基于TCP/IP協(xié)議的通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)

陳欣

(遵義師范學(xué)院計算機(jī)與信息科學(xué)學(xué)院，貴州遵義563002)

基于TCP/IP協(xié)議的通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)

陳欣

(遵義師范學(xué)院計算機(jī)與信息科學(xué)學(xué)院，貴州遵義563002)

隨著嵌入式技術(shù)的日益成熟，將嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用于各行各業(yè)已成為電力電子技術(shù)發(fā)展的趨勢。以S3C2410作為核心控制芯片，設(shè)計開發(fā)了一套適用于通信基站電源運行的監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用精簡的TCP/IP協(xié)議棧，構(gòu)建了監(jiān)控系統(tǒng)的Internet接口，從而實現(xiàn)了通信電源的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

通信電源；監(jiān)控系統(tǒng)；TCP/IP協(xié)議；無線傳感網(wǎng)

隨著通信事業(yè)的不斷發(fā)展，通信已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保障。與此同時，通信網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和復(fù)雜性也日益提高，通信基站的數(shù)量逐年遞增，這造成了設(shè)備的分散，其運行的安全性和可靠性難以得到保障。

通信電源是通信設(shè)備運行的“心臟”，它的運行受外界的影響較大，故障率也高，這給通信基站的正常工作造成了一定的困難。為了提高通信電源工作的可靠性，研發(fā)適用于通信電源的監(jiān)控系統(tǒng)是一個必要的技術(shù)手段。

1 通信電源系統(tǒng)介紹

通信機(jī)房或基站的電源系統(tǒng)主要由三部分組成，包括直流供電系統(tǒng)、交流供電系統(tǒng)以及接地系統(tǒng)[1]，主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在通信機(jī)房和基站中，大多數(shù)通信設(shè)備用的都是直流電。因此，在通信電源中直流供電系統(tǒng)是重要的供電環(huán)節(jié)，由整流器、蓄電池、直流配電屏、(DC/DC)直流變換器等幾部分組成，將直流電變換為不同等級的直流電壓供設(shè)備使用。

圖1 通信電源系統(tǒng)

交流供電系統(tǒng)包括市電引入部分、變壓設(shè)備、備用電源、高低壓配電屏、穩(wěn)壓設(shè)備等，交流供電主要提供給通信機(jī)房環(huán)境用電，例如空調(diào)用電或建筑用電。

2 監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

為了實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的各種功能，設(shè)計合理的監(jiān)控體系結(jié)構(gòu)，選擇合適的硬件設(shè)備，利用TCP/IP協(xié)議，有效地實現(xiàn)對通信電源的遙測、遙信和遙控功能是監(jiān)控系統(tǒng)的主要目標(biāo)。

監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

監(jiān)控系統(tǒng)的底層由采集系統(tǒng)來組成，采集系統(tǒng)主要需要采集的量如表1所示。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由各種傳感器組成，傳感器的種類比較多，例如：電流、電壓、溫度、濕度、煙感、水位等，這些傳感器通過一定方式的連接傳送至嵌入式系統(tǒng)的輸入端口。

圖2 通信電源監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

表1 監(jiān)控系統(tǒng)采集量

根據(jù)整個系統(tǒng)監(jiān)控的基本要求，嵌入式系統(tǒng)采用單片機(jī)來完成，所選用的單片機(jī)處理器為S3C2410，該處理器內(nèi)部集成了ARM公司ARM920T處理器核的32 B微控制器，資源豐富，帶獨立的16 kB的指令Cache和16 kB數(shù)據(jù)Cache，主頻可達(dá)203 MHz。同時，還具有LCD控制器、RAM控制器、并行I/O口、USB口，內(nèi)嵌以太網(wǎng)控制器芯片AX88796，可以有效地實現(xiàn)通信基站內(nèi)動環(huán)系統(tǒng)的監(jiān)控。

該系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示，底層為由傳感器組成的采集系統(tǒng)，各個采集點以ZigBee技術(shù)構(gòu)成無線傳感網(wǎng)，各Zig-Bee節(jié)點采用CC2530芯片，每個芯片上帶3～5個傳感器，以一個CC2530為協(xié)調(diào)器，其他CC2530作為終端節(jié)點，構(gòu)成星形結(jié)構(gòu)。協(xié)調(diào)器CC2530通過串口與ARM芯片相連。

圖3 硬件結(jié)構(gòu)

S3C2410上配有一塊LCD顯示屏，以方便現(xiàn)場操作，并通過串口連接了一組數(shù)碼攝像頭，以方便通信機(jī)房與基站環(huán)境的監(jiān)測。此外，通過AX88796以太網(wǎng)控制芯片與公共有線傳輸網(wǎng)相連，以TCP/IP協(xié)議傳輸監(jiān)控數(shù)據(jù)。

3 TCP/IP協(xié)議棧的設(shè)計

本設(shè)計采用TCP/IP協(xié)議完成對數(shù)據(jù)的傳輸。TCP/IP通常采用4層模型，分別為應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和鏈路層。表2中為各層所對應(yīng)的協(xié)議[2]。

表2 TCP/IP模型及協(xié)議

為了節(jié)省資源，提高運行速度，采用簡化的TCP/IP協(xié)議棧，對于十幾個TCP/IP協(xié)議，本設(shè)計只實現(xiàn)了ARP(地址解析協(xié)議)、IP(網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議)、UDP(用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議)、ICMP(因特網(wǎng)控制報文協(xié)議)，利用這四個協(xié)議形成一個小型化的UDP/IP協(xié)議，用以提高數(shù)據(jù)傳輸速度，保證監(jiān)控的實時性。

在本設(shè)計中，由于用UDP代替了TCP協(xié)議，在安全性和可靠性方面稍遜于TCP協(xié)議，所以在CC2530中采用AES數(shù)據(jù)加密方法，安全方案為AES—CCM—128，這保證了設(shè)備在輸入和輸出的數(shù)據(jù)幀上既使用了ACL功能，又提供了密碼保護(hù)。

UDP首部結(jié)構(gòu)如表3所示。

表3 UDP首部結(jié)構(gòu)

4 總結(jié)

通信電源及其所處環(huán)境的監(jiān)控是通信電源正常工作的重要保障。本文在研究通信機(jī)房及基站運行特性的基礎(chǔ)上，利用嵌入式系統(tǒng)構(gòu)建了基于精簡的TCP/IP協(xié)議的電源監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)運行可靠，數(shù)據(jù)傳輸率高，有效地保證了監(jiān)控的實時性。

[1]徐罡.通信電源監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究[D]．南京：南京郵電大學(xué)，2006：177-179.

[2]彭翠平.基于TCP/IP協(xié)議的動靜脈脈沖系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].濟(jì)南，山東大學(xué)，2008：46-49.

Design of monitoring system for communication power supply based on TCP/IP protocol

CHEN Xin
(School of Computer and Information Science,Zunyi Normal College,Zunyi Guizhou 563002,China)

Along with the embedded technology becoming increasingly mature,the application of embedded system in all walks of life has become the development trend of power electronic technology. With S3C2410 as core microcontroller,a set of monitoring system suitable for communication base station power operation was designed and developed.The Internet interface of monitoring system was built by using the simplified TCP/IP protocol stack, realizing the remote monitoring of communication power supply.

communication power supply;monitoring system;TCP/IP protocol;WSN

TM 769

A

1002-087 X(2015)08-1760-02

2015-05-29

陳欣(1978—)，男(仡佬族)，貴州省人，碩士，講師，主要研究方向為計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。