（电力电子与电力传动专业论文）基于gprs的移动基站监控系统的研究.pdf

西华大学硕士论文 三、进行了操作权限设置，使系统具有很好的保密性，从而保证基站的安全运 行。 四、采用了先进的g p r s 传输和接收模块，使监控系统更加稳定和快捷。 五、硬件是基于a r m7 的嵌入式系统，使嵌入式系统处理速度更快。 六、系统采用分布式集散控制方式，所有基站站、直放站监控、报警信息通过 短信方式发送的中心应用服务器。 关键词：监控系统、短消息、g p r s 模块、a r m 7 h 西华大学硕士论文 r e s e a r c ho fm o b i l eb a s es t a t i o nm o n i t o r i n gs y s t e mba s e do n g p r s p o w e re l e c t r o n i ca n dp o w e rd r i v e g r a d u a t e ：z h uc i h o n g s u p e r v i s o r ：w a n gh a i b i n t h eb a s es t a t i o nm o n i t o r i n gs y s t e mi so n eo ft h ee f f e c t i v em e a s u r e st os a f e g u a r d a n dp r o t e c tv m o u sp o w e re q u i p m e n t sa n da i r c o n d i t i o n i n g si ni n n e rb a s es t a t i o n ，s o a st om a k eb a s es t a t i o n sr u ne f f e c t i v e l y w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fm o b i l e c o m m u n i c a t i o n s ，m a n yc o n t r a d i c t i o n sa r ed i s c o v e r e dr e c e n t l y ，s u c ha s ：s y s t e m s e p a r a t i o nb e t w e e nm o b i l ec o m m u n i c a t i o na n dl o c a lc a b l ec o m m u n i c a t i o n ，w e a k o p e r a t i o no fm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ，h e a v yw o r k l o a df o rm a i n t e n a n c e m o b i l e b a s es t a t i o n sa n dw i r e l e s sb a s es t a t i o n sg e n e r a l l yh a v et h ef o l l o w i n gc h a r a c t e r i s t i c s ： d e c e n t r a l i z e dm u l t i - s i t e s ，c o n s t r a i n e dr e s o u r c e s ，as m a l ln u m b e ro fp o w e re q u i p m e n t o fb a s es t a t i o n ，l e s si n v e s t m e n tf o rs t a t i o ne q u i p m e n t s ，u n s t a b l ep o w e r g r i ds i t u a t i o n ， r a t h e rp o o re n v i r o n m e n to fm a c h i n er o o m m o r e o v e r ，n ow o r k e r sa r ea r r a n g e d o nd u t yf o rm o s tt i m e b a s e do ng p r st e c h n o l o g y ，m o b i l eb a s es t a t i o n m o n i t o r i n gs y s t e mi s d e s i g n e d ，a i m i n ga t c u r r e n tm o b i l eb a s es t a t i o ns i t u a t i o n f i r s t l y ，t h i sp a p e r a n a l y z e dp r e s e n ts i t u a t i o na n dt h en e c e s s i t yo fo u rn a t i o n a lm o b i l eb a s es t a t i o n m o n i t o r i n gs y s t e m c o m p a r i n gs e v e r a l c o m m u n i c a t i o nm o d e s ，w ec a nd r a w c o n c l u s i o n st h a t ：a d o p t i n gg p r sc o m m u n i c a t i o nm o d ei sm o r ee c o n o m i c a la n d e f f e c t i v e t h e n ，s y s t e mc o m p o n e n t sa n dp h y s i c a l s t r u c t u r eo fb a s es t a t i o n m o n i t o r i n gs y s t e m a r e d i s c u s s e d ，e m p h a s i z i n g o nd i f f e r e n t p e r f o r m a n c e r e q u i r e m e n t sa n dm a i nf e a n l i e so fs y s t e m i n r e s p o n s et ot h e s er e q u i r e m e n t s e n t i r e m o n i t o r i n gs y s t e m h a r d w a r ea n ds o f t w a r e c o m p o n e n t s a r ed i s c u s s e di n d e t a i l ，e s p e c i a l l yr e s e a r c ho nw i r e l e s sn e t w o r kc o n f i g u r a t i o na n dd a t at r a n s m i s s i o no f g p r sm o d u l e s s e l e c t i n ga r m 7p r o c e s s o r sa sc o r eo fm a g i c a r m 2 2 0 0t e s t 1 1 1 西华大学硕士论文 d e v e l o p m e n tp l a t f o r m e m b e d d e ds y s t e m sa d o p tl i n u xo p e r a t i n gs y s t e m ，w h i c hi s v e r yp o p u l a ri nr e c e n ty e a r s ad e t a i l e ds t u d yo ft h el i n u xk e r n e la n dp r o c e d u r e s t r a n s p l a n t a t i o n i s p r o c e e d e d s o f t w a r ed e v e l o p m e n ti s b a s e do nd e l p h i7 0a n d a c c e s sd a t a b a s ea sad e v e l o p m e n tt 0 0 1 i nt h i sp a p e r ，w ed i s c u s sm a n ya s p e c t so f d e s i g n ，i n c l u d i n g ：o v e r a l li d e ao ft h es o f t w a r ed e s i g n ，s e l e c t i o na n dc o n n e c t i o n m o d e so fd a t a b a s e ，s a f e t ym a n a g e m e n td e s i g no fb a s es t a t i o nm o n i t o r i n g ，i n t e r f a c e d e s i g no fd a t a b a s em o d u l ea n de n t i r es y s t e m i nt h el a s t ，b a s es t a t i o nm o n i t o r i n g s y s t e mi ss u m m a r i z e d ，a n df u t u r ed e v e l o p m e n tt r e n d sa r ea l s op r o s p e c t e d t h i s s y s t e mc h a r a c t e r i s t i c sa r ea sf o l l o w i n g s ： 1 u s i n g t h e o b j e c t - o r i e n t e dp r o g r a m m i n gt e c h n i q u e s a c c o r d i n g t ot h e c o r r e s p o n d i n gb a s es t a t i o nm a i n t e n a n c e ，t o p o l o g ys t r u c t u r ei sr e a l i z e da n do p e r a t i o n k n o w l e d g ei sr e p r e s e n t e d ，a n da l s om a i n t e n a n c em o d u l eo fd a t a b a s ei se s t a b l i s h e d s oi tc a na c h i e v et h ee f f e c t i v em a n a g e m e n to ft h ed a t a b a s e 2 e n t r ye d i t i n gt o o l sa lep r o v i d e dc o n v e n i e n t l y ，m e s s a g e sa r es h o w e di nah i 曲 r a p i ds p e e da n dd i r e c tm o d e i tf a c i l i t a t eo p e r a t o r st om o n i t o ra n dm a n a g et h es t a t u s o f b a s es t a t i o n 3 t h e o p e r a t i n ga u t h o r i t yi s s e tu pf o ri m p r o v i n gt h es a f eo fs y s t e m ，a n d p r o t e c te f f e c t i v eo p e r a t i o no ft h eb a s es t a t i o n 4 u s i n ga d v a n c e dg p r st r a n s m i ta n dr e c e i v em o d u l e s ，s ot h em o n i t o r i n gs y s t e m i sm o r es t a b l ea n df a s t e r 5 i no r d e rt om a k ee m b e d d e ds y s t e mr u nf a s t e r ，h a r d w a r ei sd e s i g n e db a s e do n t h ea r m7e m b e d d e ds y s t e m s 6 d i s t r i b u t e dc o n t r o lm o d ei su s e di nt h es y s t e m ，a l lt h ei n f o r m a t i o ni ss e n dt o c e n t e ra p p l i c a t i o ns e r v e rb yb a s es t a t i o n ，r e p e a t e rm o n i t o r i n g ，a l a r mi n f o r m a t i o n k e yw o r d s ：m o n i t o r i n gs y s t e m ， s h o r tm e s s a g e ，g p r sm o d u l ea r m 7 l v 西华大学硕士论文 9 声明 本人声明呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。除了文中特别加以标注的和致谢的地方外，论文中不包含其它人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西华大学或其它教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示感谢。 本学位论文成果是本人在西华大学读书期间在导师指导下取得的，论文成果 属西华大学所有，特此申明。 作者签名：旋次忽肋绛月o 日 导师签 5 9 聱月d 日 西华大学硕士论文 1 前言 1 1 目前国内基站监控的现状 随着移动通信的迅猛发展、移动通信与本地网有线通信的体制分离，移动 通信的运维力量薄弱和运维工作量大的矛盾日益突出。并且移动基站和无线基 站等一般具有如下特点：站点多且分散；传输资源受限；基站的动力设备种类 少、数量少；基站设备投资少；电力网情况不很稳定；机房所处环境也比较恶 劣，而且平时机房基本上都是无人值守。因此，增加基站综合监控来降低运行 维护成本有着更为迫切的需求。 当前市场上做类似产品的有中兴通讯e g u a r d 集中监控解决方案和艾默生 网络能源公司的动力设备、机房环境及安全监控系统。 e g u a r d 集中监控解决方案采用分布式计算机控制系统结构，以多级监控中 心自下而上逐级汇接而成，每个级别的监控中心连接成- 对多的监控系统网络。 系统结构可分为监控中心、传输线路及现场监控单元。 监控中心主要功能为实时监控基站的动力设备及环境量，对基站、机房上 报的各种信息进行智能分析处理，实现告警联动。 现场监控单元，负责采集基站的动力设备及环境参量的数据并将数据定期 上报监控中心( 告警信息实时上报) ，同时接收并执行监控中心发送来的遥控命 令。现场监控单元可对高低压配电设备、油机、整流器、蓄电池、空调、环境 参量进行监控，可以转换智能油机、智能开关电源、智能空调等智能设备的监 控协议，并对其他监控系统提供透明传输接口。基站监控单元主要由各种监控 模块及通讯设备组成。 艾默生网络能源开发的动力设备、机房环境及安全监控系统适用于对通信 局站内各种动力设备( 通信电源、电池、u p s 、油机、低压配电) 、空调设备及 其环境( 门禁、温度、湿度、烟感、水浸、红外、场景) 进行实时监控、统一 管理，以保障电信系统正常运行。【6 】 西华大学硕士论文 1 2 基站监控系统的必要性及其意义 “十一五”期间，是我国为实现电信电子强国目标奠定坚实基础的关键时期， 根据中央规划精神，未来几年随着3 g 移动网络建设的即将启动，2 0 0 8 年奥运 会的召开，我国移动电信建设将会得到更加迅猛的发展。据资料统计，至2 0 0 5 年末，我国电信用户总数已达7 2 4 亿户，其中移动用户比例占5 2 3 ，固定电 话用户比例为4 7 7 ，而且移动用户的增长速度也远远大于固定电话用户，我 国g s m 移动通信网络规模居世界首位。另外，宽带接入业务和数据通信业务 增势强劲。根据国家通信专家组对通信市场调查研究表明，未来五年内通信行 业对移动通信基站的需求量约在5 万台以上，这为户外移动基站机房监控系统 提供了广阔的市场空间。 户外移动基站机房监控系统可以对机房内各种设备信息和机房环境信息进 行采集，然后统一发送到监控中心，便于实现对机房各种信息的统一管理，避 免原有设备之间各自独立、不能有机结合的缺点。而且该系统还可以对采集到 的信息进行分析处理，进行故障检测，发现故障则及时报警，利于及时发现并 排除故障。这样可以使机房做到无人值守、远程监控，在移动通信基站建设数 量与日俱增的情况下既提高了维护效率又可以降低维护成本。 此外，户外移动基站机房监控系统不仅仅局限于在通信行业使用，其机房 监控设计方案在其他行业也可以广泛采用，有较为广阔的市场前景。 本课题既适应了无线通信和网络通信高速增长的需求，又缩短了我国在机 房监控领域与世界先进水平的差距；将来实现产品化之后以低于国外同类产品 的价格进入市场竞争，为降低我国运营商成本做出贡献。 1 3 用于基站监控系统的通信方式的比较 目前国内监控系统产品有多种，其本质上的差异是由它们所采取的不同通 信方式决定的。随着电信技术的迅猛发展，可用于监控管理的通讯方式有多种， 一般可分为有线通讯方式，无线集群通信方式，g s m 短消息通信方式，c d p d 通信方式和g p r s 通信方式。 一、有线通讯方式 2 西华大学硕士论文 有线通讯方式只适应于小范围小区域的监控系统，对大城市的全局监控管 理采用有线通讯方式儿乎是不可能的，可以想象在一个大城市里布放套监院 传输通讯网络将是一件多么费钱费力费时的事，其固定性又无法解决城市布局 迅速发展变化的要求。 考虑到有线方式的现实不可行性，露前国内有些城市多采用无线集群通讯 方式、g s m 方式。但随着g p r s 新技术的出现，以这些通讯方式必将逐渐地被 市场淘汰，究其原因，无非是因为其自身存在的先天不足和g p r s 不可比拟的 先进性及对它们的完全可替代性。 二、无线集群通信方式 无线集群通讯方式与g p r s 通讯方式相比，存在几个致命缺点： 1 、集群移动通信系统属于专用移动通信网，需要大量的建设资金投人，建 设周期较长，保养与维护不便，这是它的最大缺点： 2 、e l j 于专网的覆盖范围有限，不利于全局整体控制； 3 、集群通信系统主要的服务业务是无线用户与无线用户之闻的通信，对无 线用户与有线用户之间的通信业务有较 三、g s m 短消息通信方式 g s m 短消息通讯方式能充分利用移动公网资源，相对集群通讯方式而言， 它可以大大节约建设投资，降低维护成本，但它有几个较大的缺点： l 、g s m 短消息通讯方式为半双工通信方式，不能同时双向收发数据。 2 、相对g p r s 而言，它的平均传输时延较大： 3 、在重大活动或重大节圜等遥信高峰期，容易发生信道堵塞，导致通信不 畅。 四、c d p d 通信方式 c d p d ( c e l l u l a rd i g i t a l p a e k e td a t a ，蜂窝式数字分组数据) ，是由美国移动 通信公司( a m c i ) 等8 大公司联合推出的一种无线数据通信技术规范。它是以数 字分组数据技术为基础，以蜂窝移动通信为组网方式的移动无线数据通信技术。 g p r s 与c d p d 都可以提供数据业务服务，与g p r s 相比较，c d p d 有以下几 个缺点： l 、在g s m 网络中每发展一个用户的成本约为2 0 0 0 元，g p r s 用户的成本 3 西华大学硕士论文 是根据网络规模决定的，现在g p r s 网络的覆盖能力已经相当规模。而c d p d 在建网初期基站数不会很多，加上必须的交换机与网管的投资，平摊到侮个用 户的成本约为2 5 0 0 3 0 0 0 元左右。 2 、g p r s 通信所能达到的传输速度要比c d p d 通信高，尽管g p r s 通信是 以牺牲信道资源为代价。 3 、c d p d 是工作在a m p s 频段，只有1m h z 频段，而g p r s 可用频段要 宽的多，因此在g p r s 每个小区内可用于数据的信道数远大于c d p d ，容易满足 组件公网对信道数的需要。 五、g p r s 通信方式 g p r s 与以上几种无线通讯方式相比更为先进，基于g p r s 的无线监控系统 是目前最先进最稳定的无线监控管理系统，概括起来，基于g p r s 的无线监控 系统具有以下显著优点： 1 、相对其它通讯方式来说，采用c p h s 技术可以充分利用中国移动公网 资源，将极大节约建设成本，缩短建设周期，整个系统的性能价格比高，系统 建设投资与建无线专网的投资相比估计可节约5 0 以上。 2 、数据传输速率与其它通讯技术相比最快，最高可达1 7 1 2 k b s ，通信传输 时延较小，最长不超过3 秒： 3 、监控覆盖范围广阔，系统规模扩展快速 4 、系统建成后，通信资费根据实际数据通信流量计算，通信费用低廉，每 个控制点的月通信费用可控制在百元以内。 5 、通信服务质量安全可靠，服务质量等级可根据用户的不同应用需求与运 营商协商确定。 6 、整个系统维护方便，系统升级简单快速。 7 、为了确保通讯畅通无阻，无线监控系统还可采用g s m 短消息通讯方式 作为g p r s 通讯万一中断后的备用手段。在正常情况下，无线监控系统采用 g p r s 通讯方式，当g p r s 通信万一中断后，立即切换成g s m 短消息通讯方式。 1 4 面向对象技术及其在基站监控系统中的应用 面向对象的技术的特点 4 两华大学硕士论文 进入9 0 年代后，面向对象方法( o b j e c to r i e n t e dm e t h o d ，简称o o m ) 成为研 究的热点，面向对象技术得到广泛的应用。由于o o m 在分析问题时提供了还 客观世界本来面目的“对象”概念，使软件设计尽可能反映人们所面对的现实世 界中的那一部分，有助于软件对所描述事物的全面把握和人们对软件的理解， 使系统的求解空间与现实问题空间尽可能一致和直接模拟。客观世界中的对象 既有独特或共同的静态属性，也有动态行为，因此o o m 中的对象是含有数据 以及对数据如何操作的模块，它含有传统程序语言中的数字、字符串、数组和 记录等数据类型，也含有对数据进行操作的函数、指令、子例程。o o m 与传 统的程序设计方法截然不同，它把数据与方法封装在一起，统一描述事物的属性 和行为，每个对象都是独立的、自治的，因而从实质上突出了软件模块化特性。 对象之间的交互通过消息传递得以实现。o o m 的继承机制可显著地提高软件 的可重用性与有效性，它把具有相同外部特性和内部实现的对象构成一个类， 类与类之间可以具有继承性( 单一继承或多继承) ，子类自动继承父类的部分或全 部特性，同时具有自己的属性与方法，类的层次或树状组织构成了面向对象系 统的基础。面向对象的程序设计一般包括三个概念：封装性、多态性、继承性。 1 、封装性 封装是连接代码和数据的机制，它可以屏蔽外部的干扰和误操作。进一步 说，它准许建立一个对象，该对象是既包括数据又包括处理该数据的代码的逻 辑实体。在一个对象里，一些代码和数据可以是该对象专有的，任何外部事物 都无权存取。这样，对象提供了对代码和数据的有效保护，以防止程序的其它 不相干部分偶然修改或错误使用对象的专有部分。定义一个对象实际是创建一 种新的数据类型。封装性充分体现了程序的灵活性、安全性和模块化的思想。 2 、继承性 继承性是一个对象获得另一个对象的特征的过程。继承支持分类的概念， 是面向对象程序设计的一个重要方面。继承性准许建立类的从一般到最特殊的 层次。子类可以继承父类的特征。系统的处理能力可以通过对象的继承性实现 共享。继承提供了一个紧凑的知识表达方式，它提供了系统的可移植性和重要 性。 3 、多态性 5 西华大学硕士论文 面向对象的程序设计语言支持多态性，即一个接口，多种算法。简言之， 多态性是一种准许把一个接口用于一类行为的属性。特定的行为选择由环境的 属性决定。多态性准许同样的接口用于同一类行为，以降低复杂性。它准许把 同一消息送到一个父类的对象和它的子类的对象上，多态性主要强调在一个类 等级中，可以使用相同函数的多个版本，取决于运行时入口参数的类型、存取 方式和返回值。 二、面向对象方法在基站监控系统中的应用 基站监控系统的一个特征是复杂和庞大，普遍应用计算机管理。基站监控 系统软件设计既是大型的软件工程又是系统工程。软件的开发工作量大，但由 于受到硬件迅猛发展的影响，软件的生命周期越来越短。软件的维护费用不断 增加，采取传统的面向过程思想编制的软件可靠性和维护性不断降低，已不适 应新的要求。由于面向对象程序设计的优越性能，很快在各个领域得到广泛的 应用，基站监控系统也不例外。随着面向对象方法的发展，面向对象方法其在 基站监控系统中的应用将更加深入和广泛。 1 5 本文研究的主要内容 采用d e l p h i 7 0 ，a c c e s s 数据库服务器为开发工具，运用现代计算机技术、 图形设计技术以及面向对象的编程技术，进行基站监控系统的系统的研发。因 此，本文主要开展以下几个方面的工作： 一、查阅基站监控系统的相关资料 二、设计g p r s 的底层驱动程序 三、设计a r m 程序 四、利用d e l p h i 设计了系统的三层通信，并通过d e l p h i 组建解决了系统的负载 平衡与容错处理。使系统具有较强的鲁棒性。 五、设计了通用的图形编辑模块，管理者用简单的、非编程的手段创建各种图 形界面，然后在这个界面上输入规则信息，构成规则库，实现系统的通用性。 6 西华大学硕士论文 1 6 本章小结 本章首先分析了目前国内基站的现状及研究基站监控系统的必要性和意 义，然后对几种通信方式进行了对比，确定了以g p r s 通信方式的基站监控系 统的优越性。最后介绍了面向对象技术在基站监控系统中的应用，并简要介绍 了自己所做的工作。 7 西华大学硕士论文 2 基站监控系统基本结构 2 1 基于g p r s 的基站监控系统简介 基站监控系统是针对无线通信机房无人值守需求发展起来的基站集中监控 系统。对分布的动力、环境系统内各个设备进行摇测、摇信、遥控、摇调，从 而实现移动基站机房的无人值守和动力、环境的集中监控维护管理，提高动力 系统的可靠性及移动通信设备的安全性。基站监控系统由硬件部分和软件部分 组成，硬件部分是基于a r m7 的嵌入式系统，软件部分主要d e l p h i7 0 编程软 件和a c c e s s 数据库编写而成。 2 2 无线监控系统的物理结构 无线监控管理系统主要由采集控制模块、g p r s 模块、传输网络( c p r s 网 和公共数据网) 、监控中心组成。此外在采集控制部分和1 1 r ；控中心中都应该包含 相应的数据管理模块，满足数据安全性地要求，在关键监控终端是临时存储， 以备万一网络中断或监控中心故障时不致丢失数据。其中监控中心可根据用户 需求，扩展成多级监控网络，一个一级监控中心可同时管理几个二级监控中心。 g p r s 模块是一个g p r s 网络终端设备，它可以通过诸如r s 2 3 2 串口与采 集控制模块相连。传输网络主要是指承担数据传输任务的g p r s 网络，这里是 指公共数据网网络。监控中心实际上是一个局域网( l a n ) ，主要由路由器，防 火墙、代理服务器、监控台、查询台、数据库服务器以及相应的监控软件、查 询软件和数据库管理程序等构成。 与采集控制模块和监控中心相关的数据管理模块主要负责与网络无关的数 据存储的实现，即在数据提交和数据传递和数据存储两两功能点中间加一个数 据暂存机制，可以一般化到采集终端和监控中心上来。 2 3 系统的主要特点 1 、实时采集、集中监控监控中心能实时采集各现场控制点的各种实时数据。 8 西华大学硕士论文 同时无线监控系统能及时发现各种不同类型的故障，产生告警信息，对故障点 进行准确定位，并采取相应的告警处理措施。 2 、通信快速、安全可靠无线监控系统采用的g p r s 技术是当前应用在我国 通信领域中的最强大最先进的移动通讯手段，它的最大传输速率可高达 1 7 1 2 k b s ( 采用c s - 4 信道编码方案) ，目前中国移动能提供的传输速率为5 0 6 0 k b s ，为无线监控系统快速稳定地传输数据提供了有力的保障。基于g p r s 的监 控管理系统具有双向传输、传输时延小，系统响应快、安全可靠性高等众多优 点。另外，无线监控系统为提高通讯的可靠性，还可选用g s m 短信息通讯方式 作为g p r s 通讯中断后的备用手段，使通信可靠性达到9 9 9 9 以上 3 、数据准确、信息丰富具备强大的信息存贮能力和查询统计功能，能为客 户的科学决策提供准确丰富的数据信息。通过查询界面，用户可自定义查询历 史数据库中的历史数据，同时能根据用户的需求快速生成、打印有关统计量的 月、季、年统计报表。 4 、界面友好、操作简单软件界面设计采用w i n - d o w n 的通用图形界面风格， 界面友好，所有控制命令无需用户记忆命令格式，全部采用鼠标点击菜单或窗 口实现，整个操作界面使用容易，操作简单。 2 4 系统的非功能性要求 2 4 1 可靠性 由于该系统为基站实时监控系统，需要系统一直不间断的运行，系统仅仅满 足功能需求是远远不够的。因此要求系统的稳定性要高，系统要能够持续、可靠 的运行。 系统要求有严格的鉴权方案，实现不同等级的用户只能监控相应等级的基站 设备，以保证系统资源的安全。通过鉴权系统，不同等级的用户所能进行的操作是 不同的。通过严密的操作权限、操作密码、系统监督等手段来防止系统数据被 窃取、破坏等现象的发生。保证重要数据资料的安全性，保证系统有效防止非法 侵入，防止重要数据被窃取或被恶意破坏。系统提供对企业重要数据资料如后台 9 西华大学硕士论文 数据库的安全保护方案，保证系统有效防止非法侵入，防止重要数据被窃取或恶 意破坏，提供网络环境防止意外事故或灾难的保护功能。系统应该采取的安全手 段包括： l 、身份识别与验证通过软件级与网络级等多级验证实现。 2 、权限控制主要通过系统管理中的权限控制功能实现。 3 、加密机制根据系统需要另行配置，主要是与其它网络有接口时。 2 4 2 可用性 该系统为结构，用户通过客户端软件登录系统，该系统可以和其他系统组成 一个大的系统，因此系统需要满足单点登录的功能，通过一次登陆，进入各个子系 统。 系统能完全适应目前及今后的发展需要，提供符合实际需求的高效率的应用 软件。要求具有操作界面友好、方便易掌握、日常维护简单、容易管理，便于用 户二次开发等特点。确保整个系统数据传输速度，使系统具备灵活的拓展能力， 并且避免功能以及系统资源的浪费。 2 4 3 可维护性 由于维护人员无法对系统的客户端进行维护，因此系统要求实现自动升级功 后台系统和数据库由维护人员进行手工维护。要求系统能较好地适应因业务的 迅速发展、变化、结构的增加所带来的新的应用需求是一个良好系统的重要特 征。扩展性主要表现在系统体系结构的扩展，处理能力的增加和应用软件的发展 上，这种扩展应该是方便和经济的，可方便地增加、修改系统的配置，提供灵活的接 口，将外部变化影响减少到最小，使系统在不同场地、不同环境下都能发挥最高效 率。 2 4 4 可移植性 系统可运行在w i n d o w s2 0 0 0 和w i n d o w sx p 操作系统下。 1 0 西华人学硕士论文 2 5 本章小结 本章首先介绍了基站监控系统的基本组成，重点分析了无线监控系统的物 理结构，然后介绍了系统的特点，最后介绍了系统需要满足的非功能性要求。 西华大学硕士论文 3 基站监控系统的硬件研究 3 1 硬件平台的选择 课题研究的无线监控系统是一个典型的嵌入式系统的应用，在嵌入式系统开 发过程中，开发平台的选取是一个非常重要的环节。在系统开发中，我们选择了 m a g i c a r m 2 2 0 0 嵌入式产品作为开发平台它采用了公司的以a r m 7 内核的处理 器，该处理器核心频率可达到2 0 0 m h z ，具有低功耗、低成本等卓越性能和显著优 点，同时具有j t a g 调试等功能；针对掌上智能设备的功能比较复杂，消耗资源较 多，选取了的6 4 m 的s d r m ，针对此项目的开发，摒弃了一些不必要的模块，保留了 接口模块，标准串行口模块，显示屏模块，基于无线通讯功能的实现，选取了 s i e m e n s m c 3 5 为核心的无线模块，支持标准a t 指令，可直接通过串口和开发平台 进行通讯。 3 2 基于a r m 的嵌入式开发平台 3 2 1a r m 处理器概述 以嵌入式计算机为技术核心的嵌入式系统是继网络技术之后，又一个i t 领 域新的技术发展方向。嵌入式系统组成的核心部件是各种类型的嵌入式处理器 d s p 。随着嵌入式系统不断深入到人们生活中的各个领域，嵌入式处理器也进而 得到前所未有的飞速发展。目前据不完全统计，全世界嵌入式处理器的品种总量 已经超过15 0 0 多种，流行体系结构也有近百个系列，现在几乎每个半导体制造商 都生产嵌入式处理器d s p ，越来越多的公司有自己的处理器d s p 设计部门。 嵌入式微处理器技术的基础是通用计算机技术。现在许多嵌入式处理器也 是从早期的p c 机的应用发展演化过来的，如早期p c 诸如t r s 8 0 、a p p l ei i 和 所用的z 8 0 和6 5 0 2 处理器，至今仍为低端的嵌入式应用。在应用中，嵌入式微处 理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点。 在早期实际的嵌入式应用中，芯片选择时往往以某一种微处理器内核为核心， 1 2 西华大学硕士论文 在芯片内部集成必要的i 的m e p r o m 佰l a s h e p e o m 、s r a m 、接口总线及总 线控制逻辑、定时计数器、w a t c h d o g 、i 0 、串行口、脉宽调制输出、a d 、 d a 等各种必要的功能和外设。为了适应不同的应用需求，一般一个系列具有多 种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核几乎都是一样的，不同之处在于存储器 的种类、容量和外设接口模块的配置及芯片封装。这样可以最大限度地和实际 的应用需求相匹配，满足实际产品的开发需求，使得芯片功能不多不少，从而降低 功耗、减少成本。随着嵌入式系统应用普及的日益广泛，嵌入式系统的复杂度提 高，控制算法也更加冗繁，尤其是嵌入式i n t e r n e t 的广泛应用、嵌入式操作系统的 引入、触摸屏等复杂人机接口的广泛使用以及芯片设计及加工工艺的提高，以3 2 位处理器为核的系统芯片的大范围使用，极大的推动了嵌入式技术的发展速度。 计算机应用的普及、互联网技术的使用以及纳米微电子技术的突破，也正有力地 推动着未来的工业生产、商务活动、科学实验和家庭生活等领域的自动化和信 息化进程。全生产过程自动化产品制造、大范围电子商务活动、高度协同科学 实验以及现代化家庭起居，也为嵌入式产品造就了崭新而巨大的商机。 随着i n t e m e t 技术的成熟、带宽的运行速度的提高，和在网上提供的信息内 容日趋丰富、应用项目也多种多样。像手机、电话座机及电冰箱、微波炉等嵌 入式电子设备的功能己不再单一，电气结构也更为复杂。为了满足应用功能的升 级，系统设计技术人员一方面采用更强大的嵌入式处理器如3 2 位、6 4 位r i s c 芯片或信号处理器d s p 增强处理能力；同时还采用实时多任务编程技术和交叉 开发工具技术来控制功能的复杂性，简化应用程序设计过程、保障软件质量和缩 短产品开发周期。 a r m 系列处理器核是英国先进r i s c 机器公司的产品。公司自成立以来， 一直以i p ( i n t e l l i g e n c ep r o p e r t y ) 提供者的身份向各大半导体制造商出售知识产 权，而自己从不介入芯片的生产销售，它提供一些高性能、低功耗、低成本和高可 靠性的r i s c 处理器核、外围部件和系统级芯片的应用解决设计方案。a r m 处 理器核具有低功耗、低成本等卓越性能和显著优点，越来越多的芯片厂商早已看 好a r m 的前景。a r m 处理器核得到了众多的半导体厂家和整机厂商的大力支 持，在3 2 位嵌入式应用领域获得了巨大的成功，如i n t e l 、m o t o r o l a 、i b m 等世界 上几乎所有的半导体公司获得授权，开发具有自己特色的基于a r m 的嵌入式系 1 3 西华大学硕士论文 统芯片。 目前非常流行的a r m 核有a r m 7 t d m i 、a r m 7 2 0 t 、a r m 9 t d m i 、 a r m 9 2 0 t 、a r m 9 4 0 t 、a r m 9 4 6 t 、a r m 9 6 6 t 、x s c a l e 等。a r m 公司具有完 整的产业链，a r m 的全球合作伙伴主要为半导体和系统伙伴、操作系统伙伴、 开发工具伙伴、应用伙伴、a r m 技术共享计划，a r m 的紧密合作伙伴已发展为 1 2 2 家半导体和系统合作伙伴、5 0 家操作系统合作伙伴，3 5 家技术共享合作伙伴， 并在2 0 0 2 年在上海成立中国全资子公司。早在1 9 9 9 年，a r m 就已突破1 5 亿 个，市场份额超过了5 0 ，而在最新的市场调查表明，在年度里，占据了整个位嵌入 式微处理器市场的，在2 0 0 1 年度里，a r m 占据了整个3 2 、6 4 位嵌入式微处理器 市场的7 5 ，全世界已使用了2 0 多亿个a r m 核。a r m 已经成为业界的龙头老 大，“每个人口袋中装着a r m , 是毫不夸张的。因为几乎所有的手机、移动设备、 几乎都是用具有核的系统芯片开发的。 3 2 2a r m 内核的特点 1 、a r m 内核的芯片面积是目前世界上最小的； 2 、a r m 内核的功耗是最小的； 3 、a r m 内核是最便宜的 3 2 2a r m 内核的分类 目前非常流行的a r m 内核有a r m 7 t d m i 、s t r o n g a r ma r m 7 2 0 t 、 a r m 9 t d m i 、a r m 9 2 2 t 、a r m 9 4 0 t 和a r m1o t d m i 。 a r m 内核的构架已经从原来的v l 发展到现在的v 6 ，现在芯片种类较多的 是基于a r m v 4 a r m v 6 体系的内核。图三给出了各个体系a r m 处理器的性能 比较。 a r m 内核所采用的一些新技术： l 、t r u s t z o n e 这是a r m 内核所拥有的一个有关系统安全的扩展特性。这项技术针对移 动电话、p d a 或是机顶盒市场，为这类产品提供更加安全的系统环境，从而保 证这类产品可以运行哪怕是对安全性能要求最高的应用。 2 、d s p 在a r m v 5 t e 和a r m v 6 体系内核中全面支持了d s p 的发展，利用这个扩 1 4 两华大学硕士论文 展，a r m 内核可以在一条指令周期完成一个1 6 位和1 6 位的加运算 3 、j a z z l l e j a v a 技术特有的跨软硬件平台的特性，使得它的应用越来越广泛，尤其 是在手持设备和无线设备中。j a v a 一般靠软件模拟j a v a 虚拟机执行，但这 样必然导致效率低、速度慢的问题。新一代a r m 内核己经完全支持j a z e l l e 技 术，利用这种技术，a r m 内核可以大大提高执行j a v a 程序的效率。j a z e l l e 技 术让a r m 内核的指令执行增加了一个j a v a 状态，在这种状态下a r m 内核可 以像j a v a 虚拟机那样直接执行j a v a 指令，大大提高了代码执行效率。 3 2 3a r m 7 t d m i 处理器介绍 m a g i c a r m 2 2 0 0 采用的处理器是a r m 7 t d m i 内核，a r m 7 t d m i 是基予 a r m 体系结构v 4 版本，是目前低端的a r m 核，具有广泛的应用，其最显著 的应用为数字移动电话。 a r m 7 t d m i 是从a r m 6 内核发展而来的。a r m 6 核最早实现了3 2 位地址 空间编程模式，键现在已经被取代。a r m 6 所使用的电路技术使它缀难在低予 5 v 的电源电压下稳定工作。a 蹦7 弥补了这一不足，且在短时间增加了6 4 位 乘法指令、支持片上调试、高密度1 6 位的t h u m b 指令机扩展和e m b e d e d l c e 观察点硬件，形成了a r m 7 t d m i 。 一、三级流水线 a r m 7 t d m i 处理器使用流水线来增加处理器指令流的速度。这样可使凡个 操作同时进行，并使处理和存储器系统连续工作，能提供0 9 m i p s m h z 的指令 执行速度。 流水线使用3 个阶段，因此指令分为3 个阶段执行：耿指、译码、执行 在正常操作过程中，在执行条指令的同时，对下一条指令进行译码，并 将第3 条指令从存储器中取出。 二、存储器访问 a r m 7 t d m i 处理器使用了冯诺依曼结构，指令和数据公用一条3 2 位总线。 只有装载、存储和交换指令可以对存储器中数据进行访问。数据可以使8 字节、 1 6 位半字节或者3 2 位字。字必须分配占用4 字节，两半字节必须分配为占用