一种新的智能动环监控单元

陈进

摘 要：为了实现多达数百万个移动基站的规范动环监控，支持5G有效运营，本文提出了分布式智能动环监控平台。该平台将动态共享库嵌入边缘网关，以实现平台的边缘计算能力，有效地解决了异构FSU和大规模站点的规范化监控，为基于基站铁塔的物联网扩展业务奠定了坚实的基础。

关键词：智能；动环监控；单元

0 引言

作为通信系统的重要组成部分，移动基站可以为移动终端提供系统接口和无线功能。近年来，随着通信技术特别是4G网络的飞速发展以及5G网络的商业应用，移动基站的数量大大增加。但是，由于我国地理的特殊性，移动基站具有位置分散、环境恶劣和电力不稳定的特点，因而实时监测基站的动力和环境显得尤为重要。

基于集团公司、省公司和市公司的组织架构，国内运营商通常使用三层架构的动环系统。超过95%的基站可以通过有线访问，大多数均使用集中分析方法[1-2]。铁塔公司建立后，从三家运营商手中接管了所有基站。电源监控系统使用集中式体系结构，网络管理系统部署在总部并采用分布式节点进行计算。传输方式是无线的（主要是3G和4G）。基站的信号数据和远程控制直接访问FSU。该架构采用终端分析方法[3-4]，并且不再直接访问OMC。

由于FSU的设备种类繁多，其功能接口差异很大。5G网络的建设和物联网的发展加快了FSU设备类型和数量的扩展，进而对FSU系统的兼容性提出了极高要求。频繁升级对于基站的运行和维护是必要的。由于供应商的技术不同，因此升级和组合调整接口的过程非常复杂。 FSU和SC平台之间的松散相关性导致了问题定位的复杂性，使得该平台难以控制关键功能，如注册FSU，报告警报，收集性能状态，远程控制等[2]。

铁塔公司整合了中国电信，中国移动和中国联通的供电环境监控标准，制定了统一的监控标准和跨平台接口的技术方案[5]。该方案对供电环境监控的B接口进行了改革和升级，形成了自动密集型和自适应监控平台的架构[5-6]，如图1所示。

在该体系结构中，FSU是整个监控网络的基本元素。通过将嵌入式系统和应用程序安装到终端自动装置中，可以管理和处理监视数据。FSU的主要业务功能是控制数据收集，与上级监控平台交互，并根据特定硬件，通过硬件和软件进行集成设计。由于不同类型的FSU设备的系统软件存在差异，尽管有统一的标准，监控中心仍然难以维护，分析和定位收集数据，尤其是警报数据（由于数据处理过程的差异[7]）。如果需要升级FSU软件，则每种类型的设备都需要开发自己的应用程序，这导致灵活性降低和成本升高。

1 FEU边缘节点计算的自动化

随着5G网络的推广，基站的扩展和物联网技术的发展[3，8]，越来越多的传感器投入监控，平台容量和运营难度爆炸性加剧。十多种类型和数百万个FSU设备需要升级。完全依赖于不同区域的供应商来更新版本非常困难，因为这样会导致系统更新工作量巨大，并且软件可能缺失健壮性。因此，有必要对该系统进行改造。通过分析平台软件的结构[5]，业务流程，边缘节点计算的功能，FSU的核心芯片以及嵌入式系统的算法[9-10]，结合密集监控平台的功能规范，本文提出一种自动嵌入式访问单元FEU，该单元將终端计算功能移至FSU操作系统中，并使每个基站都可以作为分布式单元进行计算。在此基础上，改造接入终端并启动FSU自动化项目。改造后的结构如图2所示。

2 FEU软件架构设计

FEU包含B接口的所有功能。FSU通过A接口从设备收集数据并将数据传送到FEU之后，FEU会根据数据种类处理数据，然后更新性能，报告警报，将数据存储为历史记录等。当VPN的连接状态（在线/离线）发生变化时，FSU需要将所有注册信息（例如VPN地址，IMSI，网络标准等）通知FEU。一旦FEU判断为心跳超时，它将通知FSU，并且FSU将按照Triple-Reboot标准对其进行处理。该过程如图3所示。

FEU将作为动态共享库提供给FSU供应商。由于每个供应商的CPU芯片各不相同，因此FEU需要根据每个供应商的交叉链接编译环境进行编译。FSU软件可以通过feu.h和libfeu.so加载动态库，然后在运行过程中启动FEU功能后可以与监控平台进行交互。

FEU API包含4个部分：

● 配置管理，负责设置由配置文件运行的SDK的参数，包括SDK的存储空间，IPC图片的空间，FSU和设备的基本信息，收集点的信息等；

● 回调功能，包括修改FTP服务参数和控制顺序，报告心跳超时，获取FSU版本，获取VPN状态，更正时钟，获取系统资源等；

● 控制SDK的运行，可以启动或停止SDK功能，为FSU分配初始内存，加载配置参数，创建即时实例等；

● 业务交互管理功能，这是FEU从FSU接收业务监控功能的核心模型，包括实时远程测量数据，实时远程信号数据，远程控制和提交功能的实时数据，VPN状态的通知，获取FEU的注册状态等。

平台发出远程控制命令后，FEU通过回叫功能将其分配给FSU，FSU操作控制器并将结果返回给FEU，然后FEU将其反馈给平台。

2.1 自动FEU的突出优势

使用自动FEU有6个主要优点：

● 统一管理B接口，使监控数据更加准确和可靠；

● 功能的高度可扩展性，可以在任何环境中快速升级和部署；

● 监控数据的准确性，有助于快速定位问题；

● 与大多数FSU设备兼容，适用于新旧设备；

● 自我发展，可以降低购买FSU的成本；

● 自动监控。

由于上层接口是统一的，软件版本是相同的，并且报告数据的格式完全统一，因此安装和升级简单从而支持基站的新功能，并且操作，维护和管理完全标准化，从而使得系统稳定可靠。该项目实现了基站统一管理，自动部署和简单扩展的目标。FEU根据需求设计模型，将与硬件和设备接口高度相关的软件划分为独立的部分。通过设计应用程序与监控中心交互并将数据作为单独组件进行管理，FEU可以对传递监控数据的操作过程进行标准化，从而确保数据的完整性和可靠性。

3 结语

本文提出了一种用于自动监控单元的新系统架构。它将与平台和业务交易的交互打包为与平台交互的功能模型FEU。该模型独立于依赖硬件的应用程序，并且高度兼容，因此使用该模型设计来开发电源环境监视标准是有益的。随着NB-IoT和5G网络的推广，未来FEU的标准场景将更加细化，针对不同的接入信号，FEU将在边缘层中增加更多的计算功能，可以使FEU的业务服务成为可能，使监控平台越来越自动化。

参考文献：

[1] 陈博，甘志辉.NB-IoT网络商业价值及组网方案研究[J].移动通信，2016，40（13）：42-46+52.

[2] 巩欣，王居志.存量基站动环监控单元改造技术方案[J].电信技术， 2017（01）：29-32.

[3] 钱志鸿，王雪.面向5G通信网的D2D技术综述[J].通信學报， 2016，37（07）：1-14.

[4] 许文建.基于SNMP的数字基站监控系统设计与实现[D].广州：华南理工大学，2015.

[5] 刘化召.面向IDC互联网行为分析的大数据平台设计与应用[J].电信技术，2016（01）：68-74.

[6] 凌颖，邱芸.基于网络数据实现对物联网终端网络行为监控的方法[J].电信科学，2017，33（12）：114-120.

[7] 程火明，施林苏，高珊，等.中国铁塔大数据应用展望[J].电信科学， 2017，33（07）：1-8.

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

[9] 刘伟，刘军.时延敏感传感器网络中分布式动态资源管理研究[J].通信学报，2017，38（07）：70-77.

[10] 张红，王玉峰.基于雾计算的NB-IoT框架，关键技术及应用[J].中兴通讯技术， 2017，23（01）：32-36.