（电子科学与技术专业论文）通信基站运维综合管理系统终端的研究与实现.pdf

t h er e s e a r c ha n dr e a l i z a t i o no nc o m m u n i c a t i o nb a s es t a t i o n o p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c ec o m p r e h e n s i v e m a n a g e m e n ts y s t e mt e r m i n a l b y w a n gl e i b e ( h u n a nu n i v e r s i t y ) 2 0 0 8 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro f e n g i n e e r i n g l n e l e c t r o n i c ss c i e n c ea n dt e c h n o l o g y i nt h e g r a d u a t es c h o o l o f h u n a nu n i v e r s i t y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rl if u h a i a p r i l ，2 0 1 1 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：施 日期：砂le 年j 月2 - 7 日 - 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密囹。 ( 请在以上相应方框内打“、”) 作者签名：2 勿 日期：洲年j 月z 7 日 导师签 晔吟嗍 月7 日 通信摹站运维综合管理系统终端的研究与实现 摘要 随着移动通信覆盖面的日益扩大和普及，移动通信基站也遍及全国各地。设 备的日益增多、功能的日趋复杂使得各大运营商对基站的管理提出了新的要求。 因此，采用一种数字化、精细化的基站运维综合管理系统以确保运维过程的流程 化、自动化和信息化，快速传递并反馈监控信息，实现快速故障定位、业务处理 和恢复，有着其极为重要的现实意义。 论文设计了通信基站运维综合管理系统，系统由终端和应用管理服务器两部 分组成。终端安装于基站内部，完成各种原始数据的采集、处理、保存和发送， 同时响应远程应用服务器下达的各种控制命令；应用管理服务器完成数据的保存、 查询、统计、分析、管理及相关控制功能。通过分析和比较适用于基站监控的通 信方式，选择g p r s 通信技术实现终端和应用管理服务器之间数据与信息的传输。 论文主要完成了终端的设计与实现。终端采用模块化的架构，设计了中央控 制模块和动力环境监控模块两个部分。中央控制模块作为整个终端的核心控制模 块，主要完成基站运维综合管理终端内部所有数据的汇聚、发送以及其他的控制 功能，并能通过外接的图像采集单元实现基站室内、室外的全天候图像监控；动 力环境监控系统通过对基站的多种设备和环境的各种参数的采集实现对基站设备 的集中监控、集中管理和集中维护。 对终端的中央控制模块和动力环境监控模块进行调试和测试后，将这两个模 块组合成整机并安装到基站进行试运行，现场运行验证了终端达到了设计要求， 满足应用要求。 关键词：基站运维；综合管理；动力环境监控；g p r s n 硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ，m o b i l ec o m m u n i c a t i o nb a s e s t a t i o n sa r ea l lo v e rt h ew o r l d a se q u i p m e n t sw i t h c o m p l i c a t e d f u n c t i o na r e i n c r e a s i n g ，t h en e wr e q u i r e m e n t sf o rt h em a n a g e m e n to ft h eb a s es t a t i o na r ep r o p o s e d b ym a jo ro p e r a t o r s i no r d e rt oe n s u r et h eo p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c ep r o c e s sf l o w , a u t o m a t i o na n di n f o r m a t i o n i z a t i o n ，f a s td e l i v e r ya n df e e d b a c kc o n t r o li n f o r m a t i o nt o a c h i e v ef a s t f a u l tl o c a t i o n ，b u s i n e s sp r o c e s s i n ga n dr e c o v e r y ，u s i n gad i g i t a la n d i n t e n s i f i c a t i o no fb a s es t a t i o no p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c ec o m p r e h e n s i v em a n a g e m e n t s y s t e mm a k e sa ne x t r e m e l yi m p o r t a n tr e a l i s t i cs i g n i f i c a n c e t h i sp a p e rd e s i g n st h ec o m m u n i c a t i o nb a s es t a t i o no p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c e c o m p r e h e n s i v em a n a g e m e n ts y s t e m 。t h es y s t e m c o n t a i n st w op a r t sw h i c ha r e t e r m i n a la n da p p l i c a t i o nm a n a g e m e n ts e r v e r t e r m i n a li si n s t a l l e di n s i d eb a s es t a t i o n t od os o m ew o r ks u c ha sc o l l e c t i o n ，p r o c e s s i n g ，p r e s e r v a t i o na n ds e n d i n ga l lk i n d so f o r i g i n a ld a t a s ，a l s oe x e c u t ec o n t r o lc o m m a n d sf r o mr e m o t ea p p l i c a t i o ns e r v e r w h i l e a p p l i c a t i o nm a n a g e m e n t s e r v e rd o e ss o m ew o r ks u c ha s p r e s e r v a t i o n ，i n q u i r y ， s t a t i s t i c s ，a n a l y s i s ，m a n a g e m e n ta n dr e l a t e dc o n t r o lf u n c t i o n a f t e ra n a l y z i n ga n d c o m p a r i n gs o m ew a y so ft h eb a s es t a t i o nc o m m u n i c a t i o nm o n i t o r i n g ，t h i sp a p e r s e l e c t sg p r sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yt oa c h i e v et h ed a t aa n di n f o r m a t i o n t r a n s m i s s i o nb e t w e e nt e r m i n a la n da p p l i c a t i o nm a n a g e m e n ts e r v e r i nt h i sp a p e r ，t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft e r m i n a li sc o m p l e t e d t e r m i n a l u s i n gm o d u l a rf r a m e w o r kc o n t a i n st w op a n sw h i c ha r et h ec e n t r a lc o n t r o lm o d u l ea n d d y n a m i ce n v i r o n m e n tm o n i t o r i n gm o d u l e t h ec e n t r a lc o n t r o lm o d u l ea st h ec o r e c o n t r o lm o d u l eo ft e r m i n a li sm a i n l yt og a t h e r ，s e n da l lt h ed a t a si n s i d et h eo p e r a t i o n a n dm a i n t e n a n c ec o m p r e h e n s i v em a n a g e m e n to ft e r m i n a ls t a t i o n ，r e a l i z et h ef u n c t i o n o fi m a g em o n i t o r i n gt h a ti sr o u n d t h e - c l o c k ，i n d o o ra n do u t d o o rb a s es t a t i o nt h r o u g h t h ee x t e r n a li m a g ea c q u i s i t i o nu n i ta n do t h e rc o n t r o lf u n c t i o n s d y n a m i ce n v i r o n m e n t m o n i t o r i n gs y s t e mi st or e a l i z et h ef u n c t i o no fc e n t r a l i z e dm o n i t o r i n g ，m a n a g e m e n t a n dm a i n t e n a n c eb yc o l l e c t i n gv a r i o u sp a r a m e t e r so ft h em u l t i p l ed e v i c e sa n dt h e e n v i r o n m e n t a f t e r d e b u g i n g a n d t e s t i n g t h ec e n t r a lc o n t r o lm o d u l ea n dd y n a m i c e n v i r o n m e n tm o n i t o r i n gm o d u l eo ft e r m i n a l ，t h e s et w om o d u l e sa r ec o m b i n e di n t oa m a c h i n e ，t h e ni ti si n s t a l l e dt od e t e c ti t sp e r f o r m a n c ea tb a s es t a t i o n t h er e s u l to ft e s t i i i 通信摹站运维综合管理系统终端的研究与实现 p r o v e dt h a tt e r m i n a li sr u n n i n gw e l la n da b l et os a t i s f ya p p l i c a t i o nr e q u i r e m e n t s k e yw o r d s ：b a s es t a t i o no p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c e ；c o m p r e h e n s i v em a n a g e m e n t ； d y n a m i ce n v i r o n m e n tm o n i t o r i n g ；g p r s i v 硕士学位论文 f ：i 三置 口水 学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书i 摘要i i a b s t r a c t i i i 第1 章绪论1 1 1 课题的研究背景和现实意义1 1 2 基站运维综合管理系统研究状况1 1 2 1 基站运维综合管理系统发展状况1 1 2 2 基站管理目前存在的主要问题3 1 2 3 基站监控常见传输方式的比较4 1 3 论文的主要内容5 第2 章系统总体设计7 2 1 系统功能要求一7 2 2 系统性能要求7 2 3 系统整体结构8 2 3 1 应用管理服务器9 2 3 2 系统终端1 0 2 3 3 电源部分1 1 第3 章中央控制模块的设计与实现：1 4 3 1 模块功能1 4 3 2 模块组成框图一1 4 3 3 模块硬件电路设计1 5 3 3 1 微处理器选型1 5 3 3 2 电源电路设计1 6 3 3 3 复位电路设计1 7 3 3 4 存储器系统设计1 8 3 3 5 实时时钟设计1 8 3 3 6g p r s 模块接口电路设计1 9 3 4 模块软件设计2 0 3 4 1 模块软件总体设计2 0 3 4 2 模块初始化流程2 0 3 4 3f l a s h 读写控制设计2 2 3 4 4 心跳包的设计2 4 3 4 5g p r s 模块初始化流程2 6 v 通信基站运维综合管理系统终端的研究与实现 3 4 6g p r s 通信流程2 7 3 5 模块的功能调试与实现。2 8 3 5 1 中央控制模块的功能调试2 8 3 5 2g p r s 模块功能调试与实现3 2 3 5 3f l a s h 数据存储的测试与实现3 5 第4 章动力环境监控模块的设计与实现3 7 4 1 模块功能3 7 4 2 模块组成框图3 7 4 3 模块硬件电路设计3 8 4 3 1 徼处理器选型3 8 4 3 2 交流电参量的采集3 9 4 3 3 模拟量信号输入电路设计4 0 4 3 4 状态量信号输入电路设计4 l 4 3 5 控制量信号输出电路设计4 2 4 4 模块软件设计4 2 4 4 1 模块软件总体设计4 2 4 4 2a d 采样流程4 3 4 4 3 电参量采集任务处理流程4 4 4 4 4 指令接收流程4 5 4 5 模块的调试与实现4 6 第5 章终端的功能测试和应用4 8 5 1 状态量采集功能测试4 8 5 2 模拟量采集功能测试4 9 5 3 电参量采集功能测试5 0 结论与展望51 参考文献5 3 致谢5 7 附录a 攻读学位期间所发表的学术论文目录5 8 附录b 终端部分程序代码一5 9 v i 硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 课题的研究背景和现实意义 近几年来，随着我国移动通信事业的迅猛发展，国内各大运营商为确保向广 大用户提供优质的服务，保证通信网络的畅通，建造了大量的基站和机房【1 1 。据 2 0 1 0 年3 4 月的统计数据，国内三大移动通信运营商基站总数超过了1 0 0 万，其 中中国移动超过4 0 万个，中国电信3 0 万个，中国联通接近3 0 万个【2 1 。 如此众多的基站一般具有以下特点：站点多、布局分散且相对偏僻，基本上 都是采用无人值守方式，也就使得各大运营商对与基站机房相配套的基站机房 监控系统提出了很高的要求【3 j 。同时，各大运营商还投入巨额的资金购置了大量 的通信设备、仪器仪表以及相关的辅助设备，为保证这些通信设备、仪器仪表等 能够安全、稳定、可靠的运行，保持通信网络的畅通，最终实现对基站机房的集 中化、科学化管理，运营商对各类辅助系统和工具的需求也就变得日益迫切，这 就促使了通信基站机房运维综合管理系统的产生。 基站数量如此众多以及通信设备种类繁多，使得通信网络的质量很容易受到 外界因素的影响【4 】。如果维护不得力，就会使得设备总体的故障率很高，从而会 增大基站的不安全因素和增加基站的运行成本【5 l 。未来的通信行业竞争将演变得 越来越激烈，新的形势将促使国内各大运营商不断提高和不段发展自己的服务保 障能力、市场响应能力、运营管理能力以及业务创新能力，新的技术与新的运营 竞争环境的出现也将使得各大运营商对基站设备维护效率、维护水平以及维护成 本控制提出更高的要求1 6 j 。 随着新一代网络的不断演进、3 g 网络的全面铺开以及全业务牌照的发放，各 大运营商在语音和数据业务等领域的竞争将日趋激烈，其盈利的能力在很大程度 上将取决于其全面降低运营成本的能力，而降低运营成本的有效手段之一则是对 基站机房进行运维综合管理【7 1 。与此同时，对基站机房进行运维综合管理也将有 助于各大运营商摆脱传统维护带来的负担，从而把更多的精力都集中到经营核心 服务业等方面，把更多的资金都投入到在业务和服务创新等方面【8 】。因此，随着 移动通信事业的不断发展，基站机房运维综合管理系统将成为各大运营商网络建 设过程中不可或缺的组成部分p j 。 1 2 基站运维综合管理系统研究状况 1 2 1 基站运维综合管理系统发展状况 基站机房运维综合管理业务在起步时由于缺乏明确的标准和规范，系统不论 通信基站运维综合管理系统终端的研究与实现 从技术方面还是从应用方面都不是很成熟，各大运营商对于基站机房运维综合管 理系统的应用还处于被动和初级阶段，仅仅只是针对一些像配电、电源等专用设 备和环境进行监控，此时的基站机房运维综合管理系统也就是早期的动力环境监 控系统【1 0 】。1 9 9 6 年，工业与信息化部颁布了一系列关于动力环境监控系统的技术 标准和规范，使得各大运营商开始大规模的应用和推广动力环境监控系统，不仅 新增的基站和机房安装了与之相配套的动力环境监控系统，原有的基站也开始进 行大规模的更新和改造。但是随着我国通信事业的不断发展，各大运营商在对基 站机房进行运维管理的实际过程中，对集中化管理的需求也越来越迫切。以中国 移动为例，2 0 0 1 年该公司就提出了对基站机房进行集中化管理的概念，2 0 0 5 年 开始正式执行以“集中监控、集中维护、集中管理 为核心的集中化运维管理模 式【1 1 1 。市场上出现了各种各样的集中监控系统，比较有影响力的类似产品有中兴 通讯股份有限公司的e g u a r d 集中监控系统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【l2 1 。各大运营商通过大规模的采用这些现代化的集中监 控系统，有效的提高了维护的及时性和准确性，在实现无人值守、保证基站设备 正常运行的同时，又节省了高额的运行维护费用，从而达到减员增效的目的【l 引。 近几年，伴随着信息产业的迅猛发展，通信网络规模日益增大，各大运营商 对基站机房实施运维综合管理的需求也在不断扩展，运维综合管理系统逐渐成为 了基站机房通信建设过程中的不可或缺的配套工程i l 引。北福源信息咨询有限公司 给出了一份( ( 2 0 0 8 2 0 0 9 基站机房运维综合管理行业研究报告，报告介绍了2 0 0 7 年中国通信基站机房运维综合管理产品细分市场结构，其中动力环境集中监控产 品占5 6 ，数据传输设备占1 8 ，基站节能设备占6 ，运维管理信息产品占9 ， 基站门禁和智能防盗设备占1 1 。从这些数据可以看出，运维信息化产品占到了 所有运维产品的9 4 ，属于运维管理系统重点投资方面。但是，随着我国大力开 展资源节约型社会的建设，“绿色电信”已经成为各大运营商关注的重点，通信基 站机房节能系统也开始成为运维综合管理行业中一个重要的发展方向【1 5 儿1 6 】。 各大运营商对通信网络建设的投资规模不断扩大，我国运维综合管理产品市 场规模也在不断扩大。2 0 0 7 年我国运维综合管理产品市场规模为2 1 5 7 亿元， 2 0 0 8 年其市场规模则达到了2 7 9 5 亿元，与2 0 0 7 年相比，同比增长了2 9 5 3 ， 基站机房运维综合管理行业呈现高速发展趋势7 。 此外，随着电信业的重新组合和3 g 网络建设的全面铺开，各大运营商为了 在行业竞争和利益方面处于有利的位置，必将新建大量的基站，并对其现有的通 信网络和基础设施进行大规模的扩充，由此也将推动与基站相配套的产品的采购 需求不断增加【l 引。同时，2 0 0 9 年4 月l5 日，国家正式发布电子信息产业调整 和振兴规划，这将进一步刺激和推动电信行业的发展，从而进一步推动基站数量 的大幅增加和其配套产品的采购需求不断增加。这将成为运维行业未来发展的重 2 硕上学位论文 要推动力。 1 2 2 基站管理目前存在的主要问题 随着我国移动通信事业的蓬勃发展，基站运维综合管理系统也取得了长足的 发展【1 9 】。但是，当前的国内运营商的基站监控多以故障监控为主【2 0 1 ，仍缺乏数字 化、精细化的管理平台，在基站监控中主要面临如下难题： 第一，对于基站屡屡被盗，缺乏有效监管手段【2 。移动基站布局分散的特点 为犯罪分子作案提供了有力的条件。近年来，移动基站被盗概率逐年增大，犯罪 分子气焰也越来越嚣张，他们已经不再满足于空调外机、电源进线、地排、馈线 接地线、地线、铜排等设备，更多的是直接破门而入，对基站通信设备进行疯狂 窃取，给通信安全带来巨大威胁，造成国有财产直接损失数额巨大，间接损失无 法估量。以某移动基站为例，2 0 0 6 年被盗设备折合人民币1 3 万元，2 0 0 7 年被盗 设备折合人民币2 2 万元，2 0 0 8 年被盗设备折合人民币3 4 万元，损失逐年激增。 这类事件破案率低，究其原因是因为缺乏现场拍摄的犯罪图像和现场的震慑手段， 而传统的硬盘录像机式图像监控系统常常被犯罪分子一齐盗走而无法达到记录现 场证据的目的。因此，基站图像监控急需一种能够达到有效震慑，同时能够在第 一时间将现场图像传送至监控中心的设备。 第二，无法做到对代维人员的有效监管。随着人们对通信网络质量要求的日 益增加，传输网络的常规检查也相应变得正规、严格，巡检记录归档也相应变得 更加科学化。但长期以来，代维公司对基站的巡检和传输线路巡检都是采用手工 记录，手工统计或是信息钮等方式，容易出现漏记漏统的情况，移动公司对代维 公司的巡检力度难以把握，也容易出现代维公司的作假行为。为了保障企业的基 站和通信线路的正常运行、提高基站和线路资源的维护管理水平并提升线路资源 利用率，需要一个基于无线传输网络的高度智能化、地理化和图形化的基站线路 代维巡检管理系统，实现整个基站线路资源的完整化、集中化、可视化管理，在 及时保证资源数据完备性、一致性、可靠性的基础上，为管理人员提供准确、快 速的各种线路资料查询及多层次的综合数据统计分析功能，有效提高基站和线路 代维巡检的可靠性、高效性和准确性【2 2 儿2 3 1 。 第三，无法做到对基站耗能的准确掌握。据统计，目前中国移动的能源消耗 中电力占比约为8 7 ，而电力消耗的大户是来自基站耗电【2 4 1 。移动基站数目多， 分布地域广，用电性质复杂，有工业用电、农电和自发电，移动公司对基站的实 际用电情况不太清楚。基站中既有老式的机械式电能表，也有电子式电能表，还 有部分i c 卡预付费电能表等，情况复杂、难以管理，平常用电费用由移动业务的 代办点到电力管理部门代缴，很多基站的电费都是按估算结算，管理上存在很大 的漏洞。同时，现在所有移动基站均采用无人值守方式，也给了窃电分子以可乘 之机。 通信基站运维综合管理系统终端的研究与实现 第四，在不更换设备的前提下缺乏有效的节能手段。随着通信网络规模的不 断扩大，通信网络的核心设备、动力系统以及机房、基站等耗能成倍增加。据估 算，2 0 0 7 年中国仅g s m 基站耗电量接近3 2 亿千瓦时，电费接近2 0 亿元【25 。因 此，节能已经成为通信业不能回避的话题。通过对大量基站用电情况的统计分析， 目前基站的用电量有6 5 以上是基站空调器所消耗的，在很多时候，即使不使用 空调器，基站的室内温度也能符合设备运行温度环境要求，但因现在的基站基本 上是无人值守，所以不能根据天气的变化及时对空调器的启停进行调整，如果把 空调设定在恒定的温度下运行，其实也是不科学的。因此，如果能够通过技术手 段在不更新基站现有设备的情况下对其进行必要的控制而达到节电的目的，那意 义将是重大的【2 6 。 第五，缺乏有效动态的资产管理。通信公司每年都要进行大量的网络设备拆 闲补忙、基站载波调整工作，同时还有数以十万计的新增设备并网运行，以上原 因造成设备调动管理和资产清查工作异常艰巨。传统的人工前台加计算机后台的 设备资产管理方式越来越不能满足实际情况的需要，传统方式的前台目前仍以人 工方式进行，现场清点、手抄、录入、汇总等多种人工参与后才能将采集的设备 资产信息导入后台的计算机数据库。设备资产管理中的大量人工参与造成了流程 复杂、时间长、实时性差、管理难度大、差错率高等问题，最终降低了设备的利 用率，增加了运营成本2 7 】【2 引。 因此，采用一种数字化、精细化的基站运维综合管理系统以确保运维过程的 流程化、自动化和信息化，快速传递并反馈监控信息，实现快速故障定位、业务 处理和恢复，有着其极为重要的现实意义。 1 2 3 基站监控常见传输方式的比较 目前国内动力环境集中监控系统有多种，根据其所完成的功能不同，其数据 传输方式也千差万别，现今常采用的传输方式主要包括e l 方式、干接点技术、 p s t n 技术、短信传输技术。 1 e 1 方式 e 1 方式能够传输2 0 4 8 m b i f f s 的码流，因此也可以称其为2 m 传输方式【2 9 1 。 e l 的一个时分复用帧划分为3 2 个时隙，每个时隙传输8 b i t ，每秒传输8 0 0 0 帧， 因此每个时隙的带宽为6 4 k b i t s 。e 1 可以划分为独立e 1 方式和抽时隙e 1 方式两 种来使用。独立e 1 是把2 0 4 8 m b i t s 作为一个完整的数据传输通道，这种方式传 输可靠、稳定性好，主要适用于数据量大的局站监控或有图像监控的基站的组网。 抽时隙e 1 方式是利用2 m 线路上的空闲时隙，采用时隙分插复用来完成监控数据 的传输，这种方式与独立e 1 相比传输速率慢，但其响应速度快，目前中国移动 大部分的大多数基站集中监控系统就是采用这种组网方式。但是e 1 方式造价高、 网络架构比较复杂、维护量大，而且传输过程中的占用大量的基站资源，对基站 4 硕士学位论文 业务会造成一定的影响。 2 干接点技术 动力环境监控一开始的建设模式就是采用干接点监控。这种方式主要是由基 站的采集设备连接各种传感器进行数据采集，采集到的数据会转变成开关量，然 后通过基站收发台上的外部告警单元经由基站控制器传送到交换中心1 3 们。虽然干 接点方式建设成本低，实现简单、实用，但它只具备告警遥信功能，无法实现监 控系统至关重要的模拟量采集，更无法支撑运营商日益增强的精细化管理要求， 因此，一般在非重要基站才采用干接点监控子系统【3 。 3 p s t n 技术 p s t n ( p u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k ) 是公共交换电话网的英文缩写， 它是一种基于模拟技术的电路交换网络【3 2 1 。p s t n 以其价格低廉、覆盖面广、组 网简单成为了应用最早的联网方式，但是其采集处理速度相对较慢，而且容易受 到干扰，同时其网络资源利用率相对也比较低。p s t n 传输方式适用于数据量小 的基站【3 3 】。 4 短信传送技术 这种监控方式主要用于传输告警信息【3 4 】。当有告警数据产生时，可以将相关 告警信息以短消息的形式上传给监控中心并发送给相关的维护人员或值班人员， 通知他们即时对发出告警的设备做出相应的处理，但是，短消息实时性不强，当 信息量比较大时，延迟时间会比较长，特别是在春节等重要节假日时，甚至会出 现短消息丢失的现象，而且，短消息最大只能传输7 0 个字符，不适合基站监控数 据量大的监控需求，因此，短信传送方式一般只能作为基站监控的一种辅助手段， 且适合应用到数据量相对比较小、数据采集点分散的系统中【3 5 儿3 6 1 。 1 3 论文的主要内容 本论文对通信基站运维综合管理系统进行了总体设计，重点完成了终端的软 硬件设计以及终端功能的测试。完成的主要工作包括：通信基站运维综合管理系 统的总体设计，通信基站运维综合管理系统终端硬件电路设计、软件设计和功能 测试。 本文的主要内容包括： 第一章：绪论。本章概述了课题的研究背景和现实意义，分析了基站运维综 合管理系统的发展状况和目前基站管理存在的问题，介绍了基站监控常见的传输 方式，然后给出了本文的主要内容。 第二章：系统总体设计。本章给出了系统的功能要求和性能要求，然后再根 据这两方面的要求给出系统的整体结构。 第三章：中央控制模块的设计与实现。本章对中央控制模块的的硬件、软件 进行了详细的设计，并对中央控制模块进行了相关的调试和测试。 ；现。本章对动力环境监控模块的硬件、 简单的测试。 于终端功能进行了测试，并给出了测试 硕士学位论文 第2 章系统总体设计 通信基站运维综合管理系统是针对中国移动的无人值守通信基站而设计的， 其目的是通过采用一种具有科学性的综合管理系统来改变传统的人工巡检的维护 方式，实现对基站动力环境的监控和对基站进出人员的有效监督和管理，从而解 决移动通信运维工作量大和运维力量相对薄弱这一日益突出的矛盾。 本章首先给出系统的功能要求和性能要求，然后再根据这两方面的要求给出 系统的整体结构，并对终端的供电电源部分进行了简单的介绍。 2 1 系统功能要求 系统的功能要求，主要可以概括为以下几点： 1 通过现场图像的抓拍和联动告警，实现基站的防盗功能。采用红外触发和 移动侦测技术相结合，抓拍现场图片并迅速传送至服务器以备取证，并在现场通 过高音喇叭和警灯进行警示，将基站盗窃事件防范于未然。同时，通过短信和彩 信联动将告警图片发送给维护人员，及时通知维护人员过来处理。 2 通过对基站电源参数的取样判断，实现油机发电管理。通过对基站电源参 数的取样，判断发电机的启动时间、结束时间、发电电压等信息，记录发电时长 和次数，并通过摄像头自动采集现场图片，对发电过程进行全程的监控。服务器 w e b 管理系统对发电数据进行统计，并对每条发电记录匹配发电全程监控图片， 有效遏制发电邮费报销中的偷报、虚报。 3 通过对巡检维护现场图片的抓拍，实现代维巡检管理。通过将巡检人员在 基站现场维护的图片，与其在管理系统录入的巡检记录进行关联，实现对巡检过 程的监控和跟踪，以及对巡检记录的数字化和问题跟踪。同时，通过对巡检记录 进行统计与分析，为代维工作的考核和结算提供有力的依旧。 4 通过对基站用电量的精确计量，实现基站用电管理。通过精确的电能计量 和对电源的监控，对基站用电量进行统计和分析，使管理者对基站的真实用电情 况一目了然，同时也能杜绝基站偷电、漏电现象，达到节约成本的目的。 2 2 系统性能要求 通信基站运维综合管理系统是对基站动力设备、环境实施集中监控管理的系 统，是对监控范围内分布的各种动力设备、环境情况进行遥测、遥信、遥控和遥 调，实时监控基站动力设备的运行状态，记录、分析和处理相关数据，及时侦测 故障并适时通知维护人员处理；同时，通信基站运维综合管理系统能对基站进行 7 通信基站运维综合管理系统终端的研究与实现 遥像，通过对基站的可视化管理，能及时的了解基站进出人员及基站周围的情况， 从而实现基站的少人值守或无人值守。 因此，通信基站运维综合管理系统的性能直接影响到动力设备维护的效率与 质量，监控系统越稳定，动力设备发生重大故障的风险就越小。在设计时，对系 统给出了如下性能要求1 37 j ： 1 可靠性：一个系统最重要的性能指标就是可靠性，这是用户放心使用的基 础。通信基站运维综合管理系统的可靠性应高于任何被监控设备的可靠性。在系 统设计时，其系统可靠性指标为：系统平均无故障时间m t b f 2 0 0 0 0 小时，系 统平均恢复时间m t t r 、 0 5 小时，终端平均无故障时间m t b f 2 0 0 0 0 0 小时。 系统中应采用高质量的计算机设备、网络设备、传感器及变送器元件以及监 控模块。系统应有很好的电气隔离性能，不得降低监控设备与系统的交直流隔离 度、直流供电与系统的隔离度。系统的终端机箱外壳应当接地，并具有抵抗和消 除噪声干扰的能力。系统应该具有良好的电磁兼容性，被监控设备处于任何工作 状态下监控系统均应能够正常工作。系统还应具有自诊断功能和自恢复能力，对 于数据错误、通信干扰等可以自动恢复，对于软件和硬件故障、通信中断等情况 能够正确诊断并及时发出报警。 2 精准性：系统测量精度指标应该达到：告警准确率、输入检测准确率和输 出控制准确率达到1 0 0 ，模拟量采样精度优于o 5 ，其他电量采样精度优于2 ， 其他非电量采样精度优于5 。 3 实用性：实用性是从用户的角度考虑的，系统的设计必须实现基站的少人 职守或无人职守。同时，系统应该在实现所需功能的前提下尽量降低成本，即具 有较高的性价比。 4 实时性：实时性是指系统对基站中的各个监控量的变化的响应快慢程度。 在传输速率不低于1 2 k b p s 的情况下，系统的响应时间应该不超过l o s 。 5 灵活性：系统采用模块化设计，各模块物理上隔离，功能上独立，能根据 不同的现场运行环境和客户实际要求进行灵活的组合，便于应对不同的需求。同 时，模块化的架构能有效减少系统的维护和维修难度，便于问题的排查和解决。 6 可操作性：虽然基站平时是采用无人值守，无需设计齐全的人机界面，但 终端应该配备齐全的调试接口，方便维护人员在基站现场连接操作台或便携式p c 机对终端进行测试、排错等操作。 2 3 系统整体结构 通信基站运维综合管理系统由系统终端和应用管理服务器两部分，两者之间 通过g p r s 网络实现数据与信息的传输3 引。系统终端安装于基站内部，完成原始 数据的采集、处理和发送，同时响应远程应用服务器下达的各种控制命令。应用 8 硕l 学位论文 管理服务器完成数据的保存、查询、统计、分析、管理、报表及相关控制功能， 同时，服务器将各种告警信息以短信、彩信的形式及时发送至相关维护人员的手 机上，实现告警联动；应用管理服务器基于b s 构架，相关人员通过互联网即可 随时随地访问服务器主页，查看基站各种详细信息，并可下载和打印各种分析结 果。通信基站运维综合管理系统整体结构框图如图2 1 所示。 r 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一- 1 2 3 1 应用管理服务器 图2 1 系统整体结构框图 应用管理服务器由多台p c 机或多台服务器组成，主要包括实现告警、图像 监控、用电管理、发电管理、巡检管理和系统维护等六大功能。 1 告警功能 基站的告警信息能够在应用管理服务器进行保存，通过登录系统的w 曲地 址，进入告警界面，能直接的展示、快速的查询各基站的实时告警信息、历史告 警信息以及详细告警信息。 9 通信基站运维综合管理系统终端的研究与实现 2 图像监控功能 图像监控分为防盗图像监控、维护图像监控、手动图像监控。登录图像监控 晃面，可按照类别和基站进行监控图像的查询。 3 用电管理功能 用电管理功能是实现对基站用电情况的管理，包括基站用电情况查询、用电 结算报表查询、基站实时数据查询、用电历史数据查询，并可根据需要把查询结 果下载及打印。 4 发电管理功能 发电管理功能是实现对维护人员发电情况的统计和管理，包括发电历史查询、 当前发电基站、发电人员信息三个部分。发电记录中不但有发电起始时间、发电 时长的记录，还有对应发电图像，以方便对发电过程进行取证。 5 巡检管理功能 巡检管理功能是实现对基站巡检人员的监督和管理，包括巡检计划的建立和 管理、巡检派单的管理和查询、巡检情况的查询、维护人员管理四个部分。巡检 管理以维护人员生成派单为主，维护人员将巡检的主要内容、巡检中发现的问题 录入到系统中，系统根据所生成的派单任务自动匹配图像信息，从而对巡检工作 进行取证。 6 系统维护功能 系统维护包括对用户账号的管理，用户权限的定义，以及对监控设备本身的 状态进行查看，对监控设备进行简单的控制等。 2 3 2 系统终端 系统终端通过串口和g p i o 连接各种各样的传感器、控制器以及智能设备， 完成对基站机房的各种环境参量( 如温度、湿度、水浸、烟雾、门磁、空调等状态) 和各种电参量数据的采集后，采用g p r s 模块将数据发送给后台服务器，并根据 后台服务器的命令完成相应的控制( 如通过控制器启停空调等) ，同时，终端通过 与图像采集单元的通信，实现对基站室内室外环境的图像监控。 通信基站运维综合管理系统终端整体硬件框图如图2 2 所示。系统终端主要 由供电电源部分、动力环境监控模块和中央控制模块三个部分构成，这里所说的 电源部分是指给各模块供电的开关电源，开关电源采用定做的4 8 v 转1 2 v 5