基于5G和SNMP協(xié)議的小型UPS在線監(jiān)測方法研究

彭東亮 林保羅 馬若聲

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2312-5042-7840

基金項目：廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計劃項目（項目編號：2020B0101120003）。

作者簡介：彭東亮（1989—），男，碩士，工程師，?研究方向為城市軌道交通通信、信號等。

摘要：針對地鐵無人值守車站信號設(shè)備房小型不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）因缺乏在線監(jiān)測而導(dǎo)致故障影響大的問題，開展了基于5G和簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（?Simple Network Management Protocol，SNMP）的小型UPS在線監(jiān)測方法研究，對監(jiān)測系統(tǒng)的原理及組成進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，分析了SNMP協(xié)議的管理信息庫（Management Information Base，MIB），并給出了MIB庫的應(yīng)用方法，運(yùn)用5G技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，最后通過編制應(yīng)用軟件，實現(xiàn)了型號為UHA1R-0030L的艾默生小型UPS的遠(yuǎn)程實時數(shù)據(jù)采集，為地鐵無人值守車站小型UPS遠(yuǎn)程監(jiān)測提供了解決方案，對解決長期以來地鐵無人值守車站小型UPS發(fā)生故障無法及時處理的問題具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：不間斷電源系統(tǒng) ??單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議 ??在線監(jiān)測 ??5G通信

中圖分類號：?U231

小型不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）在地鐵無人值守車站信號設(shè)備房中廣泛應(yīng)用，但存在故障率高、掉電后重啟時間長等問題；同時，由于該設(shè)備缺乏在線監(jiān)測導(dǎo)致故障時維護(hù)人員無法第一時間獲取故障信息而無法及時處理，對地鐵正常運(yùn)營造成重大影響[1，2]。為此，本文對無人值守車站小型UPS的遠(yuǎn)程在線監(jiān)測方法開展了研究，通過5G技術(shù)和SNMP協(xié)議實現(xiàn)了小型UPS的網(wǎng)絡(luò)化管理和遠(yuǎn)程在線監(jiān)測，有力地保證了地鐵正常運(yùn)營。

1監(jiān)測原理

UPS實際上是一種可通過簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（?Simple Network Management Protocol，SNMP）進(jìn)行管理的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通過SNMP協(xié)議可完成UPS的數(shù)據(jù)采集、UPS信息配置等功能，本文通過SNMP協(xié)議實現(xiàn)小型UPS的遠(yuǎn)程監(jiān)測。SNMP是目前最為流行的網(wǎng)絡(luò)管理解決方案，已廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理中[3]。SNMP網(wǎng)絡(luò)管理主要有三部分：SNMP管理端、SNMP代理和管理信息庫（Management Information Base，MIB）[4]。SNMP管理端是指安裝有管理軟件的客戶機(jī)或服務(wù)器，管理人員通過SNMP管理端對各SNMP代理端進(jìn)行管理和監(jiān)控。SNMP管理端主要任務(wù)有定時向SNMP代理發(fā)送獲取設(shè)備實時數(shù)據(jù)的請求，接收SNMP代理發(fā)來的設(shè)備異常信息，保存設(shè)備的實時數(shù)據(jù)和異常信息，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、診斷和維護(hù)，通過E-mail或短信等方式向設(shè)備管理人員發(fā)送錯誤報告。

SNMP代理是指安裝在被監(jiān)測設(shè)備的一種用于實現(xiàn)SNMP功能的服務(wù)。其主要作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，響應(yīng)SNMP管理端的讀寫請求。SNMP管理端通過代理對被監(jiān)測設(shè)備的設(shè)備信息進(jìn)行訪問，改寫或配置被監(jiān)測設(shè)備參數(shù)。

管理信息庫（MIB）是被管理對象的集合，是一個存儲著網(wǎng)絡(luò)中可管理的資源和設(shè)備的數(shù)據(jù)庫，如圖1所示。MIB是一個樹形結(jié)構(gòu)，包含一個組織體系和公共結(jié)構(gòu)，SNMP協(xié)議消息通過遍歷MIB屬性目錄中的節(jié)點(diǎn)對網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備進(jìn)行訪問。圖1所示為艾默生小型UPS IT0103K管理信息庫（MIB）樹形結(jié)構(gòu)圖。樹形結(jié)構(gòu)中包含了UPS型號信息、UPS系統(tǒng)狀態(tài)、UPS模擬量數(shù)據(jù)、UPS控制節(jié)點(diǎn)、UPS配置節(jié)點(diǎn)、UPS報警表等信息，其中UPS模擬量數(shù)據(jù)包含了輸入電壓、輸入頻率、輸出電壓、輸出電流、輸出頻率、輸出功率、輸出視在功率、輸出負(fù)載、旁路電壓、旁路頻率、電池電壓、電池剩余使用時間等。

MIB庫中分兩種對象，分別為標(biāo)量對象和表對象，其中標(biāo)量對象的標(biāo)識符OID后面加上.0可構(gòu)成對象實例，在訪問MIB庫過程中，主要是對特定對象實例的訪問[5]。如艾默生小型UPS系統(tǒng)輸入電壓節(jié)點(diǎn)的OID為“1.3.6.1.4.1.13400.2.26.2.2.1”，SNMP管理端在讀取該節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)時，首先構(gòu)成對象實例“1.3.6.1.4.1.13400.2.26.2.2.1.0”，然后組成該節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的請求信息并發(fā)送至SNMP代理端，由代理端對MIB庫進(jìn)行具體的讀取操作。

2系統(tǒng)設(shè)計

目前在地鐵無人值守車站使用的UPS主要有艾默生和APC兩種，通過配置相應(yīng)的SNMP通訊板卡，結(jié)合5G技術(shù)將UPS改造成一種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，從而實現(xiàn)小型UPS的網(wǎng)絡(luò)化管理。SNMP通訊板卡是一種基于SNMP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)管理卡，SNMP管理端（監(jiān)控軟件）通過SNMP協(xié)議向SNMP代理端發(fā)送SNMP代理端的配置信息或SNMP數(shù)據(jù)請求，實現(xiàn)對遠(yuǎn)端UPS的相應(yīng)管理或監(jiān)測數(shù)據(jù)的讀取，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2所示。

監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸主要采用5G專網(wǎng)，在小型UPS終端處采用5G CPE進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，在小型UPS的設(shè)備房安裝PRRU進(jìn)行數(shù)據(jù)接收。

SNMP管理端是一臺安裝有數(shù)據(jù)庫與監(jiān)控軟件的客戶機(jī)，可布置于值班站點(diǎn)或OCC，由值班人員進(jìn)行維護(hù)管理，SNMP管理端按一定周期向各SNMP代理端發(fā)送數(shù)據(jù)讀取請求，將讀取的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫并進(jìn)行界面呈現(xiàn)。SNMP代理端是一張SNMP通訊板卡，包含了SNMP代理和相應(yīng)的MIB庫，SNMP通訊板插到小型UPS的SNMP插槽上，并通過網(wǎng)線接入主網(wǎng)絡(luò)中。SNMP通訊板卡通過響應(yīng)SNMP管理端的請求信息，從MIB庫節(jié)點(diǎn)上讀取對應(yīng)的數(shù)據(jù)，并發(fā)送到SNMP管理端。

3軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件分本地監(jiān)測軟件和中心監(jiān)測軟件兩部分。本地監(jiān)測軟件部署在監(jiān)測分機(jī)上，實現(xiàn)UPS數(shù)據(jù)的采集和上傳，中心監(jiān)測軟件部署在監(jiān)控中心服務(wù)器上，實現(xiàn)全線所有信號無人值守設(shè)備房的UPS監(jiān)測數(shù)據(jù)呈現(xiàn)。

3.1本地監(jiān)測軟件

本地監(jiān)測軟件的主程序流程見圖3。首先，初始化SNMP代理端的基礎(chǔ)信息，包括IP地址、MIB庫等，配置完成后軟件周期性地向SNMP代理端發(fā)送數(shù)據(jù)讀取請求，UPS端接收到監(jiān)測軟件數(shù)據(jù)讀取請求后，根據(jù)數(shù)據(jù)請求命令，從UPS中取出對應(yīng)的數(shù)據(jù)，并返回給本地監(jiān)測軟件，本地監(jiān)測軟件接收到UPS監(jiān)測數(shù)據(jù)后，根據(jù)MIB庫對UPS監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，在本地人機(jī)界面進(jìn)行呈現(xiàn)或報警，方便運(yùn)維人員在進(jìn)行本地巡查時對UPS數(shù)據(jù)進(jìn)行核查或監(jiān)控。同時本地監(jiān)測軟件也將數(shù)據(jù)通過5G通信網(wǎng)絡(luò)上傳至監(jiān)測中心，由監(jiān)測中心進(jìn)行存儲、呈現(xiàn)和報警。本地監(jiān)測軟件界面見圖4所示。

3.2中心監(jiān)測軟件

中心監(jiān)測軟件通過5G網(wǎng)絡(luò)接收各站上傳的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并在監(jiān)測中心監(jiān)測終端上呈現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)和告警信息。當(dāng)中心監(jiān)測軟件監(jiān)測到線路中任意一個車站UPS發(fā)生報警時，發(fā)出聲光報警，提醒在監(jiān)測中心值班的運(yùn)維人員。運(yùn)維人員接報后通知車站轄區(qū)的工班運(yùn)維人員到現(xiàn)場檢查處理，避免了UPS發(fā)生故障后影響列車正常運(yùn)營。

4結(jié)語

本文研究了基于5G技術(shù)和SNMP協(xié)議的小型UPS遠(yuǎn)程實時監(jiān)測方法，實現(xiàn)了小型UPS的系統(tǒng)工作狀態(tài)及模擬量數(shù)據(jù)查詢。通過5G網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，可滿足地鐵無人值守車站的小型UPS遠(yuǎn)程實時在線監(jiān)測，避免小型UPS在不知情的情況下掉電，影響列車運(yùn)營；可減輕日巡檢人員工作負(fù)擔(dān)，降低人工成本，提高工作效率；通過擴(kuò)展接口，系統(tǒng)可接入地鐵智能運(yùn)維系統(tǒng)，在智能運(yùn)維系統(tǒng)中應(yīng)用大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，可實現(xiàn)更加智能化的UPS電源管理。

參考文獻(xiàn)

[1] 丁稱發(fā).城市軌道交通通信系統(tǒng)UPS電源可用性提升方案研究[J].鐵道通信信號，2023，59（10）：57-62.

[2] 王憲峰.在線式UPS的研究與設(shè)計[D].哈爾濱：哈爾濱理工大學(xué)，2021.

[3] 孫長蘭，王肖立，王亮，等.基于SNMP協(xié)議的變電站交換機(jī)管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].工業(yè)控制計算機(jī)， 2022，35（9）：43-44，47.

[4] 周守宇，傅文睿，宋兆磊，等.基于SNMP協(xié)議的海關(guān)實驗室儀器設(shè)備績效監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā) [J].信息系統(tǒng)工程，2023（6）：32-35.

[5] 張文川.基于SNMP協(xié)議的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)自診斷系統(tǒng)設(shè)計[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2022，41（6）：46-50.