一種新的智能動(dòng)環(huán)監(jiān)控單元

作者簡(jiǎn)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(dòng)基站可以為移動(dòng)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(dòng)基站的數(shù)量大大增加。但是，由于我國地理的特殊性，移動(dòng)基站具有位置分散、環(huán)境惡劣和電力不穩(wěn)定的特點(diǎn)，因而實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)基站的動(dòng)力和環(huán)境顯得尤為重要?；诩瘓F(tuán)公司、省公司和市公司的組織架構(gòu)，國內(nèi)運(yùn)營商通常使用三層架構(gòu)的動(dòng)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(yùn)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(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。傳輸方式是無線的（主要是3G 和4G）?；镜男盘?hào)數(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(kuò)展，進(jìn)而對(duì)FSU系統(tǒng)的兼容性提出了極高要求。頻繁升級(jí)對(duì)于基站的運(yùn)行和維護(hù)是必要的。由于供應(yīng)商的技術(shù)不同，因此升級(jí)和組合調(diào)整接口的過程非常復(fù)雜。FSU 和SC 平臺(tái)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(tái)難以控制關(guān)鍵功能，如注冊(cè)FSU，報(bào)告警報(bào)，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(dòng)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(tái)接口的技術(shù)方案^[5]。該方案對(duì)供電環(huán)境監(jiān)控的B 接口進(jìn)行了改革和升級(jí)，形成了自動(dòng)密集型和自適應(yīng)監(jiān)控平臺(tái)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(gè)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(dòng)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(jí)監(jiān)控平臺(tái)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(jì)。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(hù)，分析和定位收集數(shù)據(jù)，尤其是警報(bào)數(shù)據(jù)（由于數(shù)據(jù)處理過程的差異^[7]）。如果需要升級(jí)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(diǎn)計(jì)算的自動(dòng)化

隨著5G 網(wǎng)絡(luò)的推廣，基站的擴(kuò)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(tái)容量和運(yùn)營難度爆炸性加劇。十多種類型和數(shù)百萬個(gè)FSU 設(shè)備需要升級(jí)。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?yàn)檫@樣會(huì)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(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行改造。通過分析平臺(tái)軟件的結(jié)構(gòu)^[5]，業(yè)務(wù)流程，邊緣節(jié)點(diǎn)計(jì)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(tái)的功能規(guī)范，本文提出一種自動(dòng)嵌入式訪問單元FEU，該單元將終端計(jì)算功能移至FSU 操作系統(tǒng)中，并使每個(gè)基站都可以作為分布式單元進(jìn)行計(jì)算。在此基礎(chǔ)上，改造接入終端并啟動(dòng)FSU 自動(dòng)化項(xiàng)目。改造后的結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

2   FEU軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

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(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)種類處理數(shù)據(jù)，然后更新性能，報(bào)告警報(bào)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shí)，F(xiàn)SU 需要將所有注冊(cè)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(shí)，它將通知FSU，并且FSU 將按照Triple-Reboot標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行處理。該過程如圖3 所示。

FEU 將作為動(dòng)態(tài)共享庫提供給FSU 供應(yīng)商。由于每個(gè)供應(yīng)商的CPU 芯片各不相同，因此FEU 需要根據(jù)每個(gè)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(dòng)態(tài)庫，然后在運(yùn)行過程中啟動(dòng)FEU 功能后可以與監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行交互。

FEU API 包含4 個(gè)部分：

●   配置管理，負(fù)責(zé)設(shè)置由配置文件運(yùn)行的SDK 的參數(shù)，包括SDK 的存儲(chǔ)空間，IPC 圖片的空間，F(xiàn)SU和設(shè)備的基本信息，收集點(diǎn)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(bào)告心跳超時(shí)，獲取FSU 版本，獲取VPN 狀態(tài)，更正時(shí)鐘，獲取系統(tǒng)資源等；

●   控制SDK 的運(yùn)行，可以啟動(dòng)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(shí)實(shí)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(shí)時(shí)遠(yuǎn)程測(cè)量數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程信號(hào)數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程控制和提交功能的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，VPN狀態(tài)的通知，獲取FEU 的注冊(cè)狀態(tài)等。

平臺(tái)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(tái)。

2.1 自動(dòng)FEU的突出優(yōu)勢(shì)

使用自動(dòng)FEU 有6 個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：

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

● 功能的高度可擴(kuò)展性，可以在任何環(huán)境中快速升級(jí)和部署；

●   監(jiān)控?cái)?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(dòng)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(bào)告數(shù)據(jù)的格式完全統(tǒng)一，因此安裝和升級(jí)簡(jiǎn)單從而支持基站的新功能，并且操作，維護(hù)和管理完全標(biāo)準(zhǔn)化，從而使得系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了基站統(tǒng)一管理，自動(dòng)部署和簡(jiǎn)單擴(kuò)展的目標(biāo)。FEU 根據(jù)需求設(shè)計(jì)模型，將與硬件和設(shè)備接口高度相關(guān)的軟件劃分為獨(dú)立的部分。通過設(shè)計(jì)應(yīng)用程序與監(jiān)控中心交互并將數(shù)據(jù)作為單獨(dú)組件進(jìn)行管理，F(xiàn)EU 可以對(duì)傳遞監(jiān)控?cái)?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(dòng)監(jiān)控單元的新系統(tǒng)架構(gòu)。它將與平臺(tái)和業(yè)務(wù)交易的交互打包為與平臺(tái)交互的功能模型FEU。該模型獨(dú)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(jì)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(chǎng)景將更加細(xì)化，針對(duì)不同的接入信號(hào)，F(xiàn)EU 將在邊緣層中增加更多的計(jì)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(tái)越來越自動(dòng)化。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳博,甘志輝.NB-IoT網(wǎng)絡(luò)商業(yè)價(jià)值及組網(wǎng)方案研究[J].移動(dòng)通信,2016,40(13):42-46+52.

[2] 鞏欣,王居志.存量基站動(dòng)環(huán)監(jiān)控單元改造技術(shù)方案[J].電信技術(shù),2017(01):29-32.

[3] 錢志鴻,王雪.面向5G通信網(wǎng)的D2D技術(shù)綜述[J].通信學(xué)報(bào),2016,37(07):1-14.

[4] 許文建.基于SNMP的數(shù)字基站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].廣州:華南理工大學(xué),2015.

[5] 劉化召.面向IDC互聯(lián)網(wǎng)行為分析的大數(shù)據(jù)平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].電信技術(shù),2016(01):68-74.

[6] 凌穎,邱蕓.基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)終端網(wǎng)絡(luò)行為監(jiān)控的方法[J].電信科學(xué),2017,33(12):114-120.

[7] 程火明,施林蘇,高珊,等.中國鐵塔大數(shù)據(jù)應(yīng)用展望[J].電信科學(xué),2017,33(07):1-8.

[8]3GPP TR 23.720. Study on architecture enhancements for Cellular Internet of Things (Release 13)[S]. 2016.

[9] 劉偉,劉軍.時(shí)延敏感傳感器網(wǎng)絡(luò)中分布式動(dòng)態(tài)資源管理研究[J].通信學(xué)報(bào),2017,38(07):70-77.

[10] 張紅,王玉峰.基于霧計(jì)算的NB-IoT框架,關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用[J].中興通訊技術(shù), 2017,23(01):32-36.

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年2月期）