一種用于北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)監(jiān)測站的遠程集中監(jiān)控管理技術

熊 帥，李平力，張 偉，蘇翠萍

（中國電子科技集團公司第二十研究所，西安 710068）

0 引言

衛(wèi)星導航系統(tǒng)由三部分組成：空間星座部分、地面監(jiān)控部分以及用戶設備部分[1-2]。其中地面監(jiān)控部分實現(xiàn)系統(tǒng)的運行控制，由主控站、監(jiān)測站和注入站等地面站組成[3-5]。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)要求服務范圍廣、服務精度高、穩(wěn)定性好，對地面監(jiān)測站的運行管理提出了更高的要求[6]。北斗地面監(jiān)測站基本都是處于無人值守的狀態(tài)，在監(jiān)測站運行管理中，采用本地和遠程相結合的方式實現(xiàn)監(jiān)控集中管理，可以加強監(jiān)測站遠程監(jiān)控管理能力，實現(xiàn)對所有監(jiān)測站設備的遠程集中監(jiān)控管理，減少運行維護人員上站次數(shù)，節(jié)省人力、物力成本。本文以此為主線，設計了一套監(jiān)測站遠程集中監(jiān)控管理系統(tǒng)，為監(jiān)測站遠程監(jiān)控管理能力的提升提供技術基礎。

1 系統(tǒng)架構

監(jiān)測站遠程集中監(jiān)控管理系統(tǒng)集成度高，集監(jiān)視與控制兩大功能于一體，實現(xiàn)方式采用目前主流的B/S 架構[7]，主要事務邏輯在服務器端實現(xiàn)，極少部分事務邏輯在客戶端實現(xiàn)，用戶工作界面是Web 瀏覽器，用戶只需登錄Web 服務即可實現(xiàn)對所有外場監(jiān)測站的多層次、全覆蓋的監(jiān)控與管理，監(jiān)視與控制全面，操作直觀方便。

B/S 模式中[8]，在客戶端運行Web 瀏覽器，瀏覽器訪問數(shù)據(jù)庫時，是以超文本形式向Web 服務器提出訪問請求；Web 服務器接受客戶端請求后，把這個請求轉化為數(shù)據(jù)庫語法，并交給數(shù)據(jù)庫服務器；數(shù)據(jù)庫服務器得到請求后，驗證其合法性，并進行數(shù)據(jù)處理，然后將處理后的結果返回給Web 服務器；Web 服務器再一次將得到的結果進行轉化和數(shù)據(jù)分析，變成HTML 文檔形式，轉發(fā)給客戶端；客戶端瀏覽器以友好的Web 頁面形式將數(shù)據(jù)顯示出來。

本文構建的監(jiān)測站遠程集中監(jiān)控管理系統(tǒng)主要分成三層管理網絡，即現(xiàn)場監(jiān)控層、管理控制層和遠程監(jiān)控層。監(jiān)測站遠程集中監(jiān)控管理系統(tǒng)組成架構示意圖如圖1 所示。

2 現(xiàn)場監(jiān)控層

現(xiàn)場監(jiān)控層即為對監(jiān)測站各個設備單元的工作狀態(tài)進行監(jiān)控管理，包括衛(wèi)星導航高精度測量設備、氣象設備、時頻設備、通信設備和供電設備等不同類型的設備。為了實現(xiàn)對這些設備工作狀態(tài)的集中管理，監(jiān)測站每臺設備都通過網絡上報自身工作狀態(tài)信息和接收控制指令并自動執(zhí)行，其中設備工作狀態(tài)信息主要包括設備工作模式、各模塊工作狀態(tài)、工作參數(shù)、故障告警信息和指令回執(zhí)等，控制指令主要包括設備工作模式設置、工作參數(shù)設置和主備切換設置等。

3 管理控制層

管理控制層即為通過監(jiān)測站的數(shù)據(jù)處理與監(jiān)控設備對監(jiān)測站進行集中管理控制，包括業(yè)務處理服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、監(jiān)視控制Web 服務器和監(jiān)視控制Web 客戶端?，F(xiàn)場監(jiān)控層的各個設備將工作狀態(tài)信息周期性地發(fā)送給業(yè)務處理服務器，由業(yè)務處理服務器進行收集和統(tǒng)一處理后，按照統(tǒng)一的自定義格式發(fā)送到數(shù)據(jù)庫服務器中進行存儲。監(jiān)視控制Web 服務器上的監(jiān)視控制軟件周期性地訪問數(shù)據(jù)庫服務器中的數(shù)據(jù)，獲取監(jiān)測站各個設備工作狀態(tài)信息。用戶在監(jiān)視控制Web 客戶端上利用Web瀏覽器登錄監(jiān)視控制Web 服務器，即可通過網頁查看到各個設備詳細的工作狀態(tài)信息。同時，用戶還可以在網頁上通過人機界面直接對各個設備設置控制指令，監(jiān)視控制軟件按照統(tǒng)一的自定義接口格式將控制指令發(fā)送給業(yè)務處理服務器，由業(yè)務處理服務器進行處理后發(fā)送給對應的設備執(zhí)行，指令回執(zhí)則包含在設備工作狀態(tài)信息中經業(yè)務處理服務器發(fā)送至數(shù)據(jù)庫服務器，用戶通過監(jiān)視控制軟件即可及時得知控制指令執(zhí)行情況。在管理控制層中，用戶通過一臺監(jiān)視控制Web 客戶端即可集中查看和管理監(jiān)測站所有設備的詳細工作狀態(tài)。

4 遠程控制層

遠程監(jiān)控層位于主控站，包括遠程數(shù)據(jù)庫服務器、數(shù)據(jù)分析服務器、遠程監(jiān)控Web 服務器和監(jiān)視控制Web 客戶端。通過地面網，主控站接收來自各個監(jiān)測站業(yè)務處理軟件發(fā)送的業(yè)務和設備工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將各個監(jiān)測站的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫。遠程監(jiān)控層主要從遠程狀態(tài)監(jiān)視、遠程業(yè)務監(jiān)視、遠程設備控制和遠程電源管理等4 個方面實現(xiàn)對所有監(jiān)測站設備的遠程集中監(jiān)控管理。

（1）遠程狀態(tài)監(jiān)視

遠程狀態(tài)監(jiān)視主要是對監(jiān)測站的運行狀態(tài)信息進行遠程監(jiān)視，包含設備工況、各分系統(tǒng)運行狀態(tài)、故障告警等。遠程狀態(tài)監(jiān)視數(shù)據(jù)顯示流程如圖2 所示，總共分4 步完成：

1）監(jiān)測站的業(yè)務處理服務器實時將監(jiān)測站的運行狀態(tài)信息通過地面網發(fā)送給遠程數(shù)據(jù)庫服務器；

2）遠程數(shù)據(jù)庫服務器收到監(jiān)測站的運行狀態(tài)信息后，進行數(shù)據(jù)解析，并將解析后的數(shù)據(jù)存到數(shù)據(jù)庫中；

3）用戶打開Web 服務器的Web 瀏覽器，登錄Web 服務器上的遠程狀態(tài)監(jiān)視軟件，通過網頁先選擇相應監(jiān)測站，進入到監(jiān)測站運行狀態(tài)顯示頁面，向遠程監(jiān)控軟件發(fā)出HTTP 數(shù)據(jù)請求；

4）遠程狀態(tài)監(jiān)視軟件收到HTTP 數(shù)據(jù)請求后，通過數(shù)據(jù)庫訪問接口，提取數(shù)據(jù)庫中的相應數(shù)據(jù)，并返回到Web 服務器的Web 瀏覽器上進行顯示。

（2）遠程業(yè)務監(jiān)視

遠程業(yè)務監(jiān)視主要是對監(jiān)測站的業(yè)務數(shù)據(jù)信息進行遠程監(jiān)視，包含數(shù)據(jù)一致性、數(shù)據(jù)連續(xù)性、數(shù)據(jù)周跳實時統(tǒng)計、衛(wèi)星可見關系等。遠程業(yè)務監(jiān)視數(shù)據(jù)顯示流程如圖3 所示，總共分5 步完成：

1）監(jiān)測站的業(yè)務處理服務器實時將監(jiān)測站業(yè)務數(shù)據(jù)通過地面網發(fā)送給遠程數(shù)據(jù)庫服務器；

2）遠程數(shù)據(jù)庫服務器收到監(jiān)測站的業(yè)務數(shù)據(jù)后進行數(shù)據(jù)解析，并將解析后的數(shù)據(jù)存到數(shù)據(jù)庫中；

3）Web 服務器上的數(shù)據(jù)分析軟件從數(shù)據(jù)庫中獲取各監(jiān)測站數(shù)據(jù)，然后進行相應的業(yè)務數(shù)據(jù)處理，如數(shù)據(jù)一致性比對、數(shù)據(jù)連續(xù)性統(tǒng)計、數(shù)據(jù)周跳實時計算、衛(wèi)星可見關系等；

4）用戶打開Web 服務器的Web 瀏覽器，向數(shù)據(jù)分析軟件發(fā)出HTTP 數(shù)據(jù)請求；

5）數(shù)據(jù)分析軟件收到HTTP 數(shù)據(jù)請求后，提取相應的數(shù)據(jù)分析結果，并返回到Web 服務器的Web 瀏覽器上進行顯示。

（3）遠程設備控制

用戶通過遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)發(fā)送設備控制指令，實現(xiàn)對監(jiān)測站所有設備的遠程控制。監(jiān)測站設備較多，包括氣象設備、監(jiān)測接收機、銣原子鐘、路由器、交換機和服務器等。以監(jiān)測接收機的遠程設備控制為例進行說明，如圖4 所示，總共分5 步完成：

1）用戶打開遠程監(jiān)控Web 服務器的Web 瀏覽器，登錄遠程監(jiān)控Web 服務器上的遠程監(jiān)視控制軟件，通過網頁先選擇相應監(jiān)測站，連接到相應監(jiān)測站的網頁上；

2）再在相應監(jiān)測站的網頁上，選擇監(jiān)測接收機控制頁面，生成監(jiān)測接收機設備控制指令，經相應監(jiān)測站的監(jiān)視控制Web 服務器上的監(jiān)控軟件，通過網絡發(fā)送到相應監(jiān)測站的業(yè)務處理服務器上的業(yè)務處理軟件；

3）監(jiān)測站業(yè)務處理軟件收到來自監(jiān)控頁面的監(jiān)測接收機控制指令后，通過網絡將指令轉發(fā)到相應的BD 監(jiān)測接收機上執(zhí)行；

4）監(jiān)測接收機收到控制指令后，處理執(zhí)行，并將指令回執(zhí)通過網絡發(fā)送到業(yè)務處理軟件；

5）業(yè)務處理軟件將控制指令回執(zhí)通過地面網發(fā)送到監(jiān)控軟件，形成網頁格式，并發(fā)送到遠程監(jiān)視控制Web 服務器上的Web 瀏覽器上顯示。

（4）遠程電源管理

對于監(jiān)測站，普通的電源管理方式只能實現(xiàn)機柜級電壓電流的監(jiān)測，因此需要增加機房設備的智能化程度。作為機房整體智能化的最后也是最重要的一環(huán)，采用智能電源分配單元（Power Distribution Unit，PDU）加強末端設備電源的智能管理和控制，將極大地提升監(jiān)測站設備的遠程在線維護。

所謂智能PDU[9]，是指通過對機房、機柜內部各種末端設備電流電壓的實時監(jiān)測和反饋，幫助運維人員及時調整各種設備工作狀態(tài)，可以遠程控制相應PDU 孔位通斷電狀態(tài)來實現(xiàn)設備硬重啟，恢復設備工作狀態(tài)，提高監(jiān)測站維護效率。

通過網絡遠程控制技術，可以在任何時間和地點通過地面網或本地局域網，啟動交互式管理操作界面，對每一個（需選配為總輸入或每個支路監(jiān)測）輸入、輸出插座的狀態(tài)（電源功率、電壓、電流、通斷等）實時監(jiān)控，以及對各設備進行電源加電和斷電，無需浪費人力和時間親自前往，即可實現(xiàn)設備硬重啟。

5 實際運行驗證

為了驗證監(jiān)測站遠程集中監(jiān)控管理系統(tǒng)的能力，將該套系統(tǒng)部署在北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)地面監(jiān)控部分外場監(jiān)測站上進行實際運行環(huán)境測試，以監(jiān)測站遠程監(jiān)控管理、監(jiān)測站遠程集中監(jiān)視、監(jiān)測站數(shù)據(jù)連續(xù)性實時監(jiān)視和監(jiān)測站電源遠程管理控制四個功能為例說明測試結果：

（1）監(jiān)測站遠程監(jiān)控管理功能在主控站通過Web瀏覽器登錄各個監(jiān)測站的監(jiān)視控制界面進行操作，能夠實現(xiàn)對監(jiān)測站業(yè)務和設備工作狀態(tài)的監(jiān)視和控制；

（2）監(jiān)測站遠程集中監(jiān)視功能在主控站實時接收所有監(jiān)測站傳回的狀態(tài)信息，并在統(tǒng)一的界面上進行可視化顯示，能夠實現(xiàn)對所有監(jiān)測站的遠程集中實時監(jiān)視；

（3）監(jiān)測站數(shù)據(jù)連續(xù)性實時監(jiān)視功能對監(jiān)測站傳回主控站的數(shù)據(jù)連續(xù)性進行實時監(jiān)視，出現(xiàn)丟包或數(shù)據(jù)中斷時能夠實時告警；

（4）監(jiān)測站遠程電源管理功能能夠遠程實時監(jiān)視監(jiān)測站各設備的電流使用情況，并能夠對所有設備的加、斷電進行遠程控制。

通過實際運行環(huán)境下連續(xù)30 天的驗證測試，監(jiān)測站遠程集中監(jiān)控管理系統(tǒng)能夠有效地對外場監(jiān)測站進行實時設備監(jiān)視、實時業(yè)務監(jiān)視、遠程設備管理、遠程電源管理等，提升了北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)地面監(jiān)控部分外場監(jiān)測站的遠程集中監(jiān)控管理能力。

6 結語

為了加強監(jiān)測站遠程監(jiān)控管理能力，本文設計了一套監(jiān)測站遠程集中監(jiān)控管理系統(tǒng)，采用目前主流的B/S 架構，搭建現(xiàn)場監(jiān)控層、管理控制層和遠程監(jiān)控層三層管理網絡，尤其在遠程監(jiān)控層方面實現(xiàn)了從遠程狀態(tài)監(jiān)視、遠程業(yè)務監(jiān)視、遠程設備控制、遠程電源管理等方面對監(jiān)測站多層次地、全覆蓋地監(jiān)控與管理，經過實際運行驗證，能夠對監(jiān)測站的運行狀態(tài)（監(jiān)測站設備狀態(tài)、數(shù)據(jù)接收狀態(tài)、數(shù)據(jù)質量狀態(tài)等）進行全面的實時監(jiān)視，以及監(jiān)測站發(fā)生故障時快速定位和恢復。