5G移動通信網絡下的岸橋電氣遠程調試平臺設計探析

俞曉誠

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125）

0 引言

在5G移動通信技術的支持下，岸橋電氣管理水平不斷提高，通過有效地進行遠程平臺設計，不僅能提高岸橋設備運行管理水平，還有利于保證設備運行安全。因此，相關技術人員要加強對于5G移動通信技術的運用與設計研究能力，從而保證岸橋電氣遠程調試水平不斷提高。

1 平臺設計

1.1 概要設計

岸橋遠程調試平臺主要由硬件、軟件和5G網絡構成。其中，硬件主要是由岸橋數據采集、控制室內數據處理和輸出等方面的設備構成；軟件主要為模塊化設計，依據相應功能完成編程；網絡是基于5G運營商，結合宏基站全面滿足當前高寬帶和傳輸速率的基本需求[1]。

1.2 硬件架構

1.2.1 岸橋端硬件設備

岸橋方面的設備主要由高清攝像機、單兵設備、成套機柜及用戶終端設備等組成。高清攝像機傾向于選擇行業龍頭企業生產的DH-IPC產品。攝像機可分別在電氣房和機器房等環境配置，可從不同方面對作業環境進行全天候監控。如果發現安全隱患，則及時向工程師發出警示，使其停止作業開展調試。單兵設備主要分為頭盔和眼鏡兩種類型，體積相對較小，操作靈活，這也是單兵設備的重要優勢。單兵設備（圖1）可將畫面即時傳輸到控制室內，同時還具有定位功能，能夠準確鎖定人員的具體位置。

圖1 移動單兵設備

5GCPE傾向于使用華為的H112-372產品，主要可發揮該類產品在網絡方面的優勢，在最短的時間內將數據傳輸到岸橋端。具體設備如圖2所示。

圖2 5GCPE設備

成套機柜主要選擇6U類型的產品，其中包括寬度較大的頻率和電源、硬盤錄像機及相關附件產品。寬電壓電源可選擇AN97H類型的變頻電源，電壓和頻率使用不兼容的類型。交換機使用8口POE的RG-S1920類型產品，以此連接攝像機等設備。硬盤錄像機主要選擇DH-NVR4208系列產品，這樣能夠實現將視頻保存3個月的目標[2]。

1.2.2 中心控制室

該區域主要由工作和休息兩部分區域構成。其中，工作區域內需配置機柜、電腦和電源柜等設施；休息區域內可配置沙發等硬件，以便工作人員在工作之余能夠放松身心。中控室的具體布局如圖3所示。

圖3 中控室布局

大屏可由幾塊55寸屏幕集合而成，以此總體呈現不同的圖像。電源柜可為整個控制室的設備持續提供電能，同時還需配置防雷裝置，以此保障控制室內設備的正常運行。成套機柜主要使用的是42U類型機柜，其中配置錄像機、軟件服務器、POE交換機等設備。視頻解碼設備主要將視頻信號轉變為圖像，以此輔助工程師基于后臺掌握岸橋的總體情況。

平臺整體硬件架構如圖4所示。

圖4 平臺整體硬件架構

1.3 軟件架構

岸橋調試系統可使用服務器和客戶機的模式，通過客戶機連接服務器設備，同時還可向用戶端提供反饋。操作系統主要由操作界面、遠程接入、物資和門禁管理等模塊構成。軟件系統由雙語切換界面組成，這樣可完全滿足不同國家工程師的應用需求[3]。軟件操作界面具體如圖5所示。

圖5 軟件操作系統界面截圖

1.4 岸橋電氣遠程控制系統終端節點設計

岸橋控制系統的終端是整個電氣控制系統的重要內容，能夠全面搜集和處理指令及視頻信息，通過數據轉換平臺將數據內容傳輸到終端節點，構成要素主要有控制單元、數字量和模擬量傳輸、通信等。

其中，控制單元的核心器件為性能較高的核心板，其運用的系統為Linux，控制單元將其作為主要的控制設備，以此通過終端實現對不同單元的全面控制。控制單元的優勢在于對終端的邏輯進行控制，綜合處理通信單元和不同的數據信息[4]。

將CAN信號、模擬量等傳輸單元當作物理接口接入對應傳輸接口和電氣的物理接口，主要負責匯集由下級設備提供的不同數字和模擬信號以及串口和CAN數據信息，并將遠端數據反饋到下級設備端，實現數據的順暢傳輸。

通信單元主要由具有一定通信功能的路由器作為主體，結合具體情況和需求選擇適合的網絡，如Wi-Fi或移動網絡，將其配置在攝像機的通信單元網口，這樣就可將設備端的圖像發送到操作端。電源單元主要包括外部電力和應急電力設備，這樣可全面保障各終端均能夠順利運行，從而提供持續的電力支持。

1.5 岸橋電氣遠程控制系統數據中轉平臺設計

岸橋控制系統的數據傳輸平臺是整個系統的核心要素，實現對設備、業務的系統管理，同時對設備端的數據實現端對端的處理，MEC能夠處理通信延時等方面的問題，提高操作反應效率。

1.5.1 設備管理平臺

設備管理平臺可實現對所有接入設備的全面管理，主要包括對接入設備運行狀態、日志、命令收發等情況的查詢。

設備接入模塊的功能主要體現在可查看設備管理平臺上的各類信息內容，如在線狀態、配對及設備位置等信息。管理平臺的命令處理模塊能夠將平臺下發的操作指令發送到設備終端，以此實現對設備命令的信息反饋。

日志查詢是對設備和平臺交互操作的各類信息進行細致記錄的功能，同時還可為運維和研發人員提供信息參考，便于查詢。

1.5.2 數據中轉平臺

數據中轉平臺是云端功能的核心部分，也是實現不同終端信息轉發的基本功能類型，其具有設備監控、數據監測、轉發和對系統進行管理等多項功能。

其中，設備監控模塊是設備管理平臺針對所有接入設備的運行狀況和傳輸的數據信息進行全面監控的模塊類型，通過對數據的科學分析判斷設備的運行狀態，從而及時排查設備的故障信息，以此保障設備運行的穩定性。

基礎管理模塊具有管理和配置接入設備的功能，可基于管理平臺發出的指令對設備配置進行操作，從而保障設備運行的精準性。

數據監測模塊是針對全部接入設備運行狀態和數據傳輸進行管理的模塊，具有查詢數據流量、網絡延遲和抖動情況等功能。

轉發模塊可對設備進行針對性操作，保障終端和操作端實現對應，二者可相互傳輸操作指令和數據信息，保證指令下發的正確性和數據反饋的及時性。操作端可在最短時間內獲得反饋信息，從而嚴格按照指令完成操作。

系統管理模塊也可對用戶實現信息交互，主要包括對賬號功能的管理、授權和報警等，全面體現出其應用功能和價值。

2 5G核心網絡架構

平臺使用的5G網絡并不是基于獨立網絡運行的，而是運用IPSec VPN手段在岸橋側面和中控之間設置專線，具體的框架示意圖如圖6所示。

圖6 平臺網絡框架

5G網絡的模式主要為NSA。該類模式是基于以往的4G技術，安裝5G基站，在嚴格控制項目成本的基礎上全面滿足設備調試和數據傳輸等多方面的功能需求。但該模式也會在一定程度上受到4G網絡的限制，難以全面展現出5G網絡在數據傳輸速度方面的優勢。通過研究可知，NSA模式雖然難以全面發揮5G網絡的所有功能，但能在一定程度上滿足項目的需求。IPSec VPN是利用IPSec協議接入VPN技術，基于公網平臺為私有網絡提供穩定的通信渠道。通過該渠道，可運用加密手段實現數據信息的安全傳輸，為數據提供封包服務內容。該類同時提供VPN和加密技術的方法能夠處理平臺不同終端信息傳輸方面的問題，以此提高數據傳輸過程中的安全系數。

岸橋遠程控制系統可通過5G等技術手段和網絡平臺，將控制室內終端搜集到的技術人員操作的CAN、模擬量等數據，通過MEC數據傳輸平臺和5G網絡發送到電氣控制設備上，以此實現對操作端對端的傳輸，將現場信號和電氣傳送回來的信號進行集中控制，保障終端接收信號信息的及時性。

岸橋電子控制系統主要由操作節點、中轉平臺和電氣控制節點幾部分構成。其中，遠程控制節點和岸橋節點可運用同類型的終端完成控制。該終端的組成部分主要由控制單元、數字量、串口傳輸和電源等不同單元構成。遠程控制節點的終端和座椅能夠與系統建立連接，實現對數據的傳輸，并將反饋的視頻信息發送到系統中，通過電子屏顯示。岸橋控制節點的終端設備與岸橋電氣連接，負責遠端操作發送信號，并將岸橋的CAN信號傳送回來。數據中轉與MEC服務器連接，實現終端之間的數據傳輸，主要包括控制和視頻數據，同時對配對終端設備進行全面管理[5]。

遠程操作節點等可通過對單元的控制完成操作內容。遠程操作節點能基于數字量等單元傳輸完成操作，將數據發送到目標終端。岸橋控制節點也基于傳輸單元對CAN數據進行傳輸。最終利用通信模塊和5G網絡，將數據信息發送到數據終端，實現端對端的信息傳輸。電源模塊是保證所有設備順利運行的動力，同時配置備用電源，以便及時處理突發斷電等情況，確保數據傳輸的穩定性，實現設備的順暢運行。

3 安裝和使用效果

3.1 硬件設備安裝

如圖7所示，成套機柜由精密元件組成，是核心設備的重要部分，通常會放到較為安全的電氣機房中。攝像機帶有防墜繩，主要安裝在主梁的槽鋼上，機房攝像機如圖8所示，電氣房攝像機如圖9所示。5GCPE要在靠近機房的地方安裝，這樣不僅能保證設備的穩定性，還有利于相關設備接收5G網絡。

圖7 成套機柜

圖8 機房攝像機

圖9 電氣房攝像機

3.2 平臺應用

平臺在應用過程中要進行有效測試，同時結合國內外相關項目開展綜合運用。遠程調試過程要結合具體調試方式，將陣地轉移到室內。同時，平臺應用過程也可根據質檢人員工作實際，借助單兵設備進行功能試驗，從而保證岸橋調試工作全面開展[6]。

4 網絡信號測試

網絡信號測試要以傳輸效率為根本，使5G網絡能夠滿足岸橋設備調試要求。具體測試階段要結合實際位置，開展整體網絡信號測試，保證生產區域能夠實現信號的全覆蓋。通過進一步測試能夠得到具體的結果，從而分析5G網絡是否滿足使用需求，一旦發現問題要及時進行優化設計，提高調試平臺設計水平。

5 結語

總之，隨著新時期技術的不斷發展，5G移動通信技術在岸橋電氣中的運用實現了平臺的有效建設，提高了遠程監控水平。基于此，為全面提高岸橋電氣遠程調試水平，需要深入開展實踐分析，并結合具體工作實際，不斷創新設計方案，提高調試效率。