基于EDGE的通信基站環(huán)境監(jiān)控單元的設(shè)計

董裕藝，陸昕為，黎春強，鐘文清

(1.中國移動通信集團廣西有限公司梧州分公司，廣西梧州543002;2.中國移動通信集團廣西有限公司，廣西南寧530000)

0 引言

隨著中國移動通信業(yè)務(wù)的發(fā)展，基站的分布越來越廣，基站正常運轉(zhuǎn)與否直接影響客戶的通話質(zhì)量。移動通信基站環(huán)境集中監(jiān)控對基站的正常運行起著非常重要的作用。我國的通信電源集中監(jiān)控技術(shù)的研究工作始于80年代末，1992年由郵電部設(shè)計院和廣州市電信局合作研究試驗成功的廣州長途樞紐樓通信集中監(jiān)控系統(tǒng)是我國第1個通信電源集中監(jiān)控系統(tǒng)。1996年郵電部發(fā)布的《通信電源和空調(diào)集中監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)》(暫行規(guī)定)，明確指出通信局(站)電源系統(tǒng)就實現(xiàn)集中監(jiān)控，逐步實現(xiàn)少人值班和無人值班，并把集中監(jiān)控列為通信電源系統(tǒng)的一個必不可少的部分。2005年，信息產(chǎn)業(yè)部發(fā)布了《通信局(站)電源空調(diào)及環(huán)境集中監(jiān)控管理系統(tǒng)》［YD/T 1363－2005］，該標(biāo)準(zhǔn)總結(jié)了近10年的建設(shè)和應(yīng)用經(jīng)驗，對原暫行規(guī)定進行了增加和修訂，內(nèi)容更豐富，要求更明確［1，2］。

1 基站環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 監(jiān)控系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)采用逐級匯接的結(jié)構(gòu)，一般由現(xiàn)場監(jiān)控單元、區(qū)域監(jiān)控中心和監(jiān)控中心構(gòu)成。

現(xiàn)場監(jiān)控單元是監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)最基本的元素，它負(fù)責(zé)監(jiān)控對象各種信息的采集和上級控制命令的下達(dá)。

區(qū)域監(jiān)控中心通過通信網(wǎng)絡(luò)收集，處理下屬各通信基站監(jiān)控單元送來的信息，將處理后的信息上送監(jiān)控中心，同時監(jiān)控所屬區(qū)域基站動力設(shè)備的運行和基站防盜的告警聯(lián)動情況。

監(jiān)控中心是本地網(wǎng)環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)的最高級，作為整個系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，它不僅直接監(jiān)控處理整個本地動力設(shè)備的運行，而且還要對監(jiān)控數(shù)據(jù)做大量的統(tǒng)計、分析和管理工作，為決策提供依據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)傳輸方式

現(xiàn)場監(jiān)控單元與區(qū)域監(jiān)控中心，區(qū)域監(jiān)控中心與監(jiān)控中心之間是通過通信網(wǎng)絡(luò)連接的。電信系統(tǒng)為監(jiān)控系統(tǒng)的組網(wǎng)連接提供傳輸網(wǎng)絡(luò)資源有很多，可以利用各種資源混合組網(wǎng)［3］。

中國移動的增強型數(shù)據(jù)速率GSM演進技術(shù)(EDGE)為GPRS到第3代移動通信的過渡性技術(shù)方案，該技術(shù)采用的是最先進的多時隙操作和8PSK調(diào)制分組交換技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸速率最高理論值能達(dá)384 kb/s，能充分利用現(xiàn)有的GSM資源，具有實時在線、按量計費、快捷登錄、高速傳輸、自如切換以及現(xiàn)網(wǎng)城鄉(xiāng)覆蓋率高等優(yōu)點。以EDGE為傳輸方式的監(jiān)控系統(tǒng)利用現(xiàn)成的TCP/IP協(xié)議，在滿足無線多媒體應(yīng)用的帶寬需求的基礎(chǔ)上節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)投資，特別適合中國移動龐大的現(xiàn)網(wǎng)通信基站的一點對多點、多點對多點、突發(fā)性大流量數(shù)據(jù)監(jiān)控。

各種傳輸方式的基站監(jiān)控系統(tǒng)的性能對比如表1所示，其優(yōu)缺點一覽可知。

表1 各種傳輸方式的基站監(jiān)控系統(tǒng)性能對比表

2 移動通信基站環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)

基于EDGE的基站環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，環(huán)境集中監(jiān)控器采集各種動力和環(huán)境信號，通過EDGE/GPRS網(wǎng)絡(luò)上傳給監(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過EDGE/GPRS網(wǎng)絡(luò)向監(jiān)控器下達(dá)各種控制和調(diào)節(jié)命令。

圖1 移動通信基站環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

3 移動通信基站集中監(jiān)控單元的設(shè)計

移動通信基站環(huán)境集中環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控對象及內(nèi)容如下:

(1)動力監(jiān)控功能

監(jiān)控內(nèi)容:交流配電屏三相輸入電壓、三相輸出電流、直流配電屏輸出總電壓、總負(fù)載電流以及蓄電池組總電壓，每只蓄電池電壓，標(biāo)示電池濕度、每組充、放電電流、空調(diào)主機工作電壓和電流;

(2)環(huán)境監(jiān)控功能

監(jiān)控內(nèi)容:空調(diào)主機開/關(guān)以及溫度風(fēng)力設(shè)定、室內(nèi)溫度、室內(nèi)濕度、室內(nèi)煙霧、水浸告警以及門禁告警;

(3)管理功能

監(jiān)控內(nèi)容:對基站維護人員巡檢管理;

(4)安防監(jiān)控功能

監(jiān)控內(nèi)容:基站門窗墻體的監(jiān)控、基站內(nèi)外設(shè)備設(shè)施(蓄電池、天饋線、空調(diào)室外機、匯流排、接地線以及變壓器等)的監(jiān)控、發(fā)生盜情時的現(xiàn)場聲光告警、圖像本地儲存并同步將現(xiàn)場圖片上傳至監(jiān)控中心。

基于EDGE的環(huán)境集中監(jiān)控器采集各種動力和環(huán)境信息，通過EDGE網(wǎng)絡(luò)上傳給監(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過EDGE網(wǎng)絡(luò)向監(jiān)控器下達(dá)各種控制和調(diào)節(jié)命令。

3.1 基站環(huán)境集中監(jiān)控單元的硬件設(shè)計

監(jiān)控單元的硬件原理框圖如圖2所示，由CPU模塊、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、模擬量輸入、EDGE模塊、與智能設(shè)備的接口、看門狗、存儲器擴展、實時時鐘和鍵盤顯示模塊構(gòu)成。

①該裝置采用TI公司專用型數(shù)字信號處理器(DSP)TMS320DM642GDK－600作為控制核心，該DSP芯片是TI公司C6000系列的一款高性能芯片，具有64個32位通用寄存器，可工作在600 MHz時鐘速率，每個指令周期可并行運行8條32位指令，其豐富的外圍設(shè)備接口，最多可處理6路視頻采集數(shù)據(jù)，具有高度的靈活性、快速的數(shù)字處理能力以及全新的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，能保證系統(tǒng)的實時性［4］;

②該裝置中有16路模擬量采集，可以采集從電壓、電流傳感器過來的三相電壓、電流交流數(shù)據(jù)，也采集溫度濕度傳感器的直流數(shù)據(jù)，同時可以最多采集6路CCD攝像頭的視頻數(shù)據(jù)，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后送到DM642處理，其中需要實時上傳監(jiān)控中心的視頻圖像須通過一定的編碼由DSP壓縮處理后經(jīng)EDGE模塊發(fā)送，可達(dá)25幀/s的圖像傳送速率，實現(xiàn)基站的全天候多方向圖像監(jiān)控，16模擬量通道有冗余，留作備用;

圖2 監(jiān)控單元的硬件結(jié)構(gòu)原理框圖

③系統(tǒng)配有16路開關(guān)量輸入，對煙感、水禁、門禁、墻體、代維工作人員巡檢登記等環(huán)境量均為開關(guān)量，經(jīng)光電隔離后送入DM642處理;獲得煙感、水禁、門窗墻體狀態(tài)的傳感器有多種，使用較為便捷;

④與電源監(jiān)控器的接口，發(fā)電油機與空調(diào)均有智能型與非智能型2種，智能設(shè)備帶有智能接口和通訊協(xié)議，非智能設(shè)備的監(jiān)控需要自己加裝傳感器;

⑤14路開關(guān)量輸出，用以對設(shè)備進行控制;

⑥EDGE模塊采用西門子公司高端MC75 EDGE無線通訊模塊，MC75支持850/900/1800/1 900 MHz GSM系統(tǒng)，內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧有利于簡化接口的設(shè)計，提供了完整的GSM和EDGE的無線接口，可通過RS232串口與系統(tǒng)相連，并可使用標(biāo)準(zhǔn)的AT命令對MC75進行控制，實現(xiàn)與監(jiān)控中心的通信［5，6］;

⑦系統(tǒng)還有實時時鐘、鍵盤和顯示模塊，用于運維人員設(shè)定數(shù)據(jù)，查看設(shè)備的運行狀態(tài)等;

⑧看門狗電路，用以監(jiān)控裝置電源;

⑨存儲模塊，由DM642自帶的EMAC口以及從EMIF口擴展出來的ATA接口外掛硬盤，將接收到的數(shù)字圖像信號用MPEG4標(biāo)準(zhǔn)編碼壓縮后將數(shù)據(jù)以文件的格式存儲到本地硬盤，供日后調(diào)用。

3.2 基站環(huán)境集中監(jiān)控單元的軟件設(shè)計

現(xiàn)場監(jiān)控單元的軟件要完成各種數(shù)據(jù)的采集，根據(jù)參數(shù)所設(shè)的門限值或采集的開關(guān)量信息，對越警信號發(fā)出告警信息，并向監(jiān)控中心上報，同時接受監(jiān)控中心的查詢和控制命令，給出查詢結(jié)果或執(zhí)行控制命令，軟件總體流程如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)軟件主流程圖

監(jiān)控終端的系統(tǒng)軟件主要包括以下幾個部分:

①對芯片的初始化和外圍硬件的配置等工作;

②通信部分:這部分分為2個內(nèi)容，一個是DSP與智能設(shè)備之間的通信，主要是協(xié)議的轉(zhuǎn)換;另一個重要的通信就是與監(jiān)控中心之間的通信;

③中斷服務(wù)程序;

④人機接口程序。

4 結(jié)束語

該文充分利用Internet技術(shù)和EDGE移動通信技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)基于EDGE移動基站環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)，以高速數(shù)字信號處理器(DSP)TMS320DM642GDK－600為核心，采用EDGE作為通信手段，可同時實現(xiàn)對基站交直流電、溫度、濕度、煙感、水浸、火警、門禁、圖像監(jiān)控、代維人員巡檢管理、發(fā)電油機開關(guān)記錄等動力量和環(huán)境量的實時監(jiān)控，該系統(tǒng)具有測量精度高、可靠性高和實時性好的優(yōu)點，在某地級市移動公司的基站大批量應(yīng)用后取得了到很好社會效益和經(jīng)濟效益，因此該系統(tǒng)有著很好的推廣應(yīng)用前景。

［1］高健.動力環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展［J］.電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2006(6)：60－64.

［2］通信局(站)電源空調(diào)及環(huán)境集中監(jiān)控管理系統(tǒng)［YD/T 1363－2005］第1部分：系統(tǒng)技術(shù)要求［S］.中華人民共和國通信行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).

［3］彭建偉.移動基站通信動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的改造［J］.通信電源技術(shù)，2005，22(4)：53 －54，59.

［4］TEXAS INSTRUMENTS. SPRS200N. TMS320DM642 Video/Imaging Fixed-Point Digital Signal Processor［R］，2002：6 －29.

［5］Siemens Mobile.MC75 Hardware Interface Description V01［R］，2005：24 －66.

［6］Siemens Mobile.MC75 AT Command Set V02［R］，2005：29－103.