一種用于北斗衛星導航系統監測站的遠程集中監控管理技術

熊 帥，李平力，張 偉，蘇翠萍

（中國電子科技集團公司第二十研究所，西安 710068）

0 引言

衛星導航系統由三部分組成：空間星座部分、地面監控部分以及用戶設備部分[1-2]。其中地面監控部分實現系統的運行控制，由主控站、監測站和注入站等地面站組成[3-5]。北斗衛星導航系統要求服務范圍廣、服務精度高、穩定性好，對地面監測站的運行管理提出了更高的要求[6]。北斗地面監測站基本都是處于無人值守的狀態，在監測站運行管理中，采用本地和遠程相結合的方式實現監控集中管理，可以加強監測站遠程監控管理能力，實現對所有監測站設備的遠程集中監控管理，減少運行維護人員上站次數，節省人力、物力成本。本文以此為主線，設計了一套監測站遠程集中監控管理系統，為監測站遠程監控管理能力的提升提供技術基礎。

1 系統架構

監測站遠程集中監控管理系統集成度高，集監視與控制兩大功能于一體，實現方式采用目前主流的B/S 架構[7]，主要事務邏輯在服務器端實現，極少部分事務邏輯在客戶端實現，用戶工作界面是Web 瀏覽器，用戶只需登錄Web 服務即可實現對所有外場監測站的多層次、全覆蓋的監控與管理，監視與控制全面，操作直觀方便。

B/S 模式中[8]，在客戶端運行Web 瀏覽器，瀏覽器訪問數據庫時，是以超文本形式向Web 服務器提出訪問請求；Web 服務器接受客戶端請求后，把這個請求轉化為數據庫語法，并交給數據庫服務器；數據庫服務器得到請求后，驗證其合法性，并進行數據處理，然后將處理后的結果返回給Web 服務器；Web 服務器再一次將得到的結果進行轉化和數據分析，變成HTML 文檔形式，轉發給客戶端；客戶端瀏覽器以友好的Web 頁面形式將數據顯示出來。

本文構建的監測站遠程集中監控管理系統主要分成三層管理網絡，即現場監控層、管理控制層和遠程監控層。監測站遠程集中監控管理系統組成架構示意圖如圖1 所示。

2 現場監控層

現場監控層即為對監測站各個設備單元的工作狀態進行監控管理，包括衛星導航高精度測量設備、氣象設備、時頻設備、通信設備和供電設備等不同類型的設備。為了實現對這些設備工作狀態的集中管理，監測站每臺設備都通過網絡上報自身工作狀態信息和接收控制指令并自動執行，其中設備工作狀態信息主要包括設備工作模式、各模塊工作狀態、工作參數、故障告警信息和指令回執等，控制指令主要包括設備工作模式設置、工作參數設置和主備切換設置等。

3 管理控制層

管理控制層即為通過監測站的數據處理與監控設備對監測站進行集中管理控制，包括業務處理服務器、數據庫服務器、監視控制Web 服務器和監視控制Web 客戶端。現場監控層的各個設備將工作狀態信息周期性地發送給業務處理服務器，由業務處理服務器進行收集和統一處理后，按照統一的自定義格式發送到數據庫服務器中進行存儲。監視控制Web 服務器上的監視控制軟件周期性地訪問數據庫服務器中的數據，獲取監測站各個設備工作狀態信息。用戶在監視控制Web 客戶端上利用Web瀏覽器登錄監視控制Web 服務器，即可通過網頁查看到各個設備詳細的工作狀態信息。同時，用戶還可以在網頁上通過人機界面直接對各個設備設置控制指令，監視控制軟件按照統一的自定義接口格式將控制指令發送給業務處理服務器，由業務處理服務器進行處理后發送給對應的設備執行，指令回執則包含在設備工作狀態信息中經業務處理服務器發送至數據庫服務器，用戶通過監視控制軟件即可及時得知控制指令執行情況。在管理控制層中，用戶通過一臺監視控制Web 客戶端即可集中查看和管理監測站所有設備的詳細工作狀態。

4 遠程控制層

遠程監控層位于主控站，包括遠程數據庫服務器、數據分析服務器、遠程監控Web 服務器和監視控制Web 客戶端。通過地面網，主控站接收來自各個監測站業務處理軟件發送的業務和設備工作狀態數據，并將各個監測站的數據存儲在數據庫。遠程監控層主要從遠程狀態監視、遠程業務監視、遠程設備控制和遠程電源管理等4 個方面實現對所有監測站設備的遠程集中監控管理。

（1）遠程狀態監視

遠程狀態監視主要是對監測站的運行狀態信息進行遠程監視，包含設備工況、各分系統運行狀態、故障告警等。遠程狀態監視數據顯示流程如圖2 所示，總共分4 步完成：

1）監測站的業務處理服務器實時將監測站的運行狀態信息通過地面網發送給遠程數據庫服務器；

2）遠程數據庫服務器收到監測站的運行狀態信息后，進行數據解析，并將解析后的數據存到數據庫中；

3）用戶打開Web 服務器的Web 瀏覽器，登錄Web 服務器上的遠程狀態監視軟件，通過網頁先選擇相應監測站，進入到監測站運行狀態顯示頁面，向遠程監控軟件發出HTTP 數據請求；

4）遠程狀態監視軟件收到HTTP 數據請求后，通過數據庫訪問接口，提取數據庫中的相應數據，并返回到Web 服務器的Web 瀏覽器上進行顯示。

（2）遠程業務監視

遠程業務監視主要是對監測站的業務數據信息進行遠程監視，包含數據一致性、數據連續性、數據周跳實時統計、衛星可見關系等。遠程業務監視數據顯示流程如圖3 所示，總共分5 步完成：

1）監測站的業務處理服務器實時將監測站業務數據通過地面網發送給遠程數據庫服務器；

2）遠程數據庫服務器收到監測站的業務數據后進行數據解析，并將解析后的數據存到數據庫中；

3）Web 服務器上的數據分析軟件從數據庫中獲取各監測站數據，然后進行相應的業務數據處理，如數據一致性比對、數據連續性統計、數據周跳實時計算、衛星可見關系等；

4）用戶打開Web 服務器的Web 瀏覽器，向數據分析軟件發出HTTP 數據請求；

5）數據分析軟件收到HTTP 數據請求后，提取相應的數據分析結果，并返回到Web 服務器的Web 瀏覽器上進行顯示。

（3）遠程設備控制

用戶通過遠程監控管理系統發送設備控制指令，實現對監測站所有設備的遠程控制。監測站設備較多，包括氣象設備、監測接收機、銣原子鐘、路由器、交換機和服務器等。以監測接收機的遠程設備控制為例進行說明，如圖4 所示，總共分5 步完成：

1）用戶打開遠程監控Web 服務器的Web 瀏覽器，登錄遠程監控Web 服務器上的遠程監視控制軟件，通過網頁先選擇相應監測站，連接到相應監測站的網頁上；

2）再在相應監測站的網頁上，選擇監測接收機控制頁面，生成監測接收機設備控制指令，經相應監測站的監視控制Web 服務器上的監控軟件，通過網絡發送到相應監測站的業務處理服務器上的業務處理軟件；

3）監測站業務處理軟件收到來自監控頁面的監測接收機控制指令后，通過網絡將指令轉發到相應的BD 監測接收機上執行；

4）監測接收機收到控制指令后，處理執行，并將指令回執通過網絡發送到業務處理軟件；

5）業務處理軟件將控制指令回執通過地面網發送到監控軟件，形成網頁格式，并發送到遠程監視控制Web 服務器上的Web 瀏覽器上顯示。

（4）遠程電源管理

對于監測站，普通的電源管理方式只能實現機柜級電壓電流的監測，因此需要增加機房設備的智能化程度。作為機房整體智能化的最后也是最重要的一環，采用智能電源分配單元（Power Distribution Unit，PDU）加強末端設備電源的智能管理和控制，將極大地提升監測站設備的遠程在線維護。

所謂智能PDU[9]，是指通過對機房、機柜內部各種末端設備電流電壓的實時監測和反饋，幫助運維人員及時調整各種設備工作狀態，可以遠程控制相應PDU 孔位通斷電狀態來實現設備硬重啟，恢復設備工作狀態，提高監測站維護效率。

通過網絡遠程控制技術，可以在任何時間和地點通過地面網或本地局域網，啟動交互式管理操作界面，對每一個（需選配為總輸入或每個支路監測）輸入、輸出插座的狀態（電源功率、電壓、電流、通斷等）實時監控，以及對各設備進行電源加電和斷電，無需浪費人力和時間親自前往，即可實現設備硬重啟。

5 實際運行驗證

為了驗證監測站遠程集中監控管理系統的能力，將該套系統部署在北斗衛星導航系統地面監控部分外場監測站上進行實際運行環境測試，以監測站遠程監控管理、監測站遠程集中監視、監測站數據連續性實時監視和監測站電源遠程管理控制四個功能為例說明測試結果：

（1）監測站遠程監控管理功能在主控站通過Web瀏覽器登錄各個監測站的監視控制界面進行操作，能夠實現對監測站業務和設備工作狀態的監視和控制；

（2）監測站遠程集中監視功能在主控站實時接收所有監測站傳回的狀態信息，并在統一的界面上進行可視化顯示，能夠實現對所有監測站的遠程集中實時監視；

（3）監測站數據連續性實時監視功能對監測站傳回主控站的數據連續性進行實時監視，出現丟包或數據中斷時能夠實時告警；

（4）監測站遠程電源管理功能能夠遠程實時監視監測站各設備的電流使用情況，并能夠對所有設備的加、斷電進行遠程控制。

通過實際運行環境下連續30 天的驗證測試，監測站遠程集中監控管理系統能夠有效地對外場監測站進行實時設備監視、實時業務監視、遠程設備管理、遠程電源管理等，提升了北斗衛星導航系統地面監控部分外場監測站的遠程集中監控管理能力。

6 結語

為了加強監測站遠程監控管理能力，本文設計了一套監測站遠程集中監控管理系統，采用目前主流的B/S 架構，搭建現場監控層、管理控制層和遠程監控層三層管理網絡，尤其在遠程監控層方面實現了從遠程狀態監視、遠程業務監視、遠程設備控制、遠程電源管理等方面對監測站多層次地、全覆蓋地監控與管理，經過實際運行驗證，能夠對監測站的運行狀態（監測站設備狀態、數據接收狀態、數據質量狀態等）進行全面的實時監視，以及監測站發生故障時快速定位和恢復。