移动基站动力监控系统的开发和应用

巢京

移动通信网中有大量的移动基站，每个基站都必须配备电源设备，保证基站电源设备良好工作是通信网络正常运行的关键之一，但目前的维护水平仍停留在传统的人工看管、巡检等方式上，还远远跟不上高速发展的移动通信业务的需求。由于移动网络自身的特点，目前应用于固定网的动力及环境集中监控系统不能很好地应用于移动通信网中，因此移动基站动力监控系统的开发势在必行。

近两年，我们一直致力于移动交换局和移动基站动力设备及环境集中监控的开发，并联合北京邮电大学的科研人员在东弟、南海等市的移动局进行了动力及环境集中监控系统的应用试验，现已正式投入使用。在这里作一个全面的总结。

1 系统简介

1.1 系统结构

移动基站动力监控系统的特点是独立于移动通信网，但是又与移动通信网紧密相关。

移动通信网元（如MSC、BSC和BTS）都有需要监控的动力设备，这就要有相应的设备监控单元（SU）对其进行数据采集和遥控。

1.1.1  监控中心（SC）和基站监控单元（SU）

从管理结构上看，系统采用两级结构：监控机（SC）、交换局或基站监控单元（SU）。SC负责对整个监控网络内所有的交换局或基站动力设备和机房环境等的监控和管理。SU只负责对某一具体移动交换局或基站内的动力和机房环境设备进行数据采集和控制。SC与SU之间通过数据通信网（DCN，通常是WAN）交换监控信息。通过SU，SC可获取所有交换局或基站动力设备和机房环境的运行数据，并可对SU所属动力设备进行遥控、遥调。SC的另一任务就是对这些数据进行归纳总结，以获取所有被监控动力设备的宏观运行数据，并运行分析，为维护、管理及决策提供依据，并可通过接口向省监控中心传送相应监控信息。

1.1.2分控中心（MC）

MC负责监控网络中的某个区域内动力空调和机房环境的监视和管理。它在管理层次上低于SC，但是高于SU。由于MC是可选的，所以其工作状态及存在与否都不影响SC的正常运行，但是MC的工作受到SC的监视和管理。MC适用于维护方式相对独立的地区，也可以根据需要为某类相对独立的设备（如空调）设立MC。

1.2传输与组网方式

移动基站动力监控系统应该采用开放灵活的组网方式，一般采用WAN和Ethe一t组网方式。

数据通信网的传输方式一般有：DDN、拨号电话线、专线、X.25、帧中继等。由于移动通信网的特殊性，在很多基站难以单独为监控系统铺设线路，这就限制了上面几种方式的应用。而移动基站与移动交换局之间是采用E1线路进行传输的，在此业务信道中，一般仍有空闲的时隙，所以可利用这些空闲时隙建立监控系统的数据通信网。

在基站端，时隙提取设备提供的接口可以直接接入基站SU；在交换局端，通过一台时隙汇接路由器将各时隙汇接在一起。这种方式将作为监控主信道的传输方式。基站的备用监控信道可利用GSM数据业务直接与监控中心的路由器建立9600bit／s的数据链路。交换局间、市局监控中心与省局监控中心之间，可以通过G.703或V.35标准E1接口与Router相连，构成2Mb／s信道。此外，在交换局与监控中心之间如果需备用路由，可采用X.25分组交换网来实现。在交换局或监控中心内部采用局域网（LAN）连接。

2 移动基站的监控方案

2.1移动基站监控系统的结构

基站监控系统对基站内动力设备的运行情况进行监视，在某些情况下还可以通过相应的接口对动力设备进行控制。应通过板卡级的系统集成技术将环境、设备监控、智能门禁、音视频和网络通信集成到一个平台之上。

基站监控系统负责监控的对象有电源设备：开关电源／整流器／ UPS、蓄电池组、交流配电屏、直流配电屏、地线与防雷设备等；油机：智能油机或非智能油机；空调设备：专用空调与分体空调；环境量：门禁、窗禁、温湿度、烟雾、红外、水浸等；基站图像。通过基站SU可对上述全部监控对象进行可靠、准确的监控。

2.2基站主要配置

2.2.1基站监控器

基站监控系统的核心是一台多功能基站监控器，该设备为基于PC的硬件结构，是具有采集数据、遥控、遥调、数据通信和图像处理功能的专用硬件、软件平台。它可以连接多种传输设备，如Modem、E1中继时隙提取路由器、GSM无线接口设备、DDN等。基站监控器本身的采集通道如果不足，可以级联。基站监控器可采用RS－422／Lonworks通信接口，与电源、油机、空调等组成分布式采集网络，解决距离分散的被监控设备的数据采集问题。

在进行工程设计时，一般将基站交直流配电屏、开关电源、整流器、环境监控量等监控对象通过数据采集部分进行数据采集和监控。而智能设备，如智能开关电源、空调、油机等，直接接入其通信端口进行监控。

2.2.2蓄电池组测量仪

利用蓄电池组测量仪可以测量蓄电池组24只电池的端电压和8个标示电池的温度，而不再需要其他外围器件。

2.2.3 E1时隙提取路由器

当基站处于相对独立的地理位置时，可以利用E1时隙提取路由器，在基站与移动交换局之间传送业务信息的PCM中继线路（E1）上提取出1个或多个时隙作为数据通道，用来传送监控数据。

2.2.4 GSM无线传输接口设备

GSM无线传输接口设备是专为移动基站与监控中心直接提供备用监控路由而设计的。它利用GSM终端的数据业务，可远程接入Modem，直接与监控中心路由器建立9600bit／s速率的数据通道。

3 视频监控部分

3.1系统结构

SC应能对各个交换机房实现远程视频监控，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SC采用16路视频监视主机，通过远程传输模块接收各远程交换机房的数字视频信号，主控机连接一台长延时录像机，分控机通过LAN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。

交换机房SU采用8路视频监控主机，只观看本地视频，对本地的告警信号实现视频切换和输出可视可闻声光报警，告警信号同时定点传送到SC。

3.2基站视频监控的实现

基站的视频监控条件和监控中心、交换机房不同。基站的地理位置较为分散，必须利用远程图像传输技术，而基站视频系统是为了实现无人值守，一般基站最多提供两个监视点，在交换机房采用的主控计算机集中处理方式不再适用。另外，基站的通信条件较差，一般最多提供一路电话线或64kb／s的中继线路。综合考虑以上特点，可提供多种解决方菜。

第一种方案可采用“网络摄影机”。该设备是一种可以分配IP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，它可以完成系统需求，而不会给基站带来额外的维护需求。由于基站视频对实时性的要求不高，只要能如实地显示现场情况即可，所以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，完全能满足基站视频监控的需求，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Internet网，可以利用网络协议提供的各种工具有效地管理各个基站图像信息。此方案图片效果好，但视频动态效果差，成本稍高，适用于基站到交换局只有E1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.323视频会议协议，可传送CIF（352×288）动态视频图像，帧速2～15帧／s，适用于基站与交换局之间有电话线的情况。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（Codec）。采用专用压缩芯片，视频图像质量好，可传送CIF（352×288）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，适用于基站到交换局只有E1传输通道，无其他额外通信线路的情况。

4 监控中心

SC可实现对整个系统的管理，实现查询、检索、统计分析、上传信息和指挥调度功能，可设在中心枢纽楼。一般由维护操作台、查询台和视频监控台、中心数据库服务器、核心路由器、局域网等构成。网络采用局域网设计，利用快速交换式以太网技术，将各个设备连接起来，通过核心路由器与外界连接。

维护操作台、查询台和视频监控台可采用Pentium Ⅱ处理器的多媒体PC，运行Windows NT工作站版。维护操作台的数目应可以扩充，各操作台可分别负责监控管理不同的基站，也可共同监控管理同一基站。

中心数据库服务器是整个监控系统的数据中心，运行高性能、大容量的分布式数据库服务器软件，并具备Web Server功能。它的性能和可靠性关系到整个监控系统的性能和可靠性，推荐采用双服务器热备用的Cluster结构，用两台高性能服务器相互备用及高容量磁盘阵列来保证监控系统的可靠性和性能。

核心路由器提供所有远程通信的汇接功能。各交换局的时隙汇接路由器通过DDN、局间中继构成监控系统的骨干网，另外还通过X.25构成骨干网的备用网络。

5 与省监控中心的接口

5.1MMI的功能

监控网络的SC与上级网管、监控中心的接口称为 Monitoring Network Interface（以下简称 MNI）。MNI的基本功能有：监控网络数据的实时上传；监控网络采集到的重要告警实时上报；对监控网络历史数据的查询、统计和分析。接口必须标准化。

能满足前面3种要求的实现方法有很多，但是同时满足标准化要求的方式主要有WWW／Java接口和标准网管协议／接口两种方式。

   5.2利用WWW和Java技术定义MNI

用WWW技术和Java技术相结合，可构造标准化的MNI。具体方法是将SC中的MNI接口设备配置成一台WWW Server，利用Java技术实现数据和报警的实时传送，并利用CGI技术实现历史数据的查询和统计。

WWw和Java相结合，已在Internt上开展了如电子商务等复杂应用，安全性及实时性都可得到保证。这是一项成熟技术，非常容易使用，在上级网管／监控中心只需配置具有通用洲览器的计算机即可。

5.3使用标准网管协议的接口

与用WWW／Java技术定义MNI相比，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（CMIP）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CMIP是比较复杂的。在CMIP被提出之前，简单网络管理协议（SNMP）就在网络管理中被广泛使用了。SNMP与CMIP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Q3接口作为标准接口，因为CMIP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，因此我们建议采用基于CMIP的Q3接口作为MNI的标准规范。

6 移动局动力环境监控系统的示例

以汕头移动局为例进行介绍。试验网包括1个监控中心和10个监控局站。其中8个局站分别座落于不同建筑物内。

监控网络为二级结构，SC内部采用100Mb／s全交换式以太网作为骨干网，以确保网络性能；核心服务器采用Cluster结构，进行双机热备份，共享一个磁盘阵列。SC的路由器是整个监控网络的核心路由器，采用高可靠性、高性能且有很好的扩容能力的产品。交换局SU与SC之间的主用信道采用E1，可直接接入SC的核心路由器，同时各通过一条64kb／s的数字专线接入X.25网，作为备用信道。对于基站与交换局不在一座建筑内的情况，则采用时隙提取方式从2Mb／s的E1信道提取64kb／s时隙作为监控主信道，同时采用GSM数据接口设备与SC核心路由器的远程访问接口构成备份路由；对于基站与交换局处于同一建筑内的情况，则直接通过网络线接入交换局内的局域网。

各交换局SU通过时隙汇接路由器将它管理的基站SU接入监控网络。交换局SU内部局域网采用10／100Mb／s的共享以太网，以满足设备监控和6帧／s图像监控的带宽要求。

本方案在设计中注意了以下一些问题。

首先，设计上要注重的是成本与性能的合理分配，尤其是对为数众多的移动基站监控系统提出了低成本的解决方案，而注重提高监控网络和监控中心的性能，从而使总体系统具有很高的性能价格比。

另外，整个系统每一个环节都十分重视系统的开放性。整个监控系统，从监控中心到基站内部，其网络协议都采用标准的 TCP／ IP协议。基站的监控器可以作为一个简单的 TCP／ IP路由器使用，并可提供标准的Ethernet接口。这样监控系统一旦建立，就等于拥有了一个将各个基站纳入其中的内部网络，可以在它的基础上开发各种其他业务。

第三，整个系统的各个部分都非常重视其扩容和升级能力。如在基站监控系统中，我们使用模块化的智能采集单元，这样为将来扩容留下了充分的余地；在系统的配置中，也充分考虑到了这一点，并提出了比较超前的高性能设备配置方案和网络方案，以保证系统持久的生命力。

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