一種新的智能動環(huán)監(jiān)控單元

作者簡介：陳進(jìn)（1978—），男，江蘇泰興，主要從事電子信息技術(shù)。

0   引言

作為通信系統(tǒng)的重要組成部分，移動基站可以為移動終端提供系統(tǒng)接口和無線功能。近年來，隨著通信技術(shù)特別是4G 網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展以及5G 網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)應(yīng)用，移動基站的數(shù)量大大增加。但是，由于我國地理的特殊性，移動基站具有位置分散、環(huán)境惡劣和電力不穩(wěn)定的特點，因而實時監(jiān)測基站的動力和環(huán)境顯得尤為重要。基于集團公司、省公司和市公司的組織架構(gòu)，國內(nèi)運營商通常使用三層架構(gòu)的動環(huán)系統(tǒng)。超過95％的基站可以通過有線訪問，大多數(shù)均使用集中分析方法^[1-2]。鐵塔公司建立后，從三家運營商手中接管了所有基站。電源監(jiān)控系統(tǒng)使用集中式體系結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)部署在總部并采用分布式節(jié)點進(jìn)行計算。傳輸方式是無線的（主要是3G 和4G）?；镜男盘枖?shù)據(jù)和遠(yuǎn)程控制直接訪問FSU。該架構(gòu)采用終端分析方法^[3-4]，并且不再直接訪問OMC。

由于FSU 的設(shè)備種類繁多，其功能接口差異很大。5G 網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展加快了FSU 設(shè)備類型和數(shù)量的擴展，進(jìn)而對FSU系統(tǒng)的兼容性提出了極高要求。頻繁升級對于基站的運行和維護是必要的。由于供應(yīng)商的技術(shù)不同，因此升級和組合調(diào)整接口的過程非常復(fù)雜。FSU 和SC 平臺之間的松散相關(guān)性導(dǎo)致了問題定位的復(fù)雜性，使得該平臺難以控制關(guān)鍵功能，如注冊FSU，報告警報，收集性能狀態(tài)，遠(yuǎn)程控制等^[2]。鐵塔公司整合了中國電信，中國移動和中國聯(lián)通的供電環(huán)境監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)，制定了統(tǒng)一的監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)和跨平臺接口的技術(shù)方案^[5]。該方案對供電環(huán)境監(jiān)控的B 接口進(jìn)行了改革和升級，形成了自動密集型和自適應(yīng)監(jiān)控平臺的架構(gòu)^[5-6]，如圖1 所示。

在該體系結(jié)構(gòu)中，F(xiàn)SU 是整個監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的基本元素。通過將嵌入式系統(tǒng)和應(yīng)用程序安裝到終端自動裝置中，可以管理和處理監(jiān)視數(shù)據(jù)。FSU 的主要業(yè)務(wù)功能是控制數(shù)據(jù)收集，與上級監(jiān)控平臺交互，并根據(jù)特定硬件，通過硬件和軟件進(jìn)行集成設(shè)計。由于不同類型的FSU 設(shè)備的系統(tǒng)軟件存在差異，盡管有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)控中心仍然難以維護，分析和定位收集數(shù)據(jù)，尤其是警報數(shù)據(jù)（由于數(shù)據(jù)處理過程的差異^[7]）。如果需要升級FSU 軟件，則每種類型的設(shè)備都需要開發(fā)自己的應(yīng)用程序，這導(dǎo)致靈活性降低和成本升高。

1   FEU邊緣節(jié)點計算的自動化

隨著5G 網(wǎng)絡(luò)的推廣，基站的擴展和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展^[3,8]，越來越多的傳感器投入監(jiān)控，平臺容量和運營難度爆炸性加劇。十多種類型和數(shù)百萬個FSU 設(shè)備需要升級。完全依賴于不同區(qū)域的供應(yīng)商來更新版本非常困難，因為這樣會導(dǎo)致系統(tǒng)更新工作量巨大，并且軟件可能缺失健壯性。因此，有必要對該系統(tǒng)進(jìn)行改造。通過分析平臺軟件的結(jié)構(gòu)^[5]，業(yè)務(wù)流程，邊緣節(jié)點計算的功能，F(xiàn)SU 的核心芯片以及嵌入式系統(tǒng)的算法^[9-10]，結(jié)合密集監(jiān)控平臺的功能規(guī)范，本文提出一種自動嵌入式訪問單元FEU，該單元將終端計算功能移至FSU 操作系統(tǒng)中，并使每個基站都可以作為分布式單元進(jìn)行計算。在此基礎(chǔ)上，改造接入終端并啟動FSU 自動化項目。改造后的結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

2   FEU軟件架構(gòu)設(shè)計

FEU 包含B 接口的所有功能。FSU 通過A 接口從設(shè)備收集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳送到FEU 之后，F(xiàn)EU 會根據(jù)數(shù)據(jù)種類處理數(shù)據(jù)，然后更新性能，報告警報，將數(shù)據(jù)存儲為歷史記錄等。當(dāng)VPN 的連接狀態(tài)（在線/ 離線）發(fā)生變化時，F(xiàn)SU 需要將所有注冊信息（例如VPN 地址，IMSI，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)等）通知FEU。一旦FEU 判斷為心跳超時，它將通知FSU，并且FSU 將按照Triple-Reboot標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行處理。該過程如圖3 所示。

FEU 將作為動態(tài)共享庫提供給FSU 供應(yīng)商。由于每個供應(yīng)商的CPU 芯片各不相同，因此FEU 需要根據(jù)每個供應(yīng)商的交叉鏈接編譯環(huán)境進(jìn)行編譯。FSU 軟件可以通過feu.h 和libfeu.so 加載動態(tài)庫，然后在運行過程中啟動FEU 功能后可以與監(jiān)控平臺進(jìn)行交互。

FEU API 包含4 個部分：

●   配置管理，負(fù)責(zé)設(shè)置由配置文件運行的SDK 的參數(shù)，包括SDK 的存儲空間，IPC 圖片的空間，F(xiàn)SU和設(shè)備的基本信息，收集點的信息等；

●   回調(diào)功能，包括修改FTP 服務(wù)參數(shù)和控制順序，報告心跳超時，獲取FSU 版本，獲取VPN 狀態(tài)，更正時鐘，獲取系統(tǒng)資源等；

●   控制SDK 的運行，可以啟動或停止SDK 功能，為FSU 分配初始內(nèi)存，加載配置參數(shù)，創(chuàng)建即時實例等；

●   業(yè)務(wù)交互管理功能，這是FEU 從FSU 接收業(yè)務(wù)監(jiān)控功能的核心模型，包括實時遠(yuǎn)程測量數(shù)據(jù)，實時遠(yuǎn)程信號數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程控制和提交功能的實時數(shù)據(jù)，VPN狀態(tài)的通知，獲取FEU 的注冊狀態(tài)等。

平臺發(fā)出遠(yuǎn)程控制命令后，F(xiàn)EU 通過回叫功能將其分配給FSU，F(xiàn)SU 操作控制器并將結(jié)果返回給FEU，然后FEU 將其反饋給平臺。

2.1 自動FEU的突出優(yōu)勢

使用自動FEU 有6 個主要優(yōu)點：

● 統(tǒng)一管理B 接口，使監(jiān)控數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確和可靠；

● 功能的高度可擴展性，可以在任何環(huán)境中快速升級和部署；

●   監(jiān)控數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，有助于快速定位問題；

●   與大多數(shù)FSU 設(shè)備兼容，適用于新舊設(shè)備；

●   自我發(fā)展，可以降低購買FSU 的成本；

●   自動監(jiān)控。

由于上層接口是統(tǒng)一的，軟件版本是相同的，并且報告數(shù)據(jù)的格式完全統(tǒng)一，因此安裝和升級簡單從而支持基站的新功能，并且操作，維護和管理完全標(biāo)準(zhǔn)化，從而使得系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。該項目實現(xiàn)了基站統(tǒng)一管理，自動部署和簡單擴展的目標(biāo)。FEU 根據(jù)需求設(shè)計模型，將與硬件和設(shè)備接口高度相關(guān)的軟件劃分為獨立的部分。通過設(shè)計應(yīng)用程序與監(jiān)控中心交互并將數(shù)據(jù)作為單獨組件進(jìn)行管理，F(xiàn)EU 可以對傳遞監(jiān)控數(shù)據(jù)的操作過程進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，從而確保數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。

3   結(jié)語

本文提出了一種用于自動監(jiān)控單元的新系統(tǒng)架構(gòu)。它將與平臺和業(yè)務(wù)交易的交互打包為與平臺交互的功能模型FEU。該模型獨立于依賴硬件的應(yīng)用程序，并且高度兼容，因此使用該模型設(shè)計來開發(fā)電源環(huán)境監(jiān)視標(biāo)準(zhǔn)是有益的。隨著NB-IoT 和5G 網(wǎng)絡(luò)的推廣，未來FEU的標(biāo)準(zhǔn)場景將更加細(xì)化，針對不同的接入信號，F(xiàn)EU 將在邊緣層中增加更多的計算功能，可以使FEU 的業(yè)務(wù)服務(wù)成為可能，使監(jiān)控平臺越來越自動化。

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（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年2月期）