網絡巡檢系統的研究

范俊

摘 要 針對傳統跨區域通信網絡故障巡檢的不足，基于嵌入式和計算機技術，設計并且實現了一種網絡巡檢系統。從硬件平臺和軟件平臺兩方面進行了研究，所有巡檢硬件設備納入統一的軟件管理平臺進行管理，實現了以太網狀態檢測和故障定位等功能。

【關鍵詞】嵌入式 STM32 巡檢設備

1 引言

在很多跨區域聯合工作的應用場合中，如鐵路SCADA系統、電力SCADA系統、運營商基站管理等領域，需要通過專用通信線路將各區域的設備進行聯網，統一管理。為了保證通信的可靠性，當通信線路中某一段出現故障時，需要進行快速巡檢，查找故障點，定位故障線路所在區域。此處以鐵路SCADA系統為例進行說明，如：用戶的智能管理調度中心出現故障報警時，系統和管理人員都無法定位故障源，無法區分是通訊通道故障還是終端設備故障，嚴重影響系統可靠運行。因此，設計一種網絡巡檢系統，該系統從根本上解決了以上問題，能快速可靠診斷出物理通信鏈路故障還是終端設備故障。

2 系統概述

該系統由系統管理中心（EMS）、網絡巡檢設備（EMU）和系統軟件三部分組成，系統架構如圖1所示。EMS由無線通信單元和專用操作計算機組成，是系統的控制處理中心，對EMU設備進行遠程控制和通信。EMU是分布在以太網物理鏈路中的功能節點，根據EMS的遠程命令執行以太網鏈路檢測功能。

在網絡中， 數千個網絡巡檢設備相互協調實現通信。系統管理中心（EMS）以點對點的方式通過網絡查詢網絡巡檢設備（EMU）的數據，并且系統管理中心（EMS）可以采集多路巡檢設備的數據， 實現本地或遠程實時性監控。具體實現有兩種方式：

（1）系統管理中心（EMS）通過以太網向網內任一網絡巡檢設備（EMU）發送網絡監測命令，網絡巡檢設備（EMU）接收到該遠程遙控指令后，對以太網鏈路進行有效性檢測，并通過以太網返回檢測結果。

（2）當有線以太網出現故障無法正常通信時，系統管理中心（EMS）通過無線方式向網內任一網絡巡檢設備（EMU）發送網絡監測命令，網絡巡檢設備（EMU）接收到該遠程遙控指令后，對以太網鏈路進行有效性檢測，并通過無線方式返回檢測結果。

3 硬件設計

EMU設備硬件組成如圖1所示，采用STM32F103VCT6作為主處理器，并且具備以太網通信、232/485串行通信、GSM無線通信模塊三種通信接口。

3.1 微控制器 STM32F107VCT6

微控制器是系統的核心， 主要功能是處理數據、存儲數據及控制流程等。本設備采用的STM32F107VCT6芯片使用高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC內核，工作頻率為72MHz，內置128K字節的閃存和20K字節的SRAM，包含2個12位的ADC、3個通用16位定時器和一個PWM定時器， 2個I2C和SPI、3個USART、一個USB和一個CAN。

STM32最小系統的設計包括時鐘電路和復位電路的設計，電源電壓的濾波電路以及程序下載電路。

3.2 以太網通信

STM32F107芯片自帶以太網控制器，配合PHY芯片DM9161AEP和網絡變壓器HR91105A實現以太網接口電路。DM9161AEP通過可變電壓的 MII 或 RMII 標準數字接口連接到 MAC 層。

3.3 GSM無線通信

考慮到某些系統的安全性要求，此處利用加密短信方式進行通信。GSM模塊選用華為公司GTM900系列，該系列無線通信模塊，支持800 M H z/900 MHz/1800 M Hz 三頻自動選擇，支持標準的 AT命令及增強 AT命令。模塊 內嵌 TCP/IP協議，具有語音通信 ，短消息服務，無線數據數據傳輸等功能。模塊還提供了功能完備的系統接口，包括天線接口、模擬音頻接口.異步串行接口、SIM卡接口其中最大串口速率可達115200 bits。

GTM 900和單片機之間的數據通信主要是通過端口 UA RT_TDX0 與TDX之間，UA RT_R DX0 與RDX之間的數據傳輸來完成.其中 GTM 900 上的UA RT_TD X0 口是用于接收從單片機傳來的數據，最終數據通過GTM 900上的天線發送出去。GTM 900 上的 UA RT-RD X0 口是用于向單片機發送數據。該模塊的其他 U ART 接 口與單片機 10 口相連，可由單片機控制實現上網功能。模塊支持外部SIM卡，可直接與 3.0 V SIM 卡或 5 V SIM 卡連 接 ，并自動檢測和適應SIM卡類型。

4 結束語

網絡巡檢系統實現了網絡狀態檢測和故障快速定位的功能，大大縮短了網絡故障檢修時間，提高網絡維護效率，為跨區域設備的通信管理帶來了便捷。目前該系統已在某企業通信系統中使用，效果良好。

參考文獻

[1]王曉柱，萬金領.基于基于網絡巡檢儀的分布式氣壓測控系統[J].液壓與氣動，2004，7：14-15.

[2]王永虹，徐煒，郝立平.STM 32系列ARM Cortex-M3微控制器原理與實踐[M].北京航空航天大學出版社，2008.

[3]勾慧蘭，劉光超.基于STM 32的最小系統及串口通信的實現[J].工業控制計算機，2012，9（25）：26-28.

[4]余坤杰.一種基于GPRS無線通信的遠程I/O控制終端實現[J].電視技術，2012，36（13）：114-121.

作者單位

民航重慶空管分局技術保障部 重慶市 401120