环境动力监控传输复用方案的发展史.doc

环境动力监控传输复用方案的发展史概述：在过去十几年随着手机的大量普及，大家对通信质量的要求也越来越高，这就催生了一个新的产业，无人值守基站的环境动力监控。就是在市内的通信机房远程监控各基站的环境和动力。一般要监控的包括温度、湿度、烟雾、空调、门禁、电压等等。这些数据几乎都是通过串口采集的，在中心机房当然是通过PC机监控这些数据，那么怎么把从基站采集的串口数据送给中心机房的PC机，就是采集复用方案要解决的问题，如下图：基站电压、温湿度等数据232/485/422 串口中心机房PC机监控终端怎么办？采集复用方案232串口或以太网 图1如图1所示，采集复用方案就是解决串口信息怎么到达中心机房的PC机的问题。当然上图中左侧只画了一个基站，应该是很多基站，一个省或一个地区内的所有基站集中监控。（一） PCM中的V.24模块关于串口怎么在E1上传输的问题，有个标准的解决办法，在几乎所有PCM设备上都会有V.24数据模块，该模块实现串口到E1或者到E1某个时隙的接口转换。在早期的解决方案一般是远端一个PCM设备，配置一个V.24模块，中心一个PCM设备配置很多V.24模块，中心的每个V.24模块对应远端的一个基站。如下图：含1个V.24模块的PCM串口E1接口E1/PDH/SDH传输系统中心机房PCM，含多个V.24模块，每个模块对应远端一个基站数据采集设备有多个串口的PC机串口 图2上图就是一个怎么把串口通过电信的传输系统延伸的示意图。如图所示，采集设备把采集到的数据，送到PCM设备的V.24模块，上E1，进入电信/移动的传输系统，传输到远端机房，通过交换机或者数字交叉连接设备，把含有V.24数据的E1时隙提取出来集中到一台PCM设备，通过V.24模块还原串口数据，进入PC机，实现远程监控。PC机控制信息，通过同一路径反方向传输给数据采集设备。这种方法虽然实现了远端串口的延伸，但是存在很多缺点，在实际工程中，最大的缺点是，成本太高！可以看到，在每个基站都要放一个PCM设备，这个设备至少包括以下板子：电源板、E1成帧传输板，主控板（主要用来设置V.24上E1 的哪个时隙），V.24板。这样一台PCM设备，至少要几K 人民币，除非监控厂商兼职卖PCM，否则每个基站加这样一个PCM设备，工程成本压力增加很多。这种实际需求，促成了新的产品：串口时隙卡。（二） 串口时隙卡的出现串口时隙卡是个什么东西呢？以深圳市远迅达科技发展有限公司的STS卡为例简单介绍。下图是示意图： STS串口时隙卡拨码开关本地串口上行E1下行E1 图 3本地串口就是RS232接口，用来接受采集到数据以及把PC机发来的控制数据发送给采集设备。上行E1通向中心机房，本地串口只占用该E1的一个时隙，至于占用哪个时隙，由拨码开关决定，除了该时隙，其他时隙透明传输到下行E1。提供了上/下行E1就可以实现时隙卡级联，这样在实际工程中非常有用。因为提供级联功能，时隙卡有个重要特性就是断电直传，即断电时，上下行E1透明传输，这样一块时隙卡故障不影响其他设备运行。时隙卡比PCM设备便宜很多，另外时隙卡本身体积很小，可以插入到采集设备内部，节省了电源模块、机壳，最大程度的压缩了成本。（三） 中心设备集成化在图2中，中心机房的PC机通过扩展串口监控远端基站，但是一台PC机因为PCI插槽限制，能够扩展的串口有限，一般扩展4个，当基站数量急剧增加，在一个地区就有上百个基站时，这种方法显然落后了。如下图： 含多个V.24模块的PCM设备每个都是RS232还需要很多PC机 图4在1996年左右，随着TCP/IP网络的急剧发展，首先在台湾，后来在大陆，相继出现了一种设备，叫串口服务器。串口服务器内置一个CPU，完成串口到TCP服务端口的转换。而一台PC机能够建立的TCP连接理论上高达65535个，串口服务器能够提供8个或16个串口连接，本身只有1U高，方便安装，比在机房堆积很多PC机方便很多。于是机房设备变成了，几个PCM机架，出一堆RS232接口，连接串口服务器，再通过以太网交换机，连接几台PC机，完成远程监控。这个方案比最初的很多PC机进步很多，但是，随着技术进步，有了更加优化的方案。既然远端能够用时隙卡代替PCM，那么中心端能不能开发一台设备代替PCM和串口服务器呢？在这种实际需求下，一些公司开发出了基于E1的串口服务器，下面以远迅达公司的E1串口服务器SE1DCU 为例说明。如下图：SE1DCUE1 接口以太网口配置口 图5SE1DCU对外接口有一个E1接口，一个网口，还有一个配置口，该设备内置嵌入式系统，完成TCP/IP协议栈，可配置IP地址。设备基本功能是把E1的31个时隙中包含的串口信息还原出来，发送到固定的TCP 通道。这个设备可以代替PCM和串口服务器，大大提高了设备集成度，降低了工程成本和复杂度，在没有这个设备之前，每个时隙要出一个串口，工程最麻烦最容易出错的地方就是串口线，因为太多，一旦出了问题，不容易找到对应的线头。使用了SE1DCU之后，不需要做串口线了，监控数据直接在E1和TCP网络之间倒换。在以V.24进E1为基础发展的串口数据采集方面，目前这是发展的极致。（四） HDLC帧传输设备 上面把串口直接进入一个时隙的方案，虽然能够解决串口通过E1延伸的问题，但是该方案本身具有不可克服的缺陷。这个方法具体实现是把一个串口通过64k的时钟采样进入E1的一个时隙里面进行传输，但是串口本身速率一般很低，多数只有9.6k，并且还不是时时有数据，以温度传感器为例，一般来说，这样的传感器，都是问答式的，监控中心间隔一段时间查询一下当前温度，传感器收到指令之后，才上报一次数值。这个串口本身是9.6k，还是间隔一段时间才上报一次（这个间隔时间可能是几秒或几分钟），每次上报只有几个字节，却要占用一个64k时隙，还是永久占用。类似的烟雾传感器，电压电流空调等，也是这样。门禁系统不同，只有开关门时才用，可是无人值守的站点也许平均2周才用一次门禁，也占用一个64k时隙。显然造成了资源的极大浪费，除此之外，当传输上出现误码时，这个方案不能发现。比如，查询温度时，链路正好被干扰，此时，监控中心可能读到错误的数值。鉴于以上情况，基于HDLC帧的复用设备开始进入监控领域。下面以远迅达公司的StarDCM/StarDCU 系统为例说明。StarDCM放置在监控系统的末端，就是基站一侧，StarDCM出8个串口2个E1口，还有一个配置口，StarDCM的8个串口只占用一个时隙，并且所有的数据是打包成HDLC帧，在该时隙中传输的。所占用时隙可以配置。2个E1口分上行和下行，与STS卡一样，StarDCM可级联。StarDCU放置在监控中心，出2个E1口，一个以太网口，还有一个配置口，2个E1的每个时隙对应远端的一个StarDCM，每个StarDCM有8个串口，也就是说，每个StarDCU同时采集2318 496个串口数据。StarDCU开通496个TCP服务连接，每个TCP连接对应一个串口，监控PC机要监控哪个串口，就与StarDCU对应的TCP服务建立连接，对这个连接读写数据，StarDCU/StarDCM会把数据放在对应的串口。StarDCM与StarDCU之间通信使用HDLC帧，这个与直接采样的区别，首先保证了数据传递的准确和完整性，还是以上面采集温度时，链路出现误码为例，此时StarDCU收到的HDLC帧会出现帧错误，StarDCU会抛弃这个帧。监控中心不会收到错误的温度值，超时之后会重新查询温度，如果此时链路错误已经恢复，就能够读到正确的数值。其次正是因为有了HDLC数据帧，StarDCU与StarDCM之间的通信从电路交换变成了包交换，才能够在一个时隙上传输多个串口数据，第三，通过StarDCU能够远程配置StarDCM，比如配置每个串口的速率、数据位、奇偶校验等。StarDCM/StarDCU系统与前面的STS卡/SE1DCU系统相比，具有更高的集成度。在前面示意图中，我们在每个基站只画了一个STS卡，其实是远远不够的，每个基站一般要4、5个串口采集数据，每个串口都需要一个STS卡，一个SE1DCU只能处理一个E1，而E1的每个时隙只有一个串口，就是说，每个SE1DCU只能采集31个串口数据。而每个StarDCM出8个串口，即使考虑将来的扩展，每个基站放一个StarDCM也已经足够，而如前所述，每个StarDCU可以采集496个串口数据，更是SE1DCU所不能相比的。在最新的StarDCM/StarDCU系统中，远迅达公司增加了以太网桥功能，如前所述，每个StarDCM 的8个串口只占用了一