基于云計算的通信電源遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

劉宏培

（平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 計算機與軟件工程學(xué)院，河南 平頂山 475001）

0 引 言

目前，在長期運維過程中，通信電源遠(yuǎn)程監(jiān)控常常出現(xiàn)電源異常而未報警、監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸中斷、監(jiān)控信息量不準(zhǔn)確等問題，造成無法實現(xiàn)對通信電源運行狀態(tài)的準(zhǔn)確、實時監(jiān)測[1]。因此，該領(lǐng)域的研究人員應(yīng)當(dāng)將重點放在對通信電源遠(yuǎn)程監(jiān)控相關(guān)技術(shù)以及系統(tǒng)的設(shè)計研究上[2]。當(dāng)前云計算技術(shù)常被應(yīng)用于對各類事物的遠(yuǎn)程監(jiān)控中，以此為特定領(lǐng)域提供傳統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控所無法達(dá)到的強大功能。用戶能夠只通過瀏覽器或終端設(shè)備實現(xiàn)對現(xiàn)場的實時監(jiān)測及控制，打破了傳統(tǒng)時間和空間上的監(jiān)控模式[3]。本文嘗試引入云計算技術(shù)開展對遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計研究。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

圖1為本文基于云計算的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)硬件主要分為兩部分組成，分別為嵌入式Web服務(wù)器以及下層傳感器和控制器。

圖1 基于云計算的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中，云計算作為核心部分，實現(xiàn)上層服務(wù)器與下層傳感器和控制器的連接。下面將針對本文系統(tǒng)中的傳感器、控制器以及局域網(wǎng)服務(wù)器進(jìn)行選型設(shè)計說明。

1.1 傳感器選型

本文選用ACP98-8970型號無線傳感器，該傳感器基于交流變壓器的原理設(shè)計而成，機械設(shè)計尺寸能夠在通信電源矩形母線上實現(xiàn)測量，并且本身能夠提供各類輸出配置，帶寬為10 kHz，輸出信號為10 mV/A，接口截面為 4 mm2，采用了變壓器原理，能夠?qū)崿F(xiàn)對通信電源電壓的持續(xù)測量[4]。此外，該傳感器與其他功能類似的傳感器相比更易于安裝，并且具備多個量程，可為其與各個設(shè)備之間的連接提供多種探頭長度以及直徑，具備更高的應(yīng)用適應(yīng)性[5,6]。

1.2 局域網(wǎng)服務(wù)器選型

系統(tǒng)局域網(wǎng)服務(wù)器選用ST58-8590型號嵌入式Web服務(wù)器。該服務(wù)器包含1個光驅(qū)結(jié)構(gòu)、1個電源結(jié)構(gòu)、1個音頻接口、1個串口結(jié)構(gòu)以及1個網(wǎng)口結(jié)構(gòu)，屬于塔式服務(wù)器，包含4個無緩沖雙信道內(nèi)存模塊（Unbuffered Dual In-Lne Memory Modules，UDIMM）插槽和四核中央處理器（Central Processing Unit，CPU），最大內(nèi)存容量為64 GB，且硬盤可選擇多種不同協(xié)議類型[7]。此外，服務(wù)器可為系統(tǒng)提供橫向擴展功能，并實現(xiàn)對通信電源監(jiān)測信息以及通信電源控制指令的遠(yuǎn)程傳輸[8]。嵌入式Web服務(wù)器運行原理如圖2所示。

圖2 嵌入式Web服務(wù)器運行原理

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 基于云計算的通信電源用電計量監(jiān)測

引入云計算技術(shù)，通過對海量用電信息的采集，實現(xiàn)通信電源用電計量監(jiān)測[9]。在系統(tǒng)實際運行過程中，運用云計算構(gòu)建用電計量函數(shù)，公式為：

式中：Xkt為通信電源用電計量矩陣；t為獲取用電信息的具體時刻；kti為在t時刻通過ACP98-8970型號無線傳感器獲取到的用電信息時序數(shù)據(jù)。用電計量結(jié)果的輸出為：

式中：Xt為t時刻通信電源的用電計量結(jié)果。將上述得到的結(jié)果輸入到監(jiān)控系統(tǒng)中，并利用云計算構(gòu)建一個卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在該環(huán)境中實現(xiàn)用電計量結(jié)果的向前傳播，以此實現(xiàn)實時監(jiān)測。

2.2 通信電源運行開關(guān)智能控制

通信電源中，DC-DC轉(zhuǎn)換器是電源開關(guān)的主要組成，通過控制DC-DC轉(zhuǎn)換器可以實現(xiàn)對電源開關(guān)的有效控制。在具體控制時，采用三相三線制整流，促使諧波含量降低，并提升其功率因數(shù)。在通信電源與本文監(jiān)控系統(tǒng)之間增加一個電源控制裝置，通過控制器對其進(jìn)行控制，由放大電路將接收端接收到的控制信號機型放大。放大電路由分壓電阻和一個三極管組成。在運行過程中，進(jìn)一步驅(qū)動通信電源的開關(guān)電路啟閉。在接收信號的過程中，開關(guān)電路開啟可實現(xiàn)通信電源與上位機的導(dǎo)通，開關(guān)電路關(guān)閉可切斷通信電源，使其停止運行，通過在系統(tǒng)上位機完成各項操作，實現(xiàn)對遠(yuǎn)程通信電源的控制。

2.3 通信電源停電預(yù)警

通過監(jiān)控系統(tǒng)在運行過程中對各個標(biāo)識進(jìn)行自動識別，以此實現(xiàn)對停電區(qū)域的判斷。為了實現(xiàn)對停電區(qū)域的快速識別，可針對不同的通信電源運行狀態(tài)設(shè)置不同的顏色標(biāo)記，若通信電源出現(xiàn)停電現(xiàn)象，則可顯示紅色預(yù)警標(biāo)記，若通信電源處于正常運行狀態(tài)，則可顯示綠色預(yù)警標(biāo)記[10]。根據(jù)各個區(qū)域顏色的變化實現(xiàn)對其運行狀態(tài)的實時查明。結(jié)合上述通信電源運行開關(guān)智能控制，針對紅色預(yù)警標(biāo)記區(qū)域進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，判斷標(biāo)記區(qū)域內(nèi)是否有電源異常問題。在實際運行過程中，若通信電源的用電功率過大，則通過系統(tǒng)產(chǎn)生停電警告或蓄電池過低警告，以此為通信電源的維護(hù)提供更充足的時間，確保通信質(zhì)量和通信安全。

3 對比實驗

為進(jìn)一步驗證本文設(shè)計系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的可行性，將其與基于控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network，CAN）總線的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用到相同的通信電源運行環(huán)境中，并設(shè)置前者為實驗組，后者為對照組，對比兩種系統(tǒng)的應(yīng)用結(jié)果。將通信基站電源作為研究對象，為了方便論述，將其編號為DY-01、DY-02、DY-03、DY-04以及DY-05。利用本文監(jiān)控系統(tǒng)對基站電源運行狀況進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 本文遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)運行時監(jiān)控數(shù)據(jù)記錄表

從表1中記錄的實驗數(shù)據(jù)可以看出，本文提出的基于云計算的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)能夠應(yīng)用到實現(xiàn)對通信電源運行的高精度監(jiān)控，具備實際應(yīng)用可行性。

實現(xiàn)對基于云計算的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可行性驗證后，探究其應(yīng)用過程中是否能夠解決監(jiān)控數(shù)據(jù)中斷問題。系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)記錄如表2所示。

表2 實驗組與對照組監(jiān)控系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)記錄表

通過上述實驗結(jié)果證明，本文引入云計算技術(shù)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對通信電源監(jiān)控數(shù)據(jù)的不間斷傳輸，促進(jìn)監(jiān)控質(zhì)量提升。

4 結(jié) 論

云計算技術(shù)在遠(yuǎn)程監(jiān)控領(lǐng)域中的應(yīng)用具有極高的價值，結(jié)合遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測、控制以及預(yù)警模塊能夠進(jìn)一步提高通信電源的運行穩(wěn)定性，為用戶提供更高品質(zhì)的供電服務(wù)。本文研究中將云計算應(yīng)用到遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，能夠有效解決監(jiān)控數(shù)據(jù)在傳輸過程中受協(xié)議轉(zhuǎn)換器影響而造成的中斷問題。應(yīng)用該監(jiān)控系統(tǒng)不僅能夠有效提高對通信電源的運行維護(hù)效率，同時還能夠提高通信基站整體的運行穩(wěn)定性，具備極高的應(yīng)用適應(yīng)性。