开放式3G网络远程监控系统在数字城市中的应用

摘 要：针对目前3G远程监控技术存在开放性弱、可靠性差、应用开发难的不足，本文拟从系统的整体架构及开放性、兼容性、数据传输的可靠性等方面构建开放式3G网络远程监控系统，并将其应用到数字城市基础设施与公共事业的动态监控中去，推进3G技术在无线网络监控中的应用和发展，促进数市化城市建设，实现信息资源共享。

关键词：开放式；3G网络；远程监控

中图分类号：TP274 文献标识码：A

Open 3G Network Remote Monitoring System in Digital City

LUO Jinling

（Loudi Vocational and Technical College of Telecommunication Department，Loudi 417000，China）

Abstract：3G remote monitoring technology for the current existence of open weak，poor reliability，lack of application development difficult，this paper intends to build an open 3G network remote monitoring system in terms of the overall architecture of the system and openness，compatibility，reliability of data transmission，etc. and apply it to the dynamic monitoring of digital urban infrastructure and public utilities go，and promote the development of 3G technology and wireless network monitoring，promoting several city urban construction，sharing of information resources.

Keywords：open；3G network；remote monitoring

1 引言（Conclusion）

随着无线通讯技术的发展，国内3G移动通信系统的商用化，移动网络带宽大幅提高，同时移动终端设备的性能也在不断地提高，基于3G网络的监控系统成为研究的热点。20世纪90年代以来，世界主要发达国家纷纷依托高新技术，大力推行信息化战略，建设数字城市[1]。市政管理数字化是数字城市的重要组成部分，因此，构建先进的信息获取和处理系统是数字市政系统的核心问题。

2 3G网络远程监控系统的现状（Status 3G network

remote monitoring system）

（1）开放性弱。目前在3G监控技术方面没有形成统一的业务体系标准，缺乏统一的设备监控协议，现有监控设备种类繁多，监控信息和参数各异，导致监控应用和监控设备相互依赖，异构类型的监控终端不能以一致的方式进行接入和管理，同时上层应用和下层具体3G制式紧密绑定，不同厂商的监控系统难以互联互通。

（2）可靠性差。目前3G信号仍然存在不稳定，特别是数据流速存在不稳定的情况，导致监控数据传输的可靠性还不理想，同时监控终端的可靠性（如断电重启、永久在线断线自动重连、死锁自检测和恢复）也有待加强。另外，基于3G的远程数据传输在传输过程中可能会遭受被窃听、篡改或受重播攻击等威胁，因此安全可靠性问题也不可忽视。

（3）应用开发难。已有3G监控系统没有提供足够的二次开发API，对第三方开发的插件支持不足，缺乏依应用需求而灵活设定规则的能力，不便于第三方的二次开发，难以进行结构和功能上的扩展。

针对上述问题和需求，本文研究开放式的3G网络远程监控系统，包括开放式的监控框架、统一的设备监测控制协议、可靠的监控数据传输机制并将其应用到数字城市基础设施与公共事业的动态监控中去，促进数市化城市建设。

3 3G网络远程监控框架设计与实现（3G Network

design and implementation of remote monitoring

framework）

3.1 系统架构

基于3G网络的远程监控系统由监控中心、3G监控端和3G查询终端三个主要部分组成，该系统整体框架如图1所示。

图1 3G远程监控系统整体框架示意图

Fig.1 3G remote monitoring system schematic diagram

overall framework

监控系统的三部分通过3G网络与互联网联成一个开放式的系统，3G集控器与数据查询终端都是通过PPP方式接入3G网络的核心IP网络，与监控中心形成IP连接。

（1）3G集控器的接入：通过拨号接入3G网络核心IP网，通过互联网与监控中心形成IP连接，实现监控设备和监控中心之间的数据交换。由于3G网络有电信CDMA2000、联通WCDMA和移动TD-SCDMA三种制式，监控系统必须对三种制式兼容，3G集控器通过一个DTU实现对其中一种网络的接入，而可靠性要求很高的监控点，集控器可以带两个或三个DTU，可以实现同时多网并行接入，确保数据传输的可靠性和提高数据流量。

（2）监控中心对互联网的接入：监控中心与互联网形成IP连接，可以通过四种方式接入互联网：第一种是监控中心采用ADSL等专线方式与Internet公网连接，采用公网固定IP或者公网动态IP+DNS解析服务；第二种是监控中心采用移动内网动态IP+移动DNS解析服务；第三种是监控中心采用APN专网固定IP；第四种是监控中心采用APN专线，所有节点都采用内网固定IP。

3.2 统一设备监测控制协议

监控数据从监控端传到监控中心，在数据中心进行处理，必须采用统一的数据格式和控制指令，便于指挥调度与查询端调取数据，而监控端设备单元的数据格式与控制指令往往不同，如视频采集设备，不同厂家的设备的视频数据格式与控制指令格式不同，其他不同类型的监控设备的数据类型与数据格式也会不相同。面对这样的问题，在集控器中，提供通用的开放接口，包括硬件接口和软件接口，通过该接口，集控器可以和监控设备单元交换数据，由设备协议接口对设备端上行的数据格式进行规范化处理[2]，对监控中心下发的控制指令进行针对性的转化，在集控器中由接口转换软件完成这个功能，如图2所示。

图2 3G集控器功能结构示意图

Fig.2 3G set controller function structure diagram

3.3 构建监控数据传输机制

3G监控是基于三种3G（WCDMA，CDMA2000，TD-SCDMA）制式的数据通信技术与远程控制技术，三种3G网络在信号覆盖率、数据最大流量和稳定性存在较大差异。在信号覆盖率方面，电信CDMA2000开始较早[3]，信号的覆盖率好一些，三网在数据最大流量方面也存在较大的差异，面前的流速都不能满足视频监控突发的大数据流量的要求，在稳定性方面，目前3G上网仍然存在不稳定，特别是数据流速存在不稳定的情况。

由于3G网络信号不稳定，数据流速不足，三个网络信号覆盖存在差异，考虑到监控的可靠性和实时性要求，我们的监控系统中将支持集控器同时对两种或三种3G网络的无线接入，在一个监控端和监控中心之间建立两个IP连接的情况下，由我们设计的传输协议层完成对传输数据分拆与组装，对两个无线连接数据流量进行智能调度，根据信号与网络速度分配两条IP通道数据流量，从而提高了数据传输的有效性和可靠性。

另一方面，在监控端、查询端与监控中心之间传输的数据包括多媒体数据、监控状态数据与控制指令。这些数据对可靠性与实时性要求不同，根据这个要求，在传输层协议中，对多媒体数据、精确要求的监控数据和控制指令予以分流，对高可靠性要求的数据增加更强的校验和纠错功能。

3.4 3G集控器结构设计

3G集控器是针对多媒体无线监控的特点来设计的，包括DTU（数据传输单元，Data Terminal Unit）[4]、MCU+DSP、存储器、电源管理系统和监控设备单元接口等几个部分组成，其中DTU是用于3G无线数据传输的通信模块，其性能直接影响到集控器的可靠性。

为了提高集控器的可靠性，重点研究嵌入RTOS的实时性、可靠性，嵌入式硬件平台可靠性技术，重点解决集控器掉电自动重启、死锁自检测和恢复，以及意外出错的处理几个方面的问题，在数据传输网络中断的情况下，保存监控数据，并独立执行基本的监控功能，如图3所示。

图3 3G集控器硬件结构示意图

Fig.3 3G set controller hardware structure diagram

4 3G网络远程监控系统在数字城市中的应用（3G

network remote monitoring system in digital city）

基于3G监控的数字市政系统结构如图4所示。

图4 数字市政系统结构图

Fig.4 Digital municipal system structure

在数字市政系统中，开放式3G可靠远程监控技术主要应

用到如下两个子系统：

（1）无线数据采集子系统

是为城市管理监督提供现场信息，进行快速采集与传送的专用终端。系统实现监督员在自己的管理范围内巡查过程中向监督中心上报城市管理问题信息，并通过终端接收来自监督中心的任务指派[5]。该系统可以依托移动设备，通过3G无线数据传输技术，基于城市部件和事件分类编码体系、地理编码体系，完成城市管理问题文本、图像、声音和位置信息实时传递。

（2）信息的动态查询子系统

系统可提供对存储的信息快速进行单要素或多要素的动态查询和统计分析。同时系统以空间数据和非空间数据为依托，进行建设项目投资分析、城市选址用地分析和项目跟踪监督，进而实现计算机化的规划管理、用地管理、建筑设计管理、市政管理、档案管理，完成城市管网和路网的网络分析、城市用地适宜性评价、城市建设用的开发顺序评价、城市环境质量评价、旧城改造、城市变迁监测和资源合理利用。

4 结论（Conclusion）

本文针对目前3G远程监控技术存在开放性弱、可靠性差、应用开发难的不足，研究开发一个高效可靠的开放式3G网络远程监控系统，包括开放式的监控框架、统一的设备监测控制协议、可靠的监控数据传输机制并将其应用到数字城市基础设施与公共事业的动态监控中去，推进3G技术在无线监控中的应用和发展，促进数市化城市建设。

参考文献（References）

[1] 仇保兴.市政公用事业改革的理论和实践进展综述[J].城市发

展研究，2007，1（11）：43-47.

[2] 刘连波.基于移动通信的通用远程监控协议的设计[D].大连：

大连理工大学，2008：2.

[3] Carsten Nitsch，etc，Embedded System Architechture Design

Based on Real-Time Emulation.2011，2：18-59.

[4] 周彩兰.基于WebService的远程控制系统的研究与实现[D].

武汉理工大学硕士学位论文，2010，2（5）：51-54.

[5] 王晓东，杨学海.SNMP在C/S模式远程监控管理系统设计中

的应用[J].电讯技术，2011，3（6）：19-21.

作者简介：

罗金玲（1965-），女，本科，副教授.研究领域：计算机网络，

无线网络监控.