GPRS在CMMB基站遠(yuǎn)程監(jiān)控中的運(yùn)用

王春喜，何 良

（四川廣播電視塔廣電專業(yè)部，四川 成都 610017）

0 引言

基于GSM數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的GPRS技術(shù)的成熟，為CMMB基站巡檢監(jiān)控提供了一種全新的通信方式。GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由數(shù)據(jù)監(jiān)控中心和位于各個(gè)基站的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)GPRS DTU組成。GPRS模塊將現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)，通過CMMB發(fā)射機(jī)RS-232串口用GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議封裝后發(fā)送到中國(guó)移動(dòng)的GPRS數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，再通過GPRS數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送至CMMB數(shù)據(jù)監(jiān)控中心，該中心再對(duì)回傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)處理、顯示、打印及保存，這樣就實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)監(jiān)控中心的實(shí)時(shí)在線無縫連接，從而實(shí)現(xiàn)全天候遠(yuǎn)程無人監(jiān)控。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述

系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。四川廣播電視塔作為西南地區(qū)的首個(gè)多功能廣播電視發(fā)射前沿陣地，承擔(dān)著本地區(qū)廣播電視傳輸發(fā)射及更大范圍內(nèi)CMMB站點(diǎn)建設(shè)和運(yùn)行管理任務(wù)。基站信號(hào)好壞及運(yùn)行狀況直接關(guān)系到用戶終端能否可靠接收到穩(wěn)定的圖像和聲音信號(hào)。由于CMMB補(bǔ)點(diǎn)基站采用無人職守運(yùn)行方式，日常維護(hù)主要依靠技術(shù)人員定期巡檢，或者在得到接收故障信息反饋后立即派出人員前往故障基站檢修，隨著各分站補(bǔ)點(diǎn)數(shù)目的增多，出巡人員任務(wù)艱巨程度和成本也日益加大，依靠這種被動(dòng)式的管理已無法適應(yīng)現(xiàn)階段CMMB播出的穩(wěn)定運(yùn)行要求。

針對(duì)CMMB基站數(shù)量多、分布廣的特點(diǎn)[1]，同時(shí)由于GPRS技術(shù)的日趨成熟，結(jié)合GPRS技術(shù)特點(diǎn)，經(jīng)過反復(fù)技術(shù)論證，提出一套基于GPRS監(jiān)控管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，搭建了由GPRS通信模塊的軟硬件組成的CMMB監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)4個(gè)基站經(jīng)過近5 000 h的不間斷運(yùn)行，證明了整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，成本低，確保了安全播出，具有極好的推廣價(jià)值。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 終端系統(tǒng)

主要使用GPRS數(shù)據(jù)終端設(shè)備（Data Terminal Unit，DTU）ZSD3110進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸。其內(nèi)置工業(yè)級(jí)GPRS引擎、TCP/IP協(xié)議棧和嵌入式處理器。支持PPP，TCP，UDP，ICMP等眾多復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和Socket標(biāo)準(zhǔn)，提供全透明數(shù)據(jù)傳輸和用戶自由控制傳輸兩種模式。同時(shí)支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、設(shè)備間、設(shè)備與中心間等各種不同的通信模式。用戶不用關(guān)心復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，使用RS-232或RS-485端口，就可以進(jìn)行無線數(shù)據(jù)的收發(fā)。

GPRS DTU監(jiān)控終端硬件的主要作用有：1）支持900/1 800/1 900 MHz三頻的GSM/GPRS。2）集成ZWG-8G協(xié)議，全透明傳輸，并支持對(duì)中國(guó)移動(dòng)CMNET和聯(lián)通CDMA的雙接入。3）支持自動(dòng)心跳，保持永久在線，自動(dòng)重連。4）完善的自動(dòng)補(bǔ)測(cè)和重發(fā)機(jī)制，保證數(shù)據(jù)的可靠性。

2.2 遠(yuǎn)程CMMB基站數(shù)據(jù)的采集傳輸

主要由GPRS DTU監(jiān)控終端、GPRS通信網(wǎng)絡(luò)和CMMB監(jiān)控中心站構(gòu)成，如圖1所示。CMMB數(shù)字發(fā)射機(jī)通過GPRS DTU接收中心發(fā)出的使能回傳數(shù)據(jù)指令，并將249 byte數(shù)據(jù)再通過GPRS DTU上傳回監(jiān)控中心站。這些CMMB發(fā)射機(jī)的參數(shù)包括總功率、反射功率、4路功放模塊電壓和電流以及溫度值等。一旦有參數(shù)出現(xiàn)異常，中心站上位機(jī)就能得到上報(bào)的警示信息。當(dāng)然，中心站也可發(fā)送控制命令到各監(jiān)控終端，從而控制某些開關(guān)量如開關(guān)機(jī)或空調(diào)。不難看出，GPRS網(wǎng)絡(luò)是監(jiān)控終端與中心站通信的橋梁，監(jiān)控終端的數(shù)據(jù)采集加報(bào)警信息上傳和中心站控制命令的下達(dá)都是通過GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的。也正是因?yàn)镚PRS網(wǎng)絡(luò)與Internet網(wǎng)的無縫鏈接，才使得中心站與監(jiān)控終端之間的雙向通信成為可能，讓用戶足不出戶就可準(zhǔn)確及時(shí)地了解野外CMMB發(fā)射機(jī)的運(yùn)行狀況。一旦發(fā)生意外故障，中心站能及時(shí)知道并通知就近的值班員排除故障，大大縮短了故障排除時(shí)間，提高了CMMB基站良性運(yùn)行的可靠性和安全性。

GPRS DTU模塊是基于配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)，終端穩(wěn)定的傳輸對(duì)于系統(tǒng)正常的運(yùn)行有至關(guān)重要的作用。

3 數(shù)據(jù)監(jiān)控中心站對(duì)基站采集數(shù)據(jù)的處理

使用的LabVIEW是一種圖形化的編程語言，為一標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。LabVIEW支持標(biāo)準(zhǔn)的硬件接口，如GPIB，VISA，RS-232，PXI，VXI，RS-232和RS-485，而這些硬件接口又是各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的通用接口，因此LabVIEW被廣泛應(yīng)用于包括汽車、半導(dǎo)體、航空航天、交通運(yùn)輸、高校實(shí)驗(yàn)室、生物醫(yī)藥與電子等領(lǐng)域[2-3]。

CMMB監(jiān)控中心的GPRS通信服務(wù)器端也和遠(yuǎn)程無線監(jiān)測(cè)站點(diǎn)一樣，是GPRS網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)無線站點(diǎn)（或一組站點(diǎn)，也叫N+1站點(diǎn)群），數(shù)據(jù)的收發(fā)都是通過此服務(wù)器端完成的，監(jiān)控中心軟件無須使用AT指令操作GPRS模塊（或終端），只需要向往常一樣的讀寫串口就可以了。數(shù)據(jù)接口為標(biāo)準(zhǔn)三線RS-232口。

在本系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)工作產(chǎn)生的大量串口數(shù)據(jù)代碼都是遵守的RS-232傳輸協(xié)議，故在開始工作之前先要首先安裝LabVIEW8.6版本的軟件和對(duì)COM或USB接口的補(bǔ)丁VISA驅(qū)動(dòng)。接下來的具體流程如下：

1）基站被動(dòng)接收中心發(fā)過來的問詢指令，即采用輪詢的數(shù)據(jù)處理機(jī)制，因?yàn)榘l(fā)射機(jī)內(nèi)部采用了半雙工協(xié)議的RS-485總線，同時(shí)間段內(nèi)總線上只能有單向的接收或發(fā)送數(shù)據(jù)動(dòng)作。

2）RS-232傳輸協(xié)議串口數(shù)據(jù)代碼簡(jiǎn)單剖析，如圖2所示。

串口數(shù)據(jù)嚴(yán)格遵守RS-232協(xié)議，有報(bào)頭和結(jié)束碼，低字節(jié)在前，高字節(jié)在后。進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換按圖2中的總功率應(yīng)該是16進(jìn)制的0361H，轉(zhuǎn)換成10進(jìn)制則為865 W，其余參數(shù)依此類推。

3）通信串口生成（見圖3）。

圖3中，“軍區(qū)”代表“CMMB成都軍區(qū)總醫(yī)院基站”。后文圖中的簡(jiǎn)稱同理：“曼哈頓”代表“CMMB曼哈頓小區(qū)基站”；“潤(rùn)邦”代表“CMMB潤(rùn)邦國(guó)際酒店基站”；“洲際”代表“CMMB洲際世紀(jì)城國(guó)際大酒店基站”。

4）配置通信端口及輪詢時(shí)間等參數(shù)（見圖4）。

5）設(shè)置傳輸時(shí)延（從發(fā)送到接收數(shù)據(jù)之間的時(shí)間）。

因?yàn)椴煌臄?shù)據(jù)包長(zhǎng)度和傳輸時(shí)延肯定不同。根據(jù)目前移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)狀況，一般一個(gè)包長(zhǎng)為100～200 byte的數(shù)據(jù)包可以在1 s內(nèi)互傳完畢。大于200 byte的數(shù)據(jù)包平均在1～3 s內(nèi)可以互傳完畢。經(jīng)過實(shí)測(cè)，將回傳時(shí)延定為至少1 s～60 min可調(diào)。而為了使每個(gè)基站之間的數(shù)據(jù)處理串?dāng)_降到最低（由于數(shù)據(jù)量為249 byte，很龐大，故各站數(shù)據(jù)串?dāng)_在所難免），增加了基站的總輪詢時(shí)長(zhǎng)選項(xiàng)，以匹配現(xiàn)場(chǎng)的最佳回傳及處理效果（參見圖4）。

6）軟件的內(nèi)部處理機(jī)制（見圖5）。

為了使計(jì)算機(jī)快速地處理接收到的249 byte數(shù)據(jù)而不致使各基站發(fā)生參數(shù)串?dāng)_，特地在內(nèi)部也加入了動(dòng)態(tài)事件結(jié)構(gòu)的科學(xué)處理機(jī)制，即當(dāng)有數(shù)據(jù)異常事件時(shí)，CPU馬上響應(yīng)報(bào)警系統(tǒng)，啟動(dòng)聲+光報(bào)警（見圖6），否則CPU就處理其他的事件，這樣就節(jié)約了CPU的資源。如果此時(shí)其他基站的數(shù)據(jù)又恰巧回來，也不會(huì)因上個(gè)異常的數(shù)據(jù)狀態(tài)而受影響。

7）聲光報(bào)警的設(shè)計(jì)（見圖6）。

如果回傳的數(shù)據(jù)異常，則報(bào)警模塊啟動(dòng)，此時(shí)主界面“XX功率不正?！奔t色和白色交替閃爍，同時(shí)輔以警醒的報(bào)警聲音，達(dá)到了警示的雙重效果。

8）歷史數(shù)據(jù)的及時(shí)保存和查閱（見圖7）。

為了做到值班人員值班對(duì)應(yīng)歷史數(shù)據(jù)的有源可查，軟件中對(duì)值班人員也進(jìn)行了設(shè)置，一般為兩個(gè)值班人可選，這些不同類的數(shù)據(jù)幾乎是與時(shí)間日期和基站每項(xiàng)具體參數(shù)一一對(duì)應(yīng)的，且固定保存在存儲(chǔ)介質(zhì)上，方便日后查閱。

9）歷史數(shù)據(jù)的打印。

歷史數(shù)據(jù)的打印支持系統(tǒng)默認(rèn)的打印機(jī)，因此一定要先安裝和設(shè)置好打印機(jī)。

10）使用CMMB監(jiān)控系統(tǒng)主站軟件（見圖8）。

圖8展示了每間隔時(shí)間點(diǎn)的總功率、反射功率及功放電壓、電流、溫度等幾大主要指標(biāo)的曲線圖，圖中每個(gè)基站的最大值、最小值發(fā)生時(shí)間及具體數(shù)值、正常運(yùn)行時(shí)間等參數(shù)狀態(tài)指示一目了然。

4 小結(jié)

利用GPRS通信接入快、價(jià)格低廉、穩(wěn)定可靠和實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)不僅在西部廣播電視行業(yè)開創(chuàng)了先河，同時(shí)也走在了全國(guó)CMMB發(fā)射基站無人值守管理方式的前列。所搭建的CMMB發(fā)射基站遠(yuǎn)程無線監(jiān)測(cè)平臺(tái)，通過無線數(shù)據(jù)傳輸功能的GPRS DTU模塊與CMMB無線遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的有機(jī)結(jié)合，再配以強(qiáng)大的PC數(shù)據(jù)分析處理軟件LabVIEW，各基站運(yùn)行情況在主站值班室顯示屏一一呈現(xiàn)。完成至今，本系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行良好，工作穩(wěn)定。更重要的是，在幾個(gè)月的運(yùn)行中及時(shí)成功地處理了至少4起發(fā)射機(jī)死機(jī)和無故關(guān)機(jī)的嚴(yán)重播出事件，且從發(fā)現(xiàn)到解決整個(gè)事件都非常及時(shí)、圓滿。通過使用Lab-VIEW合理設(shè)計(jì)軟硬件，實(shí)現(xiàn)了每個(gè)CMMB發(fā)射基站一系列工作狀態(tài)的遠(yuǎn)程回傳，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，保證了基站安全監(jiān)控系統(tǒng)的安全性、可靠性、兼容性和經(jīng)濟(jì)性，積極地響應(yīng)了廣電總局和CMMB中廣傳播關(guān)于及時(shí)無間斷、安全準(zhǔn)確地傳播黨和政府聲音的號(hào)召。這對(duì)今后進(jìn)一步挖掘GPRS與廣播電視專業(yè)相結(jié)合的資源方面無疑更具廣泛的意義。

[1]解偉.移動(dòng)多媒體廣播(CMMB)技術(shù)與發(fā)展[J].電視技術(shù)，2008，3（4）：4-7.

[2]雷振山.LabVIEW 7 EXPRESS實(shí)用技術(shù)教程[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2005.

[3]TRAVIS J，KRING J.LabVIEW for everyone[M].Prentice Hall，2006.