VPN通信電源遠程監控系統的軟硬件設計研究。

1 系統硬件設計

為了實現對通信電源在運行過程中的遠程監控，本文選擇將VPN作為系統核心，結合該技術的通信能力以及相關硬件設備，構建如圖1所示的遠程監控系統結構。

圖1 基于VPN的通信電源遠程監控系統結構

根據圖1中的基本結構，本文主要針對MCU控制器和電能參數采集傳感器進行選型優化設計。針對MCU控制器的選擇，選用MCU346-7950型號控制器，該型號控制器數據總線寬度為32 bit，ADC分辨率為12 bit，工作電源電壓為1.7～3.6 V，工作溫度范圍為-35～75 ℃。數據存儲器選用SRAM靜態隨機存取存儲器，可支持I2C、SPI/I2S、SDIO等接口[4]。將該型號控制器應用到本文遠程監控系統當中可以實現對各類數據采集傳感器的控制，并在后續應用中能夠根據通信電源實際運行狀態，對其進行開關控制。

同時，為了實現對通信電源各類運行數據的采集，引入多個電能參數采集傳感器[5]。根據通信電源的運行特點，本文選用SEN-CT系列傳感器，由湖北夏森電力有限公司生產，可以實現智能互感。SEN-CT系列傳感器的標稱電壓為0.66 V，額定電流為5 A，采用單層密繞式，可以適應低頻工作環境，也可通過雙電源供電，能夠滿足通信電源監控系統智能化和自動化的需求，實時監測電纜的溫度、電流以及電壓等參數。利用傳感器對通信電源的相關參數進行實時采集，并通過控制器將其傳輸到中央監控中心，為后續VPN遠程通信提供有利的數據條件。

2 系統軟件設計

軟件部分主要從通信電源運行參數傳輸和通信電源異常運行狀態報警及處理進行設計。運用VPN構建專屬通信傳輸模塊，并實時監測電源的運行狀態。當發現通信異常時及時報警并處理，由此實現通信電源的遠程監控。

2.1 基于VPN的通信電源運行參數傳輸

在利用上述選擇的傳感器實現對通信電源運行參數的獲取后，為了實現對通信電源的遠程監控，本文選擇在中央監控中心端利用VPN構建一個專屬VPN通信傳輸的模塊，并結合封裝技術，在物聯網當中構建一個VPN遠程傳輸隧道[6]。在VPN遠程傳輸隧道的另一端與監控系統的遠程控制終端進行連接，當遠程監控端需要對所需的通信電源運行數據進行調用或查詢時，由遠程終端向中央監管中心提出創建VPN隧道的申請，并在對申請用戶的身份賬號和密碼進行識別驗證后，根據遠程請求的具體內容，將相應的數據以對稱加密的方式進行處理，然后將其傳輸到物聯網的VPN隧道中，最后由監控系統遠程終端用戶在VPN通信模塊中對相關數據進行解密處理，從而將真實的通信電源運行數據傳輸到申請用戶端，為用戶提供對數據的查看和調用服務[7]。為了創建更加良好的遠程傳輸環境，利用VPN技術中的SSL VPN技術，采用IPSec協議，實現各個分支結構與監管中心的遠程連接，并確保傳輸數據的格式統一。SSL VPN技術作為遠程用戶訪問最簡單、最安全的技術，在任何瀏覽器中都能應用，不需在每位用戶上位機設備中安裝客戶端軟件。

2.2 通信電源異常運行狀態報警及處理

當本文監控系統監測到通信電源的運行數據存在錯誤，運行異常時，將在系統上位機顯示器中相應地亮起不同等級顏色的信號燈以及語音報警，在彈出的報警顯示界面中還能夠實時顯示通信電源具體故障數據以及故障類型[8]。為了防止監控過程中存在錯誤動作造成重復確認報警的問題，完成確認后，由監控系統將功耗輸入的編輯框設置為不可編輯狀態[9]。在監控過程中，報警顯示界面會在5 s后自動消失，所有報警門限都可以交由管理人員在參數配置顯示界面中完成操作[10]。

根據不同告警等級可由用戶自行設定，例如二級報警為緊急告警任務，存在的故障問題會危及到通信電源運行以及通信安全，必須立即進行處理，信號燈顯示為深紅色。通信電源進入一級警報狀態時，信號燈顯示為黃色。正常狀態下，信號燈顯示為綠色。根據上述告警顯示燈的設置，可以方便監控系統用戶對通信電源的運行狀態進行可視化監控。結合MCU346-7950型號控制器，根據通信電源的不同運行狀態對其進行遠程開關控制，以此降低故障對該電路的威脅程度。

3 對比實驗

從硬件和軟件兩個方面對基于VPN的通信電源遠程監控系統進行理論設計。為了驗證該系統的實際應用效果，以基于Modem的監控系統為對照組，將本文設計的監控系統作為實驗組，開展對兩種監控系統在實際應用中的效果對比研究。選擇ETP48200B2A1型號的嵌入式通信電源為實驗研究對象，在相同的實驗條件下，分別利用兩種監控系統對該電源進行遠程監控。已知該型號通信電源采用19英寸機柜標準安裝方式，調制方式為脈沖寬度調制（Pulse Width Modulation，PWM），包含三路輸出。分別利用兩種監控系統實時監控該電源的交流相電壓，并記錄監控結果，將兩監控系統實驗得到的數據與該型號電源就地檢測得到的實時數據進行對比，得到如表1所示的結果。

表1 兩種監控系統實驗結果對比表

從表1中的數據可以看出，與就地測量得到的ETP48200B2A1型號通信電源實際交流相電壓數值相比，明顯實驗組基于VPN的監控系統得到的數值更加接近。在11：30—12：10運行時段中，實驗組監控系統的監控誤差不超過0.5 V，而對照組監控系統的監控誤差較大，無法為中央監控中心提供有利的監控數據。因此，通過上述對比實驗證明，本文提出的基于VPN的監控系統在實際應用中能夠實現對通信電源運行參數的遠程監控，并且保證監控精度，為中央監控中心提供更加可靠的數據條件，將該監控系統應用于實際能夠為通信電源的運行維護提供更多寶貴時間。

4 結 論

遠程監控對于電力和電信等部門的經營與管理具有十分重要的作用，為了實現對通信電源運行數據的快速采集、處理及分析，本文提出了一種基于VPN技術的監控系統，并結合實驗的方式證明了該系統的實際應用優勢。但由于研究能力有限，在開展實驗時，本文僅針對兩種監控系統進行監控，并沒有對其他電源的運行參數進行實驗。因此，在后續的研究中還將進一步完善該監控系統，并通過對通信電源其他運行參數開展相關實驗的方式進一步驗證本文監控系統的應用性能。