基于EDGE的通信基站環(huán)境監(jiān)控單元的設(shè)計(jì)

董裕藝，陸昕為，黎春強(qiáng)，鐘文清

(1.中國移動通信集團(tuán)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(tuán)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(yùn)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(yùn)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(jì)院和廣州市電信局合作研究試驗(yàn)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(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控，逐步實(shí)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(yàn)，對原暫行規(guī)定進(jìn)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(yùn)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(yùn)行，而且還要對監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)做大量的統(tǒng)計(jì)、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(qiáng)型數(shù)據(jù)速率GSM演進(jìn)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(jìn)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(shí)時在線、按量計(jì)費(fèi)、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(diǎn)。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(diǎn)對多點(diǎn)、多點(diǎn)對多點(diǎn)、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(diǎn)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(jì)

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(jī)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(jī)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(hù)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(jī)、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(jì)

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(kuò)展、實(shí)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(yùn)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(shí)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(shí)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(shí)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(jī)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(jìn)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(jì)，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(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控中心的通信［5，6］;

⑦系統(tǒng)還有實(shí)時時鐘、鍵盤和顯示模塊，用于運(yùn)維人員設(shè)定數(shù)據(jù)，查看設(shè)備的運(yùn)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(kuò)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(jì)

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(bào)，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(jī)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(shí)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(jī)開關(guān)記錄等動力量和環(huán)境量的實(shí)時監(jiān)控，該系統(tǒng)具有測量精度高、可靠性高和實(shí)時性好的優(yōu)點(diǎn)，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(jì)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.