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硕i 一论文通信机房动力0 环境监控系统实现和研究 摘要 譬s 3 1 6 3 3 通信机房的动力和环境集中监控系统已经成为通信局( 站) 实现无人或少人 值守的必不可少的手段，起到了减轻维护人员的工作量、提高维护质量的作用。 本文就是在这种前提下根据邮电部的有关技术规范，研究了通信机房动力和环 境集中监控系统的设计与实现。 我们根据通信机房监控系统的特点，提出了集中监控体系结构的混合模式一 c s 和b s 模型。这种模式的思想主要是在功能分布、松散关联、标准接口。 由局站的现场监控单元( f s u ) 完成数据的采集、报警判断、临时存储和向上级 发送等功能。以保证实时性和可靠性；由区域监控中心( l s c ) 设立前端服务器 ( f r o n ts e r v e r ) 和各局站的f s u 进行基于t c p i p 协议的通信，来传输告警信息、 配置和控制命令、采集数据及历史数据等，这种方式将l s c 和f s u 进行了较好 的隔离方便各自的扩展。同时，在l s c 内部的后台软件系统则采用b s d 模式 的体系结构，便于软件系统的升级和维护。 本文还讨论了t c p ，i p 在动力和环境监控系统中的应用前景。一方面，随着 w w w 应用的广泛，与w w w 相关的各种技术在不断发展，p h p ，j a v a 等新技 术不断出现，因此完全使用浏览器作为动力和环境监控系统的用户界面不仅在技 术上面且在可操作性上都成为可能。另一方面，t c p i p 在现场监控单元的实现。 这将大大降低各种设备问互联的复杂程度、减化监控系统的构建和降低建设成 本。 第1 页 顺l 论文通信机房动力0 环境监拧系统实脱和研究 a b s t r a c t t h ec o n c e n t r a t e d s u p e r v i s o r ys y s t e m o fp o w e r e n v i r o n m e n t i n o m m u n i c a t i o n se q u i p m e n tl o o m si sp l a y i n ga l li m p o r t a n tr o l ei nt h em a i n t e n a n c e o fc o m m u n i c a t i o n t h i s p a p e rd e v e l o p e d a l ld e s i g na n d i m p l e m e n t e d t h ed e s i g nb a s e d o ns o m ee n v i r o n m e n t a la n d e n g i n e e r i n gs p e c i f i c a t i o n s a c c o r d i n gt o t h ec h a r a c t e r i s t i c so f s u p e r v i s o r ys y s t e m o fp o w e r e n v i r o n m e n ti nc o m m u n i c a t i o n s e q u i p m e n tr o o m s ，o u rr e s o l u t i o n i sam i x e d a r c h i t e c t u r eo f c i sa n db s t h em a i ni d e ai sd i s 埘b m e d f u n c t i o n 、l o o s e l y a s s o c i a t i o n a n ds t a n d a r di n t e r f a c e i no u r d e s i g n ，t h e f i e l d s u p e r v i s i o nu n i t ( f s u ) i n c h a r g eo f t h e c o l l e c t i o no f s t a t u so f d e v i c e 、c h e c k t h ev a l i d i t y o f d a t a 、s e n d t h e m t o t h e l s c w h e n n e e d e d t h e n l o c a ls u p e r v i s i o nc e n t e r ( l s c ) w i l ls c t o pa l lf r o n t s e r v e rt oc o n m a t m i c a t ew i t ha l lt h ef s u sw h i c h a r eb e l o n gt oi t t h ec o n n e c t i o nb e t w e e nt h e mi sb a s e do nt c p i p t h o u g ht h i sm o d e , f s ua n dl s cc a ne x t e n di n d i v i d u a l l ya n dw o n tr e s u l ti ng r e a te f f e c t0 1 1a n o t h e r i n t h ed e s i g no f l s c ，w ea d o p tt h eb s da r c h i t e c t u r e , f o ri ti sm o l ec o n v e n i e n t f o rn s e r t om a i n t e n a n c ea n d u p g r a d e t h ep a p e ra l s od i s c u s st h e p f o s p e c t o ff u r t h e r a p p l i c a i o n o ft c p i pi n s u p e r v i s o r ys y s t e m o no n eh a n d ，o w i n g t ot h eg r e a tp r o g r e s so f t e c h n i q u ea b o u t w e b ，t h eu s e ri n t e r f a c ew i l lb a s e do nb r o w s e r o na n o t h e rh a n d ，t h es u p p o r to f t c p i pm a yb ea v a i l a b l ei nf s u i tw i l lr e d u c et h ec o m p l e x i t yo fi n t e r c o n n e c t d e v i c e s ，a n dm a k e i te a s ya n d c h e a p e r t oc o n s t r u c tt h es u p e r v i s o r ys y s t e m 第2 页 硕士论文通信机廓动力b 环境监控系统实现和研j 1 绪论 1 1 通信动力与环境监控系统的发展及现状 对通信动力与环境系统的监控，一直是从事通信动力与环境系统应用研究人 员长期追求的目标。在7 0 年代，就开始了通信动力与环境系统监控的实用研究， 出于当时技术条件不具备( 电子器件功能、质量难以保证) ，虽经艰苦努力，未 获成功，但已积累了丰富的教训和经验，使后续应用研究与试验受益艇浅。8 0 年代末，电子技术飞速发展，推动了通信动力与环境系统产品的技术进步。高频 开关电源的推广应用，自动化柴油发电机组、a t s 等设备的成熟应用，标志着动 力与环境系统监控的基础条件基本具备。9 0 年代初，电子器件更趋成熟、完善， 计算机技术的飞速发展与应用，为实现动力与环境监控提供了优良的技术保障。 通信动力与环境集中监控的基本目的，是对网上运行的通信动力与环境设备 进行实时自动监控，实现少人或无人值守，改变过去由人员看守的落后维护方式。 是在少人或无人值守的条件下实现新的具有科学性的维护管理方式的运作。大量 的实时数据，直观的反映设备、系统的真实状态。通过对监测数据的科学处理、 分析，可定性或定量地对设备、系统工作品质给予准确的评价。可以以大量的技 术数据为依据，指导设备的检修维护，采用专家系统，制定科学合理的设备维护 计划。充分利用设备的自动化功能，使用科学的操作程序，把过去落后、复杂的 监测方式、方法进行改进提炼，并通过先进的自动监测手段，把设备维护工作变 的简单、轻松、准确、高效。用准确、快速、真实的数据全面表现设备及系统的 运行状况，是实现集中维护、集中管理的根本保证。 邮电部发布的通信局( 站) 电源系统总技术要求( 暂行规定) 及1 0 5 号 文件，明确指出通信局( 站) 电源系统应实现集中监控，逐步实现少人或无人值 守，并把集中监控列为通信电源系统的一个必不可少的部分。这一规定引起了各 级通信部门的高度重视，并出现了国内外计算机工程公司、生产设备厂家、高等 院校和研究院所相关专业、计算机集中监控系统专业厂商以及邮电部门自身多头 参与系统开发的局面。到目前为止，已在全国近5 0 0 0 个通信局( 站) 的集中监 控系统中投入运行和建设。从全国己建的监控系统组网情况看，有按照s u - s s s c 正规组网，也有辐射状组网，还将有以微波、光缆干线，移动通信系统的各自组 网方式。在监控内容、功能上，大局、重要的局突出全字，小型、设备简单的局， 突出简字。各式各样，不尽相同。 第5 页 硕土论文 面信机房动力环境髓柠系统实现和研究 在中国电信重组为几个独立通信公司后，各自建网更趋现实，混合型网将同 趋减少，专业性强的监控网将更显突出。 1 2 通信动力与环境监控系统尚需的解决的问题 目前我国在与国际上在这一领域的研究开发相比，国内在动力设备及环境集 中监控系统的开发和应用方面尚处于起步阶段。从研究、开发、试验到今天，虽 然已经开通运行的局不少，但要做到先进、实用、规范、符合电信管理网( t m n ) 建设的要求，还需要完善发展。而由于这一领域的多学科性质，使得由单一专业 的机构进行的系统设计方案和实施往往存在各种不合理因素，如有些产品只有动 力设备监控而无环境图像监控，有些产品的系统传输方式单一、组网不灵活，有 些产品不采用邮电部规定的通信协议而造成系统兼容性差等，这都将对我国的电 信网建设产生不利影响。这就需要我们共同努力，使我国的监控系统在软硬件的 先进性和可靠性、系统结构的合理性、系统功能的完善性和实用性以及与被控设 备的接口能力等方面得到进一步提高。 经过研究，发现有如下问题需进一步解决： 1 2 1 特殊性问题 通信动力与环境监控系统与传输网络设备( 包括p d h 、s d h ) 的网管系统、 长话市话交换设备的网管系统、用户障碍申告集中受理测量系统等相比，具有明 显的特殊性。 1 ) 通信动力与环境监控系统监控的设备种类多、品种杂，被称为“七国八 制”。如电源设备有配电屏、整流器、开关电源、蓄电池组、油机发电机组、直 流变换器、逆变器、不间断电源等。空调设备有机房专用空调、分散空调、大楼 中央空调等。环境监控项目有温度、湿度、门禁、烟雾、火警、防盗、环境图像 等，而且同一产品设备型号多。 2 ) 通信动力与环境监控系统涉及的技术门类多，包括电力、油机发电、电 化学、安全防范、电子自动控制、计算机、数据通信、网络技术等。 3 ) 对于不同地点的同一智能设备( i e ) ，如智能开关电源、智能专用空调和 智能油机发电机组，生产厂家虽也开发了监控系统，但都是单一的自成体系的系 统，不实用，必须通过相应的通信协议转换器在不同地点分别纳入到通信动力与 环境监控系统中。对于非智能设备( n i e ) ，要借鉴工业自动控制技术或开发专 第6 页 硕论史 通信帆虏动力，环境贿挖系统实现和 i j f 究 用监控模块( s m ) ，灵活运用到通信动力与环境监控系统中来。 4 ) 当前多数通信动力与环境监控系统在系统网络结构、系统硬件配置、系 统传输途径、系统的监控范围、系统通信协议、系统图像监视方式等均可以任选。 这样造成了一种只要系统越大，项目越全监控内容越多，又有环境实时图像监 控就越先进、越好的不实际看法。使系统规模庞大、网络复杂，造成投资巨大的 结果。 1 2 2 规范性问题 不少电源设备厂家在产品智能控制的基础上，纷纷研究开发多级通信动力与 环境监控系统；不少计算机公司也加入开发的行列；也有设备厂家与院校或研究 所联合开发，等等。由于通信动力与环境监控系统的设备种类多、品种杂，涉及 的技术面广，一个厂家、一个系统商难以全面掌握相关技术，往往根据各自特长 开发，造成系统方案“五花八门”，技术不规范。尽管实施了邮电部内部标准， 对通信动力与环境监控系统进行了技术规范。由于各系统厂商的通信动力与环境 监控系统基本定型商用，往往只在广告上宣传如何标准、功能如何全，而实际上 并未有多大改变。通信动力与环境监控系统的网络结构需要规范，通信动力与环 境监控系统到底应有多少级，这个问题值得探讨。 1 。2 3 管理性问题 通信动力与环境监控系统是以监控为主还是以管理为主? 强调通信动力与 环境监控系统的管理性，主要是明确系统软件开发的指导思想，因为系统软件是 实现管理层次高低的关键。 目前的系统大多是以监控为主的，通信动力与环境监控系统完善发展要以管 理为主，应包含三个层次的管理： 1 ) 是为了系统集中监控的维护管理，即系统软件对数据进行存储、通信、显 示和打印等的管理，这样的监控管理是走在被控运行设备的后面； 2 ) 是系统的智能决策管理，即系统软件具有如下的管理功能：对历史运行数 据进行统计、分类，以详尽的数据报告，对各种被监控设备进行客观的评价，为 今后设备选型、引进设备提供决策依据；对历史运行数据进行分析和计算，提前 发现故障并做出如何排除故障的提示，正如有的专家所说的“预诊断”、“预告警”， 变被动维护为主动维护的管理目的，提高排除故障的效率；实现对设备资源和人 第7 页 颂j 论文通f 南机腐动力t j 环境蚯控系统实现和研究 彳资源的合理优化管理等，这样的决策管理是走在被控运行设备的前面； 3 ) 是强调城市( 地区) 级c n m c 以上的系统网管功能，即通过网管系统的 诊断功能和人工智能技术，可以发现通信动力与环境监控系统的故障和进行排除 系统故障的分析，提供设备选型、系统优化的决策依据。 1 2 4 开放性问题 自独立的专项网管系统、监控系统、测量系统不断产生，自成体系，造成设 备重复投资，传输线路浪费，系统维护麻烦，人手反而紧张。通信动力与环境监 控系统的新闽题就是如何开放兼容? 如何综合治理? 互联也好、资源共享也好， 关键是将通信动力与环境监控系统纳入电信管理网( t m n ) 综合统一在c 3 级 网管中心c n m c 基于上述观点，本次研究主要解决监控网络系统的分层结构，系统接口原则 ( 包括系统物理接口、连接方式、数据通信协议) 等。 第8 页 硕 浇文通信机房功山与研= 境监控系统实现和研究 2 动力与环境监控系统的总体设计 一个系统的总体设计必须遵循一定的原则动力与环境监控系统的监控对象 是一个地区、一个省、甚至全国范围的通信机房，管理的深度和广度都是非常巨 大的，因此系统在设计的过程中必须采用按层次的设计方法，依据管理区域的范 围设置不同规模的监控系统。整个系统的层次结构可以灵活组织，以适应不同动 力与环境监控规模的要求。 2 1 系统结构 动力、环境及图像集中监控系统的结构可以从两个方面来考虑，一是系统的 物理结构( 即系统硬件组成结构) ，二是系统的业务结构( 逻辑结构) 。物理结构 的设计取决于通信网络结构、通信机房分布和维护组织设置和管理方式，业务结 构取决于维护组织设置和管理方式。 2 1 1 监控系统总体结构 监控系统的层次和体系结构向来没有一个规范的标准，各个厂商产品的组网 方式和层次结构都不尽相同，这给不同厂商监控产品之间的互联互动带来了一定 的困难。监控系统的层次设定往往可以根据各省、地区的实际情况进行，一般应 遵循行政区域的划分原则，以使监控系统的管理和行政管理结合起来。根据这一 原则，监控系统通常可以采用4 级体系结构：集中监控中心( c o n c e n t r a t i o n s u p e r v i s i o nc e n t e r ，c s c ) 、区域监控中心( l o c a ls u p e r v i s i o nc e n t e r ，l s c ) 、现 场监控单元( f i e l ds u p e r v i s i o nu n i t ，f s u ) 及监控模块( s u p e r v i s i o nm o d u l e ， s m ) 。监控系统呈现树型网络拓扑方式，系统体系结构如图2 1 所示。 动力与环境监控系统的组网应满足以下原则： 一个省设立一个集中监控中心( c s c ) i 地市级及以上本地网设置一个区域监控中心( l s c ) 区域监控中心可与 本地网管中心连网： 根据各地电话交换网络的具体情况，区域监控中心可以下设一个或数个 现场监控单元( f s u ) ； 各通信局( 站) 可设置一个现场监控单元( f s u ) ； 各通信局( 站) 可根据监控参量的具体情况( 类型、数量、分布等) 配 第9 页 顺士论文通信机房动hl 环境监控系统实现和研究 置一个或数个监控模块s m ，其他通信局( 站) 的s i v l 可接入本通信局( 站) f s u 。 监控模块 现场监控 区域监 s ms m i i 集中监控中心 图2 1 动力及环境监控系统体系结构图 各级系统的功能如下： 1 ) 监控模块s m s m 的设备配置可分为标准型s m ( 中、小模式) 和增强型s m ( 大模式) 两 种，分别对应不同的设备配置。 在规模适中或规模较小的端局，无智能设备或智能设备不超过5 个时，可将 各采集设备挂接在一条数据总线上，直接通过通信链路将数据传送到端局监控 机。一般市话局支局、模珈蜀釉基站采用中、小局横赡拗力与环境监控系统实现和研究 标准型s m 由智能协议处理器o c e 、采集器、传感器等设备组成、适用于 第1 0 页 颇士论史通信机房动j4 i 环境临牲系统安现和研究 大部分的无人职守的局站。 大局模式适用于中心局、枢纽局、汇结局等设备数量较多要求实现就地管 理的大型局站，采用监控主机配置。大局模式配置由多端局监控主机、采集器、 传感器等组成。 2 ) 现场监控单元( f s u ) f s u 设备配置类似于l s c ，但是f s u 相对于l s c 的重点功能是设备监控和 维护。一般情况下，除了与l s c 的配置相同外，f s u 配置有若干台多端局监控 主机，对其所监控的f s u 数据进行采集和处理。在有些系统中l s c 同时具备f s u 的功能。 f s u 是连接监控端局和监控中心的桥梁，是整个监控系统数据处理的核心， 其主要功能是对端局采集器的原始数据进行采集，并将处理结果发送给监控业务 台和数据服务器，同时接受业务台的控制命令对端局设备进行控制。 f s u 主要具各以下功能：以图形或列表方式实时显示本f s u 范围内的各s m 的分布状况、工作状态和运行参数：具有局站分片区、分设备类监控功能：全网 时钟校验功能；自诊断功能、对监控系统本身的故障进行告警；具有故障派修、 回单和测试的闭环管理能力；具备与图像监控系统告警联动功能；实时接收告警 信息、具备分级告警、画面自动切换、告警提示、自动寻呼、e m a i l 、短消息、 告警查询、告警统计等功能。 3 ) 区域监控中心( l s c ) l s c 是整个本地网动力及环境监控系统的监控和管理中心，主要完成全网的 监控信息的统计处理分析。l s c 一般由数据库服务器、监控业务台、打印机及相 关附属设备所组成。 4 数据库服务器主要完成监控数据的存储，是监控系统的数据存储和管理中 心。l s c 业务台是监控中心的系统操作平台，主要负责监测、分析、统计和查询 各f s u 的动力监控实时数据、告警信息及历史数据、告警信息产生时系统会相 应进行声光告警、l e d 大屏幕显示、e m a i l 、短消息等提示工作人员进行紧急 处理。 l s c 的主要功能有以下这些：实时监控各现场监控单元( f s u ) 的工作状态： 对f s u 下达监测和控制命令：统计生成各种统计报表及曲线图、包括自定义报 表的定制等；权限管理、可分片区、分业务管理；在实时监控台提供动态配置功 能：告警立即打印、定时打印、屏幕拷贝打印：对全网进行时钟校准等。 第1 1 页 硕 论文 通信机房功力环境监拎系统实观和研究 4 ) 集中监控中心( c s c ) c s c 的功能是负责全省监控系统的信息汇总和分析处理，是l s c 的上级管 理单元。c s c 汇总各l s c 的监控信息，提供一个全省的资源配置和故障告警数 据。供管理者了解全省监控系统总的运行情况。 各个层次的设定也不是一成不变的，要根据实际情况进行动态调整。比如 s m 和f s u 的设定并没有严格的区分标准，同样各层次模块的规模也是动态变 化。在某些规模较小的区域可能只需要一个或很少数目的s m ，此时就可以省略 f s u ，将s m 直接连接到l s c 。实际建立监控系统时应根据具体情况 2 2 2 监控系统各层次之间的传输方式 在监控系统4 级体系结构中，存在3 条传输线路，即s m 与f s u 、f s u 与 l s c ，l s c 与c s c 。 s m 与f s u 之间的数据传输采用专用数据总线方式进行，通信协议为r s 4 8 5 、 r s 4 2 2 或r s 2 3 2 一c 。 f s u 与l s c 之间的数据传输采用两条传输线路，互为备份并可以自动切换， f s u 与l s c 之间的数据传输方式可选用下列方式：局问数字中继( d t ) 、分组 交换网( p s d n ) 、语音专线( m o d e m ) 、拨号电话线( m 0 1 ) e m ) 、数字数据网 ( d d n ) 、综合业务数字网( i s d n ) 。 l s c 与c s c 之间的数据传输也以专线为主，拨号公用电话网为辅，专线和 拨号线之间自动切换，传输的方式可选用以下方式：居间数字中继( d t ) 、分组 交换网( p s d n ) 、语音专线( m o d e m ) 、拨号电话线( m o d e m ) 、数字数据网 ( d d n ) 、综合业务数字网( i s d n ) 、异步传输模式( a t m ) 、以太网。 2 2 , 3 各层次的设计原则 1 ) 中心系统( c s c 、l s c 、f s u ) 监控系统中c s c 、l s c 、f s u 的功能大体相似，都可以实现监控中心的功能， 只是在规模上有所区别，因而可以把这3 层统一看成监控中心来对待。这3 个层 次的设计在原则上也是相同的。下面以l s c 的设计为例来说明这3 个层次的设 计原则和网络结构。 区域监控中心的设计包括硬件和软件两方面。 硬件系统的要求有以下几个方面： 第1 2 页 硕士论义 通信机房功山1 j 环境腑控系统实现和研究 足够的处理速度，以实时处理监控点的数据、语音、图像。 足够的图像解码速度，保证视频的连续性和清晰度。 可扩展性，包括监控点数量、控制台数量、监视屏数量等。 可靠性，保证系统长时间运行。 开放式体系结构，支持系统的灵活组网和面向未来的发展和扩充。 软件系统的要求主要有以下一个方面： 丰富的系统管理和维护功能。 支持开放的网络协议。 通用的应用开发平台和开发工具。 良好的用户界面。 中心系统的建设应该满足良好的性能价格比的要求，具有较好的系统的安装 调试以及软硬件的维护升级能力。动力与环境监控系统的中心系统配置如图2 2 所示。 图2 2 中心系统结构示意图 第1 3 页 顺i ? 论文 通信机房动力，耶境肮拌系统实现和研究 如果中一i i , 系统设置图像监视，则配置交换矩阵如果没有图像监视或图像监 视的质量要求不是很高，则可用路由器或计算机加通信设备实现，中心系统最大 可以是一套功能完善的计算机网络( 如c s c ，l s c ) 最d , n 可以配置成单台计 算机。 2 ) 通信局( 站) 设计 通信局( 站) 设计主要指s m 的设计。局( 站) 设置主要分为大模式和中、 小模式两种，两者的组织结构略有不同。 大模式的s m 结构如图2 - 3 所示，大模式中需要监控的对象种类较多，为了 统一采集设备的参数及统一发送控制命令，在大模式中需要设置一台前置机。各 类设备的采集数据通过r s 4 8 5 、r s 2 3 2 接口传送到前置机，在前置机进行必要的 处理分析后再将采集数据集中传送给上级监控中心，如f s u 或l s c 等。在需要 的通信局也可以设置视频监视功能，这也是大模式不同于中、小模式s m 的重要 地方。 大模式s m 的主要特点在于此类s m 监控的设备种类和数量较多，系统也比 较复杂。它对电源、空调、油机等设备及烟雾、水浸、红外等环境参量都可以进 行监视或控制，适用于规模较大、设备较多的通信端局。 智能设备蓄电池组 油机发电 机组 圈2 3 大模式s m 结构图 中、小规模的s m 设置如图2 4 所示。此类s m 的监控对象通常较为单一， 比如环境参量、电源设备、空调设备等。在需要监控的设备数量较小的情况下通 第1 4 页 颁f j 论立 通竹机席功力j 环境监羟系统实现和研究 常采用中、小规模的s m 。它的特点是实施简便、成本较低，适用于小规模的端 局设置。 霎袭舞 图2 4 中、小规模s m 结构图 f s u 或l s c 2 2 控制设备功能 动力与环境监控系统要实现两个方面的监控任务：一是机房设备的监控管 理：二是机房环境的视频监视。两种监控任务的监控内容不同，设备监控的主要 内容是各类智能、非智能设备，包括高低压配电设备、蓄电池组、智能开关等： 视频监视的内容包括机房环境的视频图像监视、录像等功能。 2 2 1 设备监控 监控系统所控制的设备大体可分为两类：智能设备和非智能设备。智能设备 通常都提供了协议接口，可以方便的采集到数据；而非智能设备通常不具备协议 接口，需要第三方的采集模块完成监控数据的采集工作。 动力与环境监控系统的信令采集方式可分为以下3 种： 1 ) 智能设备：提供智能设备的通信接口和软件通信协议 2 ) 本身不带通信接口的非智能设备：一体化采集器 3 ) 机房环境量：机房专用传感器完成信号转换采集器完成数据采集 监控系统需要监控的主要对象有： 1 ) 交流配电屏 主要监控内容有：三相输入电压、三相电流、市电停电来电告警、主开关 第1 5 页 坝十论文通信帆虏动力。，环境监挣系统实现和研究 状念、电度量( k w ) 等。 2 ) 整流配电设备 主要监控内容有：整流设备输出电流、整流设备工作状态、整流设备启动 停止控制、整流设备均浮充状态控制、直流输出电压、直流输出电流、直流输 出电压上下限告警、模块故障告警等。 3 ) 蓄电池组 主要监控内容有：电池组电压、蓄电池组充放电电流、标志电池温度、每只 蓄电池电压等。 4 ) 智能开关电源 监控内容包括：交流输入电压电流、直流输出电压电流、各开关电源输出电 流、工作状态、均浮充状态、直流电压上下限告警、熔丝断、交流故障、直流 故障等告警。此外，智能开关电源还可对复位、开关机等进行遥控。 5 ) 非智能开关电源 监控内容包括：交流输入电压电流、直流输出电压电流、蓄电池充放电流、 各台整合器输出电流、整流器工作状态、均浮充状态、整流器故障、直流输出 过压、欠压、熔丝断、交流故障等告警。 6 ) 空调 主要监控内容有：开，关机控制、空调运行状态、主机工作电流。 7 ) 机房环境 机房环境的监控内容包括以下内容：火灾烟雾报警、智能门禁、水浸、温湿 度、机房图像监视。 2 2 2 视频监视功能 1 ) 系统结构 动力与环境监控系统的一个重要的组成部分是机房环境的视频监视。l s c 应能对各个交换机房实现远程视频监视，并能实现远程视频的实时联动录像。而 各交换机房之间没有相互监视的要求，仅需要实现本交换机房的视频监视、告警 联动、向监控中心远程传输实时视频图像及告警信息。 在l s c 采用视频监视主机，通过远程传输模块接收各远程交换机房的数字 视频信号，主控机连接1 台长延时录像机，分控机通过l a n 和主控机相联，监 视大屏幕通过视频同轴电缆与主控机相联，可以在主控机分控机显示器上观看 第1 6 页 颂士论文垴信帆房动力- ，环境艏拄系统实现和研究 并控制云台和镜头，录像内容也可以直接回放至主控机显示器上。如果要求录像 机能同时记录多个交换机房的现场图像，可选一台多画面分割器，主控机还应预 留几路视频输出送给投影仪或大屏幕。 2 ) 视频监控的设计方案 视频监控系统可提供实际隋况选取多种解决方案。 第一种方案可采用“网络摄影机”。该设各是一种可以分配冲地址识别的、 集摄像和图像压缩并按网络协议传输图像数据的智能摄像机，网络摄像机每隔十 多秒自动抓拍传送的高解晰度真彩图像，能满足一般视频监控的需求，发生报警 可立即抓拍传送多幅图像。将监控中心服务器、监视终端和网络摄像机构成一个 i n t e m e t 网，可以利用网络协议提供的各种工具有效地管理视频监控站的图像信 息。此方案图片效果好，但视频动态效果差，成本稍高，适用于只有e 1 传输通 道，无其他额外通信线路的情况。 第二种方案可采用电话线视频传输设备。此设备基于h 3 2 3 视频会议协议， 可传送c i f ( 3 5 2 2 8 8 ) 动态视频图像，帧速2 1 5 帧s ，。此方案实现简单， 成本低廉，可看性好。 第三种方案可采用专用低带宽压缩解压缩传输卡。采用专用压缩芯片，视频 图像质量好，可传送c i f ( 3 5 2 x 2 8 8 ) 动态视频图像帧速6 帧s 以上。此方 案可靠性高视频图像效果好，成本稍高，适用于只有e l 传输通道，无其他额 外通信线路的情况。 2 3 监控系统组网方式分析 2 3 1 组网原则 动力与环境监控系统可以利用多种资源混合组网，通常可以采用的组网方式 有以下几种：e 1 、d d n 、i s d n 、p s t n 、w a n 及其他传输资源。不同的组网方 式对资源利用的情况也不同，可以根据实际情况采用方便经济的组网方式。 1 ) e 1 线组网方式 采用e 1 线组网时，通常的做法是利用p d h 或s d h 设备从2 m 带宽中抽出 一个或几个时隙的带宽用于监控系统的数据通道。 采用e 1 线组网的主要特点有：a 、只抽取2 m 带宽中的部分时隙，不影响其 余通道；b 、可将各端局分别占有的一个通道与中心联网：c 、传输资源丰富、占 第17 页 侦f j 论丘：通_ , 7 - yl 房z 由月1 王j f = 境雌捧采统安现和究 用少、传输速率选择灵活。 e l 组网方式如图2 5 所示。 多局站监控 主机 图2 5 e l 组网方式 2 ) d d n 组网方式 d d n 组网方式通过d d n 网络连接监控系统的各个部分采用这种方式组网 主要有下列特点：( 1 ) 需要用户提供异步串行口：( 2 ) 传输速率小于6 4 k b p s 。 d d n 组网方式通常应用于监控站s m 与监控单元f s u 之间的组网。 d d n 组网结构图如图2 6 所示。 第18 页 坝f j 论文 通信帆房动山与环境监控系统实现和柳f 究 监控中一i i , 监 控站 图2 6 d d n 组网方式 3 ) m o d e m 远程存取组网方式 m o d e m 远程存取组网方式的主要特点如下：( 1 ) 组网方便、造价低廉；( 2 ) 可选用拨号、专线方式，速率较低，最高5 6 k b p s ，不利于图像数据的传输；( 3 ) 采用基带m o d e m + 专用电缆，可使传输速率达到1 2 8 k b p s 。这种组网方式通常 用于s m 与f s u 之间的连接。见图2 7 所示。 第1 9 页 填i 。论文通f 占机房动力j 环境监控系统实现和研究 多端局监控 主机 图2 7m o d e m 远程存取组网方式 除了以上三种常用的组网方式外，实际应用中还存在其他的组网方式。在实 际组网过程中，应当根据已有的网络现状和资源配置情况选择合适的组网模式， 力求达到充分利用网络资源，提高传输网络资源的利用率，节省系统运营开支。 2 3 2 信息传输方式 动力与环境监控系统中各层次之问需要交换的信息主要有以下这些：配置信 息、告警等历史信息、遥测的历史数据、新发生的严重告警信息等。目前，对于 这些信息的传输方式并没有一个统一的规范和标准各厂商提供的地区监控中心 的信息格式都不尽相同解决信息传输接口标准化的关键是提出一个统一的标 准，各厂商以该标准为原则，提供满足条件的信息格式和接口。 在目前的条件下，实现不同信息格式的转换的方法主要有三种：一是利用 第2 0 页 硕i 论文通信审i 廊动，j l 环境航拄系统实现和研究 w w w j a v a 技术实现；二是利用数据库和数据格式的变换来实现；三是使用标 准网管协议的接口。几种方法各有优缺点，适合于不同的环境。 w w w j a v a 方式要求厂商根据统一的要求设计w w w 页面同过浏览器实 现对各个区域监控中心或现场监控单元的监视数据的观察和分析，利用这种方法 的好处是无需新增数据库系统，节省了投资并降低了系统的复杂度；缺点是这种 方法不能汇总各区域监控中心的监视数据，无法对全网的数据进行统一的分析和 处理。 数据库方式是指将各区域监控中t l , 的数据库数据统一转换成集中监控中心 数据仓库的数据格式，这种方法要求区域监控中心的数据库开放其数据格式，并 且为每个区域监控中心提供数据转换功能，一定程度上增加了系统的开销。但这 种方法的好处也是显而易见的，即提供了对全网监控数据统一分析处理的能力， 在管理功能上是一大进步。 可以吸取两种方式的优点，取得更好的监控效果。具体方案是对不同类型的 数据采用不同的传输方式，对配置信息、告警历史、遥测历史数据、实时告警这 几类数据采用数据库互联及数据转换方式，同时利用w w w j a v a 方式实现实时 监视，更加完善的解决数据传输的多样性问题。 与用w w w j a v a 技术，利用标准的网管协议是一种具有更高效率和更灵 活功能的方式。其中以公共管理信息协议( c m i p ) 为基础的q 接口是各种网络 功能单元之间的标准接口。它提供了信息模型的定义、实时数据传送、告警处理 和面向对象的操作等非常全面而灵活的功能。 但是c m i p 是比较复杂的。在c m i p 被提出之前，简单网络管理协议( s n m p ) 就在网络管理中被广泛使用了。s n m p 与c m i p 相比，不具有那么强大和复杂的 功能，但是非常紧凑和容易实现，因此它也是一种非常流行的标准。 在我国电信网络管理中要求使用q 3 接口作为标准接口，因为c m i p 代表着 网络技术的发展趋势，而且正在被越来越多的网管系统所采用，因此在动力与环 境监控系统的设计中我们建议采用基于c m i p 的q 3 接口作为集中监控中心和区 域监控中心之间数据传输的标准规范。 第2 l 页 倾i j 论文通信舸l j ；动力1 j 环境监控系统实现和蝌究 3 动力与环境监控系统的设计实现 动力与环境监控系统中各层次之间关系复杂，解决复杂性的方法有多种，但 是所有方法都基于一个基本原理：问题分解和各个击破。也就是说，都是把大型 的、难以解决的问题( 或系统) 分解成一定数量的复杂度较低的子问题( 或子系 统) 再根据需要重复这过程直到每一部分都小到可以解决为止，而各种方法 只是这种原理的一些不同运用而已。在计算机科学中有如下三种经典的方法比较 适合于构建大型系统。 层次化( l a y c r ) ： 将解决方案分解成若干部分，在这些部分中存在一个问题域的最低层，它为 上层的抽象层次较高的工作提供基础，较高层建立在其低层基础之上。o s i 和 t c p 仰协议堆栈是众所周知的层次化软件设计的成功例子 模块化( m o d u l e ) ： 模块将具体的一部分功能块隐藏在抽象的接口背后。模块的最大特点是将接 口和其实现分离开来，这样就能够保证一个模块可以在不影响其它模块的情况下 进行改变。这样也将模块之间的依赖关系仅仅限定于接口。模块的范围是试图反 映求解域内一些方面的自然的概念性界限。纯模块化和纯层次化的应用系统之间 的主要区别是一个可以由其它模块自由调用，模块阃没有上层和下层的概念。从 这个意义上来说，模块是广义的层次。按照纯粹的观点，层次是最多可供一个其 它模块调用的模块，这个模块也就是它的直接上层模块。 对象化( o b j e c t ) ： 对象和模块不同，因为它们具有不同的问题考虑方式，实现的方法也可能各 自独立。对象方法是以模型抽象和抽象数据类型为基础概念，以信息隐蔽为基本 观点，以继承机制为基本抽象机制，以动态连接为其灵活特征的一种新型方法。 从某种角度类来说，对象化可看成是结构化使用模块的方法。 回顾三种经典方法是在于启发开发的工作。每种方法都有它的优点和缺点， 但是通过将各种方法进行合理的组合和集成可以互相取长补短，以达到最佳效 果。 本课题采用了集成以上三种经典的处理方法。整个系统的基本设计思想是： 层次化、模块化和对象化设计。 第2 2 页 硕1 。论空通信机席动力j 环境 i ：i 撺系统实现和研究 3 1 监控模块( s m ) 的设计和实现 监控模块( s u p e r v i s i o nm o d u l e ，s m ) 是与被监控设备直接连接或者是嵌入 设备内部的监控级用于对被监控设备的状态和运行参数的采集并能以串行通 信口向现场监控单元( f s u ) 传送各种信息，接收、执行上级监控中心的各种控 制命令。并有自动和手动功能。 3 1 1 监控模块的主要功能 设备监控模块主要有下列功能： 1 ) 实时监控被控设备工作状态； 2 ) 采集和存储被控设备运行参数； 3 ) 按照现场监控单元( f s u ) 的命令对被控设备进行控制。 3 1 2 主要的被控设备 高压配电设备 1 ) 进线柜 遥测：三相电压、三相电流、有功电度、无功电度。 遥信：开关状态、过流( 速断) ( 接地) ( 失压) 跳闸告警。 2 ) 出线柜 遥信：开关状态、过流( 速断) ( 接地) ( 失压) 跳闸告警、变压器过温( 瓦 斯) 告警。 3 ) 变压器 遥测：温度。 4 ) 母联柜 遥信：开关状态、过流( 速断) 跳闸告警。 5 ) 直流操作电源柜 遥测：电压。 遥信：故障告警。 低压配电设备 1 ) 进线柜 遥测：三相电压、三相电流、频率、功率因数。 遥信：开关状态、缺相( 过压) ( 欠压) 告警。 第2 3 页 硕 j 论文通 嚣机房曲j j 环境l 啭摔系统实现和研究 遥控：开关分合闸( 可选) 。 2 ) 主要配电柜 遥信：开关状态、自动转移开关( a t s ) 工作状态。 遥控：开关分合闸、自动转换开关( a t s ) 的转换( 可选) 。 3 ) 稳压器 遥测：输入电压、输入电流、输出电压、输出电流。 遥信：故障告警。 4 ) 电容器柜 遥信：补偿电容器工作状态( 接入或断开) 。 柴油发电机组 遥测：三相电压、三相电流、输出功率、输出频率( 转速) 、水温、油压、 启动电池电压。 遥信：工作状态( 运行停机) 、工作方式( 自动手动) 、自动转移开关( a t s ) 状态、过压( 欠e - ) ( 过载) ( 油压低) ( 水温高) 频率( 转速) 高 ( 启动失败) ( 启动电池电压低) ( 油位低) 告警。 遥控：开关机、紧急停机、a t s 转换( 可选) 。 整流配电设备 1 ) 交流屏 遥测：输入电压、输入电流。 遥信：主要开关的开关状态、故障告警。 2 ) 整流器 遥测：各整流器( 模块) 输出电流。 遥信：各整流器( 模块) t 作状态、浮充均充状态、各整流器( 模块) 故 障、监控模块故障告警。 3 ) 直流屏 遥测：直流输出电压、输出电流。 遥信：直流输出过压( 欠) 告警、熔丝断告警。 4 ) 蓄电池 遥测：每只蓄电池电压、蓄电池组充放电电流、标示电池温度。 不间断电源( u p s ) 遥测：交流输入电压、直流输入电压、标示蓄电池电压( 温度) 、交流输出 第2 4 页 倾 。论文通信机房动力t ，环境精柠系统实现和研究 电压、交流输出电流、输出频率。 遥信：同步不同步状态、u p s 旁路供电、蓄电池放电电压低( 市电故障) ( 整流器故障) ( 逆变器故障) ( 旁路故障) 告警。 逆变器 遥测：直流输入电压、直流输入电流、交流输出电压、交流输出电流、输出。 遥信：故障告警。 直流直流变压器 遥测：输入电压、输入电流、输出电压、输出电流。 遥信：故障告警。 太阳能供电系统设备 遥测：输出电压、输出电流、蓄电池充放电电流。 遥信：太阳能方阵工作状态( 投入或撤除) 、输出过压( 欠压) 告警、控制 器告警。 分散空调设备 遥测：主机工作电流、回风温度、回风湿度。 遥信：开t 关机状态、高低温( 高t 低湿) ( 过滤器堵塞) ( 电源电压高低) 告警。 遥控：开关机、温度( 湿度) 设定( 可选) 。 集中空调设备 1 ) 冷冻系统 遥测：冷冻水进t 出水温度、冷却水迸t 出水温度、冷冻机工作电流、冷冻水 泵工作电流、冷却水泵工作电流。 遥信：冷冻机( 冷冻水泵) ( 冷却水泵) ( 冷却塔风机) 工作状态和故障告警、 冷却水塔( 水池) 液位低告警。 遥控：珊关冷冻机、开1 关冷却水泵、开关冷冻水泵、开，关冷却塔风机( 可 选) 。 2 ) 空调系统 遥测：回风温度、回风湿度、新风温度、送风温度、送风湿度。 遥信：风机工作状态和故障告警、过滤器阻塞告警。 环境条件 遥测：安装电源设备和空调设备的机房温度、湿度。 第2