基于5G和SNMP協議的小型UPS在線監測方法研究

彭東亮 林保羅 馬若聲

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

基金項目：廣東省重點領域研發計劃項目（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備房小型不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）因缺乏在線監測而導致故障影響大的問題，開展了基于5G和簡單網絡管理協議（?Simple Network Management Protocol，SNMP）的小型UPS在線監測方法研究，對監測系統的原理及組成進行了詳細的闡述，分析了SNMP協議的管理信息庫（Management Information Base，MIB），并給出了MIB庫的應用方法，運用5G技術進行數據傳輸，最后通過編制應用軟件，實現了型號為UHA1R-0030L的艾默生小型UPS的遠程實時數據采集，為地鐵無人值守車站小型UPS遠程監測提供了解決方案，對解決長期以來地鐵無人值守車站小型UPS發生故障無法及時處理的問題具有十分重要的意義。

關鍵詞：不間斷電源系統 ??單網絡管理協議 ??在線監測 ??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備房中廣泛應用，但存在故障率高、掉電后重啟時間長等問題；同時，由于該設備缺乏在線監測導致故障時維護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的遠程在線監測方法開展了研究，通過5G技術和SNMP協議實現了小型UPS的網絡化管理和遠程在線監測，有力地保證了地鐵正常運營。

1監測原理

UPS實際上是一種可通過簡單網絡管理協議（?Simple Network Management Protocol，SNMP）進行管理的網絡設備，通過SNMP協議可完成UPS的數據采集、UPS信息配置等功能，本文通過SNMP協議實現小型UPS的遠程監測。SNMP是目前最為流行的網絡管理解決方案，已廣泛應用于網絡設備管理中[3]。SNMP網絡管理主要有三部分：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或服務器，管理人員通過SNMP管理端對各SNMP代理端進行管理和監控。SNMP管理端主要任務有定時向SNMP代理發送獲取設備實時數據的請求，接收SNMP代理發來的設備異常信息，保存設備的實時數據和異常信息，對數據進行分析、診斷和維護，通過E-mail或短信等方式向設備管理人員發送錯誤報告。

SNMP代理是指安裝在被監測設備的一種用于實現SNMP功能的服務。其主要作用是進行數據采集，響應SNMP管理端的讀寫請求。SNMP管理端通過代理對被監測設備的設備信息進行訪問，改寫或配置被監測設備參數。

管理信息庫（MIB）是被管理對象的集合，是一個存儲著網絡中可管理的資源和設備的數據庫，如圖1所示。MIB是一個樹形結構，包含一個組織體系和公共結構，SNMP協議消息通過遍歷MIB屬性目錄中的節點對網絡中的設備進行訪問。圖1所示為艾默生小型UPS IT0103K管理信息庫（MIB）樹形結構圖。樹形結構中包含了UPS型號信息、UPS系統狀態、UPS模擬量數據、UPS控制節點、UPS配置節點、UPS報警表等信息，其中UPS模擬量數據包含了輸入電壓、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，分別為標量對象和表對象，其中標量對象的標識符OID后面加上.0可構成對象實例，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系統輸入電壓節點的OID為“1.3.6.1.4.1.13400.2.26.2.2.1”，SNMP管理端在讀取該節點數據時，首先構成對象實例“1.3.6.1.4.1.13400.2.26.2.2.1.0”，然后組成該節點數據的請求信息并發送至SNMP代理端，由代理端對MIB庫進行具體的讀取操作。

2系統設計

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，通過配置相應的SNMP通訊板卡，結合5G技術將UPS改造成一種網絡設備，從而實現小型UPS的網絡化管理。SNMP通訊板卡是一種基于SNMP協議的網絡管理卡，SNMP管理端（監控軟件）通過SNMP協議向SNMP代理端發送SNMP代理端的配置信息或SNMP數據請求，實現對遠端UPS的相應管理或監測數據的讀取，系統結構見圖2所示。

監測數據傳輸主要采用5G專網，在小型UPS終端處采用5G CPE進行數據發送，在小型UPS的設備房安裝PRRU進行數據接收。

SNMP管理端是一臺安裝有數據庫與監控軟件的客戶機，可布置于值班站點或OCC，由值班人員進行維護管理，SNMP管理端按一定周期向各SNMP代理端發送數據讀取請求，將讀取的數據存入數據庫并進行界面呈現。SNMP代理端是一張SNMP通訊板卡，包含了SNMP代理和相應的MIB庫，SNMP通訊板插到小型UPS的SNMP插槽上，并通過網線接入主網絡中。SNMP通訊板卡通過響應SNMP管理端的請求信息，從MIB庫節點上讀取對應的數據，并發送到SNMP管理端。

3軟件設計

系統軟件分本地監測軟件和中心監測軟件兩部分。本地監測軟件部署在監測分機上，實現UPS數據的采集和上傳，中心監測軟件部署在監控中心服務器上，實現全線所有信號無人值守設備房的UPS監測數據呈現。

3.1本地監測軟件

本地監測軟件的主程序流程見圖3。首先，初始化SNMP代理端的基礎信息，包括IP地址、MIB庫等，配置完成后軟件周期性地向SNMP代理端發送數據讀取請求，UPS端接收到監測軟件數據讀取請求后，根據數據請求命令，從UPS中取出對應的數據，并返回給本地監測軟件，本地監測軟件接收到UPS監測數據后，根據MIB庫對UPS監測數據進行解析，在本地人機界面進行呈現或報警，方便運維人員在進行本地巡查時對UPS數據進行核查或監控。同時本地監測軟件也將數據通過5G通信網絡上傳至監測中心，由監測中心進行存儲、呈現和報警。本地監測軟件界面見圖4所示。

3.2中心監測軟件

中心監測軟件通過5G網絡接收各站上傳的監測數據，并在監測中心監測終端上呈現監測數據和告警信息。當中心監測軟件監測到線路中任意一個車站UPS發生報警時，發出聲光報警，提醒在監測中心值班的運維人員。運維人員接報后通知車站轄區的工班運維人員到現場檢查處理，避免了UPS發生故障后影響列車正常運營。

4結語

本文研究了基于5G技術和SNMP協議的小型UPS遠程實時監測方法，實現了小型UPS的系統工作狀態及模擬量數據查詢。通過5G網絡組網，可滿足地鐵無人值守車站的小型UPS遠程實時在線監測，避免小型UPS在不知情的情況下掉電，影響列車運營；可減輕日巡檢人員工作負擔，降低人工成本，提高工作效率；通過擴展接口，系統可接入地鐵智能運維系統，在智能運維系統中應用大數據、人工智能等技術，可實現更加智能化的UPS電源管理。

參考文獻

[1] 丁稱發.城市軌道交通通信系統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的研究與設計[D].哈爾濱：哈爾濱理工大學，2021.

[3] 孫長蘭，王肖立，王亮，等.基于SNMP協議的變電站交換機管理系統設計與實現[J].工業控制計算機， 2022，35（9）：43-44，47.

[4] 周守宇，傅文睿，宋兆磊，等.基于SNMP協議的海關實驗室儀器設備績效監控系統研發 [J].信息系統工程，2023（6）：32-35.

[5] 張文川.基于SNMP協議的計算機網絡自診斷系統設計[J].自動化技術與應用，2022，41（6）：46-50.