基于TCP/IP协议的通信电源监控系统的研发

陈欣

(遵义师范学院计算机与信息科学学院，贵州遵义563002)

基于TCP/IP协议的通信电源监控系统的研发

陈欣

(遵义师范学院计算机与信息科学学院，贵州遵义563002)

随着嵌入式技术的日益成熟，将嵌入式系统应用于各行各业已成为电力电子技术发展的趋势。以S3C2410作为核心控制芯片，设计开发了一套适用于通信基站电源运行的监控系统。该系统利用精简的TCP/IP协议栈，构建了监控系统的Internet接口，从而实现了通信电源的远程监控。

通信电源；监控系统；TCP/IP协议；无线传感网

随着通信事业的不断发展，通信已经成为经济发展的重要保障。与此同时，通信网络的规模和复杂性也日益提高，通信基站的数量逐年递增，这造成了设备的分散，其运行的安全性和可靠性难以得到保障。

通信电源是通信设备运行的“心脏”，它的运行受外界的影响较大，故障率也高，这给通信基站的正常工作造成了一定的困难。为了提高通信电源工作的可靠性，研发适用于通信电源的监控系统是一个必要的技术手段。

1 通信电源系统介绍

通信机房或基站的电源系统主要由三部分组成，包括直流供电系统、交流供电系统以及接地系统[1]，主要结构如图1所示。

在通信机房和基站中，大多数通信设备用的都是直流电。因此，在通信电源中直流供电系统是重要的供电环节，由整流器、蓄电池、直流配电屏、(DC/DC)直流变换器等几部分组成，将直流电变换为不同等级的直流电压供设备使用。

图1 通信电源系统

交流供电系统包括市电引入部分、变压设备、备用电源、高低压配电屏、稳压设备等，交流供电主要提供给通信机房环境用电，例如空调用电或建筑用电。

2 监控系统整体结构

为了实现监控系统的各种功能，设计合理的监控体系结构，选择合适的硬件设备，利用TCP/IP协议，有效地实现对通信电源的遥测、遥信和遥控功能是监控系统的主要目标。

监控系统的整体结构如图2所示。

监控系统的底层由采集系统来组成，采集系统主要需要采集的量如表1所示。

数据采集系统由各种传感器组成，传感器的种类比较多，例如：电流、电压、温度、湿度、烟感、水位等，这些传感器通过一定方式的连接传送至嵌入式系统的输入端口。

图2 通信电源监控系统结构

表1 监控系统采集量

根据整个系统监控的基本要求，嵌入式系统采用单片机来完成，所选用的单片机处理器为S3C2410，该处理器内部集成了ARM公司ARM920T处理器核的32 B微控制器，资源丰富，带独立的16 kB的指令Cache和16 kB数据Cache，主频可达203 MHz。同时，还具有LCD控制器、RAM控制器、并行I/O口、USB口，内嵌以太网控制器芯片AX88796，可以有效地实现通信基站内动环系统的监控。

该系统硬件结构如图3所示，底层为由传感器组成的采集系统，各个采集点以ZigBee技术构成无线传感网，各Zig-Bee节点采用CC2530芯片，每个芯片上带3～5个传感器，以一个CC2530为协调器，其他CC2530作为终端节点，构成星形结构。协调器CC2530通过串口与ARM芯片相连。

图3 硬件结构

S3C2410上配有一块LCD显示屏，以方便现场操作，并通过串口连接了一组数码摄像头，以方便通信机房与基站环境的监测。此外，通过AX88796以太网控制芯片与公共有线传输网相连，以TCP/IP协议传输监控数据。

3 TCP/IP协议栈的设计

本设计采用TCP/IP协议完成对数据的传输。TCP/IP通常采用4层模型，分别为应用层、传输层、网络层和链路层。表2中为各层所对应的协议[2]。

表2 TCP/IP模型及协议

为了节省资源，提高运行速度，采用简化的TCP/IP协议栈，对于十几个TCP/IP协议，本设计只实现了ARP(地址解析协议)、IP(网络层协议)、UDP(用户数据报协议)、ICMP(因特网控制报文协议)，利用这四个协议形成一个小型化的UDP/IP协议，用以提高数据传输速度，保证监控的实时性。

在本设计中，由于用UDP代替了TCP协议，在安全性和可靠性方面稍逊于TCP协议，所以在CC2530中采用AES数据加密方法，安全方案为AES—CCM—128，这保证了设备在输入和输出的数据帧上既使用了ACL功能，又提供了密码保护。

UDP首部结构如表3所示。

表3 UDP首部结构

4 总结

通信电源及其所处环境的监控是通信电源正常工作的重要保障。本文在研究通信机房及基站运行特性的基础上，利用嵌入式系统构建了基于精简的TCP/IP协议的电源监控系统。该系统运行可靠，数据传输率高，有效地保证了监控的实时性。

[1]徐罡.通信电源监控系统关键技术的研究[D]．南京：南京邮电大学，2006：177-179.

[2]彭翠平.基于TCP/IP协议的动静脉脉冲系统的设计与实现[D].济南，山东大学，2008：46-49.

Design of monitoring system for communication power supply based on TCP/IP protocol

CHEN Xin
(School of Computer and Information Science,Zunyi Normal College,Zunyi Guizhou 563002,China)

Along with the embedded technology becoming increasingly mature,the application of embedded system in all walks of life has become the development trend of power electronic technology. With S3C2410 as core microcontroller,a set of monitoring system suitable for communication base station power operation was designed and developed.The Internet interface of monitoring system was built by using the simplified TCP/IP protocol stack, realizing the remote monitoring of communication power supply.

communication power supply;monitoring system;TCP/IP protocol;WSN

TM 769

A

1002-087 X(2015)08-1760-02

2015-05-29

陈欣(1978—)，男(仡佬族)，贵州省人，硕士，讲师，主要研究方向为计算机网络。