新一代网络化智能动力环境监控系统研究与开发

新一代网络化智能动力环境监控系统研究与开发

发表时间：2018-04-13T16:47:08.540Z 来源：《电力设备》2017年第31期作者：王锦杰[导读] 摘要：随着通信行业的发展，运营商基站的数量越来越多，为了保障基站能够正常运行，需要实时监控基站中设备的状态。（南京南瑞信息通信科技有限公司江苏南京 210000）

摘要：随着通信行业的发展，运营商基站的数量越来越多，为了保障基站能够正常运行，需要实时监控基站中设备的状态。因为基站分布范围广，所以出现了能够接入互联网的动力环境监控系统，以便随时随地观察基站运行情况。然后根据平台的界面设计，说明了动力环境监控系统的实际应用。事实证明，该系统可以实现对监控对象有效的管控，真正实现了无人值守，提高了管理效率。鉴于此，本文主要分析新一代网络化智能动力环境监控系统研究与开发。

关键词：网络化；动力环境；监控系统

1、动力环境监控系统的结构

树形结构的最底层是监控现场的监控对象，中间层是FSU，FSU与监控对象之间通过RS232/RS485总线连接，一台FSU可以同时接多个设备和传感器，它们之间的接口称为A接口。智能设备种类繁多，其对应的通信协议也各式各样，因此需要针对现有的智能设备，事先开发好协议库，在安装FSU的时候，根据现场智能设备的实际情况，从协议库中选择对应的协议，组合配置生成符合实际的通信程序。

2、动力环境监控系统的设计

2.1、操作系统

操作系统是在硬件平台上构建第一层系统软件，目的在于加强对硬件的抽象和隔离，提供强大、稳定的软件运行环境，使得后期的功能性设计更为方便。在最初的嵌入式设备中，由于没有操作系统的封装，运行于其中的嵌入式应用程序通常需要使用专用的、和特定硬件平台相关的低级语言完成软件的编写和实现，软件开发者通常需要同时了解硬件层的细节和应用层的细节才能完成相关的设计，这导致了开发门槛高，开发周期长、工作量大。

2.2、拨号协议

Linux系统中的拨号功能通过PPP（Point-to-PointProtocol,点对点协议）实现。PPP处于链路层，属于简单链路，用于连接对等的通信对象。该链路支持全双工通信，数据包按照顺序传送。其设计的主要用意是通过拨号或专线方式建立点对点连接进行数据通信，可以为各种主机、网桥和路由器之间互相通信提供一种通用的解决方案。

2.3、通信协议

（1）HTTP协议

HTPP协议采用客户端/服务端模式通信，由客户端主动向服务器发起连接请求，以获取XML/JSON数据。该协议最初是为了Web浏览器上网浏览互联网信息而设计的。优点：（1）实现简单；（2）可控性强。缺点：（1）HTTP协议必须由客户端主动向服务端发送数据，而不能以推送的形式实现，因此在数据交互较为频繁的场景中，会占用较多的服务器以及网络资源；（2）由于HTTP是明文协议，因此安全性不高。

（2）XMPP协议

XMPP是互联网中的即时通讯协议，基于XML协议实现，目前主要应用于聊天系统中。本较高。

（3）MQTT协议

MQTT（MessageQueuingTelemetryTransport）通信协议是一种即时通信协议，基于消息发布／主题订阅模式[40,41]，采用客户端／服务器架构。MQTT的设计者的设计意图就是轻量级、简单、开放、易于实现，使之在各种环境下面都能适应，尤其是在设备受限、低带宽、网络不稳定的工作环境下。优点：（1）协议简单、可扩展性强；（2）采用二进制格式编码，较为小巧，节省流量，对网络要求较低。

2.4、加密算法

动力环境监控系统中设备的数量很多，因此设备之间的通信安全就显得极为重要，要保障通信安全，就需要对设备之间的通信报文进行加密传输。目前加密算法分为两大类，对称密钥加密加密算法和非对称密钥加密算法。

3、动力环境监控系统监控中心

3.1、数据存储

由于动环监控系统应用的范围及其广泛，系统所监控对象的数量非常大，因此系统中所采集到的数据量也会很大。为了便于日后对数据进行分析，需要将采集到的数据存储到数据库中,因为所需存储的数据量很大，所以本文选用了MongoDB数据库，它的水平扩展机制，使其能够支持从百万到十亿级别的数据量处理能力。

所谓“面向集合”（Collenction-Orented），就是数据根据特征分组，并根据分组归类存放，存放结果就是一个集合（Collenction）。不同的集合在数据库中有不相同且唯一的标识名，每个集合可以包含的文档数目没有限制。集合的概念基本与关系型数据库（RDBMS）中的表（Table）相似，但是也有不同之处，即它无需定义任何模式（Schema）。

模式自由（Schema-Free），意思是在MongoDB数据库中存储的文件，我们不需要知道它的结构是怎么样的。如果有需要，可以在同一个数据库里存储结构不同的文件。

集合中的所存的文档，以键-值对的形式存放。键是一份文档的唯一标识，是一串字符串，而值则可以是各种复杂的文件类型。我们称这种存储形式为BSON（Binary Serialized Document Format，二进制序列化编码格式）。

3.2、监控中心功能模块

（1）通信模块

通信模块由基础和业务两部分通信模块组成。基础通信模块：通信模块底层调用EclipsePaho库，实现与Broker服务器的MQTT协议交互。通信采用异步接口，SC与Broker服务器建立连接成功后，订阅所关注的通信话题。请求/响应模式是在订阅/发布模式上的扩展。业务通信模块：业务通信模块是基于底层基础通信模块接口的封装。告警发布与接

收直接应用订阅/发布模式，SC服务器订阅告警话题成功后，告警信息可由FSU直接推送到SC服务器。数据查看、配置等功能则使用请求/响应模式，FSU订阅数据查看等话题，SC服务器订阅相对应的响应话题。SC先向FSU发送查询请求，然后SC通过订阅话题时注册的消息回调函数获取该查询的响应信息。

（2）数据处理模块

1）数据存储：系统启动时，数据存储模块与MongoDB建立连接，初始化连接池。之后不断将从业务通信模块获取响应数据，以JSON格式存入MongoDB中。2）数据呈现：数据呈现模块对用户的查看请求进行处理，分析数据库中的数据，然后呈现到Web用户界面，如果是历史数据，则会显示某个数据点某段时间内数值变化的折线图。3）告警管理：告警管理模块负责接收FSU设备推送来的告警信息，解析之后将告警信息显示，并将告警记录到数据库中。4）任务管理：针对设备产生并上报的告警，用户可以启动任务流程来处理。任务可以自己认领，也可以指派给他人处理。直到告警消除后，任务才可以结束。

（3）系统管理模块

1）设备管理：FSU启动后主动向SC服务器注册，SC服务器对FSU进行注册认证和状态管理，维护FSU的在线、离线状态。2）程序管理：该模块负责维护FSU中程序的版本信息，对FSU进行程序升级。升级时先进行版本号大小的判断，若FSU中程序的版本号低于待升级程序的版本号，才进行升级，否则略过该程序，防止重复升级的现象发生。3）日志管理：系统的每个操作记录都有日志记录，日志按照重要级别保存在文件中，用于日后的操作审查。

总之，该论文中的动力环境监控系统是在传统的机房监控系统的基础上发展而来的，原先的动环监控系统仅适用于机房类的监控，本文扩大了动环监控系统的应用范围，抽象出了一个通用的新型网络化智能动环监控系统，能用于更多的场合，可以有效地利用系统的功能。该监控系统中FSU和SC之间的通信通过中间件转发，通信协议采用轻量级协议MQTT，不仅可以降低通信报文的体积，提高通信效率，也可以提高系统的安全性。通过这种方式也方便扩展客户端，当有新的客户端接入时，只需向中间件服务器订阅其感兴趣的内容，即可接收到这些内容。

参考文献：

[1]陈艺高.动力环境集中监控系统为运营商实现节能降耗[J].电信工程技术与标准化,2010,23(11):86-88.