戰(zhàn)術級指揮所智能UPS網絡監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現

1 引言

隨著UPS技術和IT技術的不斷發(fā)展，UPS朝著智能化、高頻化、網絡化等方面發(fā)展，UPS已成為金融、電信、保險、交通、稅務、證券、能源、制造、軍隊、教育等各行業(yè)的必要配置。如何對UPS設備實施統(tǒng)一、便捷、高效管理，實現對最感興趣UPS信息的監(jiān)視、分析，如何多途徑報警、智能處理異常等，成為電源使用、管理必須面對和解決的問題。

本文對部隊戰(zhàn)術級指揮所多智能化UPS網絡管理問題進行了研究，設計并實現了一種合理、實用、高效的智能UPS網絡監(jiān)控方案。該方案充分利用閑置的計算機串口資源，減輕了網關系統(tǒng)的工作量，實現了UPS的群組管理能力，具備了一定的事件智能化處理能力。

2 戰(zhàn)術級指揮所UPS使用現狀

戰(zhàn)術級指揮所(以下簡稱指揮所)是指部隊師、旅級及其以下機關的指揮所，一般它是綜合戰(zhàn)術網的核心。為保障指揮所設備可靠運行、延長其使用壽命，保證指揮、控制、情報信息的暢通傳輸，所有指揮所均配備了高性能的UPS，這些不問斷電源除了在市電異常時提供電壓穩(wěn)定、波形純正的電能外，還具有通過自帶電源監(jiān)控軟件監(jiān)控自身狀態(tài)，記錄、測試、自動設置、遠程遙控等功能。

指揮所一般擁有較多的計算機和通信設備，且大部分集中在一個或幾個作戰(zhàn)方向室(以下簡稱方向室)內，UPS的數量從幾臺到十幾臺，多數不間斷電源具有RS232智能監(jiān)控接口，少數具備SNMP(簡單網絡管理協議)接口，利用這些接口經過專用通信電纜同服務器、網關等設備相連，將電源與計算機網絡構成一個具有監(jiān)控功能的網絡供電系統(tǒng)。這樣的設計方案簡單、易于管理，但一個突出缺點是占用了大量本來就比較緊張的服務器或網關資源，對于不同方向室的UPS設備，必須增加SNMP適配器，或者增加服務器、網關等設備。

3 系統(tǒng)的結構與功能

3.1 系統(tǒng)的硬件結構

結合實際情況，本文設計了一套多UPS網絡監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括UPS、網關、服務器端、監(jiān)控終端、各戰(zhàn)斗席位、繪圖、投影等設備，如圖1所示，采用基于代理/管理器(A/M)模式的基本結構。UPS與監(jiān)控終端的連接主要有以下幾種方式：

(1)UPS的RS 232數據線直接連接到監(jiān)控終端串口設備上;

(2)UPS插人SNMP適配器，以TCP/IP方式接入網絡，實現與監(jiān)控終端的連接;

(3)UPS的監(jiān)控線連接到網關設備的串口上，網關作為協議轉換設備，將UPS接入網絡，實現與監(jiān)控終端的連接;網關可以靈活插入串口擴展卡，提供較多的串口資源，本系統(tǒng)網關設備有9個串口，可實現最多9臺UPS的接入;

(4)將UPS監(jiān)控線連接到普通計算機(工控機)的串口上，普通計算機作為服務器端，代理UPS完成與監(jiān)控終端的連接;服務器端主機可以選擇任意一臺距離UPS較近的計算機，本系統(tǒng)使用的工控機每臺只有1個串口，能實現1臺UPS的接入。

本設計方案，將普通計算機(工控機)作為服務器端，充分利用其閑置的串口資源完成串網口協議轉換，實現UPS接入網絡的功能，從而減輕了網關工作負擔，有效降低了系統(tǒng)成本;同時因為UPS分布于各服務器端管理，提高了系統(tǒng)整體穩(wěn)定性。其中的戰(zhàn)斗、管理席位、繪圖、投影設備等也通過裝入電源響應軟件，實現接收監(jiān)控終端管控命令，完成電源應急操作的功能，與UPS等設備一起構成一套完整的電源網絡監(jiān)控系統(tǒng)。

3.2 系統(tǒng)的軟件構成

代理(Agent)服務軟件：安裝在服務器端主機上或嵌入網關服務程序內，主要提供串網口協議轉換功能，一方面將串口獲取的UPS實時數據轉換成IP數據發(fā)送給指定網絡端口，另一方面解析監(jiān)控終端發(fā)來的數據信息，生成相應的控制指令傳給串口。

管理器(Manager)軟件：安裝在監(jiān)控終端，監(jiān)控終端也可以是網絡上任一指定計算機，實現以下幾種功能：監(jiān)視UPS數據、設置和控制UPS參數;記錄UPS實時狀態(tài)和異常狀態(tài)數據;檢測并診斷異常、狀態(tài)告警、廣播異常數據;智能決策方案，實現在電源異常時對各計算機設備的應急管控。

電源響應軟件：可以安裝在所有計算機(包括部分智能設備)上，用于響應監(jiān)控終端軟件發(fā)來的命令，執(zhí)行相應的操作，完成諸如顯示告警窗口、進行語音告警、關閉所有數據庫、正常退出應用程序、關閉計算機系統(tǒng)等功能。

4 各軟件模塊的結構與功能

4.1 服務器端程序設計

服務器端程序王要完成以下幾個功能：通過TCP監(jiān)聽并建立與監(jiān)控終端的連接;通過RS 232打開并從串口獲取UPS返回數據，向串口發(fā)送UPS設置、控制指令;將串口獲得的數據整理、打包，轉換成網絡數據發(fā)送給監(jiān)控終端;接收監(jiān)控終端發(fā)來的控制、設置命令，解析成相應UPS指令。

為便于監(jiān)控終端快速找到UPS資源，服務器端對應于串口的網絡端口應設置為固定值9001(本系統(tǒng)中每臺工控機臺只有一個COM口)。當服務器端服務啟動后，程序自動打開并連接串口，同時開啟網絡服務并綁定本地9001端口，使其處于監(jiān)聽模式，以便使監(jiān)控終端方便地掃描、定位本機數據源地址。

考慮到串口通訊速度比較慢，為保證狀態(tài)數據的完整性，在服務程序必須對串口數據進行緩存，并實時進行數據檢測，當檢測出有回車/換行標志(或超時)時，則將此前數據從緩存中截取出來，作為一個完整的數據行發(fā)送給監(jiān)控終端。

4.2 網關軟件設計

網關的主要功能是進行物理接口的引入和數據協議的轉換。網關在指揮所內完成各種接口的接入和各種協議到IP協議的轉換工作，可以透明或轉換格式地將數據在各種通訊設備上交互。本系統(tǒng)用到網關的串網口轉換功能，該網關為嵌入式操作系統(tǒng)，其協議通過軟件轉換來實現，軟件的基本設計思想同與4.1中服務器端服務過程類似。需要注意的是，網關設備不是服務器，只完成協議轉換功能，對應的網絡端口一般處于客戶端模式，不停地向監(jiān)控終端發(fā)送TCP連接請求，一旦連接成功，便可以實現UPS與監(jiān)控終端的對話。

本系統(tǒng)使用的網關自帶9個串口，每個串口配對一個固定的網絡端口(端口范圍為9001～9009)，并且將網絡端口與監(jiān)控終端的701～709端口對應連接，以實現UPS接入網絡的功能。