開放式3G網絡遠程監(jiān)控系統(tǒng)在數字城市中的應用

摘 要：針對目前3G遠程監(jiān)控技術存在開放性弱、可靠性差、應用開發(fā)難的不足，本文擬從系統(tǒng)的整體架構及開放性、兼容性、數據傳輸的可靠性等方面構建開放式3G網絡遠程監(jiān)控系統(tǒng)，并將其應用到數字城市基礎設施與公共事業(yè)的動態(tài)監(jiān)控中去，推進3G技術在無線網絡監(jiān)控中的應用和發(fā)展，促進數市化城市建設，實現信息資源共享。

關鍵詞：開放式；3G網絡；遠程監(jiān)控

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A

Open 3G Network Remote Monitoring System in Digital City

LUO Jinling

（Loudi Vocational and Technical College of Telecommunication Department，Loudi 417000，China）

Abstract：3G remote monitoring technology for the current existence of open weak，poor reliability，lack of application development difficult，this paper intends to build an open 3G network remote monitoring system in terms of the overall architecture of the system and openness，compatibility，reliability of data transmission，etc. and apply it to the dynamic monitoring of digital urban infrastructure and public utilities go，and promote the development of 3G technology and wireless network monitoring，promoting several city urban construction，sharing of information resources.

Keywords：open；3G network；remote monitoring

1 引言（Conclusion）

隨著無線通訊技術的發(fā)展，國內3G移動通信系統(tǒng)的商用化，移動網絡帶寬大幅提高，同時移動終端設備的性能也在不斷地提高，基于3G網絡的監(jiān)控系統(tǒng)成為研究的熱點。20世紀90年代以來，世界主要發(fā)達國家紛紛依托高新技術，大力推行信息化戰(zhàn)略，建設數字城市[1]。市政管理數字化是數字城市的重要組成部分，因此，構建先進的信息獲取和處理系統(tǒng)是數字市政系統(tǒng)的核心問題。

2 3G網絡遠程監(jiān)控系統(tǒng)的現狀（Status 3G network

remote monitoring system）

（1）開放性弱。目前在3G監(jiān)控技術方面沒有形成統(tǒng)一的業(yè)務體系標準，缺乏統(tǒng)一的設備監(jiān)控協(xié)議，現有監(jiān)控設備種類繁多，監(jiān)控信息和參數各異，導致監(jiān)控應用和監(jiān)控設備相互依賴，異構類型的監(jiān)控終端不能以一致的方式進行接入和管理，同時上層應用和下層具體3G制式緊密綁定，不同廠商的監(jiān)控系統(tǒng)難以互聯互通。

（2）可靠性差。目前3G信號仍然存在不穩(wěn)定，特別是數據流速存在不穩(wěn)定的情況，導致監(jiān)控數據傳輸的可靠性還不理想，同時監(jiān)控終端的可靠性（如斷電重啟、永久在線斷線自動重連、死鎖自檢測和恢復）也有待加強。另外，基于3G的遠程數據傳輸在傳輸過程中可能會遭受被竊聽、篡改或受重播攻擊等威脅，因此安全可靠性問題也不可忽視。

（3）應用開發(fā)難。已有3G監(jiān)控系統(tǒng)沒有提供足夠的二次開發(fā)API，對第三方開發(fā)的插件支持不足，缺乏依應用需求而靈活設定規(guī)則的能力，不便于第三方的二次開發(fā)，難以進行結構和功能上的擴展。

針對上述問題和需求，本文研究開放式的3G網絡遠程監(jiān)控系統(tǒng)，包括開放式的監(jiān)控框架、統(tǒng)一的設備監(jiān)測控制協(xié)議、可靠的監(jiān)控數據傳輸機制并將其應用到數字城市基礎設施與公共事業(yè)的動態(tài)監(jiān)控中去，促進數市化城市建設。

3 3G網絡遠程監(jiān)控框架設計與實現（3G Network

design and implementation of remote monitoring

framework）

3.1 系統(tǒng)架構

基于3G網絡的遠程監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控中心、3G監(jiān)控端和3G查詢終端三個主要部分組成，該系統(tǒng)整體框架如圖1所示。

圖1 3G遠程監(jiān)控系統(tǒng)整體框架示意圖

Fig.1 3G remote monitoring system schematic diagram

overall framework

監(jiān)控系統(tǒng)的三部分通過3G網絡與互聯網聯成一個開放式的系統(tǒng)，3G集控器與數據查詢終端都是通過PPP方式接入3G網絡的核心IP網絡，與監(jiān)控中心形成IP連接。

（1）3G集控器的接入：通過撥號接入3G網絡核心IP網，通過互聯網與監(jiān)控中心形成IP連接，實現監(jiān)控設備和監(jiān)控中心之間的數據交換。由于3G網絡有電信CDMA2000、聯通WCDMA和移動TD-SCDMA三種制式，監(jiān)控系統(tǒng)必須對三種制式兼容，3G集控器通過一個DTU實現對其中一種網絡的接入，而可靠性要求很高的監(jiān)控點，集控器可以帶兩個或三個DTU，可以實現同時多網并行接入，確保數據傳輸的可靠性和提高數據流量。

（2）監(jiān)控中心對互聯網的接入：監(jiān)控中心與互聯網形成IP連接，可以通過四種方式接入互聯網：第一種是監(jiān)控中心采用ADSL等專線方式與Internet公網連接，采用公網固定IP或者公網動態(tài)IP+DNS解析服務；第二種是監(jiān)控中心采用移動內網動態(tài)IP+移動DNS解析服務；第三種是監(jiān)控中心采用APN專網固定IP；第四種是監(jiān)控中心采用APN專線，所有節(jié)點都采用內網固定IP。

3.2 統(tǒng)一設備監(jiān)測控制協(xié)議

監(jiān)控數據從監(jiān)控端傳到監(jiān)控中心，在數據中心進行處理，必須采用統(tǒng)一的數據格式和控制指令，便于指揮調度與查詢端調取數據，而監(jiān)控端設備單元的數據格式與控制指令往往不同，如視頻采集設備，不同廠家的設備的視頻數據格式與控制指令格式不同，其他不同類型的監(jiān)控設備的數據類型與數據格式也會不相同。面對這樣的問題，在集控器中，提供通用的開放接口，包括硬件接口和軟件接口，通過該接口，集控器可以和監(jiān)控設備單元交換數據，由設備協(xié)議接口對設備端上行的數據格式進行規(guī)范化處理[2]，對監(jiān)控中心下發(fā)的控制指令進行針對性的轉化，在集控器中由接口轉換軟件完成這個功能，如圖2所示。

圖2 3G集控器功能結構示意圖

Fig.2 3G set controller function structure diagram

3.3 構建監(jiān)控數據傳輸機制

3G監(jiān)控是基于三種3G（WCDMA，CDMA2000，TD-SCDMA）制式的數據通信技術與遠程控制技術，三種3G網絡在信號覆蓋率、數據最大流量和穩(wěn)定性存在較大差異。在信號覆蓋率方面，電信CDMA2000開始較早[3]，信號的覆蓋率好一些，三網在數據最大流量方面也存在較大的差異，面前的流速都不能滿足視頻監(jiān)控突發(fā)的大數據流量的要求，在穩(wěn)定性方面，目前3G上網仍然存在不穩(wěn)定，特別是數據流速存在不穩(wěn)定的情況。

由于3G網絡信號不穩(wěn)定，數據流速不足，三個網絡信號覆蓋存在差異，考慮到監(jiān)控的可靠性和實時性要求，我們的監(jiān)控系統(tǒng)中將支持集控器同時對兩種或三種3G網絡的無線接入，在一個監(jiān)控端和監(jiān)控中心之間建立兩個IP連接的情況下，由我們設計的傳輸協(xié)議層完成對傳輸數據分拆與組裝，對兩個無線連接數據流量進行智能調度，根據信號與網絡速度分配兩條IP通道數據流量，從而提高了數據傳輸的有效性和可靠性。

另一方面，在監(jiān)控端、查詢端與監(jiān)控中心之間傳輸的數據包括多媒體數據、監(jiān)控狀態(tài)數據與控制指令。這些數據對可靠性與實時性要求不同，根據這個要求，在傳輸層協(xié)議中，對多媒體數據、精確要求的監(jiān)控數據和控制指令予以分流，對高可靠性要求的數據增加更強的校驗和糾錯功能。

3.4 3G集控器結構設計

3G集控器是針對多媒體無線監(jiān)控的特點來設計的，包括DTU（數據傳輸單元，Data Terminal Unit）[4]、MCU+DSP、存儲器、電源管理系統(tǒng)和監(jiān)控設備單元接口等幾個部分組成，其中DTU是用于3G無線數據傳輸的通信模塊，其性能直接影響到集控器的可靠性。

為了提高集控器的可靠性，重點研究嵌入RTOS的實時性、可靠性，嵌入式硬件平臺可靠性技術，重點解決集控器掉電自動重啟、死鎖自檢測和恢復，以及意外出錯的處理幾個方面的問題，在數據傳輸網絡中斷的情況下，保存監(jiān)控數據，并獨立執(zhí)行基本的監(jiān)控功能，如圖3所示。

圖3 3G集控器硬件結構示意圖

Fig.3 3G set controller hardware structure diagram

4 3G網絡遠程監(jiān)控系統(tǒng)在數字城市中的應用（3G

network remote monitoring system in digital city）

基于3G監(jiān)控的數字市政系統(tǒng)結構如圖4所示。

圖4 數字市政系統(tǒng)結構圖

Fig.4 Digital municipal system structure

在數字市政系統(tǒng)中，開放式3G可靠遠程監(jiān)控技術主要應

用到如下兩個子系統(tǒng)：

（1）無線數據采集子系統(tǒng)

是為城市管理監(jiān)督提供現場信息，進行快速采集與傳送的專用終端。系統(tǒng)實現監(jiān)督員在自己的管理范圍內巡查過程中向監(jiān)督中心上報城市管理問題信息，并通過終端接收來自監(jiān)督中心的任務指派[5]。該系統(tǒng)可以依托移動設備，通過3G無線數據傳輸技術，基于城市部件和事件分類編碼體系、地理編碼體系，完成城市管理問題文本、圖像、聲音和位置信息實時傳遞。

（2）信息的動態(tài)查詢子系統(tǒng)

系統(tǒng)可提供對存儲的信息快速進行單要素或多要素的動態(tài)查詢和統(tǒng)計分析。同時系統(tǒng)以空間數據和非空間數據為依托，進行建設項目投資分析、城市選址用地分析和項目跟蹤監(jiān)督，進而實現計算機化的規(guī)劃管理、用地管理、建筑設計管理、市政管理、檔案管理，完成城市管網和路網的網絡分析、城市用地適宜性評價、城市建設用的開發(fā)順序評價、城市環(huán)境質量評價、舊城改造、城市變遷監(jiān)測和資源合理利用。

4 結論（Conclusion）

本文針對目前3G遠程監(jiān)控技術存在開放性弱、可靠性差、應用開發(fā)難的不足，研究開發(fā)一個高效可靠的開放式3G網絡遠程監(jiān)控系統(tǒng)，包括開放式的監(jiān)控框架、統(tǒng)一的設備監(jiān)測控制協(xié)議、可靠的監(jiān)控數據傳輸機制并將其應用到數字城市基礎設施與公共事業(yè)的動態(tài)監(jiān)控中去，推進3G技術在無線監(jiān)控中的應用和發(fā)展，促進數市化城市建設。

參考文獻（References）

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[5] 王曉東，楊學海.SNMP在C/S模式遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)設計中

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作者簡介：

羅金玲（1965-），女，本科，副教授.研究領域：計算機網絡，

無線網絡監(jiān)控.