基于VPN的通信电源远程监控系统设计

张 昊，董明福

（山东省邮电规划设计院有限公司，山东 济南 250000）

0 引 言

目前，通信电源通常包含多种类型的电源设备，能够为各类通信设备提供持续性的电力条件，常见的几种电源设备类型包括交流不间断电源和直流不间断电源等[1]。大部分通信电源的供电方式大致可划分为3类，分别为集中型供电、分散型供电以及混合型供电，可根据实际通信设备的用电需求进行调整[2]。近几年来，为了提高对电源运行的管理水平，缩短维修时间，相关领域研究人员开展了大量的研究，并从理论和实践上提出了多种监控方法，但在实际应用中，现有监控方法或监控系统很难实现对通信电源的远程监控功能，并且无法实现对通信电源运行参数的实时获取[3]。针对这一问题，本文引入了VPN技术，利用该技术在公用网络当中构建的专用网络，实现对各类参数的远程加密传输，并开展对基于VPN通信电源远程监控系统的软硬件设计研究。

1 系统硬件设计

为了实现对通信电源在运行过程中的远程监控，本文选择将VPN作为系统核心，结合该技术的通信能力以及相关硬件设备，构建如图1所示的远程监控系统结构。

图1 基于VPN的通信电源远程监控系统结构

根据图1中的基本结构，本文主要针对MCU控制器和电能参数采集传感器进行选型优化设计。针对MCU控制器的选择，选用MCU346-7950型号控制器，该型号控制器数据总线宽度为32 bit，ADC分辨率为12 bit，工作电源电压为1.7～3.6 V，工作温度范围为-35～75 ℃。数据存储器选用SRAM静态随机存取存储器，可支持I2C、SPI/I2S、SDIO等接口[4]。将该型号控制器应用到本文远程监控系统当中可以实现对各类数据采集传感器的控制，并在后续应用中能够根据通信电源实际运行状态，对其进行开关控制。

同时，为了实现对通信电源各类运行数据的采集，引入多个电能参数采集传感器[5]。根据通信电源的运行特点，本文选用SEN-CT系列传感器，由湖北夏森电力有限公司生产，可以实现智能互感。SEN-CT系列传感器的标称电压为0.66 V，额定电流为5 A，采用单层密绕式，可以适应低频工作环境，也可通过双电源供电，能够满足通信电源监控系统智能化和自动化的需求，实时监测电缆的温度、电流以及电压等参数。利用传感器对通信电源的相关参数进行实时采集，并通过控制器将其传输到中央监控中心，为后续VPN远程通信提供有利的数据条件。

2 系统软件设计

软件部分主要从通信电源运行参数传输和通信电源异常运行状态报警及处理进行设计。运用VPN构建专属通信传输模块，并实时监测电源的运行状态。当发现通信异常时及时报警并处理，由此实现通信电源的远程监控。

2.1 基于VPN的通信电源运行参数传输

在利用上述选择的传感器实现对通信电源运行参数的获取后，为了实现对通信电源的远程监控，本文选择在中央监控中心端利用VPN构建一个专属VPN通信传输的模块，并结合封装技术，在物联网当中构建一个VPN远程传输隧道[6]。在VPN远程传输隧道的另一端与监控系统的远程控制终端进行连接，当远程监控端需要对所需的通信电源运行数据进行调用或查询时，由远程终端向中央监管中心提出创建VPN隧道的申请，并在对申请用户的身份账号和密码进行识别验证后，根据远程请求的具体内容，将相应的数据以对称加密的方式进行处理，然后将其传输到物联网的VPN隧道中，最后由监控系统远程终端用户在VPN通信模块中对相关数据进行解密处理，从而将真实的通信电源运行数据传输到申请用户端，为用户提供对数据的查看和调用服务[7]。为了创建更加良好的远程传输环境，利用VPN技术中的SSL VPN技术，采用IPSec协议，实现各个分支结构与监管中心的远程连接，并确保传输数据的格式统一。SSL VPN技术作为远程用户访问最简单、最安全的技术，在任何浏览器中都能应用，不需在每位用户上位机设备中安装客户端软件。

2.2 通信电源异常运行状态报警及处理

当本文监控系统监测到通信电源的运行数据存在错误，运行异常时，将在系统上位机显示器中相应地亮起不同等级颜色的信号灯以及语音报警，在弹出的报警显示界面中还能够实时显示通信电源具体故障数据以及故障类型[8]。为了防止监控过程中存在错误动作造成重复确认报警的问题，完成确认后，由监控系统将功耗输入的编辑框设置为不可编辑状态[9]。在监控过程中，报警显示界面会在5 s后自动消失，所有报警门限都可以交由管理人员在参数配置显示界面中完成操作[10]。

根据不同告警等级可由用户自行设定，例如二级报警为紧急告警任务，存在的故障问题会危及到通信电源运行以及通信安全，必须立即进行处理，信号灯显示为深红色。通信电源进入一级警报状态时，信号灯显示为黄色。正常状态下，信号灯显示为绿色。根据上述告警显示灯的设置，可以方便监控系统用户对通信电源的运行状态进行可视化监控。结合MCU346-7950型号控制器，根据通信电源的不同运行状态对其进行远程开关控制，以此降低故障对该电路的威胁程度。

3 对比实验

从硬件和软件两个方面对基于VPN的通信电源远程监控系统进行理论设计。为了验证该系统的实际应用效果，以基于Modem的监控系统为对照组，将本文设计的监控系统作为实验组，开展对两种监控系统在实际应用中的效果对比研究。选择ETP48200B2A1型号的嵌入式通信电源为实验研究对象，在相同的实验条件下，分别利用两种监控系统对该电源进行远程监控。已知该型号通信电源采用19英寸机柜标准安装方式，调制方式为脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM），包含三路输出。分别利用两种监控系统实时监控该电源的交流相电压，并记录监控结果，将两监控系统实验得到的数据与该型号电源就地检测得到的实时数据进行对比，得到如表1所示的结果。

表1 两种监控系统实验结果对比表

从表1中的数据可以看出，与就地测量得到的ETP48200B2A1型号通信电源实际交流相电压数值相比，明显实验组基于VPN的监控系统得到的数值更加接近。在11：30—12：10运行时段中，实验组监控系统的监控误差不超过0.5 V，而对照组监控系统的监控误差较大，无法为中央监控中心提供有利的监控数据。因此，通过上述对比实验证明，本文提出的基于VPN的监控系统在实际应用中能够实现对通信电源运行参数的远程监控，并且保证监控精度，为中央监控中心提供更加可靠的数据条件，将该监控系统应用于实际能够为通信电源的运行维护提供更多宝贵时间。

4 结 论

远程监控对于电力和电信等部门的经营与管理具有十分重要的作用，为了实现对通信电源运行数据的快速采集、处理及分析，本文提出了一种基于VPN技术的监控系统，并结合实验的方式证明了该系统的实际应用优势。但由于研究能力有限，在开展实验时，本文仅针对两种监控系统进行监控，并没有对其他电源的运行参数进行实验。因此，在后续的研究中还将进一步完善该监控系统，并通过对通信电源其他运行参数开展相关实验的方式进一步验证本文监控系统的应用性能。