無線通信-干放監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計及研究

1、 干放監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計及研究The Plan Of The Software Architecture Of The Trunk Amplified Monitoring System andInvestigation(1.江蘇科技大學; 2.中船重工集團723研究所倪天權(quán)1 陳靖宇2 張玉強1Ni,Tianquan Chen,Jingyu Zhang,Yuqian摘要:干線放大器是移動通信網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分,我們主要論述了干放監(jiān)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。針對通信故障的多樣性、復雜性、不確定,提出用本體的概念對通信故障進行知識表示和推理,診斷出相應(yīng)的故障模式,形成專家診斷體系,以達到對設(shè)備進行

2、實時監(jiān)控。關(guān)鍵詞:干線放大器;監(jiān)控系統(tǒng);本體中圖分類號:TP311.52 文獻標識碼: AAbstract: Trunk amplifier is a important part of mobile communication network. We mainly discussed the design plan of the software and hardware architecture of the trunk amplified monitoring system. Aimed at the variety, complexity and uncertainty of comm

3、unication failure, we put forward a new method. We use the "ontology" to carry out knowledge expressing and reasoning, and then diagnose the failure patterns,thus we can form the expert diagnose system to real-time monitor the devices.Key words: trunk amplifier;monitoring system;ontology1

4、前言近年來,移動通信技術(shù)得到迅猛發(fā)展,干線放大器(又稱為直放站,以下簡稱干放作為移動通信網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分,其功能要求越來越高。由于設(shè)備的工作性能、穩(wěn)定性對于通訊系統(tǒng)的可靠性至關(guān)重要,一分鐘的通信故障也會造成巨大的經(jīng)濟損失。干放是其基本組成部分,其是否正常工作直接影響整個通信系統(tǒng)的工作。所以,必須對干放進行統(tǒng)一的監(jiān)控和管理,能夠迅速而準確的掌握干放的運行狀態(tài)并設(shè)置各種工作參數(shù)。本文主要論述了干放與監(jiān)控系統(tǒng)之間的通訊方法、監(jiān)控信息的編解碼規(guī)則,以及監(jiān)控管理軟件的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計與編程思想。針對通信故障的多樣性、復雜性、隨機性,進而對干放監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計進一步研究,可以用本體論的思想對問題和任務(wù)的理

5、解描述,提高明確性,減少分析代價。同時,本體還可作為監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計的基礎(chǔ),以(半自動方式檢查需求和設(shè)計的一致性,提高軟件可靠性,通過對系統(tǒng)內(nèi)部各功能模塊和它們之間的聯(lián)系的詳細描述提高軟件的重用性,建立相應(yīng)的領(lǐng)域本體(例故障知識庫、工程管理知識庫等及應(yīng)用本體,對各種故障進行描述和推理,分析和診斷出相應(yīng)的故障模式,形成專家診斷體系,以達到對設(shè)備進行實時監(jiān)控,提高干放監(jiān)控系統(tǒng)的軟件效能,保證通信系統(tǒng)可靠性。2 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)干放網(wǎng)管系統(tǒng)采用分布式拓樸結(jié)構(gòu),彼此距離較近的一群干放以主從機的方式實現(xiàn)對全部干放設(shè)備的遠程監(jiān)控功能。GSM干線放大器和CDMA干線放大器在網(wǎng)管系統(tǒng)中必須彼此兼容。干線放大器的

6、監(jiān)控模塊必須具備備份電源。當市電停電時,備份電源獨立連續(xù)工作時間不得少于二小時。干放與監(jiān)控系統(tǒng)采用本地通訊和遠程通訊方式,本地通訊直接采用RS-232C 串行口,遠程通訊采用無線Modem以短消息的方式進行數(shù)據(jù)傳輸,干放網(wǎng)管系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如圖: 圖1 干放網(wǎng)管系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)圖3 監(jiān)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)由于通訊設(shè)備的多樣化,以及系統(tǒng)要求。該監(jiān)控系統(tǒng)中包含以下監(jiān)控協(xié)議:(1中國聯(lián)通廣東省公司干線放大器統(tǒng)一監(jiān)控管理參考通信協(xié)議(V1.0(2中國聯(lián)通GSM直放站綜合網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理協(xié)議規(guī)范(V 1.0(3中國聯(lián)通CDMA直放站設(shè)備統(tǒng)一監(jiān)控管理規(guī)范(V 2.0該監(jiān)控系統(tǒng)能對多種干放(直放站設(shè)備監(jiān)控,如:移頻直

7、放站、選頻直放站、寬帶直放站、光纖直放站、室內(nèi)覆蓋直放站、偽導頻發(fā)射機等。根據(jù)干放與監(jiān)管系統(tǒng)之間的距離大小,通訊方式可以選擇采用本地通訊和遠程通訊兩種方式,本地通訊無需對信號進行調(diào)制解調(diào),可以采用RS232C串行口直接進行,遠程通訊為了保證信息的可靠傳輸,采用調(diào)制解調(diào)方法,使用無線Modem以GSM或CDMA短消息的方式進行數(shù)據(jù)傳輸。該軟件通過本地串口或無線 Modem 與被監(jiān)控設(shè)備進行通信,來實現(xiàn)對被監(jiān)控設(shè)備的查詢、設(shè)置及告警等操作。軟件具備工程管理、設(shè)備監(jiān)控、高級管理三大功能:1.工程管理負責工程文件的創(chuàng)建、編輯工作,以及對工程、設(shè)備信息的初始化和讀取。2.設(shè)備監(jiān)控可以實現(xiàn)對設(shè)備的查詢、設(shè)

8、置及告警應(yīng)答。它同時支持三種協(xié)議(廣東聯(lián)通干放、中國聯(lián)通 CDMA 直放站、中國聯(lián)通 GSM 直放站,詳細內(nèi)容參見協(xié)議文本。3.高級管理可以實現(xiàn)對監(jiān)控設(shè)備保留命令的操作,它的命令具有較低的鑒權(quán)級別,可以繞過對設(shè)備的常規(guī)鑒權(quán),從而使工程維護能力更強大。根據(jù)上述系統(tǒng)需求,設(shè)計軟件結(jié)構(gòu)如圖2:由于該系統(tǒng)包含多種協(xié)議與設(shè)備,為了便于開發(fā)與維護。將系統(tǒng)分為數(shù)個模塊(1用戶管理模塊用戶模塊包含了操作界面、工程管理、設(shè)備管理的所有操作。(2協(xié)議模塊根據(jù)用戶要求選擇協(xié)議,根據(jù)協(xié)議組織報文并將接受的報文解包。(3通訊模塊通訊模塊根據(jù)要求將報文按照標準短信要求發(fā)送,或接受短信。(4串口模塊串口模塊基于MSCOMM

9、32控件,完成數(shù)據(jù)包的發(fā)送與接受,而不論數(shù)據(jù)來自何方。依據(jù)軟件運行要求,軟件要能運行在WIN98/2000/XP平臺上。開發(fā)平臺選擇Borland C+ Builde6.0作為編程環(huán)境。C+Builder是Borland公司繼Delphi之后又一成功的產(chǎn)品,她集VB、VC+ 及 Delphi 的優(yōu)點于一體而深得C語言愛好者的青睞。 C+ Builder的VCL (VCL 的全名是"Visual Component Library",它是一種新一代的Application Framework,以元件化、視覺化為設(shè)計的方向非常強大與好用。 圖2 軟件結(jié)構(gòu)圖4 監(jiān)控系統(tǒng)通訊形式該

10、系統(tǒng)包含多種協(xié)議,但基本通訊形式相同。監(jiān)控中心和干放都是以數(shù)據(jù)包的形式進交互,一個完整的命令包都是由起使標志單元、命令單元、CRC校驗單元、結(jié)束標志單元四部分組成。表監(jiān)控中心和干放信息交互命令包通用格式起始標志單元:1字節(jié)長度,表示一個完整數(shù)據(jù)包(分組起始標志,固定為ASCII字符'X'(0x58;命令單元:由命令控制頭和命令體兩部分組成。命令控制頭包括:協(xié)議版本號、總包數(shù)、包序號、設(shè)備類型、命令編號、主干放編號、從干放編號、應(yīng)答標志、命令體長度9個字段組成,共12個字節(jié)長度。命令體的解析方法和實際長度由控制部分的“命令編號”字段和“命令體長度”確定。校驗單元:針對協(xié)議中的“命

11、令單元”進行校驗(從“命令單元”的第一個字節(jié)計算到最后一個字節(jié),采用CCITT推薦的16位的x16+x12+x5+1(0x1021。生成2字節(jié)的CRC校驗和(低字節(jié)在前,高字節(jié)在后。結(jié)束標志單元:1字節(jié)長度,表示一個完整數(shù)據(jù)包(分組起始標志,固定為ASCII字符'X'(0x58。這三種協(xié)議除了命令單元格式不同,其余都相同,可以簡化設(shè)計。為兼容不同的數(shù)據(jù)傳輸方式,使其不僅能夠適合于RS232的傳輸方式,又能夠適合短信傳輸?？紤]到目前基于短信方式的監(jiān)控系統(tǒng)采用的無線Modem可能存在部分不可見字符無法傳遞的問題,協(xié)議中對于非ASCII字符統(tǒng)一采用“2字節(jié)拆分規(guī)則”,采用“2字節(jié)拆分

12、規(guī)則”后,協(xié)議中定義的數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)為可見字符。“2字節(jié)拆分規(guī)則”適用于協(xié)議中除起始、結(jié)束標志單元和已定義為ASCII碼字符外的所有字符,包括校驗單元,具體計算時先求出校驗值,再采用“2字節(jié)拆分規(guī)則”處理數(shù)據(jù)。接收系統(tǒng)在接收到數(shù)據(jù)后先進行“2字節(jié)拆分規(guī)則”的反向處理,處理后得到的數(shù)據(jù)即為協(xié)議定義的格式。接受與發(fā)送報文分別采用兩個緩沖去。根據(jù)不同協(xié)議報文組裝完成后發(fā)送到發(fā)送緩沖區(qū),由相應(yīng)GSM或CDMA模塊發(fā)送。接受到的報文放接受送緩沖區(qū),再按不同協(xié)議解包,檢查校驗碼正確后,再經(jīng)鑒權(quán)檢查通過,方可確認報文正確。確保了通訊的可靠性。 圖3 交互時序圖鑒于干放監(jiān)控系統(tǒng)通信信道的特點,為了保證通訊的可靠性,

13、對一條命令的多包發(fā)送或應(yīng)答特發(fā)送方和接收方并不對中間數(shù)據(jù)包做確認應(yīng)答,接收方收齊所有數(shù)據(jù)包后只做一次應(yīng)答,應(yīng)答命令控制頭的“總包數(shù)”和“包序號”相等表示接收成功。如果接收方無法在規(guī)定的時間內(nèi)收齊所有數(shù)據(jù)包,則向發(fā)送方回應(yīng)“包序號錯”,表示本次多包傳送失敗并結(jié)束。命令多包交互時序圖如下圖3:5 研究及發(fā)展項目工程完成后,我們想到根據(jù)監(jiān)控軟件的特性如在軟件設(shè)計需求分析、軟件的重用性、軟件的可靠性運用本體的思想,同時建立基于本體的故障知識庫和專家診斷系統(tǒng),對各種故障進行描述和推理,分析和診斷出相應(yīng)的故障模式,更好對設(shè)備進行實時監(jiān)控,提高干放監(jiān)控系統(tǒng)的軟件效能,保證通信系統(tǒng)可靠性。本體論(ontolo

14、gy原是哲學中的概念,研究客觀事物存在的本質(zhì)。本體論研究客觀存在,研究不依賴于我們的主觀認識而存在的客觀事實,同時也承認客觀存在本身的表達對應(yīng)于人 們的認識論,也就是人們的研究主觀認知。因此哲學上本體的含義是客觀存在并形成表象的根本實體。本體論是一種科學理論,它能描述解釋并預(yù)測知識的一些元特性。在工程研究中,從知識共享的角度來說,本體論這個名詞是對客觀存在的概念和關(guān)系的描述。按Gruber 的定義,本體是對于"概念化"的明確表達。我們引進本體論的目的是想從學科領(lǐng)域的概念和關(guān)系、屬性集出發(fā),建立一個便于理解和分析的通信故障知識結(jié)構(gòu),并在此基礎(chǔ)上進行分析來源和原因,構(gòu)造信息檢索

15、引擎,利用本體對信息的描述來檢索知識庫,提高檢索的效率和精度。如建立好諸如的領(lǐng)域本體、應(yīng)用本體,將會使移動通信技術(shù)進一步發(fā)展。6 結(jié)束語本文主要論述了干放與監(jiān)控系統(tǒng)之間的通訊方法、監(jiān)控信息的編解碼規(guī)則,以及監(jiān)控管理軟件的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計與編程思想。文章最后提出一些本體概念,利用它的特性,應(yīng)用在軟件設(shè)計和工程,建立相應(yīng)的故障知識庫。但這只是大概想法,詳細闡述需要進一步研究和大量的工作。參考文獻:1.劉佛,李偉生.嵌入式系統(tǒng)在曙光4000A大規(guī)模機群監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用J.微計算機信息,2005,5:57-582.中國聯(lián)通GSM直放站綜合網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理協(xié)議規(guī)范3.中國聯(lián)通CDMA直放站設(shè)備統(tǒng)一監(jiān)控管理規(guī)范4

16、.陸汝鈐,石純一,等。面向Agent的常識知識庫。中國科學(E2000 30(5:453-4635.Gruber T. Towards Principles for the Design of Ontologies Used for Knowledge Sharing. International Journal of Human-Computer Studies, 1995, 43 (5/6: 907-928作者簡介:倪天權(quán)(1973-,男,江蘇揚州人,碩士研究生. 工程師。研究方向:計算機應(yīng)用、網(wǎng)格計算, 導師:張再躍(1961-男江蘇南京人博士教授江蘇科技大學電子信息學院副院長,研究方向:知識表示和知識推理(212003 鎮(zhèn)江江蘇科技大學電子信息學院倪天權(quán)張