移动通信基站机房环境集中监控系统的分析与设计Word文档格式.docx
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本系统是应用AT89C52单片机,采用VISCALBASIC6.0开发的运行在WINDOWS平台上的监控软件。
通过对被监控对象进行数据监测和分析处理实现对基机房环境的集中监控。
最后,文章对本设计进行了总结,并对监控系统的未来进行了展望。
关键词:
集中监控系统,环境子系统,实时监控,报警处理
Analysisanddesignofcentralizedmonitoringsystem
ofcommunicationbasestationsinmobileenvironment
Abstract
Theenvironmentmonitoringsystem,whichhasplayedaroletoreducetheworkloadofthemaintenancestaffandimprovethequalityofmaintenance,hasbeentheessentialmeansofrealizingunattentionedorfewerpeopleondutyforthemobilecommunicationsbasestations.Inthiscontext,thisarticletrytoreseachboththedesignandrealizationoftheenvironmentmonitoringsysteminaccordancewiththerelevanttechnicalspecificationsoftheMinistryofPostsandTelecommunications.
Environmentalmonitoringmanagementsystemisadistributedcomputercontrolsystem.Itisacomputerintegratedsystem,whichachievestheFour-remotingfunction-telemetry,remotingcommunication,remotingcontrolandremoteadjustmentcontainingsensortechnology,modemcomputertechnology,communicationstechnology,networktechnologyandthelatestresultsofhuman-computersystemtechnologies.Itisofimportantsignificanceforrealizingthemoderncommunicationpowermaintainanceandscientificmanagement.
Themonitoringsystemhasbeendesignedfor3Gmobilecommunicationbasestation,usingthree-tierhierarchy,controlunitSU,regionalmonitoringcentersSSandmonitoringcenterSC.ThisarticlefocusesonthedesignofSSsoftwareandcontrolunitSM,aswellastherealizationofsomeofthemodulesfunction,suchasreal-timemonitoring,alarmprocessing.
Modularsoftwaredesignsmakeitpossibletoachievereal-timemonitoringoftheenvironmentmonitoringsystem.ThesystemistheapplicationofAT89C52.ItusesthemonitoringsoftwaredevelopedbyVISCALBASIC6.OrunninginWINDOWSplatform.Itmonitorsboththebasestationpower,air-conditioningandtheroomenvironmentthroughmonitoringandanalysingthedataofthetarget.
Finally,thisarticlesummarizesthedesignandhasaoutlookaboutthefutureofthemonitoringsystem.
Keywords:
Centralizedmonitoringsystem;
Environmentsubsystem;
Real-time
monitoring;
Alarmprocessing
绪论
随着移动通信事业的发展,目前各移动通信运营商得到了快速发展,无线网络覆盖日趋完善,各运营商的移动通信基站数目在迅速增加。
目前一个中等地区的基站数最可达到800个基站,鉴于基站运营成本控制及基站管理模式,目前移动通信基站全面为无人值守机房,乃至部分大型交换机房也采用无人值守的运行模式,对于大规模的运行基站需要良好的维护与实时发现基站存在问题,实现集中维护与监控。
1环境集中监控系统的概述
1.1项目的背景和意义
移动通信基站机房集中环境监控系统是指移动通信动力、环境、安防等综合监控系统,是一个分布式计算机控制系统,它通过对监控范围内的通信电源系统和系统内的各电源设备、空调设备及机房安防进行遥测、遥信、遥控、遥调,实时监视系统和设备的运行状态,记录和处理相关数据,及时检查故障并适时通知维护人员处理,进行必要的遥控操作,改变或调整设备运行状态,从而实现通信站的少人或无人值守,实现电源、空调及环境的集中监控维护管理,提高通信系统的可靠性和通信设备的安全性。
集中监控系统是一个集计算机网络技术、测控技术、数据库技术、自动控制技术、传感技术于一体的系统,这些技术的飞速发展为移动通信基站机房环境集中监控系统提供了强有力的支持,大量新集成工艺、新技术的应用使环监控系统如虎添翼。
通信集中监控系统不但解放了劳动力,提高了移动通信设备维护工作的效率。
同时提高了设备运行的稳定性和可靠性、经济性,降低了通信成本。
通过监控系统对所采集的大量数据的统计分析,可以使维护人员准确地掌握监控系统的运行状况和质量,有针对性地安排系统维护和设备检修,预防可能出现的故障。
1.2国内外的发展现状
近几年来,移动通信在我国发展十分迅猛,通信网本身随着新工艺和新技术的发展走向更高的层次。
同时移动通信机房环境的维护难度和工作量也相应增加。
其动力、环境和安防设备是移动通信网络的重要组成部分,良好的机房环境和安全的门禁系统也是移动通信网络正常运行的重要保证,因此必须加强对机房环境的维护管理,以确保移动通信网络运行的安全。
目前国内外许多通信行业厂商推出各种监控系统。
如深圳华为通信股份有限
公司的PSMS动力设备及环境集中监控系统、ERICSSON公司的EnergyMastert
系统中的电源监控子系统、艾默生网络能源有限公司的PSMS动力设备及环境集
中监控系统、万联公司的OMM网络型监控系统等等。
各公司都能把各种各样的原始数据采集回来。
而真正能够将大量实时信息和报警信息整理成真正的维护参考信息、设备管理信息,则很少做好,即数据分析欠缺,因为这不仅要求设计开发人员精于监控系统,更要精于各种各样监控设备维护经验,并将经验转化成数据库的自动操作,目前还没有完全实现。
并且在实际使用时,遥测有误差。
目前,在移动通信网集中监控环境维护管理工作中主要存在几方面的问题:
(1)移动通信基站和机房的分布点广泛,采用传统的人工巡检维护模式,无法有效保证对通信设备维护工作质量和时效性。
(2)缺乏专业维护人员,水平亟待提高。
(3)维护工作效率低,不能适应移动通信网迅速发展的要求。
(4)缺乏有效的维护支撑手段。
(5)移动通信基站机房的安全不能保证。
为了进一步提升移动通信网动力设备的维护管理水平,改善通信基站机房设备的运行环境,确保通信畅通,将维护人员从简单重复的工作中解放出来,促进维护管理体制向“集中监控、集中维护、集中管理”方向转变,提高企业的核心竞争力,应不断完善移动通信基站机房环境集中监控系统。
经过近些年的发展,移动通信集中监控系统无论是在技术方面、建设规模方面还是在运行维护方面都有了很大的发展。
但随着第三代移动(3G)通信网的启用,各种数据业务及多媒体业务的应用日益增多,所用网络覆盖范围不断扩大,网络基站数目也在急剧增加,其特点是基站规模大小不一,设备种类与数量繁多,并以无人值守的基站为主。
对于这些基站中的设备管理与维护是一个非常重要的问题。
3G系统与第二代移动通信系统相比采用了更前沿的技术,使数据通信的速率有了大幅度的提开,在此速率基础之上的业务应用会日益丰富,同时也对其运行环境提出了更高的要求,对设备的稳定可靠运行要求较高。
1.3本文研究内容及章节安排
本文主要设计一个区域级监控中心(SS)与监控单元(SU)的硬件和软件的实时监控系统。
这是在通信基站机房监控单元(SM)的基础上,设计一个与之配套的区域监控中心(SS)软件环境集中监控系统。
主要完成区域监控中心(SS)的监控功能设计及部分功能的实现。
本文章节安排:
第1章:
主要介绍面向3G的移动通信基站机房环境集中监控系统的必要性。
环境集中监控系统的构成与现状,本课题研究的背景和意义。
第2章:
说明移动通信的基站机房环境监控系统的需求分析,SC\SS\SU功能
分析及监控系统总体架构,确定系统组网方案,以及对监控系统的设计要求(非功能性的,如可靠性,实时性,安全性等)。
第3章:
主要介绍监控系统的总体设计。
详细说明区域监控中心(SS)的功能分析,并进行SS监控的系统架构。
第4章:
完成区域监控中心(SS)的功能实现设计,对该系统的基站监控单元(SU)与站内动力、空调、门禁及监控中心(SS)的人机界面的远程实时监控等系统的数据采集,集中监控等任务的完成。
第5章:
说明了本系统所完成的工作与展望。
2移动通信基站机房环境集中监控系统总体功能
2.1监控系统的功能结构
集中监控管理系统的功能(如图2-1所示)即是对监控范围内分布的各个独立的监控对象进行遥测、遥控、遥信,实时监视系统和设备的运行状态,记录和处理相关数据,及时侦测故障并做必要的遥控操作,及时通知人员处理。
按照上级监控系统或网管中心的要求。
从而实现通信基站的少人或无人值守,以及电源、空调和安防的集中监控维护管理,提高监控系统的可靠性和通信设的安全性。
图2-1监控系统的功能结构图
(1)数据采集
数据采集是监控系统最基本的功能要求,应及时和准确。
对设备的控制是为实现维护要求而立即改变系统运行状态的有效手段,应安全和可靠。
(2)运行和维护
运行和维护是基于数据采集和设备控制之上的系统核心功能,完成日常的告警处理、控制操作和规定的数据记录等。
(3)管理功能
①配置管理
配置管理提供收集、鉴别、控制来自下层数据和将其提供给上级的一组功能。
②故降管理
故障管理提供对监控对象运行情况异常进行检测、报告和校正的一组功能。
③性能管理
性能管理提供对监控对象的状态以及网络的有效性评估和报告的一组功能。
④安全管理
安全管理提供保证运行中的监控系统安全的一组功能。
2.2监控系统的总体功能
监控系统采用逐级汇接的结构,一般有监控中心(SC-SupervisionCenter),
区域监控中心(SS-SupervisionStation)、监控单元(SU-SupervisionUnit)
和监控模块(SM-SupervisionModule)构成。
原则上地市级及以上本地网中心设置一个监控中心(SC),根据本地网的具体情况,监控中心(SC)可以下设一个或数个区域监控中心(SS)。
区域监控中心(SS)可以下设置一个监控单元(SU)。
各通信站可根据监控参量的具体情况,配置一个或数个监控模块(SM)。
现在的3G移动基站数量多,地理分布广。
由于技术的进步,移动通信基站多为无人值守或少人值守维护的状况,每个基站应作为单独的监控单位((SU),基站内的监控模块(SM)由SU主机集成。
因此,移动基站监控系统的体系结构一般呈三级监控架构:
1个省监控中心(PSC),若干个区域监控中心(SS),每个监控中心监控若干个基站监控单元(SU),每个监控单元(SU)通过若干个监控模块(SM)对各种监控设备及参数进行直接实时监控。
对辖区内的基站监控单元(SU)直接进行监控与维护,同时服从省级监控中心(SC)的监控,这时系统呈三级架构。
由于同级之间一般不需要直接通信,整个监控系统的架构为清晰的层次架构(如下图2-2所示)。
在这个层次架构中,上下级节点(SS/SC)既有明确的职能划分,又要相互协调,组成数据分布的集散控制系统。
(1)移动通信基站监控单元(SU):
在这个监控系统的层次结构中位于底层,直接与基站监控模块(SM)连接,负责基站内通信基站机房环境中的电源、空调、安防等系统的数据采集、控制任务的执行。
其基本功能有:
①采集/控制:
通过各种技术手段,对机房内设备的运行参数进行集,并执行监控工作站的控制指令。
②通信管理功能:
按一定周期发送运行数据,也可应上级监控中心的要求传送数据。
接收区域监控中心(SC/SS)发送来的各种命令,解释执行。
能在主信道故障时,自动启用备用信道,待故障排除后,恢复使用主信道。
③告警判断功能:
判断现场告警,实时报告上级监控中心告警信息。
④系统自检功能:
系统可实时监测各监控器件的运行状态。
(2)区域监控中心(SS)是整个监控系统架构的关键环节,一般如果基站数较多、成分布范围广、或根据管理体制的需要,须设立区域监控中心。
负责本辖区内的移动通信基站的电源、空调与安防等机房环境的集中监控。
对基站监控进行集中监控管理。
区监控中心的主要功能包括:
①实时接收并显示SU环境设备的运行数据、工作状态和告警信息,下达对各SU被控设备的遥控操作命令。
②进行告警确认和处理,告警处理包括:
告警确认、告警派修、强制解除等。
③对设备运行数据进行统计处理,生成各种统计报表和曲线。
④查询、显示和打印历史数据、告警记录、操作记录、统计报表和曲线,进行数据存储管理。
⑤对人员、设备等辅助信息进行管理。
⑥对系统进行安全管理,设备和检查用户密码和权限。
⑦对系统内所有计算机、通信路由等进行自诊断,发现故障及时告警,并
启用备份设备。
⑧提供完善的帮助功能。
图2-2通信环境集中监控管理系统管理
(3)省监控管理中心(PSC):
对所属的所有市/地区及移动及移动基站/交换局的数据进行管理,对下面市/地区监控管理中心传送上来的重要数据(配置值、报警等)进行存储、处理。
在这一级中,实时效率并不是最重要的,报表、曲线的分析功能是这一级的主要功能。
市/地区监控管理中心将数据进行整理,将整理后数据(如报表、曲线)根据需要传送到省监控管理中心,以便统一设备管理,获得设备运行情况的第一手资料,为设备选型奠定基础。
在这一级也设立计算机局域网,设立数据服务器.有友好的人机界面。
省监控中心也可以通过分布式数据库调用等技术手段.直接观察所属的某个移动基站的设备参数.也可以观察或查询某个移动基站的实时或历史图像。
通过上面的分析可知,功能全面的地区监控中心是整个监控系统的核心。
只要设计好一个地区级监控中心,其它几个层级的监控点都可以此为基础,适当进行功能扩展即可得到。
本文主要设计一个地区级监控中心(SS)与监控单元(SU)的硬件和软件的实时监控系统。
2.3通信架构
SS组网是指SU-SS组网。
由于El线路既可以作为一个完整的2.048Mbit/s数据信道,也可以按时分复用的原理分为32个相互独立的64kbit/s数据信道来使用,组网方式灵活多样,本系统选用El线路组网方式。
目而3G通信系统是在原有2G或2.5G通信网络上进行改造的。
当前我国移动通信公司主要采用光纤网将基站接入。
地区与省局之间的连接多采用通用的数据网络。
E164k/GPRS
RS232/485
图2-3移动基站与监控中心的通信架构
考虑系统的可靠性,根据相关规范,基站与监控中心的连接信道应设有备用数据通道,考虑基站的地理位置分散型,本系统建议采用路由。
但由于GSM的通信信道(SMS/GPRS)很窄,只适宜传送兼简短的报警信息、运行状态及监控指令。
因此基站完整的接入方式如图2-4所示。
图2-4移动基站接入监控系统的完整通信方式
考虑系统开放性的要求,原则上希望所有的基站与监控中心的通信协议都采用TCP/IP协议,使得监控系统可以在较低硬件成本的情况下,支持足够多的基站加入监控系统。
这对基站(SU)提出了要求,即在基站内(SU)完成串口与TCP/IP之问的协议转换。
但实际基站可能不满足这个条件,有些基站只有串口输出。
这时基站与监控中心之间的连接本质上是一个虚拟的点对点的串口通信,在上级监控中心必须设置相应的串口对接装置和协议转换装置,将基站接入监控中心的TCP/IP的以太局域网。
如果能在监控中心设置足够多的串口接入装置,这种类型的基站也能开放式地接入监控系统。
本系统在监控中心的硬件架构设计中,选择以串口协议与上级监控中心进行通行方式。
地区监控中心(SC/SS)与基站的实际连接图可参照图2-5中区域监控中心的配置,但须把智能通信服务器的功能扩展,使它既有能力将支持TCP/IP通信规范的基站接入监控中心,又有足够多的串口服务,连接只有串口I/O的基站。
其余的通信配置与地区级监控中心相同。
地区监控中心((SS)与省级监控中心(SC)之间的信道连接,一般采用公用数据通信网络,支持TCP/IP协议,选择性很大。
根据实际建立监控中心时的通信条件而定。
其备份的信息通道,也可是另一种支持TCP/IP协议的高速信道。
因此,在软件设计时,本系统将在它们之间存在高速以太网的假设条件下实现,使系统与实际的物理信道无关。
2.4设计要求
实用性:
从用户的角度出发,监控系统的建设可使得基站少人值守或无人值守。
系统应能充分利用现有资源,尽量降低建设成本,使系统具有较高的性价比。
系统的界面力求友好,以方便用户使用。
可靠性:
系统在数据的采集、存储(备份)、操作安全、组网等多方面保证了系统的容错能力,提高系统的运行可靠性。
实时性:
系统充分考虑监控的实时性要求,在提高数据的一致性和安全性的前提下,通过镜像设置,提高系统运行效率。
同时对一些特殊的监控且(尤其是门禁、火警等实时性要求较高的采集量)的变化,考虑特别处理,以提高快速响应性能,其实时性指标应优于国家规范的相关要求。
开放性:
整个监控网络架构和数据库架构是一个开放系统,通过配置管理,能方便地扩展系统,接入不同厂商基站产品,而不是由个别厂商提供的专用系统。
系统内各设备间的通信以及外部系统访问本系统内数据的接口,都按有关的国家或行业的规范要求设计。
灵活性:
系统将采用模块化设计.用户可根据不同的需求采用不同的监控模块组合,从而以最经济的方式实现用户的需求,同时模块化设计也是保证开放性的基础。
图2-5系统总体通讯结构
3SS功能的分析
3.1SS的功能分析
(1)具有实时作业功能,能同时监视辖区内SU的工作状态和运行参数,接收告警信息并与SC保持通信,可透过监控单元(SU)对监控模块(SM)下达监测和控制命令。
提供用户浏览界面,可以任意选择基站、设备对运行数据进行实时查询。
提供对设备进行远程控制的操作方式,对开关量可控信号系统显示信号的各个可选状态值,用户可以选择并发送控制命令切换到需要的状态值。
对模拟量可控信号系统给出可控范围,用户可发送控制命令在允许范围内选择所需要的控制值。
监控系统的重要功能之一是在需要的时候对远程设备进行遥测、遥信、遥控、遥调。
遥测是指对机房环境参数的实时采集;
遥信是指通过对现场设备或环境的运行状态进行监视,来远程获取相应的状态量的过程;
遥控是指开关量的控制,比如电源的开关、空调的启动;
遥调指模拟量的设置,比如空调溢度的设定。
系统对控制有严格的权限控制,只有具备相应控制权限的操作人员才能进入控制窗口进行控制操作。
(2)设定告警等级、用户权限。
告警是指监控设备、被监控设备和通信设备发生状态变化时产生的提示信息,可分为实时告警和历史告警,实时告警指的是在设备发生的告警时,由监控系统实时上报并从告警窗口中弹出的告警信息,包括没有结束的告警或结束后没有被确认的告警。
历史警等是已经结束并被确认的告警信息,这些信息已经被确认并且保存到历史告警数据表中。
本监控系统的告警等级分为紧急、重要、一般告警三级。
紧急告警:
已经或即将危及设备及通信安全,应立即处理的告警;
重要告警:
可能影响设备及通信安全,需要安排时间处理的告警;
一般告警:
向维护人员提示的信息。
本系统初步实现一般报警功能。
监控中心设备与信号的关系。
物理关系:
信号属于设备,设备属于端局,端局属于监控站。
告警关系:
只要信号有告警,该信号所对应的设备及端局、监控中心(站)均告警。
同一个设备若有多个信号告警,该设备告警级别与这些告警信号中最高级别一致。
同理,同一个端局若有多个设备告警,该端局告警级别与这些告警设备中最高级别一致。
用户可分为:
一般操作员、系统操作员、系统管理员。
一般操作员只能进行简单的浏览、查看和检索操作。
系统操作员则在此基础上能够进行告警确认、遥控、参数配置等维护工作。
系统管理员除前面所述功能外,还能进行全面的
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