李璞
　　
　　(解放军理工大学,南京210007)
　　
　　摘要:文中首先简要介绍了动力环境监控系统的组成,而后着重从总体架构、各级功能、采集单元选型、视频监控、网络传输和系统软件六个方面完成对动力环境监控系统在固定通信网中应用的设计,并且从硬件和软件两个方面分析了系统性能,最后对动力环境集中监控系统在固定通信网中的应用进行总结。
　　　　
　　动力环境集中监控系统是通过分布式的计算机控制系统对监控范围内的各动力设备、空调设备和机房环境进行遥测、遥信,实时监控通信网络动力设备的运行状态,记录和处理相关数据,及时侦测故障,实时通知维护人员进行必要的遥控操作来改变或调整设备的运行状态,按照上级监控系统或网管中心的要求提供相应的数据和报表,从而实现通信台站的少人值守或无人值守,节约人力资源和能源损耗,降低网络运行维护成本,提高通信网络的整体运行效率,确保国防固定通信网的安全可靠运行[1]。
　　
　　1 动力环境监控系统的组成
　　
　　动力环境集中监控系统包括动力环境设备、监控数据的采集转换、控制命令的执行、数据的传输、数据的管理和维护以及人机界面等部分。监控数据的采集转换可以利用基于电磁感应、热电转换、光电效应、红外、微波等技术开发出来的各种传感器来实现;控制命令的执行得益于电子信息技术和单片计算机技术的进步。数据的传输需要现场总线技术、现代通信技术和计算机网络技术的不断发展,而大量监控数据的处理、管理和维护问题的解决取决于先进的计算机技术、高速率的CPU、大容量的存储器、性能优越的操作系统、功能强大的数据库系统以及量身定做的监控软件。人机界面必须解决的问题就是如何把计算机处理的内容翻译成人们习惯的、形象直观的表现方式,如何把鼠标、键盘的简单操作转换成计算机能识别的命令,这在很大程度上依赖于监控软件的设计[2]。
　　
　　2 固定通信网动力环境集中监控系统的设计
　　
　　固定通信网动力环境集中监控系统的设计,主要涉及系统网络架构、主机软件体系、传输实现手段、底层硬件性能和数据统计应用等五个方面的问题。网络架构决定了整个监控系统的核心技术和发展方向;主机软件体系是实现核心技术的关键手段,是大规模动力环境监控的需要和系统稳定性的根本保障;传输实现手段本身并非监控系统的核心问题,但对网络稳定非常关键;底层硬件性能决定了系统的运行品质,同时直接关系到系统整体造价;数据统计应用为后台数据库应用,体现增值管理功能的能力。
　　
　　2.1监控系统总体架构设计[3]
　　
　　目前应用广泛的网络架构主要有三大类:一是基于C/S架构的两级动力环境监控系统,这种系统的特点是利用计算机领域通用的局域网概念结合工业I/O采集技术;二是基于C/S架构的三级动力环境监控系统,这种系统的特点是在上述基础上增加了数据库同步的技术;上述两种架构模式本质上都属于IT局域网的一种拓展应用,优点是可以利用现成的intel、microware方案,研发时间快;缺点是没有针对监控系统的本质需要,不适合大规模监控对象的应用,在传输和并发处理上有瓶颈。三是基于分布式架构的四级动力环境监控系统,这种系统改变了架构,真正可以实现广域网大规模监控,该模式采用了可适应大规模应用的分布式处理、集中式管理的工业化设计思路。
　　
　　固定通信网动力环境监控系统的总体架构采用四级结构,即:一级监控中心、二级监控中心、三级监控中心、台站现场数据采集执行单元,这些不同层次的系统分别被赋予不同的功能,它们协调工作,交换信息,共同完成整个监控系统的监控和管理任务。各级监控中心负责本区域内动力环境系统的监控和维护管理工作,通过监控人员可向相关的维护人员发送告警信息,台站现场控制单元由专用的监控模块和传感器组成,固定通信网动力环境监控系统总体架构如图1所示。
　　
　　2.2各级监控系统功能设计[3]
　　
　　根据监控系统总体架构和固定通信网电源系统的实际情况,确定固定通信网动力环境集中监控系统的网络拓扑为四级结构。四级结构的集中监控系统主要由数据库服务器、图像服务器、监控业务台、图像浏览/控制台、多台站前置机、采集监控模块、智能设备、传感器、变送器、传输系统及相关附属设备所组成。
　　
　　各级监控中心主要负责对所属范围内的动力环境设备进行集中监测与管理,监控中心更侧重于管理,对数据响应的实时性等监控性能的要求较低,所保存的数据基本上都是统计数据。监控中心主要由监控主机、监控业务台及其它附属设备组成,其中监控业务台包括区域实时监控台和区域业务管理台,主要完成实时监控和业务管理功能。台站监控单元是一个通信台站动力环境设备的集中操作维护管理点,用于对台站内各监控模块进行监控管理。台站监控单元连接机房内各种动力及环境的智能或非智能设备和各种采集器,对监控对象进行数据采集,接收监控对象的告警数据,并把这些数据上行传送给三级监控中心。
　　
　　2.3数据采集单元选型
　　
　　根据动力环境集中监控系统的特点某公司研制开发经由RS422/485总线相连接的分散式前端设备采集单元:即通用型采集模块(RTU)、智能型采集模块(UPC+/UPC-48)、电池组采集模块(BCMS/BCMU)等三大类型的监控模块。根据用户局站设备的特点,其监控设备主要为非智能的低压配电、蓄电池组、智能型的开关电源、柴油发电机、UPS、稳压柜,以及温湿度、门禁、火警、水浸等环境量。由于设备类型及数量较多且有较大扩容需求,监控模块需要有较大的容量和灵活的可扩展性。本工程中选用了UPC-48、BCMS两种监控模块。
　　
　　2.4视频监控系统设计
　　
　　视频监控系统主要有台站监控点和图像监控中心组成,台站监控点内安装室内摄像机、网络视频服务器(即视频硬盘录像机)和UPS等辅助设备;图像监控中心主要安装图像监控终端、网络交换机、显示设备和UPS等辅助设备;台站监控点和图像监控中心之间利用台站现有传输网络提供的信道组网,图像监控侦测接线及传输网络组织如图2所示[4]。
　　
　　根据视频监控系统网络拓扑结构,各级视频监控中心可以实时监视本级中心服务器链接的所有视频设备的图像,可以实时控制本级中心服务器链接的所有视频摄像头,可以回放本级中心服务器链接的所有硬盘录像机的录像资料。台站网络硬盘录像机依据内置软件程序完成数据压缩处理、本地硬盘录像、本地监控和网络监控等功能[5]。
　　
　　2.5集中监控系统网络传输设计
　　
　　监控系统的组网必须经过监控模块组网、监控单元组网、三级监控中心组网、二级监控中心组网以及一级监控中心组网等几个步骤,监控系统组网可以采取多种传输方式,具体叙述如下:监控模块与监控单元之间,采用数据总线方式,物理接口与传输速率采用:V.11/RS422(1.2kb/s9.6kb/s);RS485(1.2kb/s-9.6kb/s);监控单元与监控中心之间以及监控中心之间,可以适合以下传输手段:数字数据网(DDN)、语音专线(采用PSTN/MODEM)、脉冲编码调制专线(PCM)、广域路由器网;2ME1线路、传输设备的维护信道等。传输规程采用:X.25/X.28、LAPB;物理接口与传输速率采用:X.21bis/V.28(9.6kb/s)、X.24/X.28(9.6kb/s)可主辅备用，自动切换[6]。
　　
　　2.6动力环境集中监控系统软件设计[7]
　　
　　动力环境集中监控系统软件采用客户端/服务器体系结构。服务器端是以类UNIX的OS9K操作系统为平台自主开发的SuperWare5.0软件包,该软件由许多不同功能的程序和文档组成,各程序可以相互嵌套、组合,形成一个大程序,可以运行于相同的软件平台上,还可以各自独立运行于不同的计算机上。客户端则是一个以window操作系统为平台开发的全中文化的图形化的人机界面,客户端通过与服务器的链接实现数据的调阅和控制指令的下发。软件设计采用模块化思路,并在软件开发中运用面向对象编程方法和多线程编程技术,各模块之间相互检测,这种结构提高了系统的稳定性,减少了人工维护的工作量。软件采用全中文化的多媒体的人机界面技术,可以根据使用单位实际情况方便的进行二次开发,使得整个程序更适合于现场应用。主系统软件设计的流程主要是结合程序的模块化结构特点进行的,在设计的过程中,要结合工程实际,根据功能需要进行,其设计流程如图3所示。
　　
　　3 监控系统的性能评价
　　
　　通过大量的数据分析和日常维护实践验证该系统无论是硬件设备还是软件程序均具有优良的性能。硬件方面:本系统的硬件设备
　　
　　采用模块化的设计,各模块可以自由组合,以适应不同监控内容的要求;整个监控系统具有极强的扩充、升级及重组的能力;监控系统通过采取光隔离界面、强弱电隔离、分级、分布式、模组化组态设计以及双机备份与单机主从硬盘备份等多种措施提高安全性和可靠性。软件方面:系统软件采用开放的中心信息交互模型,便于以后系统功能的扩充及更新本系统所有告警、数据的响应可在极短时间内完成,具有很好的实时性;同时本系统具有很强的开放性和兼容性。
　　
　　4 结束语
　　
　　本文针对“动力及环境集中监控系统在固定通信网中的应用”课题进行了深入的研究,完成了固定通信网动力及环境集中监控系统的设计。集中监控系统的应用,标志着动力环境设备的维护和管理从人工看守方式向计算机集中监控的管理模式转换,为实现少人或无人值守奠定了基础;能够实时、全面地对设备进行监控,提高动力环境设备维护管理质量;能够有针对性地对现场故障进行处理,节省盲目抢修和巡检所带来的人员和资金的浪费,降低了系统维护成本。
　　
　　参考文献
　　
　　[1]高健.动力环境集中监控系统的应用和发展[J].电信工程技术与标准化.2006(6):60～64.
　　
　　[2]殷培红.动力及环境集中监控系统的研究应用[D].华北电力大学.2007.
　　
　　[3]贾继伟.通信电源的科学管理与集中监控[M],北京:人民邮电出版社.2004:108～355.
　　
　　[4]黄会雄.一种智能视频监控体系结构设计方案
　　
　　[J].微计算机信息,2007(06):115～117.
　　
　　[5]郭东敏.通信机房动力环境视频集中监控系统的工程设计[D].南昌大学.2008.
　　
　　[6]刘小鹏.2005.动力环境集中监控系统的组网结构及解决方案[J].广西通信技术.2003(7).
　　
　　[7]梁强.基站通信电源及其监控系统的设计与研究[D].天津大学.2007.
　　
　　作者简介
　　
　　李璞,男,(1981-),解放军理工大学通信工程学院研究生,主要研究方向为通信系统工程。

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